数控加工工艺基础

一、备课教案 适用专业 机械设计制造及讲上课 年 月 日 第四讲 其自动化 次 时间 节 第二章 数控加工工艺基础 掌握工序、工步、生产纲领概念，了解生产类型划分及其区别 掌握加工工艺规程制订的步骤，能够选择适合数控加工的零件，确定数控加工的内容 第一节 基本概念 一、生产过程和工艺过程 教 学 内 容 提 纲 及 要 求 二、生产纲领和生产类型 第二节 数控加工工艺分析 一、加工工艺规程的制订 二、选择适合数控加工的零件 三、确定数控加工的内容 教学实施手段 课堂讲授 工序、工步、生产纲领概课堂讨念； 论 加工工艺规程制订的步现场示骤。 教 小结讲评 其 它 效果记录 √ √ 重 点 难 点 教具 CAI，黑板 第 1 页

推 教 荐 徐宏海主编.数控加工工学 参 艺.北京:化学工业出版后 社,2019 考 记 书 二、讲稿 第二章 数控加工工艺基础

第一节 基本概念

2.1.1生产过程和工艺过程 (1)生产过程

机械产品制造时，由原材料到该机械产品出厂的全部劳动过程，称为生产过程。

机械产品的生产过程包括以下几个部分:

① 生产的准备工作，如产品的开发设计和工艺设计，专用装备的设计与制造，各种生产的组织及其其他生产所需物资的准备工作。

② 原材料及半成品的运输与保管。

③ 毛坯的制造过程，如铸造、锻造和冲压等。

④ 零件的各种加工过程，如机械加工、焊接、热处理和表面处理等。

⑤ 部件和产品的装配过程，包括组装、部装等。 ⑥ 产品的检验、调试、油漆和包装等。 （2）工艺过程

改变对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。工艺过程是生产过程的主体，包括机械加工工艺过程、热处理工艺过程和装配工艺过程等。数控加工工艺主要是指机械加工工艺，其加工过程是在数控机床上完成的，因而数控加工工艺有别于一般的机械加工工艺，但基本理论主流仍然是机械加工工艺。

在机械加工艺过程中，针对零件的结构特点和技术要求，采用不同的加工方法和装备，按照一定的顺序依次进行才能完成由毛坯到零件的转变过程。因此，机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的，而工序又由安装、工位、工步和进给组成。

① 工序 一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。划分工序的依据是工作地是否发生变化和工作是否连续。

对于如图2-1所示的阶梯轴零件，单件小批生产和大批大量生产时，安常规加工方法划分的工序分别见表2-1和表2-2。

图2-1 阶梯轴零件

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表2-1 单件小批生产工艺过程

表2-2 大批大量生产工艺过程

注意：数控加工的工序划分比较灵活，不受上述定义，详见2.3有关内容.

② 工步 在加工表面(或装配时连接面)和加工(或装配)工具不变的情况下,所连续完成的那一部分工序内容,称为工步。划分工步的依据是加工表面和工具是否变化。如表2-1的工序1有四个工步，表2-2的工序4只有一个工步。

为简化工艺文件，对在一次安装中连续进行若干个相同的工步，常认为是一个工步。如图2-2所示零件钻削6个02孔，可看成一个工步——钻6-02孔。有时，为了提高生产效率，用几把不同九具或复合刀具同时加工一个零件上的几个表面（见图2-3），通常称此工步为复合工步。在数控加工中，通常将一次安装下用一把刀连续切削零件上的多个表面划分为一个工步。

图2-2 加工六个相同表面的工步

图2-3 复合工步

③ 进给 在一个工步内，若被加工表面需切除的余量较大，可分几次切削，每次切削称为一次进给。车削如图2-4所示阶梯轴，第一工步为一次进给，第二工步分二次进给。

图2-4 阶梯轴的车削进给

④ 安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工序，称为安装。在一道工序中，工件可能只需安装一次，也可能需要安装几次。例如表2-1中的工序2，至少需要安装两次；而表2-2中的工序4，只需一次安装即可铣出健槽。

⑤ 工位 对于回转工作台（或夹具）、移动工作台（或夹具），工件一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工，每个位置称为一个工位。如图2-5所示，用移动工作台（或夹具），在一次安装中可完成铣端面、钻中心孔两个工位的加工。采用多工位加工方法，可减少安装次数，提高加工精度和效率。

图2-5 多工位加工示例

2.2.2 生产纲领和生产类型

机械产品的制造工艺不仅与产品的结构和技术要求有很大关系，而且也与企业的生产类型有很大关系，而企业的生产类型是由企业的生产纲领决定的。

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(1) 生产纲领

企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领.计划期通常为一年,因此生产纲领也常称为年产量.注意零件的生产纲领还应该包括一定的备品和废品数,可按下式计算。

NQn(1)(1) （2-1）

式中 N — 零件年产量,件∕年；

Q — 产品年产量,台∕年；

n — 每台产品中该零件的数量，件∕台；  — 备品率；  — 废品率。

生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。

（2）生产类型

根据生产钢领的大小和产品品种的多少，机械加工生产类型可分为：单件生产、大量生产和成批生产三类。

① 单件生产 产品品种多，每一种产品的结构、尺寸不同且产量少，各个工作地点的加工对象经常改变且很少重复的生产类型。例如新产品试制、得型机械和专用设备的制造等均属于单件生产。

② 大量生产 产品数量大，大多数工作地点长期按一定节拍进行某一个零件的某一道工序的加工。例如汽车、摩托车、柴油机等的生产均属于大量生产。

③ 成批生产 成批生产是指一年中分批轮流的制造几种不同的产品，每种产品有一定的数量，工作地点的加工对象同期性地重复。如机床、电动机等均属于成批生产。

成批生产按照数量大小与生产特征，又可分为小批生产、中批生产、和大批生产三种。小批生产与单件生产相似，合成为单件小批生产；大批生产与大量生产相似，合成为大量大批生产。因此，成批生产，通常公指中批生产。产品的不同生产类型和生产纲领的关系见表2-3。

表2-3 生产类型和生产纲领的关系

不同生产类型采用的制造工艺、工装设备、技术措施及经济效果不相同。大批大量生产采用高效率的工艺装备及专用机床，加工成本低；单件小批生产通常采用通用设备及工装，生产效率低，加工成本高。数控加工主要用于单件小批生产和成批生产，其适用的产品加工范围详见2-2节.各种生产类型的工艺特征见表2-4。

表2-4 各种生产类型的工艺特征

第二节 数控加工工艺分析

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规定零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件，称为工艺规程，用于指导生产。在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数等编制成程序，整个加工过程是自动进行的，因此程序编制前的工艺分析是一项十分重要的工作。数控加工工艺分析包括下理内容：选择适合数控加工的零件、确定数控加工的内容和数控加工零件的工艺性分析。

2.2.1 加工工艺规程的制订

2.2.1.1 制订加工工艺规程的作用 ① 是指导生产的重要文件；

② 是生产组织和生产准备工作的依据；

③ 是新建和扩建工厂（车间）的技术依据。 2.2.1.2 工艺规程指定的原则 ① 技术上的先进性； ② 经济上的合理性；

③ 良好的劳动条件及避免环境污染。 2.2.1.3 制订工艺规程的步骤

① 计算年生产纲领，确定生产类型；

② 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析； ③ 选择毛坯；

④ 设计工艺路线；

⑤ 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差；

⑥ 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具； ⑦ 确定切削用量及工时定额；

⑧ 确定各主要工序的技术要求及检验方法； ⑨ 填写工艺文件。

2.2.2 选择适合数控加工的零件

加入WTO以来,随着中国作为世界制造中心地位的日益显现,数控机床在制造业的普及率不断提高,但不是所有的零件都适合于在数控机床上加工。根据数控加工的特点和国内外大量应用实践经验，一般可按适应程度将零件分为以下三类。 （1） 最适应类

① 形状复杂，加工精度要求高，通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件；

② 具有复杂曲线或曲面轮廓的零件；

③ 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸开型腔的壳体或盒型零件；

④ 必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多道工序的

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零件。

对于此类零件，首要考虑的是能否加工出来，只要有可能，应把采用数控加工作为首选方案，而不要过多的考虑生产率与成本问题。 （2） 较适应类

① 零件价值较高，在通用机床上加工时容易人为因素（如工人技术水平高低、情绪波动）干扰而影响加工质量，从而造成较大经济损失的零件；

② 在通用机床上加时必须制造复杂专用工装的零件； ③ 需要多次更改设计后才能定型的零件；

④ 在通用机床加工需要做长时间调整的零件； ⑤ 用通用机床加工时，生产率很低或工人体力劳动强度很大的零件。

此类零件在分析其可加工性的基础上，还要综合考虑生产效率和经济效益，一般情况

下可把它们作为数控加工的主要选择对象。 （3） 不适应类

① 生产批量大的零件（不排除其中个别工序采用数控加工）； ② 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；

③ 加工余量极不稳定、而且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件；

④ 必须用特定的工艺装备协调加工的零件。

这类零件采用数控加工后，在生产率和经济性方面一般无明显改善，甚至可能得不偿失，一般不应该把此类零件作为数控加工的选择对象。

另外，数控加工零件的选择，还应该结合本单位拥有的数控机床的具体情况来选择加工对象。

2.2.3 确定数控加工的内容

在选择并决定某个零件进行数控加工后，并不是说零件所有的加工内容都采用数控加工，数控加工可能只是零件加工工序中的部分。因此，有必要对零件图样进行仔细分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。同时，还应该结合本单位的实际情况，立足于解决难题攻克关键、提高生产效率和充分发挥数控加工的优势，一般可按下原则选择数控加工内容。

① 通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容。

② 通用机床难加工，质量也难保证的内容应作为选择的内容。 ③ 通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存富余能力的基础上进行选择。

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通常情况下，上述加工内容采用数控加工后，产品的质量、生产率与综合经济效益等指标都会得到明显的提高。相比之下，下列内容不宜选择采用数控加工。

① 需要在机床上进行较长时间调整的加工内容，例如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序。

② 数控编程取数困难、易于和检验依据发生矛盾的型面、轮廓。 ③ 不能在一次安装中完成加工的其他零星加工表面，采用数控加工又很麻烦，可采用通用机床补加工。

④ 加工余量大而又不均匀的粗加工。

此外，选择数控加工的内容时，还应该考虑生产批量、生产周期、生产成本和工序间周转情况等因素，杜绝把数控机床当作普通机床来使用。

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