数控加工技术基础：第三章3：机床刀具夹具毛坯选择

机床的刀具和夹具的选型和应用机床是制造业中必不可少的设备，而其中最重要的两个配件就是刀具和夹具。

它们直接影响到机床的精度和效率，对于达到良好的加工效果和提高生产效率至关重要。

而选择合适的刀具和夹具对于不同工件的加工有很大的关键性，下面就来详细介绍刀具和夹具的选型和应用。

一、刀具的选型和应用刀具作为机床上不可或缺的附件，在工件切削中起着至关重要的作用。

刀具的不同种类和形状，适用于不同的加工工件和不同的加工方式。

在选择刀具时，需要考虑以下几个方面：1. 工件材料和工件形状根据加工的工件材料和形状，选择具有适当硬度和强度的刀具，以达到最佳的加工效果。

对于硬度较高的材料，如钨钢、碳素钢、高速钢等，需要使用硬质合金刀具或陶瓷刀具。

这些刀具硬度高、耐磨性好，适合进行高效率、高精度的切削。

对于形状复杂的工件，可以选择多刃刀具，以提高加工效率。

对于较薄的工件，则可以选择刃口圆弧小、切削力小的刀具。

2. 切削方式和加工参数根据切削方式和加工参数不同，需要选择相应的刀具。

对于高速切削，需要选择具有较高硬度和高温耐久性的刀具，如龙门刀具和螺旋刀具。

对于高效率加工，需要选择切削角度合适、切削力小的刀具，如磨齿刀具和PCD(多晶金刚石)刀具。

对于铣削加工，可以根据具体情况选择端铣刀、球头铣刀、齿轮铣刀等。

其中，端铣刀适用于槽面和主轴盘面加工，而球头铣刀则适用于三维曲面加工。

3. 刀具的材质刀具的材质和表面处理也是影响刀具性能的重要因素。

对于具有高硬度要求的刀具，可以选择WC-Co硬质合金材料。

对于具有较高的高温耐久性要求，可以选择陶瓷刀具。

对于刀具需要做表面处理的情况，可以采用化学镶嵌、电化学抛光等方法进行处理，以提高刀具表面的光洁度和耐腐蚀性能。

二、夹具的选型和应用夹具是将工件固定在机床上的设备，在加工过程中起着极为重要的作用。

对于不同形状、不同材料的工件，需要选择不同类型的夹具以保证夹紧的稳定性和加工的精度。

在选择夹具时，需要考虑以下几个方面：1. 工件尺寸和形状根据工件的尺寸和形状，选择适合的夹具，以保证夹紧的稳定性和加工的精度。

机械加工毛坯选用准则1. 引言机械加工毛坯是指在机械加工过程中所需加工的初始工件，其形状、尺寸和材料等特征对最终产品的质量和成本具有重要影响。

因此，选择合适的机械加工毛坯对于提高加工效率、降低成本、保证产品质量具有重要意义。

本文将介绍机械加工毛坯选用的准则，包括形状选用、尺寸选用及材料选用等方面的内容。

2. 形状选用准则选择合适的机械加工毛坯形状是确保加工过程稳定性和加工后产品形状准确性的基础。

以下是一些常见的形状选用准则：2.1. 外形简单外形简单的毛坯更容易加工和定位，可以减少加工工序和提高加工效率。

因此，在满足产品功能和设计要求的前提下，应尽量选择外形简单的毛坯。

2.2. 条件允许的情况下避免毛坯重量过大毛坯重量过大会增加机械加工过程中的负荷，降低机械加工效率，增加机械设备的磨损。

因此，在条件允许的情况下，应选择适当重量的毛坯。

2.3. 尽量避免毛坯具有细长结构细长结构的毛坯容易在机械加工过程中产生变形、振动和切削困难等问题，影响加工质量。

因此，在满足产品设计和功能要求的前提下，尽量避免选择细长结构的毛坯。

3. 尺寸选用准则选择合适的机械加工毛坯尺寸对于提高加工效率和降低成本具有重要作用。

下面是一些常见的尺寸选用准则：3.1. 尺寸合适选择合适的毛坯尺寸可以减少加工量和机械加工过程中的切削量，提高加工效率。

因此，在满足产品功能和设计要求的前提下，应选择尺寸合适的毛坯。

3.2. 尽量避免余量过多余量过多会增加机械加工过程中的切削量，降低加工效率。

因此，应尽量避免选择具有过多余量的毛坯。

3.3. 考虑加工余量在选择毛坯尺寸时，要考虑到加工余量，确保加工后产品达到设计要求的尺寸。

因此，在选择毛坯尺寸时，应根据产品的设计要求和机械加工工艺的要求，适当考虑加工余量。

4. 材料选用准则选择合适的材料是机械加工毛坯选用的关键。

以下是一些常见的材料选用准则：4.1. 材料可加工性好选择材料可加工性好的毛坯可以提高加工效率和加工表面质量。

毛坯材料的选择及其加工余量确定
3.1毛坯种类的选择
零件的毛坯一般有棒料、锻件和铸件三种。

其中，锻件适用与零件强度较高,形状较简单的零件,钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。

尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻；铸件则适用于形状复杂的毛坯。

根据轴类螺纹配合件的结构形状和外轮廓尺寸，结合学校的实际情况，螺纹轴类零件毛坯种类由棒料锯割。

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3.2 毛坯的形状和尺寸的选择
选择毛坯形状和尺寸总的要求是：减少多余浪费，实现少屑或无屑加工。

因此，毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。

但也有以下四种情况。

（1）采用锻件，铸造毛坯时，因锻模时的欠压量与允许的错模量不等，铸造时也会因砂型误差、收缩量及坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定，所以，除板金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等，此外，锻造、铸造后，毛坯不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工表面均应有较充分的余量。

（2）尺寸小或薄的零件，为便于装夹并减少夹头，可将多个工件连在一起，由一个毛坯制出。

（3）装配后形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常把两件合为一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切开。

（4）对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另行增加装夹余量或者工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。

该零件的加工要留2-4mm的毛坯余量。

由于要尽量使毛坯各个主要加工面上的加工余量均匀，根据螺纹轴类零件图样尺寸为Ф124mm×48mm，选择毛坯尺寸为Ф126mm×50mm。

毛坯的确定在制订机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时都有很大的影响。

显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效益。

1．毛坯的种类(1) 铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。

其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。

较常用的是砂型铸造，当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工造型法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，采用金属型机器造型法。

铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。

(2) 锻件锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。

其锻造方法有自由锻和模锻两种。

自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。

模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。

(3) 型材型材有热轧和冷拉两种。

热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

(4) 焊接件焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件，它简单方便，生产周期短，但需经时效处理后才能进行机械加工。

(5) 冷冲压件冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。

但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。

2．毛坯选择时应考虑的因素(1) 零件的材料及机械性能要求零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。

例如铸铁零件用铸造毛坯；钢质零件当形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料，对于重要的钢质零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件，当形状复杂力学性能要求不高时用铸钢件；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。

(2) 零件的结构形状与外形尺寸大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；结构复杂的毛坯多用铸造；小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯；板状钢质零件多用锻件毛坯；轴类零件的毛坯，若台阶直径相差不大，可用棒料；若各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件。

毛坯是零件最初始的状态，而零件则是由毛坯按照各种技术要求经过各种加工而最后形成的。

毛坯的选择不仅影响毛坯的制造技术及企业成本费用，而且与零件的机械加工技术和加工质量也有密切的关系。

因此需要毛坯制造和机械加工两方面的技术人员密切配合，合理的对毛坯的材料、结构形状及尺寸进行确定。

一、材料选择要满足的要求机械产品都是由若干零件组成的，保证零件的使用要求是保证产品使用要求的基础。

因此，毛坯选择首先必须满足零件的使用性能要求。

1、结构形状和尺寸要求机械零件由于使用功能不同，其结构形状和尺寸往往有很大差异，各种毛坯制造方法对零件结构形状和尺寸的适应能力也不相同。

因此，选择毛坯的时候，应该认真分析零件的结构形状和尺寸特点。

选择与之相适应的毛坯制造方法。

2、材料的力学性能根据零件的工作条件、损坏（或失效）形式，选择满足力学性能的材料。

3、材料的工艺性能对零件加工生产有直接的影响，甚至是决定性的。

4、表面质量的要求为了降低生产成本，现代机械产品上的某些非配合表面有尽量不加工的趋势，即实现少、无切屑加工。

二、选择毛坯材料的基本过程选择毛坯首先要先从毛坯材料的服役条件开始，通过对失效形式的分析从而完成材料的预选，而失效形式又要从材料的力学性能、工艺性能和经济性着手。

完成材料的预选过后，需进行零件设计与主要参数计算，强度校核，主要是从材料的耐用性、结构尺寸的合理性及材料的变形和抗断裂能力三个方面考虑，进而最终选定毛坯材料。

三、毛坯材料的选择结果根据上面所说的选择要求，一般在生产加工中，加工轴类零件所选用的毛坯材料大多为45号钢，这主要是由于45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高，易切削加工，常用来做模板、连杆、螺栓、齿轮及轴类等，且需进行热处理。

编号山东劳动职业技术学院毕业论文课题名称：数控加工夹具、刀具的选择及切削用量的确定学生姓名：狄静学号:专业：机械设计与制造班级：指导老师：日期：2010年月日内容摘要随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用。

而数控加工作为一种先进的加工方法，从零件图纸到加工出合格的零件，是一环套一环既复杂而又严密的过程。

在本文中笔者将对夹具、刀具的选择及切削用量三个方面讨论如何提高数控加工的精度，合理有效地提高数控机床的利用率。

在进行数控加工时，需要根据被加工工件的材料，轮廓形状，加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量。

刀具的选择是数控加工的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

夹具是一种装夹弓箭的工艺装备，它广泛的应用于机械制造的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。

数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠地定位基准。

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。

切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等，对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。

关键词：刀具、夹具、切削用量、精度目录第一章夹具的选择、工件装夹方法的确定1. 夹具的选择2. 夹具的类型3. 零件的安装零第二章刀具的选择及对刀点、换刀点的设置1．刀具的选择2. 对刀点、换刀点的设置第三章切削用量的确定1.主轴转速的确定2. 进给速度的确定3. 背吃刀量确定第一章夹具的选择、工件装夹方法的确定1．夹具的选择数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。

选用夹具时，通常考虑以下几点：（1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。

全国高等职业教育示范专业规划教材数控技术专业国家精品课程配套教材《数控机床编程技术》课后习题答案董兆伟主编机械工业出版社第1章数控机床编程基础1.数控加工的过程如何？首先对零件图纸进行工艺性分析，根据零件的形状、尺寸和技术要求等，确定加工方案。

编制数控加工程序，输入到数控机床的数控装置中，数控装置对程序进行译码、运算和逻辑处理后，以脉冲的形式对伺服机构和辅助装置发出各种动作指令，伺服机构将来自数控装置的脉冲指令进行放大并转换成机床移动部件的运动，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件。

2.数控机床是由哪几个部分组成的？各部分的作用是什么？数控机床是典型的机电一体化产品，主要由程序载体、输入/输出装置、数控装置、伺服系统、反馈装置和机床本体等几部分组成。

⑴程序载体人和数控机床联系的媒介物(也称程序介质、输入介质、信息载体)控制介质可以是穿孔带，也可以是穿孔卡、磁带、磁盘或其他可以储存代码的载体，有些直接集成在CAD/CAM 中。

⑵输入输出装置输入输出装置是机床与外部设备的接口，主要有纸带阅读机、软盘驱动器、RS232C串行通信口、MDI方式等。

⑶数控装置数控装置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。

数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。

⑷伺服系统其作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。

其性能好坏直接决定加工精度、表面质量和生产率。

⑸检测反馈系统其作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态进行检测，将测量结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较,计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出纠正误差指令。

⑹机床本体机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。

夹具、刀具的选择及切削用量的确定夹具的选择、工件装夹方法的确定1．夹具的选择数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。

选用夹具时，通常考虑以下几点：1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。

2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。

4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。

2．夹具的类型数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。

数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。

如：通用台虎钳、数控分度转台等。

3．零件的安装数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。

2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。

二、刀具的选择及对刀点、换刀点的设置1．刀具的选择与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好；同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。

数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。

（1）车削用刀具及其选择数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀以及成型车刀三类。

1）尖形车刀尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。

这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。

尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。

机械加工时毛坯的选择毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。

为此需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状，并绘出毛坯图。

一、常见的毛坯种类常见的毛坯种类有以下几种：(一)铸件对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。

目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。

各种铸造方法及工艺特点见表 3-9 。

(二)锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。

因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。

其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。

模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。

其锻造方法及工艺特点见表 3-9 。

(三)型材型材主要有板材、棒材、线材等。

常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。

就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。

热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。

冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。

(四)焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。

其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。

但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。

(五)其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。

二、毛坯的选择原则选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素：(一)零件的生产纲领大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。

如铸件采用金属模机器造型或精密铸造;锻件采用模锻、精锻;选用冷拉和冷轧型材。

单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。

(二)零件材料的工艺性例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯;钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材;重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。