第一篇：銑削加工工藝教案

銑削加工基礎(chǔ)知識(shí)

一．銑削用量三要素

銑削時(shí)的銑削用量由切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量(銑削深度)和側(cè)吃刀量(銑削寬度)四要素組成。其銑削用量如下圖所示。

a)在臥銑上銑平面 b)在立銑上銑平面

銑削運(yùn)運(yùn)及銑削用量

1、切削速度Vc即銑刀最大直徑處的線速度，可由下式計(jì)Vc?nπd 式中：

Vc —切削速度(m/min)d —銑刀直徑（mm）；

n —銑刀每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）。

2、進(jìn)給量?，銑削時(shí)，工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)刀具的移動(dòng)量即為銑削時(shí)的進(jìn)給量。由于銑刀為多刃刀具，計(jì)算時(shí)按單位時(shí)間不同，有以下三種度量方法。⑴每齒進(jìn)給量?Z(mm/z)指銑刀每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)刀齒時(shí)，工件對(duì)銑刀的進(jìn)給量（即銑刀每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)刀齒，工件沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離），其單位為每齒mm/z。

⑵每轉(zhuǎn)進(jìn)給量?，指銑刀每一轉(zhuǎn)，工件對(duì)銑刀的進(jìn)給量（即銑刀每轉(zhuǎn)，工件沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離），其單位為mm/r。

⑶每分鐘進(jìn)給量Vf又稱進(jìn)給速度，指工件對(duì)銑刀每分鐘進(jìn)給量（即每分鐘工件沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離），其單位為mm/min。上述三者的關(guān)系為，Vf=fn=fzZn 式中Z—銑刀齒數(shù)

—銑刀每分鐘轉(zhuǎn)速（r/min），3、吃刀量(又稱銑削深度ap)，銑削深度為平行于銑刀軸線方向測(cè)量的切削層尺寸（切削層是指工件上正被刀刃切削著的那層金屬），單位為mm。因周銑與端銑時(shí)相對(duì)于工件的方位不同，故銑削深度的標(biāo)示也有所不同。

側(cè)吃刀量(又稱銑削寬度ae)，銑削寬度是垂直于銑刀軸線方向測(cè)量的切削層尺寸，單位為mm。

4、銑削用量選擇的原則

通常粗加工為了保證必要的刀具耐用度，應(yīng)優(yōu)先采用較大的側(cè)吃刀量或背吃刀量，其次是加大進(jìn)給量，最后才是根據(jù)刀具耐用度的要求選擇適 宜的切削速度，這樣選擇是因?yàn)榍邢魉俣葘?duì)刀具耐用度影響最大，進(jìn)給量次之，側(cè)吃刀量或背吃刀量影響最小；精加工時(shí)為減小工藝系統(tǒng)的彈性變形，首先考慮 較大的切削速度，其次考慮較小的進(jìn)給量，同時(shí)為了抑制積屑瘤的產(chǎn)生。對(duì)于硬質(zhì)合金銑刀應(yīng)采用較高的切削速度，對(duì)高速鋼銑刀應(yīng)采用較低的切削速度，如銑削過(guò)程中不產(chǎn)生積屑瘤時(shí)，也應(yīng)采用 較大的切削速度。最后才考慮合適的吃刀量。

二.切削層尺寸要素 1）切削厚度ac:相鄰兩刀齒主切削刃所形成的過(guò)渡表面之間的垂直距離。

2）切削寬度aw：銑刀主切削刃參加切削的長(zhǎng)度。3）總切削面積Ac=ac.aw 三.銑削力的特點(diǎn)

1、特點(diǎn)：在銑削過(guò)程中由于銑削厚度不斷變化，使得工件受力的大小方向也在變化。加工過(guò)程中銑削力的很不穩(wěn)定，時(shí)刻在變化。一般情況下采取增加銑刀的齒數(shù)，使用斜齒代替支持等方法減少銑削力的對(duì)加工質(zhì)量的影響。

2、措施：

1）將銑刀安裝在離支撐點(diǎn)比較近的位置來(lái)增加剛性。2）銑削力較大時(shí)利用支架。

3）也可以通過(guò)增大銑刀齒數(shù)來(lái)增加銑削的穩(wěn)定性?！?4）利用斜齒代替直尺。

5）利用方向相反的聯(lián)合銑刀，減弱力的變化。

四.銑削方式

根據(jù)使用的銑刀不同可以分為周銑和端銑

1、周銑

1）概念：用刀齒分布在圓周表面的銑刀而進(jìn)行銑削的方式叫做周銑。2）分類

①順銑：切削刃處刀齒的線速度方向和工件的進(jìn)給方向相同。②逆銑：切削刃處刀齒的線速度方向和工件的進(jìn)給方向相反。3）特點(diǎn)

①順銑：銑削過(guò)程中振動(dòng)較小，進(jìn)給量均勻，功率消耗小，刀具磨損小，易啃刀。

②逆銑：銑削過(guò)程中振動(dòng)較大，銑削質(zhì)量差，功率消耗小，刀具磨損小，易啃刀。

4）應(yīng)用

一般情況下經(jīng)常采用逆銑，一些鑄件鍛件等硬皮材料；當(dāng)精加工的時(shí)候才去順銑。

2、端銑

1）概念：用刀齒分布在圓柱端面上的銑刀而進(jìn)行銑削的方式叫做端銑。2）分類：

①對(duì)稱端銑：銑刀軸線偏置于銑削弧長(zhǎng)的對(duì)稱位置。

②不對(duì)稱端銑：銑刀軸線偏置于銑削弧線的對(duì)稱位置且逆銑部分大于順銑部分。

3）應(yīng)用

加工一些較窄零件的時(shí)候一般采取不對(duì)稱銑，加工一些淬硬剛的時(shí)候用對(duì)稱銑。但具體的要根據(jù)實(shí)際需要。

3、周銑和端銑的比較 與周銑相比，端銑銑平面時(shí)較為有利，因?yàn)椋?/p>

⑴端銑刀的副切削刃對(duì)已加工表面有修光作用，能使粗糙度降低。周銑的工件表面則有波紋狀殘留面積。

⑵同時(shí)參加切削的端銑刀齒數(shù)較多，切削力的變化程度較小，因此工作時(shí)振動(dòng)較周銑為小。

⑶端銑刀的主切削刃剛接觸工件時(shí)，切屑厚度不等于零，使刀刃不易磨損。⑷端銑刀的刀桿伸出較短，剛性好，刀桿不易變形，可用較大的切削用量。由此可見(jiàn)，端銑法的加工質(zhì)量較好，生產(chǎn)率較高。所以銑削平面大多采用端銑。但是，周銑對(duì)加工各種形面的適應(yīng)性較廣，而有些形面（如成形面等）則不能用端銑。

a)逆銑 b)順銑

第二篇：機(jī)械加工工藝教案

第1章

金屬切削加工基礎(chǔ)

備課時(shí)間：09-2-14

上課時(shí)間：09-2-16 教學(xué)目的：

1、新學(xué)期剛開(kāi)始，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并講解學(xué)習(xí)本課程的方法與技巧。

2、掌握切削運(yùn)動(dòng)的類型、切削用量三要素的概念。教學(xué)重點(diǎn)：切削用量三要素 課時(shí)：2課時(shí) 授課內(nèi)容：

1.1.1 切削運(yùn)動(dòng)

? 金屬切削加工是用切削工具將坯料或工件上的多余材料切除，以獲得合乎設(shè)計(jì)要求的工件的一種加工方法。

（復(fù)習(xí)金屬切削加工和數(shù)控加工在機(jī)械制造中的地位）1.1 切削運(yùn)動(dòng)及切削要素

機(jī)床為實(shí)現(xiàn)切削加工所必需具有的加工工件與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

主運(yùn)動(dòng)（復(fù)習(xí)什么是主運(yùn)動(dòng)）

主運(yùn)動(dòng)的速度即切削速度:主運(yùn)動(dòng)的線速度。

?dwnvc? 1000

（分析推導(dǎo)過(guò)程，分析根據(jù)工件材料查表時(shí)只能查到切削速度，而不能直接查到轉(zhuǎn)速的原因）

（二）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

? 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度：指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，用vf表示 例：外圓車削時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度常常用進(jìn)給量f來(lái)表述，單位：mm / r

刨削時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度用每一行程多少毫米來(lái)表述，單位為mm / str。

銑削時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度常用每齒進(jìn)給量f來(lái)表述，單位：mm/z

進(jìn)給速度vf、進(jìn)給量f、每齒進(jìn)給量fz 和刀具齒數(shù)Z之間的關(guān)系如下：

vf = nf

1.1.2 切削時(shí)形成的表面

車削加工過(guò)程中工件上有三個(gè)不斷變化著的表面：（1）待加工表面（2）已加工表面（3）過(guò)渡表面 1.1.3

切削用量（1）切削速度vc（2）背吃刀量ap（分析車削和銑削的ap有什么不同）（3）進(jìn)給量f（解釋切削用量三要素對(duì)加工的影響。）

備課時(shí)間：09-2-18

上課時(shí)間：09-2-19 教學(xué)目的：

1、掌握刀具的組成及幾何角度的確定方法

2、熟悉刀具的工作角度對(duì)加工的影響。

教學(xué)重點(diǎn)：幾何角度的確定方法。

教學(xué)難點(diǎn)：刀具的工作角度對(duì)加工的影響。課時(shí)：2課時(shí) 授課內(nèi)容：

1.2 刀具組成及幾何角度

（首先讓學(xué)生傳遞著觀察車刀）1.刀具切削部分的組成要素 刀桿：起夾持作用 刀頭:(三面)前刀面：切屑流過(guò)的表面

主后刀面：刀具上與加工表面相對(duì)的表面

副后刀面：刀具上與已加工表面相對(duì)的表面

(兩刃)

主切削刃：刀具上前刀面與主后刀面的交線

副切削刃：刀具上前刀面與副后刀面的交線

(一尖)

主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)

（結(jié)合刀具實(shí)物和圖片與學(xué)生一起分析并提問(wèn)）２．車刀切削角度的坐標(biāo)平面

基面Pr：通過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，與主運(yùn)動(dòng)方向相垂直的平面。

車刀的基面平行于刀體底面。

切削平面Ps：通過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，與過(guò)渡表面相切并垂直于基面的平面。正交平面Po：通過(guò)主切削刃上的某一點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。（結(jié)合幻燈片與學(xué)生一起分析并提問(wèn)）3.刀具的主要標(biāo)注角度 1)前角（?0）

前刀面和基面之間的夾角。2）后角（?0）

主后刀面和切削平面之間的夾角。

（直接分析出前角和后角的正、負(fù)、零。并要求學(xué)生在車刀上分析出前角和后角的正、負(fù)時(shí)的形狀，及其大、小對(duì)加工的影響。）3）主偏角（kr）

主切削刃與進(jìn)給方向間的夾角 4）副偏角（kr’）

負(fù)切削刃與進(jìn)給方向的夾角 5）刃傾角（?S）

主切削刃與基面之間的夾角。在切削平面內(nèi)度量

4、刀具的工作角度

? 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響

使刀具實(shí)際工作后角減小，工作前角增大

? 刀具安裝高低對(duì)刀具工作角度的影響

? 刀桿中心面（線）不垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的影響

由此分析出刀具的安裝方法：

1、刀尖的高度應(yīng)與工件中心的高度一致。

2、刀桿中心面（線）應(yīng)垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。

備課時(shí)間：09-2-22

上課時(shí)間：09-2-23 教學(xué)目的：

1、了解切削層參數(shù)

2、掌握切屑的形成過(guò)程及切屑種類

3、熟悉積屑瘤的形成及其對(duì)切削加工的影響。

教學(xué)難點(diǎn)：切屑的形成過(guò)程。

教學(xué)重點(diǎn)：切屑種類和積屑瘤的形成及其對(duì)切削加工的影響。課時(shí)：2課時(shí) 授課內(nèi)容：

5、切削層參數(shù)

（1）切削層公稱厚度hD ：垂直于過(guò)渡表面的切削層尺寸。

切削層截面的切削厚度為： hD ＝ f sinκr

（2）切削層公稱寬度bD

切削層截面的公稱切削寬度為：bD ＝ ap/sinκr(3)切削層公稱橫截面積

AD＝hD bD＝ f sinκr.ap/sinκr= f ap

1.3 金屬的切削過(guò)程

金屬在切削過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一系列物理現(xiàn)象，如金屬變形、切削力、切削熱、刀具磨損等，這些都是以切屑形成過(guò)程為基礎(chǔ)而生產(chǎn)中出現(xiàn)的許多問(wèn)題，如積屑瘤、振動(dòng)、卷屑、斷屑等，都與切削過(guò)程密切相關(guān)。1.3.1.切屑的形成過(guò)程及切屑種類

1、切屑形成過(guò)程：對(duì)塑性金屬進(jìn)行切削時(shí)，切屑的形成過(guò)程就是切削層金屬的變形過(guò)程。

2、切屑的類型及切屑控制

類型：帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑、崩碎切屑

（預(yù)習(xí)第10頁(yè)表1-1，總結(jié)出哪種切屑較好，怎樣控制切屑的類型。）

切屑控制：

“不可接受”的切屑：切削條件惡劣導(dǎo)致。影響主要有拉傷工件的已加工表面；劃傷機(jī)床；造成刀具的早期破損；影響操作者的安全。

切屑控制：在切削加工中采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)控制切屑的卷曲、流出與折斷，使形成“可接受”的良好屑形。

“可接受”的切屑標(biāo)準(zhǔn)：不妨礙正常的加工；不影響操作者的安全；易于清理、存

放和搬運(yùn)。

(1)切屑的形態(tài)可隨切削條件不同而改變

(2)可控制切削條件，使切屑形態(tài)向有利于生產(chǎn)的方面轉(zhuǎn)化，保證切削加工的順利進(jìn)行和工件的加工質(zhì)量：增大前角、提高切削速度、減小進(jìn)給量 3．積屑瘤

在一定的切削速度和保持連續(xù)切削的情況下，加工塑性材料時(shí)，在刀具前刀面常常粘結(jié)一塊剖面呈三角狀的硬塊，這塊金屬被稱為積屑瘤。（1）積屑瘤的形成

切削過(guò)程中，由于金屬的擠壓和強(qiáng)烈摩擦，使切屑與前刀面之間產(chǎn)生很大的應(yīng)力和很高的切削溫度。當(dāng)應(yīng)力和溫度條件適當(dāng)時(shí)，切屑底層與前刀面之間的摩擦力很大，使得切屑底層流出速度變得緩慢，形成一層很薄的“滯流層”，當(dāng)滯流層與前刀面的摩擦阻力超過(guò)切屑內(nèi)部的結(jié)合力時(shí)，滯流層的金屬與切屑分離而粘附在切削刃附近形成積屑瘤.（２）積屑瘤對(duì)切削加工的影響 有利方面：保護(hù)刀具、增加工作前角

不利方面：影響工件尺寸精度、影響工件表面粗造度（3）.積屑瘤的控制

影響積屑瘤的因素：工件材料、切削用量、刀具前角、切削液等

控制措施：通過(guò)熱處理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。

要避免在中溫、中速加工塑性材料

增大前角可減小切削變形，降低切削溫度，減小積屑瘤的高度 采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的切削液可減少甚至消除積屑瘤

3、鱗刺的形成

低速加工塑性金屬材料時(shí)在已加工表面常會(huì)出現(xiàn)一種鱗片狀毛刺，成為鱗刺。? 成因：低速切削形成擠裂或單元切屑時(shí)，刀、屑間摩擦發(fā)生周期性變化使切屑在前面上周期性停留代替刀具推擠切削層造成金屬的積聚，使以加工表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而導(dǎo)裂，并使切削厚度向切削線以下而形成鱗刺

4、已加工表面的變形

切屑經(jīng)過(guò)刀刃鈍圓B點(diǎn)后，受到后刀面BC段的擠壓和摩擦，經(jīng)過(guò)BC段后，這部分金屬開(kāi)始彈性恢復(fù)，恢復(fù)高度為△h，在恢復(fù)過(guò)程中又與后刀面CD部分產(chǎn)生摩擦，這部分切削層在OB，BC，CD段的擠壓和摩擦后，形成了已加工表面的加工質(zhì)量。所以說(shuō)第三變形區(qū)對(duì)工件加工表面質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。

備課時(shí)間：09-2-25

上課時(shí)間：09-2-26 教學(xué)目的：

1、掌握刀具材料的基本要求及常用刀具材料。

2、熟悉切削力、切削熱和切削溫度及其對(duì)刀具壽命的影響。

教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：刀具材料的基本要求及常用刀具材料。課時(shí)：2課時(shí) 授課內(nèi)容：

1.4 刀具材料

概

述：刀具材料是指刀具上參與切削部分的材料。1.4.1 刀具材料的基本要求（1）高硬度

（2）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性

（3）較強(qiáng)的耐磨性和耐熱性（4）優(yōu)良導(dǎo)熱性

（5）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性 1.4.2 常用刀具材料

刀具材料種類很多，常用的有：工具鋼（包括碳素工具鋼、）、硬質(zhì)合金、陶瓷金剛石（天然和人造）、立方氮化硼、碳素工具鋼和合金工具鋼，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具。

1、高速鋼

? 高速鋼是一種含有鎢、鉬、釩等合金元素較多的工具鋼，也稱為鋒鋼或白鋼． ? 特點(diǎn)：

1）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的2～3倍；

2）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍；

3）硬度HRc63以上，且有較好的耐熱性；

4）可加工性好，熱處理變形較小。

?

應(yīng)用：常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。

2、硬質(zhì)合金

? 硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物粉末和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。?

優(yōu)點(diǎn)

硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼，且能切削諸如淬火鋼等硬材料。? 不足（與高速鋼相比）：

其抗彎強(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動(dòng)和沖擊性能也較差。

? 硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來(lái)制作各種刀具。在我國(guó)，絕大多數(shù)車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造。

3、陶瓷刀具材料

? 陶瓷材料比硬質(zhì)合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐熱性，在1200℃的溫度下仍能切削，耐磨性和化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)和擴(kuò)散磨損能力強(qiáng)，因而能以更高的速度切削，并可切削難加工的高硬度材料。主要缺點(diǎn)是性脆、抗沖擊韌性差，抗彎強(qiáng)度低。

4、立方氮化硼

它是一種人工合成的新型刀具材料。它是利用超高溫高壓技術(shù)制成的一種無(wú)機(jī)超硬材料。立

方氮化硼在高溫、其硬度很高，可達(dá)8000～9000HV,僅次于金剛石，但熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于金剛石，并且與元素親和力小，它的最大的優(yōu)點(diǎn)是在高溫1200℃～1300℃時(shí)也不會(huì)與鐵族金屬起反應(yīng)。因此既能勝任淬火鋼、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削。超高速加工的首選刀具材料

5、金剛石

分為人造和天然兩種，是目前已知最硬的，硬度約為HV10000,故其耐磨性好，不足之處是抗彎強(qiáng)度和韌性差，對(duì)鐵的親和作用大，故金剛石刀具不能加工黑色金屬，在800℃時(shí)，金剛石中的碳與鐵族金屬發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)，刀具急劇磨損。金剛石價(jià)格昂貴，刃磨困難，應(yīng)用較少。主要用作磨具及磨料，有時(shí)用于修整砂輪。

總結(jié)：材料的韌性則是高速鋼最高，金剛石最低

材料的硬度、耐磨性，金剛石最高，遞次降低到高速鋼。

課時(shí)八

1.5 切削力、切削熱和切削溫度 1.5.1

切削力的來(lái)源

1、切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性

變形、塑性變形所產(chǎn)生的抗力；

2、刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。

1.5.2 切削分力及其作用

1、主切削力Fc ：切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力、校核機(jī)床和夾具強(qiáng)度及剛度的重要依據(jù)

2、背向力Fp

切削合力在切削深度方向上的分力，與切深方向相反，它能使工件彎曲和引起震動(dòng)，對(duì)加工質(zhì)量影響較大。

3、進(jìn)給力Ff

切削合力在進(jìn)給方向上的分力;與進(jìn)給方向平行，但方向相反，是設(shè)計(jì)和校驗(yàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的依據(jù)。

4、影響切削力的因素

工件材料： 被加工工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削力增大。強(qiáng)度相近的材料，如其塑性（伸長(zhǎng)率）較大，切削力增大。切削脆性材料時(shí)，其切削力一般低于塑性材料。

切削用量：切削深度ap或進(jìn)給量f加大，均使切削力增大，但兩者的影響程度不同，ap 的影響更大一些。切削速度： 加工塑性金屬時(shí)，在中速和高速下，切削力一般隨著切削速度的增大而減小。刀具幾何參數(shù)

1.5.5

切削熱和切削溫度

1.切削熱的產(chǎn)生傳出及影響 ａ．切削熱的來(lái)源

切屑層的金屬發(fā)生彈性變形、塑性變形而產(chǎn)生大量的熱 切屑與刀具前刀面產(chǎn)生的摩擦 工件與刀具后刀面產(chǎn)生的摩擦 ｂ．切削熱的傳導(dǎo)

傳入切屑，約占總熱量的５０％～８６％，對(duì)切削加工無(wú)不利影響

傳入工件，約占總熱量的４０％～１０％，會(huì)使工件膨脹或伸長(zhǎng)，產(chǎn)生尺寸和形狀誤差，影響加工精度

傳入刀具，約占總熱量的９％～３％，使刀具溫度升高，硬度下降，磨損加快，耐用度降

傳入周圍介質(zhì)，約占總熱量的１％，對(duì)切削加工無(wú)不利影響 2.切削溫度及其影響因素

切削溫度：是指刀具表面上切屑和刀具接觸處的平均溫度。

其高低取決于切削時(shí)產(chǎn)生熱量的多少和傳導(dǎo)條件的好壞，切削用量、工件材料、刀具材料及角度等對(duì)切削溫度均有影響 3.降低切削溫度的措施

(1)選擇合理的幾何角度和切削用量(2)使用切削液 1.6 刀具的磨損和壽命

一．刀具的磨損形式

1、前刀面磨損(月牙洼磨損)2．后萬(wàn)面磨損

3．前刀面和后刀面同時(shí)磨損

二、刀具磨損過(guò)程

初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段

三、刀具壽命(1)定義

刃磨或換刃后的刀具，自開(kāi)始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的切削時(shí)間，稱為刀具壽命，符號(hào)用T，單位用min或s。

(2)刀具壽命與切削用量的關(guān)系

切削用量對(duì)刀具壽命T 的影響程度與切削用量對(duì)切削溫度θ的影響程度是一致的，切削速度對(duì)刀具壽命的影響最大，其次是進(jìn)給量，背吃刀量的影響很小。

備課時(shí)間：09-3-1

上課時(shí)間：09-3-2 教學(xué)目的：

1、掌握切削液的作用及選用原則

2、掌握前角的選用方法和原則。

教學(xué)難點(diǎn)：刀具幾何角度的確定。

教學(xué)重點(diǎn)：刀具的組成及幾何角度的確定方法。課時(shí)：2課時(shí) 授課內(nèi)容：

1.7 工件材料的切削加工性和切削液

1.7.1切削加工性的概念和衡量指標(biāo)

材料的切削加工性是指材料被切削加工的難易程度。材料加工的難易程度要由具體的加工要求及切削條件而定。通常精加工時(shí)以能較好的保證加工質(zhì)量為工件材料切削加工性的主要指標(biāo)；自動(dòng)加工則以斷屑的難易程度為材料切削加工性的主要指標(biāo) 衡量材料切削加工性的指標(biāo) 1.一定刀具壽命下的切削速度 vTvT越大，材料的切削加工性越好。2.相對(duì)加工性 kr

為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)起見(jiàn)，取正火狀態(tài)下的45鋼作基準(zhǔn)材料，刀具壽命為60 min，這時(shí)的切削速度為基準(zhǔn)（寫(xiě)作(v60)j），而將其它材料的(v 60)與其相比，這個(gè)比值Kr稱為相對(duì)加工性：

vkr?60(v60)j

材料具有良好的切削加工性。kr?1

3.已加工表面質(zhì)量

凡較容易獲得好的表面質(zhì)量的材料，其切削加工性較好；反之則較差。精加工時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。

4.切屑的控制或斷屑的難易

凡切屑較容易控制或易于斷屑的材料，其切削加工性較好；反之則較差。在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上加工時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。5.切削力

在相同切削條件下，凡切削力較小的材料，其切削加工性較好；反之則較差。在粗加工中，當(dāng)機(jī)床剛性或動(dòng)力不足時(shí)，常以此為衡量指標(biāo)。（衡量材料切削加工性的指標(biāo)5項(xiàng)內(nèi)容，須提問(wèn)）? 影響材料切削加工性的因素 1.物理性能

材料的導(dǎo)熱性愈好、一定刀具耐用度下的切削速度愈 高，材料的切削加工性愈好。2.材料的力學(xué)性能

材料的強(qiáng)度、硬度愈高，切削力愈大，切削溫度愈高，刀具磨損加劇，— 切削加工性愈差。

材料的塑性、韌性愈高，切削時(shí)切屑的變形加大，摩擦力提高，切削力愈大，切削溫度愈高，刀具磨損加劇，— 切削加工性愈差。1.7.2 改善材料切削加工性的途徑 1.調(diào)整材料的化學(xué)成分

在鋼中加入 S、Pb 等元素，可有效的改善材料的切削加工性?！耙浊邢麂摗薄?.熱處理

1.7.3

切削液 1．切削液的作用（1）潤(rùn)滑作用（2）冷卻作用（3）清洗作用（4）防銹作用

2、切削液的種類 ①、切削油 ②、乳化液 ③、水溶液

3．切削液的選用原則（1）粗加工

? 粗加工時(shí)，切削用量大，產(chǎn)生的切削熱量多，容易使刀具迅速磨損。此類加工一般

采用冷卻作用為主的切削液，如離子型切削液或3％～5％乳化液。

? 切削速度較低時(shí)，刀具以機(jī)械磨損為主，宜選用潤(rùn)滑性能為主的切削液； ? 速度較高時(shí)，刀具主要是熱磨損，應(yīng)選用冷卻為主的切削液。

? 硬質(zhì)合金刀具耐熱性好，熱裂敏感，可以不用切削液。如采用切削液，必須連續(xù)、充分澆注，以免冷熱不均產(chǎn)生熱裂紋而損傷刀具。

（2）精加工

? 精加工時(shí)，切削液的主要作用：提高工件表面加工質(zhì)量和加工精度。

? 加工一般鋼件，在較低的速度（6.0m/min～30m/min）情況下，宜選用潤(rùn)滑性能好的極壓切削油或10％～12％極壓乳化液，以減小刀具與工件之間的摩擦和粘結(jié)，抑制積屑瘤。注意：

? A、加工銅材料時(shí)，不宜采用含硫切削液，因?yàn)榱驅(qū)︺~有腐蝕作用。

? B、加工鋁時(shí)，也不適于采用含硫與氯的切削液，因?yàn)檫@兩種元素宜與鋁形成強(qiáng)度高于鋁的化合物，反而增大刀具與切屑間的摩擦。也不宜采用水溶液，因高溫時(shí)水會(huì)使鋁產(chǎn)生針孔。

1.8 刀具幾何參數(shù)的合理選擇

? 刀具幾何參數(shù)的合理選擇：是指在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇能提高切削效率，降低生產(chǎn)成本，獲得最高刀具耐用度的刀具幾何參數(shù)。

? 刀具幾何參數(shù)內(nèi)容：

? 刀具幾何角度（如前角、后角、主偏角等）、? 刀面形式（如平面前刀面、倒棱前刀面等）? 切削刃形狀（直線形、圓弧形）1．前角和前刀面形狀的選擇 ? 前角的功用：

（1）影響切削變形和切削力的大?。?）影響加工表面質(zhì)量（3）影響刀具壽命

（4）影響切屑形態(tài)和斷屑效果。（1）前角的選擇：

? 在選擇刀具前角時(shí)首先應(yīng)保證刀刃鋒利，同時(shí)也要兼顧刀刃的強(qiáng)度與耐用度。

? 刀具前角的合理選擇，主要由刀具材料、工件材料、加工條件決定。

? ① 刀具材料

強(qiáng)度和韌性大的刀具材料可以選擇大的前角，而脆性大的刀具甚至取負(fù)的前角。

? ② 工件材料

加工鋼件等塑性材料時(shí)，切屑沿前刀面流出時(shí)和前刀面接觸長(zhǎng)度長(zhǎng)，壓力與摩擦較大，為減小變形和摩擦，一般采用選擇大的前角。

加工脆性材料時(shí)，切屑為碎狀，切屑與前刀面接觸短，切削力主要集中在切削刃附近，受沖擊時(shí)易產(chǎn)生崩刃，因此刀具前角相對(duì)塑性材料取得小些或取負(fù)值，以提高刀刃的強(qiáng)度。

? ③ 加工條件

粗加工時(shí)，一般取較小的前角；

精加工時(shí)，宜取較大的前角，以減小工件變形與表面粗糙度； 帶有沖擊性的斷續(xù)切削比連續(xù)切削前角取得小。

總之，前角選擇的原則是在滿足刀具耐用度的前提下，盡量選取較大前角。

刀具的合理前角參考值見(jiàn)P34表1-7

2、前刀面形狀、刃區(qū)形狀及其參數(shù)的選擇

? ①、前刀面形狀

? A、正前角鋒刃平面型

特點(diǎn)：刃口較鋒利，但強(qiáng)度差，γo不能太大，不易折屑。

主要用于高速鋼刀具，精加工。B、帶倒棱的正前角平面型

? 特點(diǎn)：切削刃強(qiáng)度及抗沖擊能力強(qiáng)，同樣條件下可以采用較大的前角，提高了刀具耐用度。

主要用于硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具，加工鑄鐵等脆性材料。

? C、負(fù)前角平面型

?

特點(diǎn)：切削刃強(qiáng)度較好，但刀刃較鈍，切削變形大。

? 主要用于硬脆刀具材料。加工高強(qiáng)度高硬度材料，如淬火鋼。? 圖示類型負(fù)前角后部加有正前角，有利于切屑流出。? D、曲面型

? 特點(diǎn)：有利于排屑、卷屑和斷屑，而且前角較大，切削變形小，所受切削力也較小。? 在鉆頭、銑刀、拉刀等刀具上都有曲面前面。

備課時(shí)間：09-3-4

上課時(shí)間：09-3-5 教學(xué)目的：

1、掌握后角、主偏角、刃傾角的選擇原則和方法。

2、掌握切削用量的選擇原則和方法。

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：切削用量的選擇原則和方法。課時(shí)：2課時(shí) 授課內(nèi)容：

2．后角及形狀的選擇(1)后角的功用 ：

A、減小刀具后刀面與加工表面的摩擦；

B、當(dāng)前角固定時(shí)，后角的增大與減小能增大和減小刀刃的鋒利程度，改變刀刃的散熱，從而影響刀具的耐用度。(2)后角的選擇

后角大小取決于：切削厚度、工件材料、工藝系統(tǒng)剛度。切削厚度(進(jìn)給量）越大，后角越?。?工件材料越軟、塑性越大，后角越大； 工藝系統(tǒng)剛度較差時(shí)，適當(dāng)減小后角

副后角的作用與后角類似，它用來(lái)減少副后面與已加工表面之間的摩擦，一般刀具將副后角制成與后角相同。1.8.4、主、副偏角的功用及其選擇

1、主、副偏角的功用

主偏角影響切削層的形狀，切削刃的工作長(zhǎng)度和單位切削刃上的負(fù)荷。減少κr，主切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷減少，刀具磨損小，耐用。

副偏角影響已加工表面的粗糙度和刀尖強(qiáng)度，減少κr′，減少表面的粗糙度的數(shù)值，還可提高刀具強(qiáng)度。過(guò)小，會(huì)使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動(dòng)，降低表面質(zhì)量。2.主、副偏角的選擇

? 主偏角主要根據(jù)加工條件和工藝系統(tǒng)剛性來(lái)選擇

? 副偏角主要考慮表面粗糙度、刀尖強(qiáng)度和散熱面積來(lái)選擇。3．主偏角的選擇

? A、主偏角κr的增大或減小對(duì)切削加工有利的一面（主偏角κr減小，能提高刀具耐用度。）

在背吃刀量ap與進(jìn)給量f 不變時(shí)，主偏角κr減小將使切削厚度hD減小，切削寬度bD增加，參加切削的切削刃長(zhǎng)度也相應(yīng)增加，切削刃單位長(zhǎng)度上的受力減小，散熱條件也得到改善。

主偏角κr減小時(shí)，刀尖角增大，刀尖強(qiáng)度提高，刀尖散熱體積增大。

? B、主偏角κr的增大或減小對(duì)切削加工不利的一面（主偏角的減小對(duì)刀具耐用度和加工精度產(chǎn)生不利影響。）

因?yàn)楦鶕?jù)切削力分析可以得知，主偏角κr減小，將使背向力Fp增大，從而使切削時(shí)產(chǎn)生的撓度增大，降低加工精度。同時(shí)背向力的增大將引起振動(dòng)。主偏角κr 選擇原則 ：

? ①、工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)（工件長(zhǎng)徑比lw/dw < 6），主偏角κr可以取小值。? ②、工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)（工件長(zhǎng)徑比lw/dw = 6-12），或帶有沖擊性的切削，主偏角κr可以取大值，一般κr＝75o～93o，甚至主偏角κr可以大于90o，以避免加工時(shí)振動(dòng)。

? 硬質(zhì)合金刀具車刀的主偏角多為60o～75o。

? ③、根據(jù)工件加工要求選擇。

當(dāng)車階梯軸時(shí)，κr ＝90o；同一把刀具加工外圓、端面和倒角時(shí)，κr ＝45o。

課時(shí)十二

4、副偏角的選擇

? 副偏角κrˊ的大小對(duì)刀具耐用度和加工表面粗糙度的影響：

? A、副偏角的減小，將可降低殘留物面積的高度，提高理論表面粗糙度值，? B、副偏角減小刀尖強(qiáng)度增大，散熱面積增大，提高刀具耐用度。

? C、副偏角太小會(huì)使刀具副后刀面與工件的摩擦，使刀具耐用度降低，另外引起加工中振動(dòng)。

? ①、工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)，加工高強(qiáng)度高硬度材料，一般κrˊ＝5o～10o；加工外圓及端面，能中間切入，κrˊ＝45o。

? ②、工藝系統(tǒng)剛度較差時(shí)，粗加工、強(qiáng)力切削時(shí)，κrˊ＝10o～15o；車臺(tái)階軸、細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁件，κrˊ＝5o～10o。? ③、切斷切槽，κrˊ＝1o～2o。

? 副偏角的選擇原則是：在不影響摩擦和振動(dòng)的條件下，應(yīng)選取較小的副偏角。1.8.5

刃傾角的選擇

（1）λs對(duì)切屑流出方向的影響

? 當(dāng)λs為負(fù)值時(shí)，切屑將流向已加工表面，并形成長(zhǎng)螺卷屑，容易損害加工表面。

但切屑流向機(jī)床尾座，不會(huì)對(duì)操作者產(chǎn)生大的影響。粗車時(shí)采用負(fù)值的λs。? 當(dāng)λs為正值，切屑將流向機(jī)床床頭箱，影響操作者工作，并容易纏繞機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，影響機(jī)床的正常運(yùn)行精車時(shí)采用正值的λs。（2）刃傾角對(duì)刀尖的影響

? 刃傾角λs的變化能影響刀尖的強(qiáng)度和抗沖擊性能。

? 當(dāng)λs取負(fù)值時(shí)，刀尖在切削刃最低點(diǎn)，切削刃切入工件時(shí)，切入點(diǎn)在切削刃或前刀面，保護(hù)刀尖免受沖擊，增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度。

? 一般大前角刀具通常選用負(fù)的刃傾角，既可以增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，又避免刀尖切入時(shí)產(chǎn)生的沖擊。

（3）刃傾角對(duì)切削分力的影響

刃傾角負(fù)值越大，切深抗力越大，當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，容

易引起振動(dòng)。? 1.8.6．刀尖形狀的選擇

? 刀尖是刀具強(qiáng)度和散熱條件都很差的地方。切削過(guò)程中，刀尖切削溫度較高，非常容易磨損，因此增強(qiáng)刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖對(duì)已加工表面粗糙度有很大影響。

?（1）直線過(guò)渡刃的優(yōu)點(diǎn)：

主偏角κr和副偏角κrˊ的減小，都可以增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，但同時(shí)也增大了背向力Fp，使得工件變形增大并引起振動(dòng)。但如在主、副切削刃之間磨出直線過(guò)渡刃。則既可增大刀尖角，又不會(huì)使背向力Fp增加多少 ?（2)圓弧狀刀尖的圓弧半徑取值

增大ｒε，刀具的磨損和破損都可減小，不過(guò)，此時(shí)背向力Fp也會(huì)增大，容易引起振動(dòng)?？紤]到脆性大的刀具對(duì)振動(dòng)敏感因素，一般硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具的刀尖圓弧半徑ｒε值較??；

硬質(zhì)合金車刀和陶瓷車刀，一般ｒε＝0.2～2㎜，高速鋼刀具，ｒε ＝0.5～5 ㎜。精加工ｒε選取比粗加工小。

?(3)

修光刃

精加工時(shí)，還可修磨出κrε＝0o，寬度b＝（1.2～1.5）f 與進(jìn)給方向平行的修光刃，切除掉殘留面積。

這種修光刃能在進(jìn)給量較大時(shí)，還能獲得較高的表面加工質(zhì)量。修光刃 常用于端銑刀

1.9 切削用量的選擇

1）切削用量對(duì)加工質(zhì)量的影響

當(dāng)切削速度增大時(shí)，切削力減小，可減小或避免積屑瘤，有利于提高加工質(zhì)量 進(jìn)給量增大使工件殘留面積的高度顯著增大，表面更粗糙。

切削深度增大，時(shí)切削力和工件變形增大，可能引起振動(dòng)，使零件的加工精度和表面質(zhì)量下降。

2)切削用量對(duì)刀具耐用度的影響

在切削用量中，切削速度對(duì)刀具耐用度的影響最大，進(jìn)給量次之，切削深度影響最小 3)選擇切削用量的原則

粗加工：首先選擇大的切削深度，其次選擇較大的進(jìn)給量，最后確定合理的切削速度。精加工：一般取較小的切削深度和進(jìn)給量，盡可能選擇較高的切削速度。? 對(duì)切削用量三要素選擇方法

?（1）背吃刀量的選擇

? 粗加工時(shí)（表面粗糙度Ra50～12.5μm）：在允許的條件下，盡量一次切除該工序的全部余量。如分兩次走刀，則第一次背吃刀量盡量取大，第二次背吃刀量盡量取小些。

? 半精加工時(shí)（表面粗糙度Ra6.3～3.2μm），背吃刀量一般為0.5～2㎜。）? 精加工時(shí)（表面粗糙度Ra1.6～0.8μm），背吃刀量為0.1～0.4㎜。

?（2）進(jìn)給量的選擇

? 粗加工時(shí)，進(jìn)給量主要考慮工藝系統(tǒng)所能承受的最大進(jìn)給量。

? 精加工和半精加工時(shí)，最大進(jìn)給量主要考慮加工精度和表面粗糙度。另外還要考慮工件材料，刀尖圓弧半徑、切削速度等。

P39 表1-8、1-9.?（3）切削速度的選擇 ? 切削速度的選取原則是：

? 粗車時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度，精加工時(shí)選擇較高的切削速度；

? 加工材料強(qiáng)度硬度較高時(shí)，選較低的切削速度，反之取較高切削速度； ? 刀具材料的切削性能越好，切削速度越高?？刹楸?-11得到

第三篇：《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

備

注

第一章

數(shù)控加工工藝及設(shè)備基礎(chǔ)

第一節(jié)

機(jī)床數(shù)控技術(shù)與數(shù)控加工設(shè)備概述

一、機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念

1．?dāng)?shù)字控制（數(shù)控）及數(shù)控技術(shù)

一般意義的數(shù)字控制是指用數(shù)字化信息對(duì)過(guò)程進(jìn)行的控制，是相對(duì)模擬控制而言的。機(jī)床中的數(shù)字控制是專指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的工作過(guò)程進(jìn)行的可編程自動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。這種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)就叫數(shù)控技術(shù)。

2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)

是實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，是數(shù)控技術(shù)的載體，它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床運(yùn)動(dòng)并加工零件。

在其發(fā)展過(guò)程中有硬件數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)兩類。

早期的數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，數(shù)字信息由數(shù)字邏輯電路來(lái)處理，數(shù)控系統(tǒng)的所有功能都由硬件實(shí)現(xiàn)，故又稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC系統(tǒng)）。

3．計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)，由裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專用計(jì)算機(jī)、輸入輸出設(shè)備、可編程邏輯控制器（PLC）、存儲(chǔ)器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，習(xí)慣上又稱為CNC系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)已基本取代硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC系統(tǒng)）。

4．開(kāi)放式CNC系統(tǒng)

國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)提出的開(kāi)放式CNC系統(tǒng)的定義是：一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)應(yīng)保證使開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行，且能與其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。

根據(jù)這一定義，開(kāi)放式CNC系統(tǒng)至少包括以下五個(gè)特征：

（1）對(duì)使用者是開(kāi)放的：應(yīng)可以采用先進(jìn)的圖形交互方式支持下的簡(jiǎn)易編程方法，使得數(shù)控機(jī)床的操作更加容易；

（2）對(duì)機(jī)床制造商是開(kāi)放的：應(yīng)允許機(jī)床制造商在開(kāi)放式CNC系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)專用的功能模塊及用戶操作界面；

（3）對(duì)硬件的選擇是開(kāi)放的：即一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)應(yīng)能在不同的硬件平臺(tái)上運(yùn)行；

（4）對(duì)主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是開(kāi)放的：即能控制不同廠商提供的主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

（5）對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及交換等是開(kāi)放的。

開(kāi)放式CNC系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的方向。5．?dāng)?shù)控機(jī)床

是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)其加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。

備

注

二、數(shù)控機(jī)床的組成

1．計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）

計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通訊接口板、擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等模塊組成。

2．伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置

伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置及主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，它是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。主軸伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度和位置，特點(diǎn)是能靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置的位置和速度指令。

3．控制面板

控制面板又稱操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行信息交互的工具。操作人員可以通過(guò)它對(duì)數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行操作、編程、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過(guò)它了解或查詢數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入輸出部件，主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)一樣）和顯示器等部分組成。

4．控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備

控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的零件加工程序通過(guò)輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入輸出設(shè)備是磁盤(pán)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。

此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可利用通訊方式進(jìn)行信息交換。這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD／CAM的集成、FMS（柔性制造系統(tǒng)）和CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的基本技術(shù)。目前在數(shù)控機(jī)床上常用的通訊方式有：

（1）串行通訊；（2）自動(dòng)控制專用接口；（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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5．PLC、機(jī)床I/O電路和裝置

PLC是用于進(jìn)行與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機(jī)床I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開(kāi)關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)：

（1）接受CNC的M、S、T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作；

（2）接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。

6．機(jī)床本體

機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要由主運(yùn)動(dòng)部件（主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板以及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換（APC）系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換（ATC）系統(tǒng)和輔助裝置（如冷卻、潤(rùn)滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。

備

注

三、數(shù)控機(jī)床的分類

1．按控制功能分類（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床僅能控制兩個(gè)坐標(biāo)軸帶動(dòng)刀具或工作臺(tái)，從一個(gè)點(diǎn)（坐標(biāo)位置）準(zhǔn)確地快速移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)（坐標(biāo)位置），然后控制第三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行鉆、鏜等切削加工。它具有較高的位置定位精度，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)有要求。點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床主要用于加工平面內(nèi)的孔系，主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。

（2）直線控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，從一個(gè)點(diǎn)以一條直線準(zhǔn)確地移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)，移動(dòng)過(guò)程中能進(jìn)行切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶著多軸箱軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆、鏜等切削加工，它可以算作一種直線控制的數(shù)控機(jī)床。

（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床

這類數(shù)控機(jī)床具有控制幾個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的能力，使刀具相對(duì)于工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)切削加工。這類數(shù)控機(jī)床有用于加工曲線和曲面形狀零件的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是這種類型。若根據(jù)其聯(lián)動(dòng)軸數(shù)還可細(xì)分為2軸（X、Z軸聯(lián)動(dòng)或X、Y軸聯(lián)動(dòng)）、2.5軸（任意2軸聯(lián)動(dòng)，第3軸周期進(jìn)給）、3軸（X、Y、Z3軸聯(lián)動(dòng)）、4軸（X、Y、Z和A或B4軸聯(lián)動(dòng)）、5軸（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和B、C或X、Y、Z和A、B5軸聯(lián)動(dòng)）聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)越多，則加工程序的編制越難，通常3軸聯(lián)動(dòng)以上的零件加工程序只能采用自動(dòng)編程系統(tǒng)編制。

2．按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無(wú)位置測(cè)量反饋裝置可分為開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)數(shù)控機(jī)床，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測(cè)量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。

（1）開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床

開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床采用開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)沒(méi)有位置測(cè)量反饋裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。但由于無(wú)位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。該系統(tǒng)一般以步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。

（2）半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測(cè)點(diǎn)是從驅(qū)動(dòng)電機(jī)（常用交、直流伺服電機(jī)）或絲杠端引出，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)和絲杠旋轉(zhuǎn)角度來(lái)間接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置。由于在半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得較穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)穩(wěn)定性雖不如開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。另外，在位置環(huán)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)的誤差可得到某種程度的糾正，位置環(huán)外不能直接消除的如絲杠螺距誤差、齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差等，可通過(guò)軟件補(bǔ)償這類誤差來(lái)提高運(yùn)動(dòng)精度，因此在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。

（3）閉環(huán)數(shù)控機(jī)床

閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)點(diǎn)是工作臺(tái)，它直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量，具有很高的位置控制精度。但由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，很容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有相當(dāng)?shù)碾y度，對(duì)其組成環(huán)節(jié)的精度、剛性和動(dòng)態(tài)特性等都有較高的要求，價(jià)格昂貴。這類系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。

3．按工藝用途（機(jī)床類型）分類

（1）切削加工類

即具有切削加工功能的數(shù)控機(jī)床。在金屬切削機(jī)床常用的車床、銑床、刨床、磨床、鉆床、鏜床、插床、拉床、切斷機(jī)床、齒輪加工機(jī)床等中，國(guó)內(nèi)外都開(kāi)發(fā)了數(shù)控機(jī)床，而且品種越來(lái)越細(xì)。比如，在數(shù)控磨床中不僅有數(shù)控外圓磨床，數(shù)控內(nèi)圓磨床，集可磨外圓、內(nèi)圓于一機(jī)的數(shù)控萬(wàn)能磨床，數(shù)控平面磨床，數(shù)控坐標(biāo)磨床，數(shù)控工具磨床，數(shù)控?zé)o心磨床，數(shù)控齒輪磨床，還有專用或?qū)ｉT化的數(shù)控軸承磨床，數(shù)控外螺紋磨床，數(shù)控內(nèi)螺紋磨床，數(shù)控雙端面磨床，數(shù)控凸輪軸磨床，數(shù)控曲軸磨床，能自動(dòng)換砂輪的數(shù)控導(dǎo)軌磨床（又稱導(dǎo)軌磨削中心）等等，還有工藝范圍更寬的車削中心、加工中心、柔性制造單元（FMC）等。

（2）成型加工類

是具有通過(guò)物理方法改變工件形狀功能的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。

備

注

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

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（3）特種加工類

是具有特種加工功能的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控電火花線切割機(jī)床，數(shù)控電火花成型機(jī)床，帶有自動(dòng)換電極功能的“電加工中心”，數(shù)控激光切割機(jī)床，數(shù)控激光熱處理機(jī)床，數(shù)控激光板料成型機(jī)床，數(shù)控等離子切割機(jī)等。

（4）其它類型

一些廣義上的數(shù)控設(shè)備。如數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、機(jī)器人等。

備

注

四、數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)特征和主要輔助裝置

1．?dāng)?shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)特征

（1）機(jī)床剛性提高，抗振性能大為改善；（2）機(jī)床熱變形降低；（3）機(jī)床中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)減少；

（4）機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)副間的摩擦系數(shù)較??；（5）機(jī)床功能部件增多。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的主要輔助裝置

數(shù)控機(jī)床的輔助裝置是一個(gè)完整的機(jī)器或裝置，其作用是完成配合機(jī)床對(duì)零件加工的輔助工作。諸如切削液或油液處理系統(tǒng)中的冷卻過(guò)濾裝置，油液分離裝置，吸塵吸霧裝置，潤(rùn)滑裝置及輔助主機(jī)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和控制的氣、液動(dòng)裝置等，雖然這些裝置在某些自動(dòng)化或精密型非數(shù)控機(jī)床上已配備使用，但是，數(shù)控機(jī)床要求配備的裝置的質(zhì)量、性能更為精化。

除上述通用輔助裝置外，還有對(duì)刀儀、自動(dòng)排屑器、物料儲(chǔ)運(yùn)及上下料裝置等。

五、數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能和可靠性指標(biāo)

1．規(guī)格指標(biāo)

規(guī)格指標(biāo)是指數(shù)控機(jī)床的基本能力指標(biāo)，主要有以下幾方面：

（1）行程范圍和擺角范圍

行程范圍是指坐標(biāo)軸可控的運(yùn)動(dòng)區(qū)間，它反映該機(jī)床允許的加工空間，一般情況下工件輪廓尺寸應(yīng)在加工空間的范圍之內(nèi)。擺角范圍是指擺角坐標(biāo)軸可控的擺角區(qū)間，也反映該機(jī)床的加工空間。

（2）工作臺(tái)面尺寸

它反映該機(jī)床安裝工件的最大范圍，通常應(yīng)選擇比最大加工工件稍大一點(diǎn)的面積，這是因?yàn)橐A(yù)留夾具所需的空間。

（3）承載能力

它反映該機(jī)床能加工零件的最大重量。

（4）主軸功率和進(jìn)給軸扭矩

它反映該機(jī)床的加工能力，同時(shí)也可間接反映機(jī)床的剛度和強(qiáng)度。

（5）控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)

數(shù)控機(jī)床的控制軸數(shù)通常是指機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的進(jìn)給軸數(shù)。數(shù)控機(jī)床控制軸數(shù)與數(shù)控裝置的運(yùn)算處理能力、運(yùn)算速度及內(nèi)存容量等有關(guān)。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指數(shù)控機(jī)床同時(shí)控制多個(gè)進(jìn)給軸，使它們按規(guī)定的路線和進(jìn)給速度所確定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸數(shù)目。它反映數(shù)控機(jī)床的曲面加工能力。

（6）刀庫(kù)容量

是指刀庫(kù)能存放加工所需刀具的數(shù)量，它反映該機(jī)床能加工工序內(nèi)容的多少。目前常見(jiàn)的中小型加工中心多為16~60把，大型加工中心達(dá)

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100把以上。

2．性能指標(biāo)

（1）分辨率與脈沖當(dāng)量

分辨率是指兩個(gè)相鄰的分散細(xì)節(jié)之間可以分辨的最小間隔。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)而言，分辨率是可以測(cè)量的最小增量；對(duì)控制系統(tǒng)而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的移動(dòng)量，通常稱為脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的原始數(shù)據(jù)之一，其數(shù)值的大小決定數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量。脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工表面質(zhì)量越高。

（2）最高主軸轉(zhuǎn)速和最大加速度

最高主軸轉(zhuǎn)速是指主軸所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速，它是影響零件表面加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素之一。最大加速度是反映主軸速度提速能力的性能指標(biāo)，也是加工效率的重要指標(biāo)。

（3）最高快移速度和最高進(jìn)給速度

最高快移速度是指進(jìn)給軸在非加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度，最高進(jìn)給速度是指進(jìn)給軸在加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度，它們也是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素。

另外，還有換刀速度和工作臺(tái)交換速度，它們也是影響生產(chǎn)效率的性能指標(biāo)。3．可靠性指標(biāo)

（1）平均無(wú)故障時(shí)間MTBF（Mean time between failures）

它是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在使用中平均兩次故障間隔的時(shí)間，即數(shù)控機(jī)床在壽命范圍內(nèi)總工作時(shí)間和總故障次數(shù)之比，即

MTBF?總工作時(shí)間

總故障次數(shù)備

注

很顯然，這段時(shí)間越長(zhǎng)越好。

（2）平均修復(fù)時(shí)間MTTR（Mean time to restore。）

它是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床從開(kāi)始出現(xiàn)故障直到能正常工作所用的平均修復(fù)時(shí)間，即

MTTR?總故障停機(jī)時(shí)間

總故障次數(shù)考慮到實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)故障總是難免的，故對(duì)于可維修的系統(tǒng)，總希望一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)的時(shí)間越短越好，即希望MTTR越短越好。

（3）平均有效度A 如果把MTBF看作設(shè)備正常工作的時(shí)間，把MTTR看作設(shè)備不能工作的時(shí)間，那么正常工作時(shí)間與總時(shí)間之比稱為設(shè)備的平均有效度A，即

A?平均無(wú)故障時(shí)間MTBF ?平均無(wú)故障時(shí)間?故障平均修復(fù)時(shí)間MTBF?MTTR平均有效度反映了設(shè)備提供正確使用的能力，是衡量設(shè)備可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。

六、數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)

數(shù)控機(jī)床的精度項(xiàng)目主要包括幾何精度、定位精度和切削精度。1．主要幾何精度項(xiàng)目及檢驗(yàn)

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數(shù)控機(jī)床的幾何精度

是綜合反映機(jī)床的關(guān)鍵零部件及其組裝后的幾何形位誤差的指標(biāo)。該指標(biāo)可分為兩類：一類是對(duì)機(jī)床的基礎(chǔ)件和運(yùn)動(dòng)大件（如床身、立柱、工作臺(tái)、主軸箱等）的直線度、平面度、垂直度等的要求，如工作臺(tái)面的平面度，各坐標(biāo)方向移動(dòng)的直線度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（臥式）坐標(biāo)方向移動(dòng)時(shí)工作臺(tái)面的平行度，X坐標(biāo)方向移動(dòng)時(shí)工作臺(tái)面T形槽側(cè)面的平行度等；另一類是對(duì)機(jī)床主軸的要求，如主軸的軸向竄動(dòng)，主軸孔的徑向跳動(dòng)，主軸箱移動(dòng)時(shí)主軸軸線的平行度，主軸軸線與工作臺(tái)面的垂直度（立式）或平行度（臥式）等。

以臥式加工中心為例，主要有以下各項(xiàng)：（1）X、Y、Z坐標(biāo)的相互垂直度；（2）工作臺(tái)面的平面度；

（3）X軸和Z軸移動(dòng)工作臺(tái)面的平行度；（4）主軸回轉(zhuǎn)軸心線對(duì)工作臺(tái)面的平行度；（5）主軸在X、Y、Z各軸方向移動(dòng)的直線度；（6）X軸移動(dòng)工作臺(tái)邊界定位基準(zhǔn)面的平行度；

（7）工作臺(tái)中心線到邊界定位器基準(zhǔn)面之間的距離精度；（8）主軸軸向跳動(dòng)；（9）主軸孔徑向跳動(dòng)。

幾何精度常用檢測(cè)工具有精密水平儀、精密方箱、直角尺、平尺、千分表、測(cè)微儀、高精度主軸心棒等。

2．定位精度的項(xiàng)目及檢驗(yàn)

數(shù)控機(jī)床定位精度是指機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控裝置的控制下空載運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的位置準(zhǔn)確程度。根據(jù)各軸能達(dá)到的位置精度就能判斷出加工時(shí)零件所能達(dá)到的精度。

（l）直線運(yùn)動(dòng)定位精度

是指數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)部件沿某一坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際值與給定值的接近程度，其誤差稱為直線運(yùn)動(dòng)定位誤差。

Xij??Pij??Pj

（1-1）

Xij??Pij??Pj

（1-2）i=1，2，3??n

代表向每一目標(biāo)趨近的次數(shù)；

j=1，2，3??m

代表目標(biāo)位置。

備

注

n次單向趨近目標(biāo)位置Pj時(shí)，可得到單向平均位置偏差Xj?和Xj?的值。Xj??n Xj??n?Xi?1nnij?

（1-3）

?Xi?1ij?

（1-4）

這樣可得到從正、負(fù)方向趨近目標(biāo)位置Pj時(shí)的反向差值Bj。

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

Bj?Xj??Xj?

（1-5）n次單向趨近目標(biāo)位置Pj時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sj?和Sj?為

備

注

Sj??1n?11n?1??Xi?1nnij??Xj???

2（1-6）

Sj????Xi?1ij??Xj?2

（1-7）

定位精度A可分為單向定位精度Au和雙向定位精度Ab二種。單向定位精度Au是取正、負(fù)方向趨近目標(biāo)位置時(shí)定位誤差中的最大值。正、負(fù)方向趨近目標(biāo)位置時(shí)的定位精度如下：

?

A??3S??3S??

（1-9）雙向定位精度A為?X??3S??、?X??3S??中的最大值與?X??3S??、?X??3S??中的最小值之差值，即

A??X?3S???X?3S?

（1-10）

Au??Xj??3Sj?max?Xj??3Sj?min

（1-8）

ujjmaxjjminb????X??????Xjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情況下，實(shí)際加工的某一坐標(biāo)軸任意兩點(diǎn)間的距離誤差大約為該軸雙向定位精度的2倍。

（2）直線運(yùn)動(dòng)的重復(fù)定位精度

是指在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上，應(yīng)用相同程序、相同代碼加工一批零件，所得到結(jié)果的一致程度。一般情況下，重復(fù)定位精度是正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是反映軸運(yùn)動(dòng)精度穩(wěn)定性的最基本指標(biāo)。

重復(fù)定位精度R為標(biāo)準(zhǔn)偏差Sj?和Sj?中最大值的6倍，即

R?6?Sj?max

（1-11）（3）直線運(yùn)動(dòng)的反向誤差B

直線運(yùn)動(dòng)的反向誤差也叫失動(dòng)量，是該坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上驅(qū)動(dòng)部件（如伺服電動(dòng)機(jī)、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等）的反向死區(qū)及各機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)副的反向間隙和彈性變形等誤差的綜合反映。誤差越大，則定位精度和重復(fù)定位精度也越差。

B?Bjmax

（1-12）

（4）直線運(yùn)動(dòng)的原點(diǎn)返回精度（回零精度）

是指數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸達(dá)到規(guī)定零點(diǎn)的準(zhǔn)確程度，其誤差稱為回零誤差。實(shí)質(zhì)上是該坐標(biāo)軸上一個(gè)特殊點(diǎn)的重復(fù)定位精度。

（5）分度精度A

是指分度工作臺(tái)在分度時(shí)指令要求回轉(zhuǎn)的角度值與實(shí)際回轉(zhuǎn)的角度值的差值。

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

A?Qj?3Sj備

注

??max?Qj?3Sj??min

（1-13）

3．切削精度的項(xiàng)目及檢驗(yàn)

機(jī)床的切削精度是一項(xiàng)綜合精度指標(biāo)，它不僅反映了機(jī)床的幾何精度和定位精度，同時(shí)還反映了試件的材料、環(huán)境溫度、刀具性能以及切削條件等各種因素造成的誤差。

（1）鏜孔精度檢查

（2）端銑刀銑削平面精度檢查

（3）直線銑削精度檢查

（4）斜線銑削精度檢查（5）圓弧銑削精度檢查

七、數(shù)控機(jī)床的主要功能

1．多軸控制功能

是指CNC系統(tǒng)能控制和能聯(lián)動(dòng)控制數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功能。CNC系統(tǒng)的控制進(jìn)給軸有：移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸，基本軸和附加軸。

2．準(zhǔn)備功能

即G功能——指令機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的功能。3．多種函數(shù)插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能

插補(bǔ)功能是指數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行零件表面（平面或空間曲面）加工軌跡插補(bǔ)運(yùn)算的功能。一般CNC系統(tǒng)僅具有直線和圓弧插補(bǔ)，較為高檔的數(shù)控系統(tǒng)還具有拋物線、橢圓、極坐標(biāo)、正弦線、螺旋線以及樣條曲線等插補(bǔ)功能。

在數(shù)控加工中，有些加工內(nèi)容如鉆孔、鏜孔、攻螺紋等，所做的動(dòng)作需要循環(huán)且十分典型，數(shù)控系統(tǒng)預(yù)先將這些循環(huán)動(dòng)作用G代碼進(jìn)行定義，在加工時(shí)使用這類G代碼，可大大簡(jiǎn)化編程工作量，此即固定循環(huán)功能。

4．補(bǔ)償功能

（1）刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償功能

該功能能實(shí)現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心的軌跡，以及在刀具半徑和長(zhǎng)度發(fā)生變化（如刀具更換、刀具磨損）時(shí)，可對(duì)刀具半徑或長(zhǎng)度作相應(yīng)的補(bǔ)償。該功能由G指令或T指令實(shí)現(xiàn)。

（2）傳動(dòng)鏈誤差、反向間隙誤差補(bǔ)償功能

螺距誤差補(bǔ)償可預(yù)先測(cè)量出螺距誤差和反向間隙，然后按要求輸入CNC裝置相應(yīng)的儲(chǔ)存單元內(nèi)，在加工過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

（3）智能補(bǔ)償功能

外界干擾產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，可采用人工智能、專家系統(tǒng)等方法建立模型，實(shí)施智能補(bǔ)償。如熱變形引起的誤差，裝置將會(huì)在相應(yīng)地方自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

5．主軸功能

是指數(shù)控系統(tǒng)對(duì)切削速度的控制功能。主要有以下五種控制功能：（1）主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）——實(shí)現(xiàn)刀具切削點(diǎn)切削速度的控制功能，單位為r／min（m／min）。

（2）恒線速度控制——實(shí)現(xiàn)刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

（3）主軸定向控制——實(shí)現(xiàn)主軸周向定位于特定點(diǎn)的控制功能。（4）C軸控制——實(shí)現(xiàn)主軸周向任意位置的控制功能。

（5）切削倍率——實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí)修調(diào)切削速度，即通過(guò)面板的倍率開(kāi)關(guān)在0％~200％之間對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)修調(diào)。

6．進(jìn)給功能

是指數(shù)控系統(tǒng)對(duì)進(jìn)給速度的控制功能。主要有以下三種控制功能：（1）進(jìn)給速度——控制刀具或工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm／min；（2）同步進(jìn)給速度——實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度的同步，單位為mm／r，用于加工螺紋；

（3）進(jìn)給倍率——實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí)修調(diào)進(jìn)給速度，即通過(guò)面板的倍率開(kāi)關(guān)在0％~200％之間對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)修調(diào)。

7．宏程序功能

通過(guò)編輯子程序中的變量來(lái)改變刀具路徑和刀具位置的功能。8．輔助功能

即M功能——規(guī)定主軸的起、停、轉(zhuǎn)向，工件的夾緊和松開(kāi)，冷卻泵的接通和斷開(kāi)等機(jī)床輔助動(dòng)作的功能。

9．刀具管理功能

是實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具幾何尺寸和刀具壽命的管理及刀具選擇功能。刀具幾何尺寸是指刀具的半徑和長(zhǎng)度，這些參數(shù)供刀具補(bǔ)償功能使用。刀具壽命是指總計(jì)切削時(shí)間，當(dāng)某刀具的時(shí)間壽命到期時(shí)，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具。另外，CNC系統(tǒng)都具有T功能即刀具號(hào)管理功能，它用于標(biāo)識(shí)刀庫(kù)中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。

10．人機(jī)對(duì)話功能

在CNC裝置中配有單色或彩色陰極射線管，俗稱顯示器（CRT），通過(guò)軟件可實(shí)現(xiàn)字符和圖形的顯示，以方便用戶操作和使用。主要功能有：菜單結(jié)構(gòu)的操作界面；數(shù)據(jù)及零件加工程序的輸入及環(huán)境編輯；系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢等。

11．自診斷功能

是指CNC系統(tǒng)防止故障發(fā)生及故障診斷、故障定位和防止故障擴(kuò)大的功能。12．通訊功能

通訊功能是指CNC裝置與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。

備

注

第二節(jié)

數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述

數(shù)控加工

是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序（簡(jiǎn)稱為數(shù)控程序），輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而完成零件的加工。

數(shù)控加工技術(shù)

是將普通金屬切削加工、計(jì)算機(jī)數(shù)控、計(jì)算機(jī)輔助制造等技

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

術(shù)綜合的一門先進(jìn)加工技術(shù)。在以上各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步推動(dòng)下，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展下，數(shù)控加工技術(shù)正從深度、廣度上對(duì)機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行革命性的變革。

備

注

一、數(shù)控加工原理

1．?dāng)?shù)控加工的過(guò)程

首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、加工過(guò)程中主軸速度和進(jìn)給速度的變換、冷卻液的開(kāi)關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，都按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。

2．?dāng)?shù)控加工中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程（1）譯碼

譯碼程序的主要功能是將用文本格式（通常用ASCⅡ碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式），該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來(lái)描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標(biāo)值，進(jìn)給速度，主軸轉(zhuǎn)速，G代碼，M代碼，刀具號(hào)，子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。

（2）刀補(bǔ)處理（計(jì)算刀具中心軌跡）

為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設(shè)計(jì)的進(jìn)給路線編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中控制的是刀具中心（準(zhǔn)確說(shuō)是刀位點(diǎn)）軌跡，因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的處理程序。

（3）插補(bǔ)計(jì)算

數(shù)控編程提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)則由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來(lái)控制。該程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期?T定時(shí)運(yùn)行，它將由各種線形（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進(jìn)給速度F，實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)進(jìn)給軸在?T內(nèi)的位移指令（?X1、?Y1、?），并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。

（4）PLC控制

CNC系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的控制分為對(duì)各坐標(biāo)軸的速度和位置的“軌跡控制”和對(duì)機(jī)床動(dòng)作的“順序控制” 或稱“邏輯控制”。后者是指在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開(kāi)關(guān)信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯關(guān)系對(duì)諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開(kāi)，液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行的控制。PLC控制就是實(shí)現(xiàn)上述功能的功能模塊。

數(shù)控加工原理就是將預(yù)先編好的加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)譯碼、刀補(bǔ)處理、插補(bǔ)計(jì)算等數(shù)據(jù)處理和PLC協(xié)調(diào)控制，最終實(shí)現(xiàn)零件

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容 的自動(dòng)化加工。

備

注

二、數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過(guò)程的概念、主要內(nèi)容及特點(diǎn)

（一）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過(guò)程的概念

1．?dāng)?shù)控加工工藝

是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個(gè)數(shù)控加工工藝過(guò)程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來(lái)的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

2．?dāng)?shù)控加工工藝過(guò)程

是利用切削工具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對(duì)象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過(guò)程。

（二）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過(guò)程的主要內(nèi)容（1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容；（2）對(duì)零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析；（3）零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定值的確定；（4）數(shù)控加工工藝方案的制定；（5）工步、進(jìn)給路線的確定；（6）選擇數(shù)控機(jī)床的類型；

（7）刀具、夾具、量具的選擇和設(shè)計(jì)；（8）切削參數(shù)的確定；

（9）加工程序的編寫(xiě)、校驗(yàn)與修改；

（10）首件試加工與現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題處理；（11）數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。

（三）數(shù)控加工工藝的特點(diǎn) 1．?dāng)?shù)控加工工藝內(nèi)容要求具體、詳細(xì) 2．?dāng)?shù)控加工工藝要求更嚴(yán)密、精確

3．制定數(shù)控加工工藝要進(jìn)行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計(jì)算 4．制定數(shù)控加工工藝選擇切削用量時(shí)要考慮進(jìn)給速度對(duì)加工零件形狀精度的影響

5．制定數(shù)控加工工藝時(shí)要特殊強(qiáng)調(diào)刀具選擇的重要性 6．?dāng)?shù)控加工工藝的特殊要求

7．?dāng)?shù)控加工程序的編寫(xiě)、校驗(yàn)與修改是數(shù)控加工工藝的一項(xiàng)特殊內(nèi)容

三、數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系

1．?dāng)?shù)控程序

輸入數(shù)控機(jī)床，執(zhí)行一個(gè)確定的加工任務(wù)的一系列指令，稱為數(shù)控程序或零件程序。

2．?dāng)?shù)控編程

即把零件的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)及其它輔助動(dòng)作，按動(dòng)作順序和數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令、格式，編成加工程序，再記錄于控制介質(zhì)即程序載體（磁盤(pán)等），輸入數(shù)控裝置，從而指揮機(jī)床加工并根據(jù)加工結(jié)果加以修正的過(guò)程。

3．?dāng)?shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系

數(shù)控加工工藝分析與處理是數(shù)控編程

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容 的前提和依據(jù)，沒(méi)有符合實(shí)際的、科學(xué)合理的數(shù)控加工工藝，就不可能有真正可行的數(shù)控加工程序。而數(shù)控編程就是將制定的數(shù)控加工工藝內(nèi)容程序化。

備

注

第三節(jié)

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系

1．標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向

標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系采用右手直角笛卡兒定則?；咀鴺?biāo)軸為X、Y、Z并構(gòu)成直角坐標(biāo)系，相應(yīng)每個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別為A、B、C。

基本坐標(biāo)軸X、Y、Z的關(guān)系及其正方向用右手直角定則判定，拇指為X軸，食指為Y軸，中指為Z軸，圍繞X、Y、Z各軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其正方向?A、?B、?C分別用右手螺旋定則判定，拇指為X、Y、Z的正向，四指彎曲的方向?yàn)閷?duì)應(yīng)的A、B、C的正向。與?X、?Y、?Z、?A、?B、?C相反的方向相應(yīng)用帶“′”的?X′、?Y′、?Z′、?A′、?B′、?C′表示。注意，?X′、?Y′、?Z′之間不符合右手直角笛卡兒定則。

由于數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸既可以是刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)，也可以是反之，所以ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

（l）不論機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)，或是工件運(yùn)動(dòng)、刀具靜止，在確定坐標(biāo)系時(shí)，一律看作是刀具相對(duì)靜止的工件運(yùn)動(dòng)。

（2）機(jī)床的直線坐標(biāo)軸X、Y、Z的判定順序是：先Z軸，再X軸，最后按右手定則判定Y軸。

（3）坐標(biāo)軸名（X、Y、Z、A、B、C）不帶“′”的表示刀具運(yùn)動(dòng)；帶“′”的表示工件運(yùn)動(dòng)，如圖1-16所示。

（4）增大工件與刀具之間距離的方向?yàn)樽鴺?biāo)軸正方向。2．坐標(biāo)軸判定的方法和步驟（1）Z軸

規(guī)定平行于機(jī)床主軸軸線的坐標(biāo)軸為Z軸。對(duì)于有多個(gè)主軸或沒(méi)有主軸的機(jī)床（如刨床），標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定垂直于工件裝夾面的軸為Z軸。對(duì)于能擺動(dòng)的主軸，若在擺動(dòng)范圍內(nèi)僅有一個(gè)坐標(biāo)軸平行主軸軸線，則該軸即為Z軸，若在擺動(dòng)范圍內(nèi)有多個(gè)坐標(biāo)軸平行主軸軸線，則規(guī)定其中垂直于工件裝夾面的坐標(biāo)軸為Z軸。

規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸的正方向（?Z）。（2）X軸

對(duì)于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座，刀具離開(kāi)工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄軸正方向；對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的立式機(jī)床，規(guī)定水平方向?yàn)閄軸方向，且當(dāng)從刀具（主軸）向立柱看時(shí)，X正向在右邊；對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的臥式機(jī)床，規(guī)定水平方向仍為X軸方向，且從刀具（主軸）尾端向工件看時(shí)，右手所在方向?yàn)閄軸正方向。

（3）Y軸

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

Y軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸。Y軸的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)軸的正方向按照右

備

注

手直角笛卡兒定則來(lái)判斷。

（4）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)A、B和C

A、B和C表示其軸線分別平行于X、Y和Z坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。A、B和C的正方向可按右手螺旋定則確定。

（5）附加坐標(biāo)軸的定義

如果在X、Y、Z坐標(biāo)以外，還有平行于它們的坐標(biāo)，可分別指定為U、V、W。若還有第三組運(yùn)動(dòng)，則分別指定為P、Q和R。

（6）主軸正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向的關(guān)系

主軸正旋轉(zhuǎn)方向

從主軸尾端向前端（裝刀具或工件端）看順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。對(duì)于普通臥式數(shù)控車床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向相同。對(duì)于鉆、鏜、銑、加工中心機(jī)床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橛倚菁y進(jìn)入工件的方向，與C軸正方向相反。所以不能誤認(rèn)為C軸正方向即為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。

二、機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系

1．機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床原點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)

（1）機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，是用來(lái)確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系，是確定刀具（刀架）或工件（工作臺(tái)）位置的參考系，并建立在機(jī)床原點(diǎn)上。機(jī)床坐標(biāo)系各坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)正方向按前述標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系規(guī)定設(shè)定。

（2）機(jī)床原點(diǎn)

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都有一個(gè)基準(zhǔn)位置，稱為機(jī)床原點(diǎn)，是機(jī)床制造商設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)物理位置，其作用是使機(jī)床與控制系統(tǒng)同步，建立測(cè)量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始點(diǎn)。

（3）機(jī)床參考點(diǎn)

與機(jī)床原點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的還有一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)，它也是機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，通常不同于機(jī)床原點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，加工中心的參考點(diǎn)設(shè)在工作臺(tái)位于負(fù)極限位置時(shí)的一基準(zhǔn)點(diǎn)上。

2．工件坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)（1）工件坐標(biāo)系

編程人員在編程時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，也稱為編程坐標(biāo)系。（2）工件坐標(biāo)系原點(diǎn)

也稱為工件原點(diǎn)或編程原點(diǎn)，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的確定

坐標(biāo)原點(diǎn)選定后，接著就是坐標(biāo)軸的確定。工件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸確定的原則為：根據(jù)工件在機(jī)床上的安放方向與位置決定Z軸方向，即工件安放在數(shù)控機(jī)床上時(shí)，工件坐標(biāo)系的Z軸與機(jī)床坐標(biāo)系Z軸平行，正方向一致，在工件上通常與工件主要定位支撐面垂直；然后，選擇零件尺寸較長(zhǎng)方向或切削時(shí)的主要進(jìn)給方向

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

為X軸方向，在機(jī)床上安放后，其方位與機(jī)床坐標(biāo)系X軸方位平行，正向一致；過(guò)原點(diǎn)與X、Z軸垂直為Y軸，根據(jù)右手定則，確定Y軸的正方向。

3．裝夾原點(diǎn)

有的機(jī)床還有一個(gè)重要的原點(diǎn)，即裝夾原點(diǎn)，是工件在機(jī)床上安放時(shí)的一個(gè)重要參考點(diǎn)。

備

注

第四節(jié)

插補(bǔ)原理及與加工精度和加工效率的關(guān)系

一、數(shù)控加工軌跡控制原理——插補(bǔ)原理

插補(bǔ)的任務(wù)就是要根據(jù)進(jìn)給速度的要求，完成在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算。目前常用的插補(bǔ)方法有兩類：脈沖增量插補(bǔ)法和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法。

（一）脈沖增量插補(bǔ)

脈沖增量插補(bǔ)是模擬硬件插補(bǔ)的原理，把計(jì)算機(jī)每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)給脈沖進(jìn)給，以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)每發(fā)出一個(gè)脈沖，工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)度單位（脈沖當(dāng)量），并且每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)行程增量，每進(jìn)給一步（一個(gè)脈沖當(dāng)量），計(jì)算機(jī)就要進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，進(jìn)給速度受計(jì)算機(jī)插補(bǔ)速度的限制，因此很難滿足現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床高速度的要求。

（二）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法

數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)原理是將加工一段直線或圓弧的時(shí)間劃分為若干相等的插補(bǔ)周期，每經(jīng)過(guò)一個(gè)插補(bǔ)周期就進(jìn)行一次插補(bǔ)計(jì)算，算出在該插補(bǔ)周期內(nèi)各坐標(biāo)軸的進(jìn)給量，邊計(jì)算邊加工，若干次插補(bǔ)周期后完成一個(gè)曲線段的加工，即從曲線段的起點(diǎn)走到終點(diǎn)。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是根據(jù)用戶程序的進(jìn)給速度，將給定輪廓曲線分割為每一插補(bǔ)周期的進(jìn)給段，即輪廓步長(zhǎng)。每一個(gè)插補(bǔ)周期，執(zhí)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，計(jì)算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)）坐標(biāo)，從而計(jì)算出下一周期各個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給量，如?X、?Y等，進(jìn)而得出下一插補(bǔ)點(diǎn)的指令位置。插補(bǔ)周期可以等于采樣周期，也可以是采樣周期的整倍數(shù)。對(duì)于直線插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段與給定直線重合。對(duì)于圓弧插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段以弦線（或切線、割線）逼近圓弧。

圓弧插補(bǔ)常用弦線逼近的方法。如圖1-25所示，用弦線逼近圓弧，會(huì)產(chǎn)生逼近誤差er。設(shè)?為在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)逼近弦所對(duì)應(yīng)的圓心角、r為圓弧半徑，則

???

er?r?1?cos?

（1-14）

2?????將上式中的cos??用冪級(jí)數(shù)展開(kāi)，得

?2?

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

???er?r?1?cos?

2??2?????2?4????2???r?1??1??????

2!4!????????備

注

??28r

（1-15）

設(shè)T為插補(bǔ)周期，F(xiàn)為刀具進(jìn)給速度，則進(jìn)給步長(zhǎng)（或插補(bǔ)步長(zhǎng)）l為 l?TF 用進(jìn)給步長(zhǎng)l代替弦長(zhǎng)，有

??lr?TFr

將上式代入式（1-15），得

l21?TF? er???

（1-16）

8r8r

式（1-16）反映了逼近誤差er與插補(bǔ)周期T、進(jìn)給速度F和圓弧半徑r的關(guān)系。

根據(jù)式1-16，可以得到一個(gè)關(guān)系式：

l?8er允r

（1-17）式中

er允——輪廓曲線允許的逼近誤差；

r——圓弧半徑；

l——輪廓步長(zhǎng)，即單位時(shí)間（插補(bǔ)周期）內(nèi)的進(jìn)給量。

二、插補(bǔ)原理、進(jìn)給速度與加工精度和加工效率的關(guān)系

從式1-16可以看出，逼近誤差與進(jìn)給速度、插補(bǔ)周期的平方成正比，與圓弧半徑成反比。較小的插補(bǔ)周期，可以在小半徑圓弧插補(bǔ)時(shí)允許較大的進(jìn)給速度。從另一角度講，進(jìn)給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補(bǔ)周期越短，逼近誤差就越小。對(duì)于一個(gè)確定的數(shù)控系統(tǒng)，插補(bǔ)周期一般是固定的，插補(bǔ)周期確定之后，一定的圓弧半徑，應(yīng)有與之對(duì)應(yīng)的最大進(jìn)給速度限定，以保證逼近誤差er不超過(guò)允許值。對(duì)脈沖增量插補(bǔ)，進(jìn)給速度越快，則脈沖當(dāng)量值越大，加工誤差也就越大，插補(bǔ)周期越短，插補(bǔ)精度越高；進(jìn)給速度越快，插補(bǔ)精度越低，但效率越高。當(dāng)加工精度要求很高（如微米級(jí)）時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)一定的情況下，進(jìn)給速度的快慢將影響工件的形狀精度，同時(shí)自然影響加工效率。

第五節(jié)

當(dāng)今國(guó)際數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1．高速切削 2．高精度加工 3．復(fù)合化加工 4．控制智能化

《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案

內(nèi)

容

具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（l）加工過(guò)程自適應(yīng)控制技術(shù)（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇（3）故障自診斷功能（4）智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置 5．互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)化

6．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，縮寫(xiě)為CIMS）

一般認(rèn)為CIMS應(yīng)由下列六個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)；

（2）計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)／制造等開(kāi)發(fā)工程系統(tǒng)；（3）自動(dòng)化制造加工系統(tǒng)；（4）計(jì)算機(jī)輔助儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)；（5）全廠質(zhì)量控制系統(tǒng)；（6）數(shù)據(jù)庫(kù)與通信系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械制造廠的全盤(pán)自動(dòng)化，成為自動(dòng)化工廠或無(wú)人化工廠，是自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展方向。

備

注

第四篇：01材料加工工藝

《材料加工工藝》課程教學(xué)大綱

一、課程基本信息

課程編號(hào)：13106106

課程類別：專業(yè)核心課程

適應(yīng)專業(yè)：材料科學(xué)與工程

總學(xué)時(shí)：64

總學(xué)分:3

課程簡(jiǎn)介：本門課程是材料加工工程學(xué)科的主要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究金屬和非金屬工程材料成形工藝的技術(shù)基礎(chǔ)課。尤其在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、創(chuàng)新思想、運(yùn)用規(guī)范的工程語(yǔ)言和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力方面，具有其他課程不能替代的重要作用。

授課教材：《材料成形工藝基礎(chǔ)》，翟封祥 尹志華編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002年。參考書(shū)目：

[1]《材料成形技術(shù)基礎(chǔ)》，陳金德 邢建東編，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年。

[2]《工程材料與材料成形工藝》，王紀(jì)安主編，高等教育出版社，2000年。

二、課程教育目標(biāo)

通過(guò)教學(xué)使學(xué)生掌握金屬液態(tài)成形加工工藝，包括液態(tài)成形理論基礎(chǔ)、了解常用鑄造合金、掌握成形方法及其發(fā)展、工藝設(shè)計(jì)；了解金屬的塑性成形加工工藝，自由鍛與胎模鍛、掌握模鍛、鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軋制、擠壓與拉拔、板料沖壓和了解金屬塑性成形新技術(shù)；掌握非金屬材料的成形加工工藝，工程塑料及橡膠成形工藝與工程陶瓷及復(fù)合材料的成形工藝；了解熱噴涂與氣相沉積技術(shù)；了解材料成形方法的選擇，掌握工程材料的選擇與材料成形方法的選擇。

三、教學(xué)內(nèi)容與要求

1．金屬液態(tài)成形加工工藝

教學(xué)重點(diǎn)：液態(tài)成形理論基礎(chǔ).教學(xué)難點(diǎn)：液態(tài)成形理論基礎(chǔ)；鑄件結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì).教學(xué)時(shí)數(shù)：20學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容：包括液態(tài)成形理論基礎(chǔ)、常用鑄造合金、成形方法及其發(fā)展、工藝設(shè)計(jì)。教學(xué)方式：課堂講授

教學(xué)要求：（1）掌握金屬液態(tài)成形加工工藝，包括液態(tài)成形理論基礎(chǔ)；

（2）了解常用鑄造合金；

（3）掌握成形方法及其發(fā)展、工藝設(shè)計(jì)。

2.金屬的塑性成形加工工藝

教學(xué)重點(diǎn)：金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)；金屬塑性變形后的組織和性能.教學(xué)難點(diǎn)：金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)；金屬塑性變形后的組織和性能；板料沖壓.教學(xué)時(shí)數(shù)：20學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容：自由鍛與胎模鍛、模鍛、鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軋制、擠壓與拉拔、板料沖壓和金屬塑性成形新技術(shù)。

教學(xué)方式：課堂講授

教學(xué)要求：（1）了解金屬的塑性成形加工工藝，自由鍛與胎模鍛；

（2）掌握模鍛、鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軋制、擠壓與拉拔、板料沖壓；

（3）了解金屬塑性成形新技術(shù)

3.非金屬材料的成形加工工藝

教學(xué)重點(diǎn)：工程塑料及橡膠成形工藝；工程陶瓷及復(fù)合材料的成形工藝.教學(xué)難點(diǎn)：工程塑料及橡膠成形工藝；工程陶瓷及復(fù)合材料的成形工藝.教學(xué)時(shí)數(shù)：14學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容：工程塑料及橡膠成形工藝與工程陶瓷及復(fù)合材料的成形工藝。

教學(xué)方式：課堂講授

教學(xué)要求：（1）掌握工程塑料及橡膠成形工藝；

（2）掌握工程陶瓷及復(fù)合材料的成形工藝。

4.熱噴涂與氣相沉積技術(shù)

教學(xué)重點(diǎn)：熱噴涂技術(shù)、氣相沉積技術(shù).教學(xué)難點(diǎn)：熱噴涂技術(shù)、氣相沉積技術(shù).教學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容：熱噴涂技術(shù)、氣相沉積技術(shù)。

教學(xué)方式：課堂講授

教學(xué)要求：了解熱噴涂與氣相沉積技術(shù)。

5.材料成形方法的選擇

教學(xué)重點(diǎn)：工程材料的選擇、材料成形方法的選擇.教學(xué)難點(diǎn)：工程材料的選擇、材料成形方法的選擇.教學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容：工程材料的選擇、材料成形方法的選擇。

教學(xué)方式：課堂講授

教學(xué)要求：（1）了解材料成形方法的選擇；

（2）掌握工程材料的選擇與材料成形方法的選擇.四、作業(yè)

該課程原則上每次課都布置作業(yè)，除了教材中的習(xí)題，也可以補(bǔ)充一些典型習(xí)題。

五、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定

考核方式：考試

成績(jī)?cè)u(píng)定：總評(píng)成績(jī)＝平時(shí)成績(jī)（30%）+期末考試（70%），其中平時(shí)成績(jī)是平時(shí)作業(yè)與出勤情況，視具體情況而定。

執(zhí)筆人：

責(zé)任人：

2013年8月

第五篇：編織袋及其加工工藝（推薦）

塑料編織袋是以聚丙烯（PP）為主要原料，經(jīng)過(guò)擠出、拉絲，再經(jīng)織造、編織、制袋而成。PP是一種半透明、半晶體的熱塑性塑料，具有高強(qiáng)度、絕緣性好、吸水率低、熱就形溫度高、密度小、結(jié)晶度高等特點(diǎn)，是制成編織袋的主要原料。改性填充物通常有玻璃纖維、礦物填料、熱塑性橡膠等。塑料編織袋的使用范圍很廣。就目前來(lái)說(shuō)，塑料編織袋的主要用于農(nóng)產(chǎn)品包裝、水泥袋包裝、食品包裝、巖土工程、旅游運(yùn)輸、抗洪物資等。編織袋主要有塑料編織袋（無(wú)復(fù)膜編織袋）、復(fù)合塑料編織袋以及各種編織布等三類。塑料編織袋的生產(chǎn)工藝流程是:編織布通過(guò)印刷，切割，縫制，成為編織袋。依據(jù)所用的設(shè)備不同，可先切割后印刷，也可先印刷后切割。自動(dòng)切割縫紉可連續(xù)完成印刷，切割，縫紉等工序，也可制成閥口袋，放底袋等，對(duì)于平織布可進(jìn)行中縫粘合后制袋。

復(fù)合塑料編織袋的生產(chǎn)工藝流程是將編織布,涂復(fù)料和紙或膜，進(jìn)行復(fù)合或涂復(fù)。得到的筒布或片布，筒布可以進(jìn)行切割、印刷、縫合、制成普通的縫底袋，也可以打孔、折邊、切割、印刷、縫合，制成水泥袋，得到的片布，可以中縫粘合，印刷，切割，糊底，制成糊底袋。也可以焊接，卷取，制成篷布、土工布。平織布可以涂復(fù)或不涂復(fù)生產(chǎn)篷布，土工布等，圓筒布也可以破幅后涂復(fù)或是不涂復(fù)生產(chǎn)篷布或是土工布等

扁絲生產(chǎn)工藝技術(shù)指標(biāo)主要分四類：

⑴..物化改性指標(biāo)。主要有共混改性、混配比、功能助劑添加比、廢舊再生料摻混比；

⑵.物性流變指標(biāo)。主要有牽伸比、吹脹比、牽伸比、回縮比； ⑶.機(jī)械性能指標(biāo)。主要有拉斷力、相對(duì)拉斷力、斷裂伸長(zhǎng)率、線速度、線密度偏差；

⑷.公差尺寸指標(biāo)。主要有扁絲厚、扁絲寬等

內(nèi)襯袋工藝 聚乙烯物料經(jīng)擠出機(jī)加熱，熔融塑化穩(wěn)定擠出；通過(guò)機(jī)頭擠出成圓筒型薄膜；通入壓縮氣吹脹，形成管泡；由冷卻風(fēng)環(huán)冷卻定型，牽引入人字夾板折合；經(jīng)牽引輥、傳動(dòng)輥至收卷輥；最后進(jìn)行切割、熱合工序完成內(nèi)襯袋的生產(chǎn)，最后進(jìn)行套袋。生產(chǎn)扁絲用純聚丙烯是不能滿足要求的，還必須加入一定比例的高壓聚乙烯、碳酸鈣和色母料等。加入少量的高壓聚乙烯，可以降低擠出過(guò)程中料流的黏度和熔化速度，流動(dòng)性增加，改善扁絲和編織袋的韌性、柔軟性，保持一定的斷裂伸長(zhǎng)率，使之改善聚丙烯的低溫沖擊性。

接枝聚丙烯加入，可以降低加工溫度、壓力。提高材料的流動(dòng)和粘接性，更可以提高拉伸強(qiáng)度。碳酸鈣的加入，可以改變透明、不透光的缺陷，在減少在拉伸、編織過(guò)程中因摩擦產(chǎn)生的有害靜電，增加印刷商標(biāo)圖案的油墨附著力，降低成品在存放過(guò)程中的自然收縮和降低成本。