1、1.2 数控加工工艺系统数控加工工艺系统1.2.1 数控加工工艺系统的基本组成数控加工工艺系统的基本组成v1、数控机床加工工件的基本过程、数控机床加工工件的基本过程2.数控加工工艺系统的组成数控加工工艺系统的组成v工艺系统的概念工艺系统的概念：v机械加工中，由机床、夹具、刀具机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件等组成的统一体，称为和工件等组成的统一体，称为工艺工艺系统系统。v数控加工工艺系统的组成数控加工工艺系统的组成：v由数控机床、夹具、刀具和工件等由数控机床、夹具、刀具和工件等组成的组成的 如如图图1-20：图图1-20 工艺系统的组成工艺系统的组成各组成的概念各组成的概念v（）数控机床（
2、）数控机床：v采用数控技术，或者说装备了数控系统的机床，采用数控技术，或者说装备了数控系统的机床，称为称为数控机床数控机床。v（）夹具（）夹具：v在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置统称为的装置统称为夹具夹具。v（）刀具（）刀具：v金属切削刀具金属切削刀具是现代机械加工中的重要工具。是现代机械加工中的重要工具。v（）工件（）工件：v工件工件是数控加工的对象。是数控加工的对象。1.2.2 数控机床的主要类型数控机床的主要类型v1按加工方式和工艺用途分按加工方式和工艺用途分：v按切削方式不同按切削方式不同，可分为数控可分为数控车车床、数控床、数控铣
3、铣床、数控床、数控钻钻床、数控床、数控镗镗床、数控床、数控磨磨床等。以床等。以及镗铣加工中心（简称加工中心）。还有数及镗铣加工中心（简称加工中心）。还有数控电火花线切割、数控电火花成型、数控激控电火花线切割、数控电火花成型、数控激光加工、等离子弧切割、火焰切割、数控板光加工、等离子弧切割、火焰切割、数控板材成型、数控冲床、数控剪床、数控液压机材成型、数控冲床、数控剪床、数控液压机等各种功能和不同种类的数控加工机床。等各种功能和不同种类的数控加工机床。v2按加工路线分类按加工路线分类：v可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。v概念概念 v（1）点位控制）点位
4、控制 v点位控制方式点位控制方式就是刀具就是刀具与工件相对运动时，只与工件相对运动时，只控制从一点运动到另一控制从一点运动到另一点的准确性，而不考虑点的准确性，而不考虑两点之间的运动路径和两点之间的运动路径和方向。方向。v（2）直线控制）直线控制 v直线控制方式直线控制方式就是刀具与工就是刀具与工件相对运动时，除控制从起件相对运动时，除控制从起点到终点的准确定位外，还点到终点的准确定位外，还要保证平行坐标轴的直线切要保证平行坐标轴的直线切削运动。削运动。v（3）轮廓控制）轮廓控制 v 轮廓控制轮廓控制就是刀具与工作相就是刀具与工作相对运动时，能对两个或两个对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运
5、动同时进行以上坐标轴的运动同时进行控制控制。各自的适用范围各自的适用范围v（1）点位控制）点位控制：v多应用于数控钻床、数控冲床、数控坐标镗多应用于数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控点焊机等。床和数控点焊机等。v（2）直线控制）直线控制：v用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。v（3）轮廓控制）轮廓控制：v这类控制方式的数控机床有数控车床、数控这类控制方式的数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。铣床、数控磨床、加工中心等。v3按可控制联动的坐标轴分类按可控制联动的坐标轴分类v概念概念：v数控机床可控制联动的坐标轴数控机床可控制联动的坐标轴
6、，是指数控装，是指数控装置控制几个伺服电动机，同时驱动机床移动置控制几个伺服电动机，同时驱动机床移动部件运动的坐标轴数目。部件运动的坐标轴数目。v分类分类：v（1）两坐标联动）两坐标联动 v（2）三坐标联动）三坐标联动v（3）两轴半坐标联动）两轴半坐标联动 v（4）多坐标联动）多坐标联动（a）卧式车床（1）两坐标联动两坐标联动数控机床能同时控制两个坐标轴联动即数控装数控机床能同时控制两个坐标轴联动即数控装置同时控制置同时控制X和和Z方向运动。方向运动。图图（a）（2）三坐标联动三坐标联动数控机床能同时控制三个坐标轴联动数控机床能同时控制三个坐标轴联动图图（b）（3）两轴半坐标联动两轴半坐标联动
7、图图（c）数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，但数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐标控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐标只能作等距周期移动只能作等距周期移动（4）多坐标联动多坐标联动图图（d）数控机床能同时控制四个以上坐标轴联动，多数控机床能同时控制四个以上坐标轴联动，多坐标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序坐标数控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制复杂编制复杂v4按数控装置的类型分类按数控装置的类型分类v（1）硬件数控）硬件数控（NC）v主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息 v（2）计算机数
8、控）计算机数控（CNC）v用计算机处理数字信息的计算机数控（用计算机处理数字信息的计算机数控（CNC）系统系统 v5按伺服系统有无检测装置分类按伺服系统有无检测装置分类v开环控制数控机床开环控制数控机床 v闭环控制数控机床闭环控制数控机床 半闭环半闭环全闭环全闭环v6按数控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平分类 v类型类型：v高级型高级型v普及型普及型v经济型经济型 v参考评价指标包括参考评价指标包括：vCPU性能、性能、v分辨率、分辨率、v进给速度、进给速度、v联动轴数、联动轴数、v伺服水平、伺服水平、v通信功能、通信功能、v人机对话界面等。人机对话界面等。1.2.3 数控刀具的主要种类
9、数控刀具的主要种类v1数控加工刀具的种类数控加工刀具的种类：常规刀具和模块化刀具两大类常规刀具和模块化刀具两大类 v模块化刀具的主要模块化刀具的主要优点优点：v减少换刀停机时间减少换刀停机时间，提高生产加工时间；，提高生产加工时间；v加快换刀及安装时间，加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的标准化和合理化的程度；v提高刀具的管理及柔性加工的水平提高刀具的管理及柔性加工的水平；v扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；v有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用有效地消除刀具测量工作的中断现
10、象，可采用线外线外预调。预调。v数控刀具数控刀具三大系统三大系统：即车削刀具系统、钻削刀具系：即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。统和镗铣刀具系统。数控车刀数控可转位刀片数控刀片PVD涂层高速钢齿轮滚刀、铣刀、钻头数控刀具材料v PCVD涂层刀片v MT-CVD 数数控控加加工工刀刀具具（）（）从结构从结构上上（）（）从制造所采用的材料上从制造所采用的材料上（）（）从切削工艺上从切削工艺上（）（）特殊型刀具特殊型刀具（）从结构上（）从结构上整体式整体式 镶嵌式镶嵌式 减振式减振式 内冷式内冷式 特殊型式特殊型式 焊接式焊接式机夹式机夹式 可转位可转位不转位不转位 复合刀具、复合刀具、可
11、逆攻螺纹刀具可逆攻螺纹刀具（）从制造所采用的材料上（）从制造所采用的材料上 高速钢刀具高速钢刀具硬质合金刀具硬质合金刀具 陶瓷刀具陶瓷刀具 立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具金刚石刀具金刚石刀具车削刀具车削刀具 钻削刀具钻削刀具 镗削刀具镗削刀具 铣削刀具铣削刀具 外圆、内孔、外螺纹、外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断切端面环槽、切断 小孔、短孔、深孔、小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔攻螺纹、铰孔 面铣、立铣、模具铣、面铣、立铣、模具铣、三面刃铣三面刃铣、键槽铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀鼓形铣刀、成形铣刀、成形铣刀 从结构上从结构上 从加工工艺要求上从加工工艺
12、要求上 整体式镗刀柄、整体式镗刀柄、模块式镗刀柄、模块式镗刀柄、镗头镗头 粗镗刀、粗镗刀、精镗刀精镗刀（）从切削工艺上（）从切削工艺上（4）特殊型刀具）特殊型刀具 带柄自紧夹头、带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、强力弹簧夹头刀柄、可逆式可逆式(自动反向自动反向)攻螺纹夹头刀柄、攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类复合刀具和接杆类 2 数控加工刀具的特点数控加工刀具的特点v数控加工刀具与普通金属切削刀具相比特点数控加工刀具与普通金属切削刀具相比特点：v 刀片及刀柄高度的刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化通用化、规格化、系列化。v刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的刀片或刀
13、具的耐用度及经济寿命指标的合理化合理化。v刀具或刀片几何参数和切削参数的刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型规范化、典型化。化。v刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配相匹配。v刀具应具有较高的精度。刀具应具有较高的精度。刀具应具有较高的精度包括：刀具应具有较高的精度包括：v刀具的形状精度刀具的形状精度v刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度v刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度v刀柄的强度刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。要高、刚性及耐磨性要好。v刀柄或工具系统的刀柄或工具系统
14、的装机重量装机重量有限度。有限度。v刀片及刀柄刀片及刀柄切入的位置和方向切入的位置和方向有要求。有要求。v刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要要优化优化。v总的说来：数控机床上用的总的说来：数控机床上用的刀具应满足安刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。等要求。1.2.4 数控机床夹具的类型和特点数控机床夹具的类型和特点v机床夹具的类型机床夹具的类型：v（）按夹具的使用特点分类（）按夹具的使用特点分类v通用夹具通用夹具v专用夹具专用夹具 v可调夹具可调夹具 v组合夹具组合夹具 v拼装夹具拼装夹具 通用夹具通
15、用夹具 概念概念：v已经标准化的可加工一定范围内不同工件的已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为夹具，称为通用夹具通用夹具。特点特点：v优点优点：适应性强，可用于装夹一定形状和尺：适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件寸范围内的各种工件。v缺点缺点：夹具的精度不高，生产率也较低，且：夹具的精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。件小批量生产中。三爪卡盘：用于回转工件的自动装卡 四爪单动卡盘：用于非回转体或偏心件的装卡通用通用夹夹具的选用具的选用 平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活
16、动侧用于夹紧。通用通用夹夹具的选用具的选用 正弦平口钳正弦平口钳，通过钳身上的孔及滑槽来通过钳身上的孔及滑槽来改变角度，可用于斜面零件的装夹改变角度，可用于斜面零件的装夹通用通用夹夹具的选用具的选用平口钳可选附件平口钳可选附件通用通用夹夹具的选用具的选用通用通用夹夹具的选用具的选用专用夹具专用夹具 概念概念：v专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为称为专用夹具专用夹具。特点特点：v 优点优点：在产品相对：在产品相对稳定、批量较大稳定、批量较大的生产的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。率和加工精
17、度。v缺点缺点：设计周期较长、投资较大。：设计周期较长、投资较大。连杆加工专用铣槽夹具连杆加工专用铣槽夹具结构夹具结构夹具l l一夹具体；一夹具体；2 2一压板；一压板；3 3、7 7一螺母；一螺母；4 4、5 5一垫一垫圈：圈：6 6一螺栓；一螺栓；8 8一弹簧；一弹簧；9 9一定位键；一定位键；1010一菱形一菱形销；销；1111一圆柱销一圆柱销 专用夹具专用夹具可调夹具可调夹具 概念概念：v某些元件可调整或更换某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工，以适应多种工件加工的夹具，称为的夹具，称为可调夹具可调夹具。分类分类：v通用可调夹具（通用范围比通用夹具更大）通用可调夹具（通用范围比通用
18、夹具更大）v成组夹具成组夹具 （专用可调夹具（专用可调夹具）v特点特点：对不同类型和尺寸的工件，只需调整或：对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件个别定位元件和夹紧元件便便可使用。可使用。组合夹具组合夹具 概念概念：v 采用采用标准标准的组合元件、部件，专为某一的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹组合夹具。具。特点特点：v使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，可减少专用夹具数量。能重复多次使用，可减少专用夹具数量。孔系组合夹具孔系组合夹具数
19、控夹具的选用数控夹具的选用孔系组合夹具应用实例数控夹具的选用槽系组合夹具槽系组合夹具l l一长方形基础板；一长方形基础板；2 2一方形支撑件；一方形支撑件；3 3一菱形定位盘；一菱形定位盘；4 4一快换钻套；一快换钻套；5 5一叉形压板；一叉形压板；6 6一螺栓；一螺栓；7 7一手柄杆；一手柄杆；8 8一分度合件一分度合件数控夹具的选用数控夹具的选用槽系组合夹具应用实例槽系组合夹具应用实例数控夹具的选用数控夹具的选用槽系组合夹具应用实例数控夹具的选用拼装夹具拼装夹具 v概念概念：v用专门的标准化、系列化的拼装零部件用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装而成的夹具，称为拼装夹
20、具拼装夹具。v特点特点：v优点优点：具有组合夹具的优点，但比组合：具有组合夹具的优点，但比组合夹具夹具精度高、效能高、结构紧凑。精度高、效能高、结构紧凑。（）按使用机床分类：（）按使用机床分类：v车床夹具、车床夹具、v铣床夹具、铣床夹具、v钻床夹具、钻床夹具、v镗床夹具、镗床夹具、v齿轮机床夹具、齿轮机床夹具、v数控机床夹具、数控机床夹具、v自动机床夹具、自动机床夹具、v自动线随行夹具自动线随行夹具v其他机床夹具其他机床夹具（）按夹紧的动力源分类：（）按夹紧的动力源分类：手动夹具手动夹具气动夹具气动夹具液压夹具液压夹具气液增力夹具气液增力夹具电磁夹具以及真电磁夹具以及真空夹具空夹具 2数控加工
21、夹具的特点数控加工夹具的特点v、数控加工适用于多品种、中小批量生产，、数控加工适用于多品种、中小批量生产，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应数控加工的夹具应具有柔性具有柔性，经过适当经过适当调整调整即可夹持多种形状和尺寸的工件。即可夹持多种形状和尺寸的工件。v、由、由机床解决对刀问题机床解决对刀问题，由程序控制的准，由程序控制的准确的定位精度，可实现夹具中的确的定位精度，可实现夹具中的刀具导向刀具导向功功能，要求具有定位和夹紧功能。能，要求具有定位和夹紧功能。v、为适应数控加工的高效率，数控加工夹、为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用具应尽可能使用气动、液压、电动气动、液压、电动等自动夹等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。v、夹具的刚度和夹紧力都要、夹具的刚度和夹紧力都要满足大切满足大切削力的要求。削力的要求。v、夹具结构、夹具结构不要妨碍刀具不要妨碍刀具对工件各部对工件各部位的多面加工。位的多面加工。v、夹具的定位要可靠，定位元件应具夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，有较高的定位精度，定位部位应便于清定位部位应便于清屑，无切屑积留。屑，无切屑积留。v对刚度小的工件，对刚度小的工件，应保证最小的夹紧应保证最小的夹紧变形。变形。
