数控加工基本知识.docx
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数控加工基本知识
第一章数控加工基本知识
（一）知识要求：
1、常用数控机床的名称、型号、规格、性能、结构、传动系统和数控系统的基本工作原理。
2、常任数控机床的使用规则，维护保养方法。
3、常用设备附件的使用规则和维护保养方法。
4、常用工、夹、量具（仪器）和名称、规格、用途、使用和维护保养方法。
5、常用刀具的种类、牌号、规格、性能和维护保养方法，刀具几何形状对切削性能的影响。
6、常用数控加工的计算知识。
7、切削用量的选择原则和计算方法。
8、机械制图基本知识。
铣削与车削加工的基本知识。
9、铣削与车削加工的基本知识。
10、常用数控机床面板或屏幕上的外文词汇的含义及操作功能。
11、编制工艺规程的基本知识.编制程序的步骤和方法。
12、数控机床精度的一般检验方法及机床精度对工件精度的影响。
13、数控机床坐标系和工件坐标系的确定方法。
14、刀具补偿的知识。
15、各种擎报的内容和处理方法。
16、微机应用的基本知识。
17、生产技术管理和全面质量管理知识。
（二）技能要求：
1、正确执行安全技术操作规程。
2、做到岗位责任制和文明生产的各项要求。
3、正确使用常用量具和测量仪器。
4、看懂中等复杂部件装配图。
5、在通用和专用夹具上正确装夹工件。
6、根据加工要求合理选择切削刀具，修磨常用的切削刀具。
7、正确安装和拆卸刀具。
8、合理选择切削用量。
9、掌握常用数控机床各种功能的操作方法。
10、正确确定机床、工件与刀具坐标系的关系。
11、编制中等复杂零件的数控加工程序，正确输入数控机床并加工零件。
12、按零件加工要求，合理调整刀具补偿量。
13、理解数控机床各种警报内容，正确采取对应措施。
14、分析产生废品的原因，采取预防措施。
15、做好自数控机床的维护保养工作。
第一节切削运动与切削要素
一、切削运动
主运动：
速度最高，消耗功率最大。
进给运动：
可以由一个或几个构成
二、工件的表面
待加工表面
已加工表面
过渡表面
切削要素
切削用量
切削速度
进给量
背吃刀量
切削层参数
切削层公称横截面积AD
切削层公称宽度bD
切削层公称厚度hD
刀具切削部分的几何角度
一、刀具切削部分的组成
车刀由切削部分和刀柄组成。
刀具中起切削作用的部分称切削部分，夹持部分称刀柄，图表示了车刀的组成部分和各部分名称。
车刀的组成部分示意图
1—刀柄2—主切削刃S3—后刀面4—切削部分5—刀尖6—副后刀面
7—副切削刃S′8—前刀面
二、刀具切削部分的几何角度
前角----前面与基面间的夹角。
后角----后面与切削平面间的夹角。
楔角----前面与后面间的夹角。
主偏角----主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。
副偏角----副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。
刀尖角----主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量。
刃倾角----主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。
三、刀具的工作角度
刀具工作参考平面
进给量对工作角度的影响
刀具安装位置对工作角度的影响
刀具安装高低的影响
刀杆轴线与进给运动方向不垂直的影响
第三节刀具材料
一、刀具材料应具备的性能
高硬度和耐磨性
足够的强度和韧性
良好的耐热性和导热性
良好的工艺性
经济性
二、刀具材料的种类与选用
高速钢
硬质合金：
P类、K类、M类
其他刀具材料
陶瓷材料
金刚石
立方氮化硼
4.刀具材料的表面涂层
第四节金属切削过程及控制
一、切削过程的金属变形
切屑的形成过程
切屑的种类
带状切屑
节状切屑
粒状切屑
崩碎切屑
切削时的三个变形区
积屑瘤
影响切削变形的因素
二、切削力
切削力的来源与分解
单位切削力和切削功率
影响切削力的主要因素
工件材料的影响
切削用量的影响
刀具几何角度的影响
其他影响因素
三、切削热与切削温度
切削热的产生与传出
切削温度及分布
影响切削温度的因素
（1）工件材料的影响
（2）切削用量的影响
（3）刀具几何角度的影响
（4）其他影响因素
四、刀具磨损与刀具耐用度
1.刀具磨损的形式
前面磨损
后面磨损
前、后面同时磨损
2.刀具磨损的过程及磨钝标准
刀具磨损过程
刀具的磨钝标准
3.刀具耐用度
五、切屑的形状及控制
切屑的形状
切屑的控制
六、刀具几何参数的合理选择
前角及前面的选择
后角及后面的选择
主、副偏角及过渡刃的选择
刃倾角的功用及选择
第五节机床夹具概述
一、概述
1.机床夹具的概念
定位
夹紧
2.工件的装夹
找正装夹
用夹具装夹
3.夹具的分类
通用夹具
专用夹具
成组专用夹具
组合夹具
随行夹具
基准及其分类
基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。
设计基准
工艺基准
定位基准
工序基准
测量基准
装配基准
机床夹具的组成和作用
1.机床夹具的组成
定位装置
夹紧装置
夹具与机床之间的联结元件
对刀或导向元件
其他装置或元件
夹具体
2．机床夹具在机械加工中的作用
保证加工精度
提高生产率、降低成本
扩大机床工艺范围
减轻工人的劳动强度
第六节工件的定位
一、工件定位的基本原理
自由度的概念
六点定位原则
主要定位面
导向定位面
止推定位面
限制工件自由度与加工要求的关系
工件定位中的几种情况
完全定位
不完全定位
欠定位
过定位
二、定位方法及定位元件
1.工件以平面定位
主要支承
固定支承
可调支承
自位支承
（2）辅助支承
2.工件以圆孔定位
圆柱销
圆锥销
圆柱心轴
3.工件以外圆柱表面定位
（1）支承定位
V形架定位的特点
V形架的结构
（2）定心定位
4.工件以特殊表面定位
组合表面定位
“一面两孔”定位
车床前、后顶尖定位
一．机床夹具概述
1．机床夹具的作用
保证加工精度
提高劳动生产率
扩大机床的使用范围
改善劳动条件、保证生产安全
2．机床夹具的分类
按应用范围：
通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具
按使用机床：
车夹具、铣夹具、钻夹具、镗夹具、磨夹具等
按动力源：
手动、气动、液压、电动、磁力、真空等
3．夹具的组成
定位元件——确定工件的正确位置
夹紧装置——保证工件正确位置不变。
对刀及导向装置——确定刀具与工件的相对位置
夹具体——基础件
其他装置或元件——如分度装置，联接元件等。
二．工件的定位
定位——加工前，使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置
夹紧——使工件保持正确位置，不受力的作用而位移，要将工件压紧夹牢
装夹=定位+夹紧
1.工件定位的方式
（1）直接找正定位——生产率低，精度→工人技术——单件小批或位置要求高
定位基准——所找正的表面
（2）划线找正定位——精度低——单件小批，复杂件，毛坯精度低
定位基准——所划的线
（3）夹具定位——生产率高，定位精度高，成批及大量生产
2．工件的定位原理
（1）六点定则——用空间合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度
误解：
工件被夹紧，就定位了——并没有保证一批工件的一致位置。
工件定位后，反方向可移动——定位面与定位点应保持接触
（2）限制工件自由度与加工要求的关系
完全定位——六个自由度全部限制
不完全定位——限制的自由度＜6
欠定位——该限的自由度没有限——绝不允许
过定位——重复限制一自由度——一般不允许
正确处理：
危害——定位不稳，安装困难，工件或夹具变形
措施——去除过定位，修改结构
特殊——可用过定位—提高定位稳定性和结构刚度，简化夹具
前提——提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度
★注意：
理论上要限制的自由度——按加工要求确定——不欠定位
实际上所限制的自由度——多于理论要求的——不过定位
为承受切削力、简化夹具结构
3．定位元件——基本要求
足够的精度
足够的硬度和耐磨性
足够的强度和刚度
工艺性好
（1）平面定位
1）主要支承——限制自由度
固定支承——支承钉——球头——毛坯面
齿纹——侧面
平头——已加工面
支承板——光——侧面、顶面
斜槽——底面
非标支承板——如圆环
可调支承——一批工件调一次——限制自由度
自位支承（浮动支承）——只定1点
2）辅助支承——一个工件调一次——不限制自由度——提高刚度
（2）孔定位
1）圆柱销（定位销）——短销——定2点
长销——定4点
2）圆柱心轴——间隙配合心轴——定心精度低——和端面联合定位
过盈配合心轴——定心准确、装卸不便——精加工
花键心轴——花键孔定位
3）圆锥销——定3点
4）圆锥心轴（小锥度心轴）——定5点
（3）外圆定位
1）V形块——短——定2点基准是检验心轴的中心
长——定4点①对中性好
活动——定1点②非整圆表面定位
2）定位套——定心精度低，已加工面定位
3）半圆套——大轴件、不便轴向装夹的零件
4）圆锥套——反顶尖
（4）组合表面定位（一面两孔）——支承板——
、
、
菱短圆柱销——
、
短削边销——
安装——削边方向垂直于两销连线
三．工件的夹紧
1.夹紧装置的组成和基本要求
（1）夹紧装置的组成1）力源装置——产生夹紧原始作用力
2）中间传动机构——①改变作用力的方向
②改变作用力的大小
③起自锁作用
3）夹紧元件——最终执行元件
（2）对夹紧装置的基本要求
不得破坏定位
力适当，不移动、不振动，不损伤、不变形
操作方便，迅速省力
结构简单，工艺性好，标准件，自锁性
2.确定夹紧力三要素的原则——三要素——作用点、大小和方向
（1）夹紧力作用点、方向的确定
应指向主要定位面
夹紧力应落在定位支承范围内
夹紧力应尽量靠近加工面
夹紧力应作用在刚性好的部位上
夹紧力最好与切削力、重力方向一致
（2）夹紧力大小的估算
受切削力、重力、离心力和惯性力等的作用——力（矩）平衡
建立力学模型，求出切削力，在最不利的瞬时，求夹紧力大小。
为了保证夹紧可靠，再乘以安全系数
FJ=KF′一般K=1.5～3，粗加工取大值，精加工取小值。
3.减少夹具及定位误差的措施
（1）提高夹具的精度——提高定位元件、对刀元件及配合表面
与机床连接表面的制造精度，提高精度、安装精度
调整夹具，刀具与夹具位置，提高对刀精度
（2）减少定位误差——基准重合，误差小的定位方式（如定心夹紧装置等）
提高定位面与定位件加工精度，减少间隙，减少基准位移误差
（3）减少夹具的磨损——提高夹具易磨件耐磨性。
可换装置，及时更换
第七节工件的夹紧
一、夹紧装置的组成及基本要求
1.夹紧装置的组成
力源装置
夹紧机构
夹紧元件
中间递力机构
2.对夹紧装置的基本要求
夹紧过程不改变工件定位后所占据的正确位置。
夹紧力的大小要适当。
夹紧装置的复杂程度应与生产纲领相适应。
夹紧装置应操作方便、安全、省力。
二、夹紧力三要素的确定
1.夹紧力方向的确定
夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性，方向应朝向主要定位基准。
夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。
2.夹紧力作用点的选择
夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内；
夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上；
夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面以减小切削力对工件造成的翻转力矩。
3.夹紧力大小的确定
三、典型夹紧机构
斜楔夹紧
螺旋夹紧机构
偏心夹紧机构
特种加工
特种加工的含义:
是指切削加工以外，直接利用各种能量去除材料进行加工的总称
特种加工的种类：
1电火花成形和穿孔
2电火花线切割
3电子束加工
4激光束加工
5电解加工
6化学加工
7光能加工
8超声波加工
第二节电火花加工
一、电火花加工原理
电火花加工是在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。
电火花加工必须利用脉冲放电；
工件接正极，工具接负极的正极性加工；
适当的放电间隙0.01~0.1mm；
脉冲发生器、机床本体、自动进给调节器和工作液循环系统组成。
二、电火花加工工艺指标：
（1）生产率
（2）加工精度
（3）表面质量
三、电火花加工的特点
1.电极材料可较软；
2.无明显的切削力作用；
3.加工时不受热影响；
4.易于实现加工的自动化；
5.加工时不用刀具，可减少昂贵的刀具费用；
6.电极制造精度需要较高，只能对于导电材料进行加工，也限制了它的应用。
四、电火花加工的应用
1.电火花穿孔及型腔加工；
2.数控线切割加工；
3.电火花加工的其他应用
第三节电解加工
电解加工的原理
电解加工的特点
加工范围广；
生产率高；
加工过程中无机械切削和切削热；
工具阴极基本无损耗，可保持工具的精度长期使用；
可加工复杂的空间曲面；
只能加工导电的金属材料；
对复杂加工表面的工具电极的设计制造比较费时；
电解加工附属设备较多，占地面积大，投资大，电解液腐蚀机床，容易污染环境，需采取一定的防护措施。
三、电解加工的应用
1.电解穿孔；
2.电解成形；
3.电解去毛刺；
超声加工
一、超声加工的原理与特点
1、原理示意图
2.超声波加工的特点：
（1）适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等。
（2）工具可用较软的材料做较复杂的形状。
（3）工具与工件相对运动简单，使机床结构简单。
（4）切削力小、切削热少，不会引起变形及烧伤，加工精度与表面质量也较好。
3、超声波加工的应用
超声波加工广泛就用于加工半导体和非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、金刚石等；由于其加工精度和表面粗糙度优于电火花、电解加工，因此电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金零件，还常用超声抛磨进行光整加工；此外，还可以用于套料、清洗、焊接和探伤等。
激光加工
一、激光加工的原理及特点
1.激光加工的原理
1-全反射镜2-激光工作物质3-激励能源4-部分反射镜5-透镜6-工件
激光加工的特点
（1）对材料的适应性强。
激光加工的功率密度是各种加工方法中最高的一种，激光加工几乎可以用于任何金属材料和非金属材料，如高熔点材料、耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆性材料。
（2）打孔速度极快，热影响区小。
通常打一个孔只需0.001s,易于实现加工自动化和流水作业。
（3）激光加工不需要加工工具。
由于它属非接触加工，工件无变形，对刚性差的零件可实现高精度加工。
（4）激光能聚焦成极细的光束，能加工深而小的微孔和窄缝（直径几微米，深度与直径比可达10以上），适于精微加工。
（5）可穿越介质进行加工。
可以透过由玻璃等光学透明介质制成的窗口对隔离室或真空室内的工件进行加工。
二、激光加工的应用
激光加工可用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存贮等各个领域。
第五章数控加工工艺
一、生产过程与机械加工工艺过程
二、机械加工工艺过程的组成
1.工序
2.安装
3.工位
4.工步
三、机械加工工艺规程
生产纲领和生产类型
四、毛坯的选择
1.铸件
2.锻件
3.型材
4.焊接件
五、定位基准的选择
1.粗基准的选择
2.精基准的选择
基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则
六、提高机械加工劳动生产率的工艺途径
1.缩短单件时间
2.采用自动化生产方法
一、填空题（每空1分 共20分）：
1.机械加工方法主要有车削、刨削、铣削、镗削、磨削、
钻削等。
2．一般情况有下，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。
3．有色金属薄壁件一般用压力铸造方法制造，而离心铸造方法便于浇注双金属铸件。
4．切削用量的三要素包括背吃刀量、进给量、切削速度。
5．工件装夹就是定位和夹紧的总和。
6．一把新刀（或重刃磨过的刀具）从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间称为刀具耐用度。
7．埋弧自动焊常用来焊接长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝。
8．在加工中使工件在机床夹具上占有正确位置所采用的基准称为定位基准。
9．零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度称为加工精度。
10.毛坯的类型有型材、铸件、锻件、焊接件。
二、简答题（共20分）
1．表面淬火：
通过快速加热和立即激冷相结合的方法使表面产生强化。
2.材料的切削加工性：
工件材料被切削加工的难易程度
3．工艺规程：
合理工艺过程的有关内容写成工艺文件的形式，用以指导生产，这些工艺文件称为工艺规程
4．六点定位原理：
利用六个定位支承点将工件在空间的六个自由度限制住，使工件完全定位，以确定工件在空间中的正确位置
5.装配工作的基本内容：
1）。
清洗；2）连接；3）校正、调整和配作；4）平衡检验；5）验收试验
三、选择题（每题2分，满分20分）：
1.A的检测元件安装在工作台上，直接测量工作台的位移；可消除整个系统的误差、间隙和失动，其定位精度最高。
A、开环系统B、半闭环系统C、闭环系统
2.加工铸铁零件可选用A、C种硬质合金刀具材料。
A、YG类B、YT类C、YW类
3、在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫B。
A、定位B、夹紧C、装夹
4、工件在夹具中的某一个自由度同时被一个以上的定位支承点重复限制的定位称为A。
A、过定位B、完全定位C、欠定位
5、在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组A。
A、尺寸链B、封闭环C、组成环
6、影响切削温度的主要因素有A、B、C。
A、工件材料B、切削用量C、刀具角度
7、表面层的残余C会使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；表面层的残余B应力能阻止疲劳裂纹扩展，延缓疲劳破坏的发生。
A、内应力B、压应力C、拉应力
8、刀具磨损到一定限度就不能使用，这个磨损限度称为A。
A、刀具磨钝标准B、刀具寿命C、刀具总寿命
9.一个支撑板可以限定零件B几个自由度。
A、一个B、两个C、三个
10.尺寸精度IT8级，表面粗糙度Ra=1.6的外圆表面采用C可实现。
A、粗车B、半精车C、精车
四、判断题（请将判断结果填入括号中。
正确的填“√”，错误的填“×”。
每题1分，满分10分）
1.毛坯上留作加工用的材料层称为加工余量。
（×）
2.机床的主运动可有一个或几个，进给运动只能有一个。
（×）
3.在实际生产中，可以允许出现欠定位，但绝对不允许出现过定位。
（×）
4.加工塑性材料时，不会产生积屑瘤。
（×）
5.顺铣法适合于铸件或锻件表面的粗加工。
（√）
6.拉削加工适用于单件小批零件的生产。
（×）
7.单件小批生产条件下，应采用专用机床进行加工。
（×）
8.插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿。
（√）
9.作为定位基准的点或线，总是以具体的表面来体现的。
（√）
10.轴类零件如果采用顶尖定位装夹，热处理后需要研磨中心孔。
（√）
五、问答题（每题8分，共16分）
1.选用切削用量的顺序是什么？
答：
首先选用尽可能大的背吃刀量，其次选用尽可能大的进给量，最后选用尽可能大的切削速度
2.一般情况下，机械加工过程都要划分为哪几个阶段进行？
答：
一般情况下，机械加工过程都要划分为粗加工、半精加工、精加工、光整加工这几个阶段进行
六．综合题（共计14分）：
分析如图所示齿轮轴图样，回答下列问题：
1．要保证各外圆表面之间的同轴度要求，应采用哪一种夹具定位装夹？
定位基准
和定位基准面分别是什么？
（6分）
①采用双顶尖定位装夹；
②定位基准是轴线；
③定位基准面是中心孔（或定位基准面是中心孔的锥面）。
2．齿轮表面的加工方法及所用的设备分别是什么？
（4分）
加工方法：
插齿（或滚齿）；
设备：
插齿机（或滚齿机）。
3．调质处理工序如何安排？
（4分）
调质处理安排在外圆表面粗车和半精车之间进行。
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