数控机床加工工艺数控机床加工工艺第2版思考与练习题答案Word文档下载推荐.docx
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是实现加工零件的执行部件。
1-3数控系统的构成有哪些？
数控系统（简称CNC系统）由程序、输入输出设备、CNC装置、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
1-4可以采用哪些方法实现高精加工？
实现高精加工的方法如下：
1、提高机械设备的制造精度和装配精度；
2、减小数控系统的控制误差；
3、采用补偿技术。
1-5数控机床的类型有哪些？
数控机床的类型有：
1、按切削方式不同，可分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床等；
2、按加工路线不同，可分为点位控制类型（如：
数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控点焊机等）、直线控制类型（如：
简易数控车床、数控铣床、数控磨床等）和轮廓控制类型（如：
数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等）；
3、按可控制联动的坐标轴不同，可分为两坐标联动类型、三坐标联动类型、两轴半坐标联动、多坐标联动；
4、按数控装置的不同，可分为硬件数控类型和计算机数控类型；
5、按伺服系统有无检测装置，可分为开环控制和闭环控制数控类型；
6、按数控系统的功能水平，可分为高级型、普及型和经济型三个档次。
1-6数控技术智能化体现在哪些方面？
数控技术智能化体现在以下4个方面：
在为追求加工效率和加工质量方面，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；
在为提高驱动性能及使用连接方便方面，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；
在简化编程、简化操作方面，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；
还有在智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
1-7数控加工的发展趋势是什么？
数控加工的发展趋势是：
数控技术及装备正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。
整体数控加工技术向着计算机集成制造系统方向发展。
练习与思考题2
（见书60页）
2-1数控刀具材料主要有哪几种？
分别按硬度和韧性分析其性能。
常用数控刀具材料主要有以下几类：
高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。
各种刀具材料的硬度和韧性关系如下图。
2-2金刚石刀具为什么不适合加工铁系金属？
它适合加工什么材料？
由于金刚石刀具与铁系金属有极强的亲和力，切削中刀具中的碳元素极易发生扩散而导致磨损。
但与其他材料的亲和力很低，切削中不易产生粘刀现象，切削刃口可以磨得非常锋利。
所以它只适用于高效地加工有色金属和非金属材料，能得到高精度、高光亮的加工面，特别是PCD刀具消除了金刚石的性能异向性，使其在高精加工领域中得到了普及。
2-3说明可转位刀片公制型号TNMM270612所代表的含义。
T
刀片形状为△；
N
主切削刃后角α=0°
；
M
刀片尺寸公差。
其中长度公差为±
0.08mm，厚度公差±
0.05mm；
断削槽及夹固形式；
27
切削刃长度27mm；
06
厚度尺寸S=6.35mm；
12
修光刃圆弧rε=1.2mm；
2-4常见可转位刀片夹紧方式有几种？
常见的可转位刀片的夹紧方式通常采用杠杆式、楔块上压式、螺钉上压式等多种
方式。
2-5可转位刀片的选择原则是什么？
可转位刀片的选择原则如下：
（1）刀片材料选择选择刀片材料，主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度要求、切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等。
（2）刀片尺寸选择
刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L，有效切削刃长度与背吃刀量ap和主偏角kr有关，如图2-4所示。
使用时可查阅有关刀具手册选取。
（3）刀片形状选择刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素来选择。
（4）刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度。
刀尖圆弧半径大，表面粗糙度值增大，切削力增大且易产生振动，切削性能变坏，但刀刃强度增加，刀具前后刀面磨损减少。
通常在切深较小的精加工、细长轴加工、机床刚度较差情况下，选用刀尖圆弧较小些；
而在需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工中，选用刀尖圆弧大些。
刀尖圆弧半径一般适宜选取进给量的2～3倍。
2-6简述数控机床工具系统的种类和特点？
数控机床采用的工具系统有车削类工具系统、镗铣类工具系统。
镗铣类工具系统又分为整体式结构和模块式结构两大类。
车削类工具系统由刀具头部、连接部分和刀体组成。
具有以下特点：
换刀速度快，刀具的重复定位精度高，连接刚度高等。
镗铣类工具系统中的整体式结构的特点是将锥柄和接杆连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床相连的柄部。
优点是结构简单、使用方便、可靠、更换迅速等。
缺点是锥柄的品种和数量较多。
镗铣类工具系统中的模块式结构的特点是把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模块，每类模块中又分为若干小类和规格，然后用不同规格的中间模块组装成不同用途、不同规格的模块式刀具，这样一来就方便了制造、使用和保管，减少了工具的规格、品种和数量的储备，对加工中心较多的企业有很好的实用价值。
2-7数控机床刀具按结构可分成哪几类？
数控机床刀具按结构分为：
1）整体式由整块材料磨制而成，使用时可根据不同用途将切削部分修磨成所需要形状。
2）镶嵌式它分为焊接式和机夹式。
机夹式又根据刀体结构的不同，可分为不转位和可转位两种。
3）减振式当刀具的工作臂长度与直径比大于4时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，所采用一种特殊结构的刀具，主要用于镗孔。
4）内冷式刀具的切削冷却液通过机床主轴或刀盘传递到刀体内部由喷孔喷射到切削刃部位。
5）特殊形式包括强力夹紧、可逆攻丝、复合刀具等。
目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具。
2-8数控刀具应具备哪些特点？
数控刀具应具备以下特点：
1）具有很高地切削效率；
2）数控刀具有很高的精度和重复定位精度；
3）要求刀具有很高的可靠性和耐用度；
4）实现刀具尺寸的预调和快速换刀；
5）具有一个比较完善的工具系统；
6）建立刀具管理系统；
7）应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。
2-9选择数控刀具通常应考虑哪些因素？
选择数控刀具通常应考虑如下因素：
1）被加工工件的材料及性能如金属、非金属等不同材料，材料的硬度、耐磨性、韧性等。
2）切削工艺的类别有车、钻、铣、镗或粗加工、半精加工、精加工、超精加工等。
3）工件的几何形状、零件精度、加工余量等因素。
4）刀具能承受的背吃刀量、进给速度、切削速度等切削参数。
5）其它因素，如现场生产的状况（操作间断时间、振动、电力波动或突然中断）。
2-10选择面铣刀和立铣刀参数时应考虑哪些参数？
（1）面铣刀主要参数的选择
1）面铣刀直径选择应根据侧吃刀量αe选择适当的铣刀直径，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减小相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的耐用度。
2）刀齿选择可转位面铣刀有粗齿、细齿和密齿三种。
粗齿铣刀容屑空间较大，常用于粗铣钢件，粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用细齿铣刀。
密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。
3）前角选择前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择。
前角的选择原则与车刀基本相同，前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值减小得更多些。
铣削强度和硬度都高的材料可选用负前角。
4）后角选择铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角，可减少铣刀磨损。
常取αo＝5°
～12°
，工件材料软时取大值，工件材料硬时取小值；
粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。
5）刃倾角铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λs＝5°
。
只有在铣削低强度材料时，λs＝5°
6）主偏角主偏角Кr在45°
～90°
范围内选取，铣削铸铁时常用，铣削一般钢件常用75°
，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用90°
（2）立铣刀主要参数的选择
1）前后角立铣刀前角根据工件材料，后角根据铣刀直径选取，都为正值，其具体数值在10°
~25°
之间，随工件材料强度高，前角选大值，铣刀直径小，后角取大值。
2）刀具半径应小于零件内轮廓的最小曲率半径。
3）零件的加工高度取（1/4～1/6）刀具长度，以保证刀具具有足够的强度。
4）加工筋时，刀具直径为筋宽的（5～10）倍
5）粗加工内轮廓时，铣刀最大直径D粗可按下式计算：
D粗=
式中D—轮廓最小凹圆直径；
δ—圆角邻近夹角等分线上的精加工余量；
δ1——精加工余量；
φ—圆角两邻近夹角。
练习与思考题3
（见书116页）
3-1何谓机床夹具？
夹具有哪些作用？
机床夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地应用于机械加工工艺过程中。
夹具的作用如下：
1）保证加工质量如相对位置精度的保证，精度的一致性等。
2）提高生产率用夹具来定位、夹紧工件，就避免了手工操作用划线等方法来定位工件，缩短了安装工件的时间。
3）减轻劳动强度如可用气动、电动夹紧。
4）扩大机床的工艺范围在机床上安装一些夹具可以扩大其工艺范围。
如在铣床上加一个转台或分度装置，可以加工有等分要求的零件。
在车床上加上三爪卡盘，加工短轴类、套筒类零件等要方便得多。
有些夹具对保证发挥机床基本性能的作用是很大的，如在牛头刨床上没有虎钳是很难进行加工的。
3-2机床夹具有哪几个组成部分？
各起什么作用？
答：
夹具的组成及作用如下：
（1）定位元件起定位作用，保证工件相对于夹具的位置，可用六点定位原理来分析其所限制的自由度。
（2）夹紧装置将工件夹紧，以保证在加工时保持所限制的自由度。
根据动力源的不同，可分为手动、气动、液动和电动等夹紧方式。
（3）导向元件和对刀装置是用来保证刀具相对于夹具的位置，对于钻头、扩孔钻、铰刀、镗刀等孔加工刀具用导向元件，对于铣刀、刨刀等用对刀装置（图3-1）。
（4）连接元件是用来保证夹具和机床工作台之间的相对位置。
对于铣床夹具有定位键与铣床工作台上的T形槽相配以进行定位，再用螺钉夹紧（图3-1）。
对于钻床夹具，由于孔加工刀具加工时只是沿轴向进给就可完成，用导向元件就可以保证相对位置，因此在将夹具装在工作台上时，用导向元件直接对刀具进行定位，不必再用连接元件定位了，所以一般的钻床夹具没有连接元件。
（5）夹具体是夹具的关键零件。
定位元件、夹紧装置、导向元件、对刀装置、连接元件等都装在它上面，因此夹具体一般都比较复杂，它保证了各元件之间的相对位置。
对于加工精度来说，主要是控制刀具相对于工件的位置，工件在夹具上进行加工时，这个相对位置关系是由定位元件、导向元件或对刀装置并通过夹具体来保证的，所以夹具体的精度要求一般也比较高。
3-3试述工件的定位与夹紧的区别。
把工件安放在机床工作台上或夹具中，使它和刀具之间有相对正确的位置，这个过程称为定位。
工件定位后，应将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变，这个过程称为夹紧。
3-4何谓“六点定位原理”？
“不完全定位”和“过定位”是否均不能采用？
为什么？
若要使工件在夹具中获得唯一确定的位置，就需要在夹具上合理设置相当于定位元件的六个支承点，使工件的定位基准与定位元件紧贴接触，即可消除工件的所有六个自由度，这就是工件的六点定位原理。
不完全定位：
根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。
有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，所以不完全定位可以在加工中使用。
过定位：
可以提高工件定位基准之间以及定位元件的工作表面之间的位置精度。
图3-11所示滚齿夹具，是可以使用过定位这种定位方式的典型实例，其前提是齿坯加工时工艺上已保证了作为定位基准用的内孔和端面具有很高的垂直度，而且夹具上的定位心轴和支承凸台之间也保证了很高的垂直度。
此时，不必刻意消除被重复限制的
、
自由度，利用过定位装夹工件，还提高了齿坯在加工中的刚性和稳定性，有利于保证加工精度，反而可以获得良好的效果。
3-5（略）
3-6试述常用定位元件所限制的自由度。
见书3.2.4节表3-1。
3-7（略）
3-8夹紧装置设计的基本要求是什么？
确定夹紧力的方向和作用点的准则有哪些？
夹紧装置是夹具的重要组成部分。
在设计夹紧装置时，应满足以下基本要求。
1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。
2）夹紧应可靠和适当。
夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动。
夹紧工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。
3）夹紧装置应操作方便、省力、安全。
4）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。
结构设计应力求简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。
夹紧力方向的选择
1）夹紧力方向的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。
2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。
3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。
4）.夹紧力作用点的选择
5）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。
6）夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。
7）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚度差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形。
3-9试分析图中的定位元件分别限制了哪些自由度？
是否合理？
如何改进？
题3-9图
各图限制的自由度如下：
A图：
X、Y、Z移动；
B图:
X、Y、Z移动Y、Z转动；
C图：
X、Y、Z移动X、Y、Z转动
3-10（略）
练习与思考题4
（见书158页）
4-1什么是生产过程和工艺过程？
狭义：
产品生产过程是指从原材料投入到成品出产的全过程，通常包括工艺过程、检验过程、运输过程、等待停歇过程和自然过程。
工艺过程是生产过程的最基本部分。
对于机械制造工艺过程，一般可划分为毛坯制造、零件加工和产品装配三个阶段。
广义：
企业范围内全部生产活动协调配合的运行过程，除上述过程外还包括原材料投入之前的设计、购买、产品出厂后的售后服务。
在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程，称为工艺过程。
它是生产过程的主要部分。
例如毛坯的铸造、锻造和焊接;
改变材料性能的热处理，零件的机械加工等，都属于工艺过程。
工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。
4-2获得零件加工精度有哪些方法？
1．获得尺寸精度的方法
在机械加工中获得尺寸精度的方法有试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法和主动测量法等五种。
⑴试切法通过试切─测量─调整─再试切，反复进行到被加工尺寸达到要求的精度为止的加工方法。
试切法不需要复杂的装备，加工精度取决于工人的技术水平和量具的精度，常用于单件小批生产。
⑵调整法按零件规定的尺寸预先调整机床、夹具、刀具和工件的相互位置，并在加工一批零件的过程中保持这个位置不变，以保证零件加工尺寸精度的加工方法。
调整法生产效率高，对调整工的要求高，对操作工的要求不高，常用于成批及大量生产。
⑶定尺寸刀具法用具有一定形状和尺寸精度的刀具进行加工，使加工表面达到要求的形状和尺寸的加工方法。
如用钻头、铰刀、键槽铣刀等刀具的加工即为定尺寸刀具法。
定尺寸刀具法生产率较高，加工精度较稳定，广泛的应用于各种生产类型。
⑷自动控制法把测量装置、进给装置和控制机构组成一个自动加工系统，使加工过程中的尺寸测量、刀具的补偿和切削加工一系列工作自动完成，从而自动获得所要求的尺寸精度的加工方法。
该方法生产率高，加工精度稳定，劳动强度低，适应于批量生产。
⑸主动测量法在加工过程中，边加工边测量加工尺寸，并将测量结果与设计要求比较后，或使机床工作，或使机床停止工作的加工方法。
该方法生产率较高，加工精度较稳定，适应于批量生产。
2．获得几何形状精度的方法
在机械加工中获得几何精度的方法有轨迹法、成形法、仿形法和展成法等四种。
⑴轨迹法依靠刀尖运动轨迹来获得形状精度的方法。
刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动，因而所获得的形状精度取决成形运动的精度。
普通车削、铣削、刨削和磨削等均为刀尖轨迹法。
⑵成形法利用成形刀具对工件进行加工的方法。
成形法所获得的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其他成形运动精度。
用成形刀具或砂轮进行车、铣、刨、磨、拉等加工的均为成形法。
⑶仿形法：
刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法。
如使用仿形装置车手柄、铣凸轮轴等。
⑷展成法又称为范成法，它是依据零件曲面的成形原理、通过刀具和工件的展成切削运动进行加工的方法。
展成法所得的被加工表面是刀刃和工件在展成运动过程中所形成的包络面，刀刃必须是被加工表面的共轭曲线。
所获得的精度取决于刀刃的形状和展成运动的精度。
滚齿、插齿等均为展成法。
3．获得位置精度的方法
工件的位置精度取决于工件的安装（定位和夹紧）方式及其精度。
获得位置精度的方法有：
⑴找正安装法找正是用工具和仪表根据工件上有关基准，找出工件有关几何要素相对于机床的正确位置的过程。
用找正法安装工件称为找正安装，找正安装又可分为：
1）划线找正安装即用划针根据毛坯或半成品上所划的线为基准找正它在机床上正确位置的一种安装方法。
2）直接找正安装即用划针和百分表或通过目测直接在机床上找正工件正确位置的安装方法。
此法的生产率较低，对工人的技术水平要求高，一般只用于单件小批生产中。
⑵夹具安装法夹具是用以安装工件和引导刀具的装置。
在机床上安装好夹具，工件放在夹具中定位，能使工件迅速获得正确位置，并使其固定在夹具和机床上。
因此，工件定位方便，定位精度高且稳定，装夹效率也高。
⑶机床控制法利用机床本身所设置的保证相对位置精度的机构保证工件位置精度的安装方法。
如坐标镗床、数控机床等。
4-3试述影响加工精度的主要因素。
1.加工原理误差
加工原理误差是指采用了近似的刀刃轮廓或近似的传动关系进行加工而产生的误差。
加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工中。
2.调整误差
机床的调整误差是指由于调整不准确而产生的误差。
3.机床误差
机床误差是指机床的制造误差、安装误差和磨损。
主要包括机床导轨导向误差、机床主轴回转误差、机床传动链的传动误差。
4.夹具的制造误差和磨损
夹具的误差主要指：
1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差；
2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差；
3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。
5.刀具的制造误差和磨损
刀具误差对加工精度的影响根据刀具的种类不同而异。
1）定尺寸刀具（如钻头、铰刀、键槽铣刀及圆拉刀等）的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度。
2）成型刀具（如成型车刀、成型铣刀、成型砂轮等）的形状精度将直接影响工件的形状精度。
3）展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀具等）的刀刃形状误差会影响加工表面的形状精度。
4）一般刀具（如车刀、镗刀、铣刀），其制造精度对加工精度无直接影响，但刀具易磨损。
6.工艺系统受力变形
工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下会产生变形，从而破坏了已调整好的工艺系统各组成部分的相互位置关系，导致加工误差的产生，并影响加工过程的稳定性。
主要考虑机床变形、工件变形以及工艺系统的总变形。
7.工艺系统的热变形
在加工过程中，由于内部热源（切削热、摩擦热）或外部热源（环境温度、热辐射）产热使工艺系统受热而发生变形，从而影响加工精度。
在大型工件加工和精密加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占加工总误差的40%-70%。
8.工件内部的残余应力
残余应力的产生：
1）毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力；
2）冷校直带来的残余应力；
3）切削加工带来的残余应力。
9.加工现场环境影响
加工现场往往有许多细小金属屑，这些金属屑如果存在与零件定位面或定位孔位置就会影响零件加工精度，对于高精度加工，一些细小到目视不到的金属屑都会影响到精度。
这个影响因素会被识别出来但并无十分到位的方法来杜绝，往往对操作员的作业手法依赖很高。
4-4机械零件的加工表面质量包括哪些主要内容？
它们对零件的使用性能有何影响？
（1）表面层的几何形状特征a.表面粗糙度b.波度
（2）表面层的物理、力学性能的变化
a表面层因塑性变形引起的冷作硬化
b表面层因切削热引起的金相组织变化
c表面层产生的残余应力。
机械零件的表面加工质量对零件的使用性能的影响主要体现在以下几个方面：
1）对零件耐磨性的影响
2）对零件疲劳强度的影响
3）对零件抗腐蚀性能的影响
4）对零件的其他影响
由此我们可以看出无论在理论上还是实际上机械零件的表面质量与加工精度具有同等的重要意义。
4-5数控加工工艺的主要内容有哪些？
（1）选择并确定数控加工的内容；
（2）对零件图进行数控加工的工艺分析；
（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定；
（4）数控加工工艺方案的制定；
（5）工步、进给路线的确定；
（6）选择数控机床的类型；
（7）刀具、夹
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