1、数控机床初级（数控机床加工工艺）模拟试卷 2 及答案与解析一、问答题1 什么是数控机床? 用于数控机床的数控系统有哪些特点?2 数控机床有哪些基本组成部分?各组成部分有哪些主要作用?3 数控加工的基本原理是什么?4 数控机床是怎样进行伺服控制的?5 数控加工工艺有哪些特点?6 数控加工程序单有哪些作用和具体内容?7 数控铣床的铣削有哪些主要加工对象?8 数控机床的加工精度与哪些主要性能指标有关?9 数控机床加工精度与机床档次、机床的几何精度以及伺服控制系统的形式有哪些关系?10 数控机床加工平面和连接面有哪些工艺特点?11 旋转体零件的数控加工有哪些工艺特点?12 螺旋面数控加工有哪些工艺特点
2、?13 盘状成形面数控加工有哪些工艺特点?14 用分解加工工艺数控车削加工复杂轮廓形面有哪些基本步骤和工艺特点?15 如图 128 所示的复合套类零件，一般综合了内外圆柱面、圆锥面、台阶、端面、成形面、螺纹、割槽等加工内容，是数控车床加工的典型零件，也是复杂轮廓面的套类零件。用数控车床加工需注意以下工艺特点：16 加工如图 130 所示的凹腔内轮廓复合零件，可将各凹腔分解后进行加工，根据图样分析，第一层凹腔为圆弧花瓣形内轮廓，第二层凹腔为六角形内轮廓，第三层凹腔为圆角底面内圆柱面轮廓。加工层叠性的凹腔内轮廓复合零件具有那工艺特点？17 数控机床加工路线确定的方法是什么?确定加工路线应注意哪些事
3、项?18 圆锥面和圆弧轮廓面数控车削时有哪些基本加工路线?19 盘套类零件内轮廓数控车削有哪些基本加工路线?20 箱体零件的孔加工有哪些基本加工路线?21 螺纹的数控车削加工有哪些基本加工路线?22 铣削型腔有哪些基本加工路线?23 复杂型面的加工路线有哪些基本形式?数控机床初级（数控机床加工工艺）模拟试卷 2 答案与解析一、问答题1 【正确答案】 (1)数控机床定义 数控机床(Numerical ControlMachine Tools)是指采用数字形式信息控制的机床。凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系
4、统，经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要工件的一类机床称为数控机床。国际上相关组织对数控机床下的定义是：数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。简而言之，用数字化信息控制的自动控制技术称为数字控制技术；用数控技术控制的机床，或者说装备了数控系统的机床，称之为数控机床。(2)数控系统特点 数控系统(Numerical Control System)是指采用数控技术的控制系统，数字控制系统有如下特点：可用不同的字长表示不同精度的信息，信息表达准确；可进行逻辑运算和算数运算，也可进行复杂的信息处理；可用软件来
5、改变信息处理的方式和过程，具有柔性化。由于数字控制系统具有以上特点，故被广泛应用于机械运动的轨迹控制。轨迹控制是金属切削机床数控系统和工业机器人的主要控制内容。此外，数字控制系统的逻辑处理功能可方便地用于机械系统的开关量控制。【知识模块】 数控机床加工工艺2 【正确答案】 数控机床一般由数控系统和机床两大部分组成，计算机数控系统一般由外部设备、数控装置、驱动装置构成，机床部分由主机与辅助设备组成。(1)外部设备所谓外部设备，是指用来实现和机床数控装置进行数据交换的仪器和设备，亦称输入输出装置。对于简单的零件，数控机床的加工程序编制和输入常用手工编程的方法，并通过数控装置的手动数据输入和显示面板
6、进行输入和编辑，这种方式称为 MDI 方式。较复杂的零件通常通过 CADCAM 软件自动生成加工程序，并利用数控装置的通信接口实现与数控装置的数据交换。此外，某些数控装置内部的 PLC(Programmable LogicController 可编程逻辑控制器)程序的编辑、输入常需借助于编程仪等设备实现。目前，较为先进的数控机床都使用带专用软件的便携式计算机与数控装置进行数据交换。因此，常见的外部设备有纸带阅读机、穿孔机、编程仪、磁盘机、磁带机，便携式计算机等。(2)数控装置数控装置是数控机床的核心，主要包括硬件(各种电子线路板，如中央数据处理器、存储器、接口板、显示卡、显示器、键盘、电源等)
7、及软件(如操作系统、插补软件、补偿软件、机床控制软件、图形处理软件等)两大部分。其主要作用是完成零件程序的输入、输出及处理、加工信息的存储及处理、插补运算、坐标轴运动控制及机床所需的其他辅助动作的控制(如冷却液的起动、停止，主轴的旋转方向控制及变速等)。(3)驱动装置和测量装置 驱动装置是数控机床的执行机构，一般包括进给驱动单元、进给电动机与主轴驱动单元、主轴电动机两大部分。通常由速度控制器、位置控制器、驱动电动机和相应的位置检测装置组成。驱动装置根据数控装置发出的运动控制脉冲指令，带动机床的工作台、主轴自动完成相应的运动，并对运动或定位的速度和精度进行控制。每一个指令脉冲信号使机床运动部件产
8、生的位移量称为脉冲当量。常用的脉冲当量为 001mm脉冲、0005mm脉冲和 0001mm脉冲。数控机床的伺服驱动电机有功率步进电机、交流伺服电机和直流伺服电机。常用的位置检测装置是光电编码器、光栅等位置检测元件。通常将数控机床的数控装置和驱动装置统称为数控系统。(4)主机与辅助设备主机是数控机床的机械部分，包括床身、立柱、主轴、进给机构等基本构件以及确保数控机床可靠运行的配套装置(如液压、气动部件，冷却装置、排屑装置等)，与普通机床相比，数控机床的主机部分具有以下特点：传动系统结构简单、传动链短；采用高性能的进给和主轴系统，机械结构有较高的动态刚度和较小的阻尼，并具有耐磨性好，热变形小的特点
9、；采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等，具有快速跟随特性，确保机床的运动精度。【知识模块】 数控机床加工工艺3 【正确答案】 金属切削机床加工零件是通过改变刀具与工件的运动参数(如位置、方向、速度等)，使刀具对工件进行切削加工，最终获得所需的合格零件的。数控机床的加工原理如下：数控装置根据自身的控制精度，将所需的刀具运动轨迹分割成若干个数控系统能控制的最小位移量 (亦称最小输出单位)，如图 14a 所示，并选择最接近理论轨迹的折线组合，数控装置根据这一折线分别对各坐标轴发出相应的移动指令，控制坐标轴的运动。数控装置通过改变各坐标轴的脉冲分配，即可改变移动轨迹。通过控制单位时间内的脉冲
10、数量(频率)，即可控制坐标轴的运动速度。这一在理论轨迹或轮廓上的已知点间进行数据点的密化，并确定一些中间点的方法，称为插补，由于数控装置的最小位移量一般足够小，因此加工轨迹和理论轨迹是十分接近的。数控加工中将能同时参与插补的轴数称为联动轴数。具有两轴联动的数控机床可以完成平面曲线的加工；具有三轴联动的数控机床可以完成空间曲面加工；具有五轴联动的数控铣床等，是在 X、Y、Z 这三个直线轴的基础上，通过再控制两个回转轴，实现刀具在两个方向的摆动或工件的回转加刀具的摆动。这种数控机床通过五轴联动控制，可以保证刀具中心始终垂直于加工平面，因此特别适合于加工汽轮机叶片、飞机机翼等零件。数控仿形是一种不需
11、要进行编程的加工方式，数控仿形是在普通数控装置上增加数控仿形功能，利用在机床上的仿形测头，在加工之前先对零件的形状进行有限点的测量，这些测量点经过必要的处理，存储在数控装置内，并由数控系统自动处理成加工所需要的标准控制指令。加工时按采集的数据进行控制，使坐标轴按照实际测量的轨迹运动，从而解决复杂表面的模具加工问题。【知识模块】 数控机床加工工艺4 【正确答案】 1)伺服控制的基本概念 所谓控制是指使对象的特性达到或接近预期值的过程，其中的对象称为被控对象，被控对象的特性称为被控量，实现控制的装置称为控制单元，控制单元接受被控量的预期值(指令值)称为给定，被控量作为控制单元的输入进而影响被控量的
12、过程称为反馈，检测被控量的装置称为反馈单元，反馈有正反馈和负反馈之分。控制单元、被控对象和反馈单元组构成驱动装置。数控机床伺服控制的被控对象是伺服电机，被控对象的特性，即被控量是指伺服电机的位置、速度和转矩。伺服控制最终实现的是机床刀具和工件之间的相对位置。 2)伺服装置的三种基本控制工作模式(见图 16)(1)位置控制 用数字脉冲或数据通讯方式给定伺服电机的转动方向和角度，驱动单元控制电机转子按给定的方向转过相应的角度，实现位置控制。 (2)速度控制 用模拟电压或数据通讯方式给定电机的转动方向和速度，驱动单元控制电机转子按给定的方向和转速旋转，实现速度控制。 (3)转矩控制 用模拟电压或数据
13、通讯方式给定电机输出力矩的大小和方向，驱动单元控制电机转子的转动方向和输出转矩大小，实现转矩控制。 3)伺服系统控制的方式 (1)开环控制 数控机床的运动部件接受数控系统发出的运动指令而运动。这类数控机床没有位置反馈和校准控制系统，所以机床的定位精度主要取决于进给驱动装置的精度，定位精度一般在002mm。采用开环控制方式的数控机床结构简单，调试方便，价格低廉，一般用于经济型的数控机床。图 17a 所示为开环控制系统框图。 (2)半闭环控制 数控机床的运动部件接受数控系统发出的运动指令而运动。这类数控机床设有角位移位置检测装置，一般采用编码器，因此具有位置反馈和校准控制系统，可以将机床进给传动误
14、差中的大部分进行补偿，以提高数控机床的运动精度和定位精度。半闭环控制方式的数控机床调试比较容易，稳定性好，通过补偿可达到较高的运动精度和定位精度，是目前应用最多的一种数控机床。图17b 所示为半闭环控制系统框图。 (3)闲环控制 数控机床的运动接受数控系统发出的运动指令而运动。这类机床装有直线位移测量装置(回转坐标则仍用角位移测量装置)直接检测运动部件的位移，通过位置反馈控制和校准控制系统，可对机床进给传动误差进行补偿，从而提高数控机床的定位精度，采用闭环控制的数控机床定位精度可达到001 mm，高精度的可达到 0001 mm。由于系统增加了检测、比较和反馈装置，因此结构比较复杂，调试和维修比
15、较困难。大型和精密数控机床采用此种控制方式，图 17c 所示为闭环控制系统框图。【知识模块】 数控机床加工工艺5 【正确答案】 数控加工工艺的主要特点是依靠程序完成所有工艺过程。数控加工程序是数控机床的指令性文件。数控机床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括了完成工艺过程所必需的工艺参数，如切削用量、进给路线、刀具尺寸编号以及机床的运动过程。【知识模块】 数控机床加工工艺6 【正确答案】 (1)数控加工程序单的作用 数控加工程序单是数控加工的重要工艺文件，是记录数控加工工艺过程、工艺参数、位移数据的清单，以及手动数据输入(MDI)
16、和置备控制介质、实现数控加工的主要依据。(2)数控加工程序单的格式和内容数控加工程序单目前没有标准规定的格式，各个企业可根据工艺要求编制程序单，在加工程序单中，一般应包括产品名称、程序编号、所用机床、零件的坯件(或预制件)形式、材料、零件加工数等。程序部分包括工序号、程序段号、程序内容、备注(一般用于程序内容的说明)等。对于程序的修改须记录修改内容、修改者、修改日期等。因程序单规定了数控加工的主要工艺内容，因此需要记录程序编制者、审核者和批准者签名。【知识模块】 数控机床加工工艺7 【正确答案】 数控铣削是机械加工中常用和主要的数控加工方法之一，除了能铣削加工普通铣床所能铣削的各种零件外，还能
17、铣削加工普通铣床不能铣削的需要25 坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。根据数控铣床的特点，从铣削加工角度分析，适合数控铣削加工的主要对象有以下几类： (1)平面类零件加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件统称为平面类零件，如图 1一 12 所示。实际上，数控铣床适合于加工普通铣床较难加工连接的直线形轮廓面，这些轮廓面的母线是直线，导线(即平面轨迹线)是由规则曲线和直线连接而成的。平面类零件是数控铣削加工中比较简单的一类零件，一般只需要用 3 坐标数控铣床的两坐标联动(即两轴半坐标联动)就可以进行加工。这类零件的加工面可以展开为平面。 (2)变斜角和展成立体曲面零件 如图
18、113a 所示的飞机变斜角梁缘条，加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角零件；如图 113b 所示的涡轮母模型面，它是由母线为直线包络而成的。变斜角零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面是由刀尖加工形成的直线包络而成的。加工此类零件，最好采用 4 坐标、5 坐标数控铣床摆角加工，若采用 3 坐标数控铣床可用两轴半联动进行近似加工。 (3)曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件，如模具、叶片、螺旋桨等。曲面零件的加工表面不能展开为平面，加工时铣刀与加工面始终是点接触，一般采用球头刀具在 3 轴数控铣床上加工。当曲面较复杂、通道较狭窄、加工中会伤及相邻表面而需要刀具
19、摆动时，要采用 4 坐标和 5 坐标数控铣床进行加工。【知识模块】 数控机床加工工艺8 【正确答案】 数控机床主要性能指标包括：定位精度、移动精度、主轴控制、运动性能四项性能指标。(1)定位精度一般是指定位精度、重复定位精度、分度精度等指标。(2)移动精度主要是指分辨度与脉冲当量。(3)主轴控制 主要是指可控轴数和联动轴数。(4)运动性能主要是指主轴转速、进给速度、行程、摆角范围、刀库容量和换刀时间等。与数控加工精度有关的主要指标是定位精度指标和移动精度指标。定位精度指标直接影响数控加工的尺寸和位置精度。【知识模块】 数控机床加工工艺9 【正确答案】 (1)数控机床加工精度与机床档次的关系 机
20、床档次区别的标志之一是分辨力和进给速度：分辨力为 10m，进给速度为 815mmin 为低档；分辨力为 1m，进给速度为 1520mmin 为中档；分辨力为 01m，进给速度为1520mmin 为高档。显然，数控机床的档次越高，加工精度越高。因此操作者应注意根据加工零件或加工部位的精度等级选用机床的精度等级和档次。(2)数控机床加工精度与机床实际精度的关系 不同类型的数控机床，机床精度的等级不同，精度等级越高的机床加工精度越高；同一类型的数控机床，必须经过几何精度检验、定位精度检验和切削精度检验，因切削精度综合了定位精度和几何精度检验的结果，因此，经过检验的机床，切削精度的检验结果与加工精度是
21、直接相关的。因此操作者应注意机床检验后的切削加工精度等级应能达到加工零件或部位的加工精度要求。(3)数控加工精度与机床伺服系统控制形式的关系 如前所述，数控机床的伺服控制系统有开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统三种形式。开环控制系统因没有检测反馈装置，因此加工精度不高；闭环控制系统在移动部件上有检测装置直接检测机床移动部件的位置精度，并进行反馈控制，因此加工精度高；半闭环控制系统一般由旋转编码器进行位置和速度检测与反馈，因没有移动部件的检测装置和反馈控制，因此加工精度比较高。【知识模块】 数控机床加工工艺10 【正确答案】 数控机床加工平面和连接面一般用数控铣床和加工中心进行铣削加工。
22、铣削加工平面和连接面有以下工艺特点： 1)根据平面和连接面的位置选用周边铣削与端面铣削方式 平面和连接面铣削加工方式有周边铣削和端面铣削两种基本方式，在数控加工中应根据加工平面在零件上的位置选择适用的加工方式。 (1)周边铣削(图 115) 周边铣削又称圆周铣削，简称周铣，是指用铣刀的圆周刀刃进行的铣削。铣削平面是利用分布在圆柱面上的刀刃铣出平面的，用周铣法加工而成的平面，其平面度和表面粗糙度主要取决于铣刀的圆柱度和铣刀刃口的修磨质量。(2)端面铣削(图 116) 端面铣削简称端铣，是指用铣刀端面上的刀刃进行的铣削。铣削平面是利用铣刀端面上的刀尖(或端面修光刀刃)来形成平面的。用端铣法加工而成
23、的平面，其平面度和表面粗糙度主要取决于铣床主轴的轴线与进给方向的垂直度和铣刀刀尖部分的刃磨质量。 (3)示例分析 加工如图 117 所示的等五边形台阶连接面，通常在立式数控铣床用立式铣刀进行加工，此时五边形侧面与主轴平行，台阶的底面与主轴垂直，因此，加工中侧面连接面由铣刀的周刃加工，采用的是周铣方式，而台阶的底面由铣刀的端面齿加工，采用的是端铣方式。 2)根据平面和连接面的加工阶段选用顺铣和逆铣方式 (1)周边铣削时的顺铣和逆铣 顺铣。在铣刀与工件已加工面的切点处，铣刀旋转切削刃的运动方向与工件进给方向相同的铣削，如图 118a 所示。 (a)顺铣；(b) 逆铣 逆铣。在铣刀与工件已加工面的切
24、点处，铣刀旋转切削刃的运动方向与工件进给方向相反的铣削，如图 118b 所示。 (2)端面铣削时的顺铣与逆铣端铣时，根据铣刀和工件不同的相对位置，可分为对称铣削和不对称铣削。 对称端铣(图 1一 19a)。用面铣刀铣削平面时，铣刀处于工件铣削层宽度中间位置的铣削方式，称为对称端铣。 若用纵向工作台进给作对称铣削，工件铣削层宽度在铣刀轴线的两边各占一半。左半部为进刀部分是逆铣，右半部分为出刀的工件，不宜铣削狭长或较薄的工件。 不对称端铣 (图 1 一 19b、c) 。用面铣刀铣削平面时，工件铣削层宽度在铣刀中心两边不相等的铣削方式，称为不对称端铣。不对称端铣时，当进刀部分大于出刀部分时，称为逆铣
25、，如图 1 一 19b 所示。反之称为顺铣，如图 119c 所示。顺铣时，同样有可能拉动工作台，造成严重后果，故一般不采用，端铣时，垂直铣削力的大小和方向与铣削方式无关。另外用端铣法作逆铣时，刀齿开始切入时的切屑厚度较薄，切削刃受到的冲击较小，并且切削刃开始切入时无滑动阶段，故可提高铣刀的寿命，用端铣法作顺铣时的优点是：切屑在切离工件时较薄，所以切屑容易去掉，切削刃切入时切屑较厚，不致在冷硬层中挤刮，尤其对容易产生冷硬现象的材料，如不锈钢，则更为明显。(3)示例分析以图 1 一 17 零件台阶连接面铣削加工为例，分析如下： 如图 120a 所示，当立铣刀沿 EDCBA 方向进行加工时，在铣刀与
26、工件已加工面的切点处，铣刀旋转切削刃的运动方向与工件进给方向相同(与刀具移动方向相反)，因此侧面采用的是周铣顺铣方式，而台阶底面采用不对称端铣，因进刀部分小于出刀部分，因此是端铣不对称顺铣方式。 如图 1一 20b 所示，当立铣刀沿 ABCDE 方向进行加工时，在铣刀与工件已加工面的切点处，铣刀旋转切削刃的运动方向与工件进给方向相反(与刀具移动方向相同)，因此侧面采用的是周铣逆铣方式，而台阶底面采用不对称端铣，因进刀部分大于出刀部分，因此是端铣不对称逆铣方式。【知识模块】 数控机床加工工艺11 【正确答案】 采用经济性数控车床进行加工，与普通机床相比，加工工艺基本相同，需要注意的是背吃刀量和每
27、转进给量不宜过大，以免损坏机床传动系统。采用中、高档数控车床加工旋转体零件具有以下工艺特点：(1)适用于零件的半精加工和精加工 数控车床加工旋转体零件，主要进行半精加工和精加工，粗加工一般在普通机床上完成。钢件旋转体主要进行精加工。工艺过程中注意与普通机床的工序衔接。加工中可充分发挥数控车床刚性好，制造和对刀精度高，刀具可准确进行补偿和自动补偿等功能，数控车削在一些场合可以以车代磨，减少工艺设备，缩短工艺流程。(2)适用于表面质量要求高的回转体零件加工 可充分发挥数控车床恒线速度切削功能，尤其是车削锥面和端面时，使用数控车削的恒线速度切削功能，可选择最佳线速度来车削锥面和端面，使车削后的表面粗
28、糙度值达到高精度要求。(3)适用于表面形状复杂的回转体零件加工 可充分发挥数控车床圆弧和直线插补功能，车削任意直线和曲线组成的形状复杂的回转体零件，如前述，曲线可以是圆弧和直线组成，也可以是数学方程描述的曲线，也可以是列表曲线。(4)适用于带特殊螺纹的回转体零件加工 可充分发挥数控车床能车削增导程、减导程以及要求等导程和变导程之间平滑过渡的螺纹加工功能。数控车床车削螺纹时，切削速度和车削效率高。若配备精密螺纹车削功能，可加工高精度的螺纹回转体零件。【知识模块】 数控机床加工工艺12 【正确答案】 (1)圆柱螺旋面的加工工艺 圆柱螺旋面数控加工一般需要数控机床具有螺旋插补功能，数控机床的螺旋插补
29、功能是在指定的平面内作圆弧运动时，还在与该平面垂直的直线轴上作直线运动。如图 124 所示，在 XY 平面内作半径为100mm 圆弧运动时，沿与 XY 平面垂直的直线轴 Z 轴作直线运动，最后形成 AB螺旋线。采用圆柱插补，可以加工圆柱面螺旋槽，圆柱插补实质上是旋转轴与移动轴的联动插补。采用圆柱插补一般需要使用 C 轴功能，即在数控机床上增设旋转轴，如数控回转工作台或分度头，来实现旋转轴和直线移动轴的联动插补。用指形铣刀数控加工圆柱面螺旋槽时，旋转轴与直线轴平行，刀具主轴与旋转轴轴线垂直相交。 (2)平面螺旋面的加工工艺 使用自动编程的加工工艺比较简单，例如加工如图 125a 所示的圆盘凸轮，
30、可使用 CADCAM 软件按图样进行零件造型，然后使用数控铣床进行加工，采用外形加工方式，在确定了刀具等各项主要加工参数的前提下，即可得出刀具的加工轨迹，如图 125b 所示，然后进行后置处理，自动生成 G 代码，对 NC 文件进行适用性的修改处理后，即可导人数控机床进行加工。采用 C 轴旋转轴和直线移动轴联动插补的方法也可以进行加工。与圆柱螺旋槽不同的是，用指形铣刀加工平面螺旋面时，直线轴与旋转轴垂直，刀具主轴与旋转轴轴线平行，刀具中心和旋转轴中心的投影连线与直线轴平行。【知识模块】 数控机床加工工艺13 【正确答案】 零件的内外轮廓加工是数控机床常见的典型加工内容，尤其是形面母线较短的盘状
31、成形面零件，在数控铣床和加工中心上是常见的加工内容。盘状成形面零件的数控加工工艺有以下特点：(1)轮廓曲线的几何元素分解 轮廓曲线大多是圆弧和直线构成，加工前进行合理分解，然后应用 CAD 等方法求解各几何元素交点(基点)坐标，然后采用手工编程，应用数控直线插：补和圆弧插补功能进行加工。对于比较复杂的曲线，可使用CADCAM 软件造型后进行自动编程加工。(2)刀具的特点 盘状直线成形面的刀具主要是圆柱立式铣刀，对于有台阶的直线成形面，侧面与底面有连接圆弧要求的，应具有符合连接圆弧要求的刀尖圆弧。内轮廓直线成形面刀具的直径应小于等于最小圆弧直径尺寸。刀具切削刃的长度一般应能一次铣削加工出整个成形
32、面，避免接刀加工影响表面粗糙度。(3)刀具轨迹刀具轨迹按轮廓编程，应用刀具半径补偿功能，设定加工余量和控制加工尺寸精度。(4)加工方式 如前述，铣削加工有周铣和端铣，对于穿通的直线成形面采用周铣，粗加工采用周铣逆铣方式，精加工采用周铣顺铣方式。对于有台阶的内外轮廓加工，成形面采用周铣，台阶面采用端铣。【知识模块】 数控机床加工工艺14 【正确答案】 对一些简单的轮廓成形面组合而成的零件，因包含多种结构元素，需要进行图样分析和形体分解，合理制定加工步骤，选择适用的刀具和切削用量，在具体加工某一部位时还需要合理确定加工路线，操作时可以采用合理有序的分解加工方法，在尽可能少的装夹次数中顺序地完成所有
33、部位的加工内容。【知识模块】 数控机床加工工艺15 【正确答案】 本例属于套类螺纹零件，外螺纹 M1103 和内螺纹 M602 均为细牙螺纹。加工中应注意螺纹加工的精度控制。工件两端都有加工内容，右端包括端面、外圆锥面、外圆柱面、连接圆弧面等；内螺纹、退刀槽、内锥面、内连接圆弧面、内孔等；左端有端面、内球面和外螺纹。需要合理选择加工基准和装夹部位。工件的尺寸精度要求不高，表面粗糙度除了球面标注为 Ra16m 外，其余均为 Ra32m。为了便于装夹，工件的加工顺序为：坯料检验粗车右端外轮廓面精车右端外轮廓面粗车内轮廓面精车内轮廓面车内螺纹退刀槽车内螺纹；工件调头装夹：车左端面车左端台阶外圆柱面车
34、外螺纹车内球面工件检验。注意与普通机床加工的衔接，工件预制孔径为 28mm；坯料为120mm100mm。注意切削余量的合理分配。【知识模块】 数控机床加工工艺16 【正确答案】 层叠性内轮廓一般由大到小，由上到下进行加工，这样可以避免深度较大的切削加工，有利于数控加工中选用刚性较好的，切削刃较短的柄式铣刀进行加工。如本例一般应先加工圆弧花瓣形内轮廓，然后加工内六角，最后加工圆角底面内圆柱面轮廓。按加工阶段划分工序时，可以采用按内轮廓台阶深度先进行粗加工，将大部分余量切除，然后按各层内轮廓的结构特点选用合适的刀具进行半精加工和精加工。如本例可以一次装夹加工 60mm深 45mm 的内圆柱面、40
35、mm 深 85mm 的内圆柱面、5mm 深 115mm 的内圆柱面，然后松夹，采用较小的夹紧力重新夹紧后精加工各层内轮廓凹腔。工件的装夹可以按粗精分开的原则分两次装夹，对于薄壁的工件应特别注意装夹的位置和夹紧力的估算，防止工件的装夹变形。例如本例工件夹紧的部位 Z轴方向最好在-5-15mm 位置的外圆柱面，由于底面在第三层内轮廓部位厚度仅为2mm，因此需要在精加工时控制夹紧力，避免过大的夹紧力引起工件变形。【知识模块】 数控机床加工工艺17 【正确答案】 如前所述，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹和方向称为加工路线，加工路线亦称为加工进给路线。在确定数控加工路线时，需要确定起刀点、程序零点、切入
36、切出路径、切削加工轨迹。 (1)刀具加工轨迹计算 刀具轨迹计算是指按工件加工轨迹的尺寸，计算工件轮廓的基点和节点的坐标，或刀具中心轨迹的基点和节点的坐标。在手工编程中，可以应用初等数学中的几何、三角函数或联立方程等计算获得较简单的基点和节点坐标。 计算基点坐标。数控机床一般只有平面和圆弧插补功能，因此，对于直线和圆弧组成的平面轮廓，刀具轨迹的计算主要是计算各基点的坐标。所谓“基点” ，即相邻几何元素 (直线、圆弧等)的交点或切点。有了基点的坐标，就可以编写这些直线、圆弧等几何元素的加工程序。 计算节点坐标。有一些平面轮廓是由非圆方程曲线 y=f(x)组成的，如渐开线、阿基米德螺旋线等。一些数控
37、机床没有直接加工这类曲线轮廓的插补功能，因此需要采用数控机床能加工的直线或圆弧去逼近零件轮廓，即将零件轮廓曲线按编程允许误差分割成若干小段，用直线或圆弧来代替(即逼近)这些曲线小段。逼近直线或圆弧小段的轮廓曲线的交点或切点，称为“节点” 。有了节点的坐标，就可以编写这些直线、圆弧等几何元素的加工程序，采用逼近法加工零件轮廓。 (2)确定加工路线的注意点 对于点位加工应使空程最短，并考虑加工时刀具轴线运动尺寸，该尺寸由工件的孔深决定，还应考虑一些辅助尺寸，如图 129 所示。通常引入距离z 值可参见表 17。 用立铣刀的侧刃铣削平面零件的外轮廓时，切入与切出部分应考虑外延，以保证工件轮廓的平滑过
38、渡，切入时，应先与轮廓的延长线接触，然后沿轮廓曲线的切线方向切入。铣削平面零件内槽的 37 封闭轮廓时，切入与切出不能有外延部分时，应沿相切圆弧切入切出。 车削螺纹时，沿工件的轴向进给方向应增加 25 个螺距 p 的引入距离。 轮廓铣削中，应避免进给停顿，以免留下切痕。 为了提高加工精度，降低表面粗糙度，可采用多次循环切削，并使最后一次切削的余量小到能保证加工精度要求。 对于孔的位置精度要求高的零件，在精镗孔系时，安排镗孔路径应注意各孔的定位方向，避免反向间隙，做到各孔的定位方向一致。 型面加工常采用两个半坐标编程，使其加工路径相当于地形图上的等高线，可使用刀具补偿功能。 空间曲线的加工路线通
39、常应用多坐标编程软件和刀具半径的空间补偿实现。【知识模块】 数控机床加工工艺18 【正确答案】 1)圆锥车削加工路线 在数控车床上车削圆锥有车正锥和车倒锥两种情况。 (1)车正锥加工路线 如图 133 所示，车正锥有两种加工路线，如图 133a 所示为平行法车正锥，采用此法车削，加工路线比较短。如图 133b 所示为终点法车正锥，编程方便，但加工路线比较长。 (2)车倒锥加工路线如图 1 一 33c、d 所示，与车正锥对应，使用平行法加工路线比较短。 2) 圆弧车削加工路线 (1)变半径圆弧车削加工路线 如图 1 一 34a、b 所示的变半径车削方法，因圆心坐标不变，仅圆弧半径变化，编程方便，
40、但加工路线较长。采用此种加工路线，因是沿精加工轮廓确定加工路线，因此适用于编程中的轮廓复合循环车削加工指令方式。 (2)先锥面后圆弧车削加工路线 采用如图 134c 所示的车锥面后加工圆弧的方法，加工路线比较短，但需要进行几何计算。此种加工路线适用于单个加工部位的粗加工，编程比较简单。【知识模块】 数控机床加工工艺19 【正确答案】 盘套类零件内轮廓加工路线与轴类零件的外轮廓车削加工路线类似，有以下基本加工路线：通孔车削一般采用矩形循环加工路线，沿轴向工进进行加工。车削不通孔和台阶孔一般都是沿轴向进给加工圆柱面，然后沿径向进给加工底面或台阶环形平面，通常采用矩形加工循环，逐步加工成形。内环槽车
41、削时刀具沿轴向定位，径向进给车削内环槽，然后径向退刀、轴向退刀。内圆弧面和圆锥面的加工可参照外轮廓加工的基本路线，但需注意由于退刀空间小，退刀坐标位置的确定应确保刀具不与已加工表面干涉。在内轮廓精加工时，为了保证加工精度，确定加工路线应注意所使用机床伺服电动机的响应速度，由于径向退刀空间比较小，因此通常是在轴向退刀时多退一些距离，以便在径向进刀定位孔径等内轮廓尺寸后，有足够的时间使刀具在精加工前到达预定的坐标位置。【知识模块】 数控机床加工工艺20 【正确答案】 箱体零件一般都有孔系加工，孔加工的基本加工路线可借鉴以下示例： (1)控制孔距精度的加工路线示例 如图 137 所示，为了保证精镗孔
42、的孔距位置精度，必须注意加工路线的定位方向保持一致。如图 138a 所示的加工路线方案 A，孔至孔的进给定位方向与孔至孔 的进给定位方向是相反的，其中包含了工作台的反向间隙，容易产生孔距误差。而如图 138b 所示的加工路线B，经过路线后，孔至孔的进给定位方向与孔至孔的进给定位方向是一致的，消除了工作台的反向间隙，保证了孔距的控制精度。(2)控制分布孔最短加工路线示例 如图 1 一 39 所示，为了使加工路线最短，尽量减少刀具空行程时间，加工双圆周分布孔时可不采用如图 139a 所示，常规的、按分布圆周进行各孔加工的数控加工路线，可采用如图 1 一 39b 所示的邻近移位的最短加工路线。(3)
43、孔加工固定循环的主要加工路线 孔加工固定循环是通过不同的数控指令进行钻孔、攻螺纹、镗孔等多种方式的加工，各种不同方式的加工，其加工路线是不同的，一般由六个基本动作组成加工路线和固定循环。X、Y 轴快速定位；快进至进刀起点(R 点)；孔加工；孔底动作；返回R 点；返回初始点。如图 140 所示为镗孔孔底有暂停动作的固定循环加工路线。在数控机床上合理应用孔加工固定循环指令，可充分发挥数控机床孔加工的功能，把数控孔加工工艺与加工路线的确定结合在一起，保证数控机床孔加工的精度。【知识模块】 数控机床加工工艺21 【正确答案】 (1)螺纹切削的两种成形方法 螺纹车削有两种基本成形方法，直进法和斜进法。直
44、进法是指刀具廓形处于螺纹轴向截形的中间位置，两侧加工余量相同，径向逐步切削至螺纹小径(或大径)位置的加工方法，一般三角螺纹采用此种加工方法。斜进法是指刀具沿螺纹轴向截面的一侧斜面，沿斜面逐步切削至螺纹小径(或大径) 位置的加工方法，一般梯形、矩形螺纹等螺距较大的螺纹采用斜进法加工。刀具加工路线的细微变化是由数控程序采用不同指令实现的。(2)螺纹车削的循环加工路线 不同的数控指令，车削螺纹的加工路线是不同的，合理应用数控指令加工不同类型的螺纹，可以实现适用、合理的加工路线。如图 143 所示为采用 G76加工圆柱外螺纹的斜进法加工路线示例。(3)螺纹车削加工路线确定的注意事项 车削螺纹时，沿工件
45、的轴向进给方向应增加 25 个螺距 p 的引入距离。在数控机床上车削螺纹时，沿螺距方向的 Z 向进给应与车床主轴的旋转保持严格的速比关系，因此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削螺纹，为此，如图 144 所示，应在螺纹加工路线中设置升速段和降速段，避免因刀具升降速影响螺纹车削精度。【知识模块】 数控机床加工工艺22 【正确答案】 (1)型腔铣削基本加工路线 型腔是数控铣削加工中经常遇到的加工内容，一般采用环切法、行切与环切结合的方法设置加工路线，如图 147b 所示为环切法加工型腔凹槽，如图 147c 所示为先用行切法加工，最后用环切法加工型腔凹槽内轮廓面。 (2)型腔粗精加工型腔轮廓粗精加
46、工分步进行时，使用圆周刃加工直线成形面轮廓的，一般是通过向刀位点一侧偏置刀具的半径 R+y 来留出精加工余量)，的。使用球头铣刀加工立体曲面的，是通过向刀位点(球心)偏置 SR+R 来留出精加工余量R 的。【知识模块】 数控机床加工工艺23 【正确答案】 复杂的型面一般由立体曲面构成，三维立体曲面采用自动编程软件造型后，可选择适用的加工方法和加工参数，计算机便会通过计算显示加工轨迹，从而确定了加工路线。 (1)自动编程三维曲面粗加工基本方法 根据曲面不同特性，可以选用平行铣削粗加工、放射状粗加工(图 148a)、曲面流线粗加工、等高外形粗加工、残料粗加工、挖槽粗加工和钻削式粗加工等方式。 (2)自动编程三维曲面精加工基本方法 根据曲面不同特性，可以选用平行铣削精加工、平行陡斜面精加工、放射状精加工(图 1 一 48b)、投影精加工、曲面流线精加工、等高外形精加工、浅平面精加工、交线清角精加工、残料清角精加工、环绕等距精加工和熔接加工等方式。【知识模块】 数控机床加工工艺
