1.2 数控加工工艺系统1.2.1 数控加工工艺系统的基本组成

1 、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工艺系统的概念： 机械加工中，由机床、夹具、刀具

和工件等组成的统一体，称为工艺系统。

数控加工工艺系统的组成： 由数控机床、夹具、刀具和工件等

组成的 如图 1-20 ：

图 1-20 工艺系统的组成

各组成的概念 （１）数控机床： 采用数控技术，或者说装备了数控系统的机床，

称为数控机床 。 （２）夹具： 在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）

的装置统称为夹具。 （３）刀具： 金属切削刀具是现代机械加工中的重要工具。 （４）工件： 工件是数控加工的对象。

定位误差的计算定位误差的计算

误差计算公式：误差计算公式：误差计算公式：误差计算公式： △△D=△D=△？？ ±△±△？？△△D=△D=△？？ ±△±△？？

当工件以平面定位时当工件以平面定位时 ::当工件以平面定位时当工件以平面定位时 ::△△D=△D=△？，（△？？，（△？ =0=0 ））△△D=△D=△？，（△？？，（△？ =0=0 ））

当工件以内孔定位时当工件以内孔定位时 ::当工件以内孔定位时当工件以内孔定位时 ::△△Y=1/2Y=1/2 （（？？ ++ ？）？）△△Y=1/2Y=1/2 （（？？ ++ ？）？）

当工件以外圆柱面定位时当工件以外圆柱面定位时 ::当工件以外圆柱面定位时当工件以外圆柱面定位时 :: △△Y=0.707Y=0.707 ？？（（ 90°V90°V 型块定位） 型块定位） △△Y=0.707Y=0.707 ？？

（（ 90°V90°V 型块定位） 型块定位）

定位误差的计算定位误差的计算

误差计算公式：误差计算公式：误差计算公式：误差计算公式： △△D= B± Y△ △D= B± Y△ △△△D= B± Y△ △D= B± Y△ △

当工件以平面定位时当工件以平面定位时 ::当工件以平面定位时当工件以平面定位时 ::△△D= B△D= B△ ，（△，（△ Y=0Y=0 ））△△D= B△D= B△ ，（△，（△ Y=0Y=0 ））

当工件以内孔定位时当工件以内孔定位时 ::当工件以内孔定位时当工件以内孔定位时 :: △△Y=1/2Y=1/2 （（ D+D+dd ））△△Y=1/2Y=1/2 （（ D+D+dd ））

当工件以外圆柱面定位时当工件以外圆柱面定位时 ::当工件以外圆柱面定位时当工件以外圆柱面定位时 :: △△Y=0.707Y=0.707DD（（ 90°V90°V 型块定位） 型块定位） △△Y=0.707Y=0.707DD

（（ 90°V90°V 型块定位） 型块定位）

1.2.2 数控机床的主要类型 1 ．按加工方式和工艺用途分： 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。以及镗铣加工中心（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、数控液压机等各种功能和不同种类的数控加工机床。

2 ．按加工路线分类： 可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。 概念 （ 1 ）点位控制 点位控制方式就是刀具

与工件相对运动时，只控制从一点运动到另一点的准确性，而不考虑两点之间的运动路径和方向。

（ 2 ）直线控制 直线控制方式就是刀具与工

件相对运动时，除控制从起点到终点的准确定位外，还要保证平行坐标轴的直线切削运动。

（ 3 ）轮廓控制 轮廓控制就是刀具与工作相

对运动时，能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制。

各自的适用范围 （ 1 ）点位控制： 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。 （ 2 ）直线控制： 用于简易数控车床、数控铣床、数控磨床。 （ 3 ）轮廓控制 ： 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。

3 ．按可控制联动的坐标轴分类 概念： 数控机床可控制联动的坐标轴，是指数控装

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。

分类： （ 1 ）两坐标联动 （ 2 ）三坐标联动 （ 3 ）两轴半坐标联动 （ 4 ）多坐标联动

（ a ）卧式车床

（ 1 ）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置同时控制 X 和 Z 方向运动。图（a）

（ 2 ）三坐标联动数控机床能同时控制三个坐标轴联动图（b）

（ 3 ）两轴半坐标联动图（c）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，而第三个坐标只能作等距周期移动

（ 4 ）多坐标联动图（d）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、程序编制复杂

4 ．按数控装置的类型分类 （ 1 ）硬件数控 （ NC ） 主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息 （ 2 ）计算机数控 （ CNC ） 用计算机处理数字信息的计算机数控（ CN

C ）系统

5 ．按伺服系统有无检测装置分类 ① 开环控制数控机床 ② 闭环控制数控机床

半闭环

全闭环

6 ．按数控系统的功能水平分类 ① 类型： 高级型 普及型 经济型 ② 参考评价指标包括 ： CPU 性能、 分辨率、 进给速度、 联动轴数、 伺服水平、 通信功能、 人机对话界面等。

1.2.3 数控刀具的主要种类 1 ．数控加工刀具的种类：常规刀具和模块化刀具两大类 模块化刀具的主要优点 ： 减少换刀停机时间，提高生产加工时间； 加快换刀及安装时间，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；

提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能； 有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。

数控刀具三大系统：即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。

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

PCVD 涂层刀片

MT-CVD

常见的刀具库常见的刀具库

可装可装 2020 把刀的无臂式把刀的无臂式 ATCATC 刀具库刀具库

常见的刀具库常见的刀具库

可装可装 2424 把刀的有臂式把刀的有臂式 ATCATC 刀具库刀具库

常见的刀具库常见的刀具库

可装可装 3232 把刀的有臂式刀具库把刀的有臂式刀具库

常见的刀具库常见的刀具库

可装可装 6060 把刀的刀具库把刀的刀具库

数控加工刀具

（１）从结构上

（２）从制造所采用的材料上

（３）从切削工艺上

（４）特殊型刀具

（１）从结构上

①整体式

②镶嵌式

③减振式

④内冷式

⑤特殊型式

焊接式机夹式

可转位不转位

复合刀具、可逆攻螺纹刀具

（２）从制造所采用的材料上

①高速钢刀具

②硬质合金刀具

③陶瓷刀具

④立方氮化硼刀具

⑤金刚石刀具

① 车削刀具

② 钻削刀具

③镗削刀具

④铣削刀具

外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断

小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔

面铣、立铣、模具铣、三面刃铣 、键槽铣刀 、鼓形铣刀 、成形铣刀

从结构上

从加工工艺要求上

整体式镗刀柄、模块式镗刀柄、镗头

粗镗刀、精镗刀

（３）从切削工艺上

（ 4 ）特殊型刀具

带柄自紧夹头、

强力弹簧夹头刀柄、

可逆式 ( 自动反向 )攻螺纹夹头刀柄、

增速夹头刀柄、

复合刀具和接杆类

2 ． 数控加工刀具的特点 数控加工刀具与普通金属切削刀具相比特点： ●刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。●刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理化。●刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型

化。●刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应

相匹配。●刀具应具有较高的精度。

刀具应具有较高的精度包括： 刀具的形状精度

刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度

刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度

●刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。●刀柄或工具系统的装机重量有限度。●刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。●刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统

要优化。 总的说来：数控机床上用的刀具应满足安

装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。

1.2.4 数控机床夹具的类型和特点 １．机床夹具的类型： （１）按夹具的使用特点分类 ① 通用夹具 ② 专用夹具 ③可调夹具 ④组合夹具 ⑤拼装夹具

1-1- 夹具体夹具体1-1- 夹具体夹具体

2-2- 液压缸液压缸2-2- 液压缸液压缸

3-3- 压板压板3-3- 压板压板

4-4- 对刀块对刀块4-4- 对刀块对刀块

5-V5-V形架形架5-V5-V形架形架

6-6- 圆柱销圆柱销6-6- 圆柱销圆柱销

7-7- 定向键定向键7-7- 定向键定向键

夹具的组成与作用夹具的组成与作用

① 通用夹具 概念：已经标准化的可加工一定范围内不同工件的

夹具，称为通用夹具。特点： 优点：适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件 。

缺点：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

通用夹具的选用

平口钳分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧。

通用夹具的选用

正弦平口钳，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

通用夹具的选用

平口钳可选附件

通用夹具的选用

通用夹具的选用

②专用夹具 概念：专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，

称为专用夹具。特点： 优点：在产品相对稳定、批量较大的生产

中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。

缺点：设计周期较长、投资较大。

连杆加工专用铣槽夹具结构夹具

l一夹具体； 2一压板；3、 7一螺母； 4、 5一垫圈： 6一螺栓； 8一弹簧； 9一定位键；10一菱形销； 11一圆柱销

专用夹具

③可调夹具 概念：某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工

的夹具，称为可调夹具。 分类： ① 通用可调夹具（通用范围比通用夹具更

大） ② 成组夹具 （专用可调夹具 ）特点：对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。

④组合夹具 概念： 采用标准的组合元件、部件，专为某一

工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。 特点：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。

新型数控夹具与组合夹具新型数控夹具与组合夹具

新型数控夹具体新型数控夹具体新型数控夹具体新型数控夹具体

新型数控夹具与组合夹具新型数控夹具与组合夹具

夹具体元件夹具体元件夹具体元件夹具体元件

新型数控夹具与组合夹具新型数控夹具与组合夹具

孔系组合夹具孔系组合夹具孔系组合夹具孔系组合夹具

孔系组合夹具

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l一长方形基础板；2一方形支撑件；3一菱形定位盘；4一快换钻套；5一叉形压板；6一螺栓；7一手柄杆；8一分度合件

数控夹具的选用

槽系组合夹具应用实例

数控夹具的选用

槽系组合夹具应用实例

数控夹具的选用

⑤拼装夹具 概念： 用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。

特点： 优点：具有组合夹具的优点，但比组合

夹具精度高、效能高、结构紧凑。

（２）按使用机床分类： 车床夹具、 铣床夹具、 钻床夹具、 镗床夹具、齿轮机床夹具、 数控机床夹具、 自动机床夹具、 自动线随行夹具其他机床夹具

（３）按夹紧的动力源分类：

①手动夹具

②气动夹具

③液压夹具

④气液增力夹具

⑤电磁夹具以及真

空夹具

2 ．数控加工夹具的特点 ① 、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，数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和尺寸的工件。

② 、由机床解决对刀问题，由程序控制的准确的定位精度，可实现夹具中的刀具导向功能，要求具有定位和夹紧功能。

③、为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。

④、夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。

⑤、夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。

⑥、夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。

⑦对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形。