1、第四章数控加工的工艺基础 主编第一节机械加工工艺规程概述一、生产过程与机械加工工艺过程 机械产品的生产过程是将原材料转变为成品的全过程。机械制造厂中的生产过程包括原材料的运输和保存，产品的技术准备和生产准备，毛坯的制造，零件的机械加工及热处理，产品的装配、调试、检验，以及产品的销售和售后服务等。工艺过程是指在生产过程中，直接改变对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。如生产过程中毛坯的制造，零件的机械加工及热处理，产品的装配、调试、检验等过程。二、机械加工工艺过程的组成 为便于工艺过程的编制、执行和生产的组织管理，把机械加工工艺过程划分为不同层次的单元，其中组成工艺过程
2、的基本单元是工序，零件的机械加工工艺过程由若干工序组成。而工序是由安装、工位、工步和工作行程组成的。表4-1联轴器加工工艺过程(中批生产)(单位：mm)二、机械加工工艺过程的组成图4-1联轴器 一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。完成一个工序的工序内容，有时需要多次装夹工件。例如图4-1所示联轴器的工艺过程中(见表4-1),其中工序30的工序内容是：在车床上加工出外圆、?mm孔和端面。二、机械加工工艺过程的组成图4-2多工位加工 每一个位置，称为工位。如图4-2所示，为完成一个工序中的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔四部分工作内容，利用回转工作台在一次装夹中占据四个工位。显然，采用多工位加工可以
3、减少装夹次数，提高生产率。二、机械加工工艺过程的组成图4-3复合工步 用几把刀具同时切削工件的几个表面时，也把它作为一个工步，称为复合工步。图4-3所示为复合工步的例子。三、生产纲领和生产类型表4-2划分生产类型的参考数据三、生产纲领和生产类型表4-3各种生产类型的工艺特点 为取得好的经济效益，不同生产类型的工艺特点是不一样的，小批生产的工艺特点与单件生产相似，大批生产的工艺特点与大量生产相似。表4-3列出了各种生产类型的工艺特点。四、机械加工工艺规程2.工序简图 在机械加工工序卡片中(见表4-11)附有工序简图，工序简图可以清楚直观地表达出一道工序的工序内容。其绘制要点如下：第二节零件的工艺
4、分析一、分析、审查零件图、装配图 制订工艺规程时，首先应分析零件图及该零件所在部件的装配图。通过分析零件图样和部件的装配图，主要是明确被加工零件在产品中的位置与作用，找出该零件上有多少主要加工表面，找出该零件主要的技术要求和加工中的关键的技术问题，了解各项公差与技术要求制定的依据，在编制工艺过程中，有针对性的解决这些问题。具体内容包括：二、零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件结构在满足使用要求的前提下，表4-4零件的结构工艺性图例二、零件的结构工艺性分析图4-4生产类型对零件结构工艺性的影响 此外，在分析零件的结构工艺性时还要与生产类型相联系。如图4-4所示的车床进给箱箱体零件
5、，在单件小批生产时，其同轴孔的直径应设计成单向递减的，如图4-4a所示第三节毛坯的选择一、常用的毛坯类型一、常用的毛坯类型(1)铸件将熔融金属浇入铸型，凝固后所得到的金属毛坯。适用于形状比较复杂，所用材料又具备可铸性的零件。铸件的材料可以是铸铁、铸钢或有色金属。(2)锻件金属材料经过锻造变形而得到的毛坯。适用于力学性能要求高，材料(钢材)又具有可锻性，形状比较简单的零件。生产批量大时，可用模锻代替自由锻。(3)型材各种热轧和冷拉的圆钢、板材、异型材等，适用于形状简单的、尺寸较小的零件。(4)焊接件是将各种金属零件用焊接的方法而得到的结合件。在单件小批生产中，用焊接件制作大件毛坯，可以缩短生产周
6、期。二、毛坯的形状与尺寸图4-5毛坯形状a)工艺凸台b)丝杠的开合螺母 现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使毛坯形状和尺寸尽量接近零件，从而实现少屑甚至无屑加工。第四节定位基准的选择一、定位基准分类 定位基准是加工中用来使工件在机床或夹具上定位所依据的工件上的点、线、面。按工件上用作定位的表面状况把定位基准分为粗基准、精基准，以及辅助基准。1.粗基准和精基准 在零件加工的第一道工序，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。粗基准是用工件上未经加工的表面定位。而利用工件上已加工过的表面作为定位基准面，称为精基准。二、粗基准的选择图4-6活塞的止口二是影响加工余量的分配
7、。粗基准的选择原则是：1)对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，当必须保证其不加工表面与加工表面的相互位置时，应选择不加工表面为粗基准。如果零件上有多个不加工表面，应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准。如图4-7所示二、粗基准的选择图4-7粗基准选择对加工件的影响 与加工表面相互位置要求高的表面为粗基准。如图4-7所示铸件毛坯的外圆与内孔不同轴，使其壁厚不均匀。如以外圆表面定位，车削内孔，则加工出的孔与不加工表面(外圆)同二、粗基准的选择图4-8拨杆粗基准的选择 然后确定用怎样的粗基准定位加工出精基准的表面。图4-8所示拨杆，其上有多个不加工表面，但保证加工面?mm孔与不加工面?
8、mm的同轴度(即壁厚)是主要的，因此加工?mm孔时应选?mm外圆为粗基准。二、粗基准的选择图4-9床身的加工 若工件必须首先保证某重要表面的余量均匀，应选择该表面为粗基准。如图4-9所示床身的加工，床身上的导轨面是重要表面二、粗基准的选择图4-10阶梯轴的锻件毛坯 应选择毛坯上余量最小的表面为粗基准，以保证各加工表面都有足够加工余量。如图4-10所示阶梯轴的锻件毛坯，应选择?55mm外圆为粗基准。二、粗基准的选择图4-11重复使用粗基准示例如图4-11所示零件加工中，如第一次用不加工表面?30mm定位三、精基准的选择图4-12定位基准与设计基准重合如图4-12中，在工件的水平方向上面是?mm孔
9、的设计基准三、精基准的选择图4-13自为基准定位磨床身导轨 某些要求加工余量较小且均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。如图4-13所示，磨削车床导轨面，用可调支承支承床身零件三、精基准的选择图4-14互为基准定位磨齿轮孔 先以齿面为基准定位，磨孔(见图4-14)；然后以孔定位，磨齿面。使齿面加工余量均匀，能保证齿面与孔之间较高的相互位置精度。四、定位基准选择举例图4-15轴座零件 轴座零件(见图4-15)加工工艺过程如表4-5所示，表中列出各工序的定位基准以及选择定位基准的依据。四、定位基准选择举例表4-5轴座机械加工工艺过程(单位：mm)第五节机械加工工艺路线的
10、拟定一、零件表面加工方法的选择 一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围。但如果要求它的加工精度过高，就需要采取一些特殊的工艺措施，加工成本就随之加大。表4-外圆柱面的加工路线一、零件表面加工方法的选择表4-孔的加工路线一、零件表面加工方法的选择表4-平面的加工路线二、工序顺序的确定 在选定零件各表面加工方法和加工时的定位基准之后，要把对零件的加工分散到各工序中去完成，确定工艺路线中各工序的内容和工序的顺序，这时需考虑下述两个问题：1.加工阶段的划分 在加工较高精度的工件时，如工序数较多，可把工件各表面的粗加工工序集中起来，首先加工，称为粗加工阶段；然后集中进行各表面的半精加工工序，称
11、为半精加工阶段；最后集中完成各表面的精加工工序，称为精加工阶段。2.机械加工顺序的安排 机械加工顺序应遵循下列规则：三、工序的组合三、工序的组合 通过前述工作，可大致得到零件各表面加工的前后顺序，但是这个顺序中的每一工步不一定就是工艺过程中的一个工序。.确定工序内容 确定一个工序所包括的若干工步，需要考虑这几个工步是否能在同一机床上加工；是否需要在一次安装中加工，以保证相互位置精度。.工序的集中与分散 如何确定零件工艺过程中的工序数目，即为工序的集中与分散问题。如果一个零件的加工集中在少数工序内完成，每道工序加工内容多，称为工序集中。反之，称为工序分散。四、热处理工序的安排 热处理可用来提高材
12、料的力学性能，消除残余内应力，改善金属的加工性能。按热处理的目的不同，可分为：预备热处理、最终热处理和时效处理。五、辅助工序的安排 包括去毛刺、倒棱、清洗、防锈、检验等工序，其中检验工序是保证产品质量的有效措施之一。检验工序一般可安排在：关键工序前后；零件从一个车间转到另一个车间加工前后；粗加工阶段结束后；零件全部加工完毕后。第六节机床加工工序设计与实施一、加工余量的确定 拟定了零件的工艺路线之后，就要对其中的每一道工序进行设计，决定其工序内容。工序设计的主要工作如下：回转体表面的工序尺寸以直径计算。图4-16b所示回转体表面的加工余量称为双边余一、加工余量的确定图4-16加工余量a)单边余量
13、b)双边余量一、加工余量的确定图4-17各工序的工序余量与加工总余量a)外表面(轴)b)内表面(孔)2)加工总余量(也称毛坯余量)，是指零件的毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差。也就是从毛坯变为成品的整个加工过程中，某一表面所切除的金属总厚度。图4-17表示了各工序的工序余量与加工总余量的关系。显然，某表面的加工总余量等于该表面的各个工序余量之和。二、基准重合时工序尺寸及公差的确定表4-9工序尺寸及其公差的计算(mm)例如某箱体上孔的设计尺寸为?mm.(Js6)mm，表面粗糙度a.m，工艺路线为：粗镗半精镗精镗浮动镗。工序尺寸的计算方法如表4-9所示。三、机床的选择1.普通机床的选择选择机床要考虑
14、以下几个方面：1)机床的主要规格尺寸应与工件的外形轮廓尺寸相适应，即小工件应选小型机床加工，大工件应选大型机床加工，合理使用设备。2)机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。3)机床的生产率应与零件的生产类型相适应。尽量利用工厂现有的机床设备。四、工艺装备的选择 机械加工中的工艺装备是指零件的制造过程中所用各种工具的总称，包括夹具、刀具、量具和辅具。(1)夹具的选择所用夹具应与生产类型相适应。单件小批生产时，应优先选择通用夹。此外，夹具的精度应能满足加工精度的要求。(2)刀具、辅具的选择一般应优先选用标准刀具，必要时也可选用高效率的复合刀具 (3)量具的选择单件小批生产应选用通用量具，如游标卡
15、尺、百分表等。大批大量生产时尽量选用极限量规、高效专用检具。五、机械加工工序实施金属切削加工工艺守则五、机械加工工序实施金属切削加工工艺守则 机械加工工序的实施需要车、钳、铣、刨、磨等切削加工。工艺守则总则是切削加工中共同遵守的基本操作规程。下面简要介绍切削加工通用工艺守则中的总则。(1)刀具的装夹装夹各种刀具前，一定要把刀柄、刀杆、刀套等擦拭干净。刀具装夹后，应该使用对刀装置或试切等方法，检查刀具装夹是否正确。(2)工件的装夹在机床工作台上安装夹具时要擦净其定位面，并要找正夹具定位面与机床及刀具的相互位置。工件装夹前应将工件的定位面第七节工艺尺寸链一、尺寸链的基本概念图4-18加工尺寸链 列
16、入尺寸链中的每一尺寸，如图4-18b所示的、，称为尺寸链的环。环可分为两种，即封闭环和组成环。一、尺寸链的基本概念图4-19增减环的判别 用首尾相接的单箭头顺序表示各环，在组成环当中，与封闭环箭头方向相同的环为减环，与封闭环箭头方向相反的环为增环。如图4-19中(、)为增环，(、)为减环。二、极值法解尺寸链的基本计算公式计算工艺尺寸链的常用方法是极值法和概率法。此处介绍极值法。1.封闭环的基本尺寸封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基尺寸之和。即三、工艺尺寸链解题步骤1)确定封闭环。封闭环是在加工过程中最后间接形成的尺寸，即在尺寸链中直接获得若干尺寸后而自然形成的尺寸。2)查明
17、全部组成环，画出尺寸链图。3)判明增、减环，用箭头标出。4)利用计算公式求解。四、基准不重合时工序尺寸及公差的计算图4-20镗孔工序尺寸计算例4-1图4-a所示为轴承座简图，其设计尺寸如图所示。M、N两平面已加工完，为方便装夹，现以N面定位加工孔(即以N面为基准调整镗杆主轴(刀具)的位置)，求工序尺寸。四、基准不重合时工序尺寸及公差的计算图4-21铣削M面工序尺寸计算例4-2图4-21a所示工件的设计尺寸如图。其内、外圆以及端面和台阶面均已加工完，成批生产中用N面定位铣削M面，求其工序尺寸及其公差。四、基准不重合时工序尺寸及公差的计算图4-22测量尺寸的换算例4-3图4-a所示零件的.mm尺寸
18、不便测量，可以采用游标深度尺测量大孔深度，由孔深尺寸间接保证尺寸.mm。求该测量尺寸孔的深度及其公差。第八节数控加工工序实施一、分析零件图样图4-23凸轮例如图4-23所示盘状凸轮的工艺路线，一般是由两个加工阶段完成的，二、数控加工夹具的选择 为缩短生产准备时间，应优先考虑使用通用夹具、组合夹具，必要时可设计制造专用夹具。尤其应注意的是，为了减少辅助时间，提高生产率，数控加工夹具应能快速完成工件的定位和夹紧。对一些装夹中要求定位精度高而批量又很小的工件，可以在机床工作台上直接找正后设定工件坐标系进行加工，这样对每个工件装夹都增加了因找正而消耗的辅助时间，但节省了夹具费用。三、数控加工刀具的选择
19、 为提高数控机床效率，刀具的选择非常重要。数控加工对刀具要求是：刚性好，精度高，使用寿命长，安装调整方便。因此，数控机床的刀具应选用适合高速切削的刀具材料，如采用硬质合金或涂层刀片等。一般选用标准刀具，使用可转位刀片。对于批量较大的工件，可考虑使用复合刀具。虽然复合刀具价格高，但是采用复合刀具加工，可把多个工步变为一个工步，由一把刀具完成加工，减少了机动时间。四、正确选择工件坐标原点图4-24坐标原点的偏置 编程原点的位置由编程人员设定，一般选在加工表面的设计基准上，方便尺寸计算，避免尺寸换算误差。有时为方便原点的测定，也可将工件原点选在夹具的找正面上。五、确定机床对刀点、换刀点五、确定机床对
20、刀点、换刀点 也可以通过设置“对刀点”实现工件原点的偏置。对刀点是在数控机床上加工时，刀具相对于工件运动的起始点，所以又称为“起刀点”。加工时，工件随夹具安装在机床上，将刀具定位到对刀点，测量对刀点到工件原点的距离，从而定出工件坐标系中(以工件原点为原点)刀具(即对刀点)的坐标值，把这一坐标值写入指令，程序运行到指令时，就可实现原点偏置。六、选择合理的进给路线图4-25圆弧铣削a)外圆弧面铣削b)内圆弧面铣削 数控加工过程中刀具相对工件的运动轨迹和运动方向称为进给路线。进给路线反映了工序的全部加工过程，所以可按工步顺序初步定出进给路线。进给路线的选择还应考虑下面几个因素：六、选择合理的进给路线
21、图4-26进给路线比较 在保证加工精度和表面粗糙度的条件下，尽量缩短进给路线，减少空行程，提高生产率。图4-所示为三种不同进给路线加工凹腔，其中图a中的进给路线称为行切法，图b七、确定切削用量 加工程序中需要给定切削用量(背吃刀量、主轴转速和进给量)，所以在工艺处理中必须结合实践经验正确确定数控加工的切削用量。由于加工中心的频繁换刀会影响加工效率，故在确定刀具耐用度时应保证刀具至少能加工个工件，或工作半个到一个班次。同时，切削用量的选取还应考虑机床的动态刚度。为了适应数控机床的动态特性，应取较高的切削速度和较小的进给量。八、数控加工操作 加工程序空运行，空运行是刀具按快速速率移动而与程序中指令
22、给定的进给速度无关，该功能用来在机床不装工件时检查刀具的运动轨迹。九、数控加工工艺守则简介 数控加工工艺守则是数控加工操作应遵守的基本规则。数控加工属于金属切削加工之一，所以数控加工操作者应遵循切削加工工艺守则总则的规定。由于数控加工的工种类型多(车、铣、磨等)，所以还应遵循相应工种类别的工艺守则。此外，下述几点是针对数控加工特点的工艺守则，操作者也必须遵守。第九节加工工艺过程的生产率 在制订工艺规程时，要在保证产品质量的前提下提高劳动生产率，降低成本。劳动生产率是指工人在单位时间内制造合格产品的数量。生产成本不仅要计算工人直接生产产品所消耗的价值，还要计算设备、工具、材料、动力等消耗的价值。
23、一、时间定额 工艺设计中的内容之一是确定时间定额。时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。时间定额是安排生产计划、核算产品成本的重要依据之一。对于新建工厂(或车间)，它又是计算设备数量、工人数量、车间布置、生产组织的依据。二、提高机械加工劳动生产率的工艺途径 提高劳动生产率涉及到产品的设计、制造工艺、生产管理等多方面因素。仅就机械加工来说，提高劳动生产率的工艺途径是：缩短单件工时和采用自动化加工等现代化生产方法。第十节零件加工工艺与数控加工工序实例一、拨动杆零件工艺规程举例(采用普通机床)图4-27拨动杆零件简图图4-所示零件是某机床变速箱体中操纵机构上的拨动杆
24、，用作把转动变为拨动，实现操纵机构的变速功能。该零件生产类型为中批生产。下面对该零件进行精度分析。一、拨动杆零件工艺规程举例(采用普通机床)表4-机械加工工艺过程卡片该零件的“机械加工工艺过程卡片”如表4-所示。其中第30工序的“机械加工工序卡片”如表4-所示。一、拨动杆零件工艺规程举例(采用普通机床)表4-机械加工工艺过程卡片二、拨动杆零件数控加工(采用数控机床)表4-12数控加工工序卡片(单位：mm)二、拨动杆零件数控加工(采用数控机床)表4-13数控加工刀具卡片三、轴类零件数控车削图4-28端面及阶梯外圆数控车削 数控加工图4-28所示零件，材料为钢，需要加工端面、外圆，并且切断。毛坯为
25、?65mm130mm的圆钢。对轴类零件的数控车削编程，需先按零件图样计算各几何元素的交点，然后按零件的长度确定装夹方法。三、轴类零件数控车削表4-14数控加工工序卡(单位：mm)四、套类零件数控车削图4-29普通套类件 套类零件的径向和轴向尺寸较大，一般要求加工外圆、端面及内孔，有时还需调头加工。为保证加工要求和数控车削时工件装夹的可靠性，应注意加工顺序和装夹方式。图4-29所示为套类零件。除端面和内孔的车削加工外，两端内孔还有同轴度要求。四、套类零件数控车削表4-15车削盘件数控加工工序卡(单位：mm)四、套类零件数控车削图4-30车削大端诸面走刀路线)车削大端各部的走刀路线如图4-30所示
26、。2)车削小端各部的走刀路线如图4-31所示。四、套类零件数控车削图4-31车削盘件小端诸面走刀路线五、箱体类零件数控加工图4-32减速箱体零件图 它承载着轴、轴承、齿轮等有关零件，连接成部件或机器，因此箱体零件的加工质量至关重要，它影响机器的装配精度、工作精度、使用性能和寿命。下面以图4-32所示齿轮减速箱体零件的加工为例讨论箱体类零件的工艺过程。五、箱体类零件数控加工表4-16减速箱体加工工艺路线五、箱体类零件数控加工图4-33减速箱体编程坐标系平面已加工完，数控加工工序是加工四周平面以及粗加工、精加工孔，使平面和孔达到精度与表面粗糙度要求。工件坐标系原点设定为面上点位置，有利于保证箱体相关联的孔轴线间间距尺寸和平行度，如图4-33所示。
