1.2 任务2 数控车削加工工艺分析

活动情境

模拟企业工艺员在制定零件加工工艺时，如何选择机床、如何确定工艺路线的场景。

任务要求

（1）了解数控车床、车削中心的适用范围。

（2）掌握制定数控车削加工工艺时的考虑因素。

（3）掌握制定零件车削加工工艺、填写工艺卡片的方法。

（4）掌握一般测量检测仪器的原理和使用方法。

（5）掌握常用夹具的装夹方法。

1.2.1 数控车床简介

1.数控车床的组成

数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统，润滑系统、排屑器等部分组成。如图1.2所示。

（1）床身。数控车床的床身结构和导轨有多种形式，主要有水平床身、斜床身、平床身斜滑板等。中小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板较多。斜床身多采用30°、45°、60°和90°倾斜角。倾斜角度小，则排屑不便；倾斜角度大，则导轨的导向性差，受力情况差。导轨倾斜角度的大小还会直接影响机床的外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑中小规格的数控车床，其床身的倾斜角度以60°为宜。大型数控车床和小型精密数控车床多采用平床身。

（2）主传动系统及主轴部件。数控车床的主传动系统—般采用直流或交流无级调速电动机，通过皮带传动带动主轴旋转，实现自动无级调速及恒切削速度控制。主轴部件是机床实现旋转的执行部件。

（3）进给传动系统。进给传动系统有横向进给传动系统和纵向进给传动系统。横向进给传动系统是带动刀架做横向（X轴）移动的装置，它控制工件的径向尺寸；纵向进给传动系统是带动刀架做纵向（Z轴）移动的装置，它控制工件的轴向尺寸。

（4）自动回转刀架。刀架是数控车床的重要部件，它用于安装各种切削加工刀具，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率。

2.数控车床分类

随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面，对数控车床的分类可采用不同的分法。

（1）按数控系统的功能分类。①经济型数控车床。经济型数控车床一般是在普通车床的基础上进行改造设计的。如图1.3所示。

②全功能型数控车床。全功能型数控车床一般采用闭环或半闭环控制系统，它具有高刚度、高精度和高效率等特点。如图1.4所示。

③车削中心。车削中心的主体是数控车床，配以动力刀座或机械手，可实现车、铣复合加工，如高效率车削、铣削凸轮槽和螺旋槽等。如图1.5所示。

④数控车铣中心。具有四轴联动加工能力，可以完成车削、钻削、铣削甚至磨削复合加工。适合完成精度较高、形状复杂零件的复合加工任务，例如多头蜗杆的车、铣、钻等工序的一次性复合加工。如图1.6所示。

（2）按主轴的配置形式分类。

①卧式数控车床。主轴轴线处于水平位置的数控车床。如图1.7所示。

②立式数控车床。主轴轴线处于垂直位置的数控车床。如图1.8所示。

另外，具有两根主轴的车床称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。

（3）其他分类方法。按数控系统的不同控制方式，数控车床还可分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等；按特殊或专门的工艺性能又可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等。

4.数控车床的加工范围

数控车床与普通卧式车床一样，也是利用主轴的回转和刀具的移动来实现对多余材料的切削，从而完成零件的加工。数控车床的主运动也是主轴的旋转运动，从运动也是刀具的移动，加工对象仍是回转体零件。如图1.9所示。

数控车削与普通车削不一样的地方是，数控车床是在计算机的控制下，自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工。其加工范围如下：

（1）轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件。因车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能，还有部分车床的数控装置具有某些非圆曲线插补功能，故能车削由任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件，包括通过计算机处理后的、不能用方程描述的列表曲线类零件，以及难于控制尺寸的零件，如具有封闭内成型面的壳体零件等。

（2）精度要求高的零件。零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面等精度要求，其中的表面精度主要指表面粗糙度。例如，尺寸精度高（达0.001mm或更小）的零件；圆柱度要求高的圆柱体零件。

（3）特殊的螺旋零件。这里的螺旋零件是指特大螺距、变螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺旋面之间做平滑过渡的螺旋零件，以及高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。

（4）以特殊方式加工的零件。以单机代双机高效加工零件。如在一台六轴控制的数控车床上，有同轴线的左右两个主轴和前后两个刀架，既可同时车出两个相同的零件，也可同时车出两个多工序的不同零件。

在同样一台六轴控制并配有自动装卸机械手的数控车床上，棒料装夹在左主轴的卡盘上，用后刀架先车出有复杂内外形轮廓的一端后，由装卸机械手将其车后的半成品转送至右主轴的卡盘上定位并夹紧，然后通过前刀架按零件的总长要求切断，并进行其另外一端的内外形加工，从而实现一个位置精度要求高、内外形均复杂的特殊零件全部车削过程的自动化加工。

5.典型数控系统介绍

数控系统是数控机床的核心。系统不同，其指令代码也有差别，因此，编程时应按所使用数控系统代码的编程规则进行编程。

目前，FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、MITSUBISHI（日本）等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位；我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。

（1）FANUC公司的主要数控系统。高可靠性的powerMate0系列用于控制2轴的小型车床，取代步进电动机的伺服系统；可配画面清晰、操作方便、中文显示的CRT/MDI，也可配性/价比高的DPL/MDI。

普及型CNC0-D系列0-TC用于通用车床、自动车床，0-MD用于铣床及小型加工中心，0-GCD用于圆柱磨床，0-GSD用于平面磨床，0-PD用于冲床。

全功能型的0-C系列0-TC用于通用车床、自动车床，0-MC用于铣床、钻床、加工中心，0-GCC用于内、外圆磨床，0-GSC用于平面磨床，0-TTC用于双刀架4轴车床。

高性/价比的0i系列整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。0i-NB/MA用于加工中心和铣床，4轴4联动；0i-TB/TA，4轴2联动；0i-mateMA用于铣床，3轴3联动；0i-mateTA用于车床，2轴2联动。

具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列控制单元LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。其中FS16i-MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。16i最大可控8轴，6轴联动；18i最大可控6轴，4联动；21i最大可控4轴，4轴联动。

除此之外，还有实现机床个性化CNC16/18/160/180系列。

（2）SIEMENS公司的主要数控系统。SINUMERIK 802S/C用于车床、铣床等，可控3个进给轴和1个主轴，802S适于步进电动机驱动，802C适于伺服电动机驱动，具有数字I/O接口。

SINUMERIK 802D控制4个数字进给轴和1个主轴，PLCI/O模块，具有图形式循环编程，车削、铣削/钻削工艺循环，FRAME（包括移动、旋转和缩放）等功能，为复杂加工任务提供智能控制。

SINUMERIK 810D用于数字闭环驱动控制，最多可控6轴（包括1个主轴和1个辅助主轴），紧凑型可编程输入/输出。

SINUMERIK 840D全数字模块化数控设计，用于复杂机床、模块化旋转加工机床，最大可控31个坐标轴。

（3）FAGOR公司的数控系统。CNC8070目前是FAGOR的最高档数控系统，代表FAGOR顶级水平，是CNC技术与PC技术的结晶，是与PC兼容的数控系统，采用Pentium CPU，可运行WINDOWS和MS-DOS。可控制16轴+3电子手轮+2主轴，可运行VISUAL BASIC，VISUALC++，程序段处理时间小于1ms，PLC可达1024输入点/输出点，具有以太网、CAN、SER-COS通信接口，可选用±10V模拟量接口。

8055系列数控系统 是FAGOR高档数控系统，可实现7轴7联动+主轴+手轮控制。按其处理速度不同分为8055/A、8055/B、8055/C三种档次，适用于车床、车削中心、铣床、加工中心及其他数控设备，具有连续数字化仿形、RTCP补偿、内部逻辑分析仪、SER-COS接口、远程诊断等许多高级功能。

8040/8055-i标准系列 属中高档数控系统，采用中央单元与显示单元合为一体的结构，8040可控4轴4联动+主轴+2个手轮。8055-i可实现7轴7联动+主轴+2个手轮，两者用户内存均可达到1M字节，且具有±10V模拟量接口及数字化SERCOS光缆接口，可配置带CAN接口的分布式PLC。

8040/8055-i/8055TCO/MCO系列 是一开放式的数控系统，可供OEM再开发成为专用数控系统，适用于所有机床设备。

8040/8055-i/8055TC/MC系列 是人机对话式数控系统，其主要特点是无须采用ISO代码编程，可将零件图中的数据通过人机交互图形界面直接输入系统，从而实现编程，所以也叫傻瓜式数控系统。

8025/8035系列 8025系列是FAGOR公司的中档数控系统，适用于铣床、加工中心、车床及其他数控设备，可控2～5轴不等。该数控系统是操作面板、显示器、中央单元合一的紧凑结构。8035是8040/8055-i/8055的简化型，采用32位CPU，同时也是8025的更上一层更新换代产品。

（4）华中数控系统。华中数控以“世纪星”系列数控单元为典型产品，HNC-21T为车削系统，最大联动轴数为4；HNC-21/22M为铣削系统，最大联动轴数为4，采用开放式体系结构，内置嵌入式工业PC。

伺服系统的主要产品包括：HSV-11系列伺服驱动装置，HSV-16系列全数字交流伺服驱动装置，步进电动机驱动装置，交流伺服主轴驱动装置与电动机，永磁同步交流伺服电动机等。

（5）北京航天数控。北京航天数控的主要产品为CASMUC2100数控系统，是以PC机为硬件基础模块化、开放式的数控系统，可用于车床、铣床、加工中心等8轴以下机械设备的控制，具有2轴、3轴、4轴联动功能。

6.数控车床保养与维护

数控车床具有集机、电、液于一体的特点，是一种自动化程度高的先进设备。为了充分发挥其效益，必须做好日常维护与保养工作，使数控系统少出故障，以延长系统的平均故障时间。主要的维护保养工作见表1.1所列。

表1.1 数控车床的维护与保养

（1）在操作机床前必须确认主轴润滑是否符合要求。如果润滑不足时，应按说明书的要求加入牌号、型号等合适的润滑油，直到确认油位正常。

（2）防止灰尘进入数控装置。如果数控装置的空气过滤器灰尘积累过多，会使柜内冷却空气流通不畅，引起柜内温度过高而使数控系统工作不稳定，因此应根据周围环境温度状况，定时检查清扫。电气柜内电路板和元器件上积有灰尘时，也应及时清扫。

（3）伺服电动机的保养。每10～12个月进行一次维护保养，加速或者减速变化频繁的机床要每两个月进行一次维护保养。维护保养的主要内容有：用干燥的压缩空气吹去电刷的粉尘，检查电刷的磨损情况，如需更换，需选用规格型号相同的电刷，更换后要空载运行一段时间使其与换向器表面吻合。检查清扫整流子以防止短路；如装有测速发电机和脉冲编码器时，也要进行定期检查和清扫。

（4）定期检查电器部件。检查各插头、插座、电缆、各继电器的触点是否出现接触不良、断线和短路等故障；检查各印制电路板是否干净，检查主电源变压器、各电动机的绝缘电阻是否在1MΩ以上。

（5）经常监视数控系统的电网电压。数控系统允许的电网电压范围在额定值的85%～110%，如果超出此范围，轻则使数控系统不能稳定工作，重则会造成重要电子元件损坏。

（6）定期更换存储器用电池。数控系统中部分CMOS存储器中的存储内容在关机时靠电池供电保持，当电池电压降到一定值时会造成参数丢失，因此要定期检查电池电压。更换电池时一定要在数控系统通电状态下进行。

（7）定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法有软硬两种，软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杆反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；硬方法一般要在机床进行大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杆螺母预紧调整反向间隙等，并对各坐标轴进行超程限位检验。

（8）长期不用的数控机床的保养。在数控车床闲置不用时，应经常给数控系统通电，在机床锁住的情况下，使其空运行。在空气湿度较大的梅雨季节应该天天通电，利用电气元件本身发热驱走数控柜内的潮气，以保证电子元器件的性能稳定可靠。

1.2.2 数控车床操作的注意事项

1.安全文明生产规范

（1）操作人员应穿紧身工作服，袖口扎紧；女工要戴防护帽；高速切削时要戴防护镜；操作机床时，严禁戴手套，以防将手卷入旋转刀具和工件之间。

（2）操作前应检查数控机床各部件及安全装置是否安全可靠；检查设备电气部分安全可靠程度是否良好。

（3）数控机床运转时，不得调整、测量工件和改变润滑方式，以防手触及刀具碰伤手指。

（4）在刀具或工件旋转未完全停止前，不能用手去制动。

（5）切削中严禁用手清除切屑，也不要用嘴吹，以防切屑损伤皮肤和眼睛。

（6）装卸工件时，应将工作台退到安全位置，使用扳手紧固工件时，用力方向应避开刀具或工夹具，以防扳手打滑时撞到刀具或工夹具。

（7）加工完毕后，应清扫数控机床，使数控机床保持清洁，将机床移动部件移至尾部行程位置，并切断机床电源。

2.加工前的注意事项

（1）查看工作现场是否存在可能造成不安全的因素，若存在应及时排除。

（2）按数控机床启动顺序开机，查看机床是否显示报警信息。

（3）数控机床通电后，检查各开关、按钮和键是否正常、灵活，数控机床有无异常现象。

（4）检查液压系统、润滑系统油标是否正常，检查冷却液容量是否正常，按规定加好润滑油和冷却液。对于要求手动润滑的部位要预先进行手动润滑。

（5）各坐标轴手动回参考点。回参考点时要注意，不要和机床的工件、夹具等发生碰撞，若某轴在回参考点前已处于参考点位置附近，必须先将该轴手动移动到距离参考点100mm外的位置，然后再回参考点。

（6）在进行工作台回转交换时，台面、护罩、导轨上不得有其他异物；检查工作台上工件是否正确，夹紧是否可靠。

（7）为了使数控机床达到热平衡状态，必须使数控机床空运转15min以上。

（8）按照刀具卡正确安装好刀具，并检查刀具运动是否正常，通过对刀，正确输入刀具补偿值，并认真核对。

（9）数控加工程序输入完毕后，应认真校对，并进行模拟加工，确保无误。

（10）按照工序卡安装和找正。

（11）正确测量和计算工件坐标系，并对所得结果进行验证和验算。

（12）手轮进给和手动连续进给操作时，必须检查各种开关所选择的位置是否正确，弄清正负方向，按键，然后再进行操作。

3.加工工件中的注意事项：

（1）无论是首次试加工，还是以前曾经加工过的零件，重新加工时，都要首先检查工序卡、刀具卡、坐标调整卡、程序卡四者是否一致，然后进行逐把刀和逐段程序的试切。

（2）试加工时，快速倍率、进给倍率开关置于最低挡，切入工件后再加大倍率。

（3）在数控加工程序工作过程中，要重点观察数控系统上的坐标显示。

（4）对一些有试刀要求的刀具，要采用“渐进”的方法试刀。

4.加工工件完成后的注意事项：

（1）清洁工作台、零件及台面铁屑等杂物，整理工作现场。

（2）在手动方式下，将各坐标轴置于数控机床行程的尾部位置。

（3）按关机顺序关闭数控机床，断电。

（4）清理并归还刃具、量具、夹具，将工艺资料归档。

1.2.3 数控车床操作简介

目前，车床的数控系统种类很多，我国以使用FUNAC和SIMENS系列居多。这里以使用较为广泛的FANUC系统为例，简要介绍数控车床的操作。

1.数控车床控制面板及操作面板

CYNCP-320型数控车床采用的是FANUC0-TD-II型数控系统。

（1）方式译码开关。方式译码开关共有以下7种方式，见图1.10所示。

EDIT——程序编辑方式，编辑一个已存储或新建的程序。

AUTO——程序自动运行方式，自动运行一个已存储的程序。

MDI——手动数据输入方式，直接运行手动输入的程序。

INC——增量进给方式

HANDLE——手摇脉冲方式，使用手轮，步进的值由手轮开关来选择。

JOG——手动进给方式，使用点动键或其他手动开关。

ZRN——回零方式，手动返回参考点。

（2）CRT/MDI控制面板。FANUC0-TD-II型数控系统CRT/MDI控制面板如图1.11所示，有6个功能键。在自动（AUTO）或手动数据输入（MDI）方式中，启动程序可以按START按钮。在程序运行时，不能切换到其他操作方式，要等程序执行完或按下RESET键终止运行后才能切换到其他操作方式。

各功能键说明如：

POS——显示坐标的位置。

PRGRM——显示程序的内容。

MENU/OFSET——显示或输入刀具偏置量和磨耗值。

DGNOS/PQRAM——显示诊断数据或进行参数设置。

OPRALARM——显示报警和用户提示信息。

AUXGRAPH——显示或输入设定，选择图形模拟方式。

要进行操作必须按相应的上述6个功能键。

PAGE↑↓——按该键可以进行显示器的翻页。

INPUT——数据的输入键。

START——程序启动键或数据的输出键。

（3）机床操作面板。机床操作面板的功能和按钮的排列与具体的数控车床的型号有关，图1.12所示为CYNCP-320型数控车床的操作面板。

①ST启动开关；SP停止开关。ST开关是用来在AUTO方式、MDI方式下启动程序，在自动方式下，只要按下ST启动按钮，程序就开始运行，并且ST开关指示灯开始闪烁。当按一下SP停止按钮时，程序暂停，指示灯亮（不闪烁），这时只要再按一下ST循环启动按钮，程序将继续执行，ST指示灯又开始继续闪烁。在急停或复位情况下，程序复位，指示灯灭。

②KEY开关是写保护开关。当把这个开关打开的时候，用户加工程序可以进行编辑，参数可以进行改变，当把这个开关关闭的时候，程序和参数得到保护，不能进行修改。

③TRST开关是手动换刀开关。TRST开关只在手动方式下（INC，HANDLE，JOG）有效。

④ON水泵启动开关、OFF水泵停止开关。按下ON水泵启动开关，水泵电机就启动，可以进行冷却；按一下OFF，水泵电机就停止。水泵启停确认方式在任何方式下都有效。另外，水泵的启动停止也可以通过M08、M09指令进行控制。

⑤NOR：是手动主轴正转开关。

⑥REV：是手动主轴反转开关。

⑦STOP：是手动主轴停止开关。

⑧DRN：空运行开关。这个功能开关是在试运行程序时运用。在程序加工过程中，不提倡运用这个功能。

⑨BDT：程序跳转开关。在BDT功能有效情况下，当程序执行到前面有反斜杠“”的程序段时，程序会跳过这一段。

⑩SBK：程序单段开关。在SBK有效的情况下，程序每执行完一段暂停，按一下ST循环启动开关，程序又执行下一段，以此类推。

⑪进给倍率开关。这个开关有双层数字标示符号，外层数字符号表示手动进给倍率，当在JOG方式下，按方向进给键时，伺服电机就按这些符号标示的进给速度进给。例如，在200.00挡位上时，按下+X方向键，X轴就以F200.00的进给速度朝X轴正方向连续进给。内层的数字符号表示程序倍率，例如，在50/0的挡位上时，如果程序设定的进给速度是F400.00mm/min时，那么机床就是以F400×50%=F200.00的实际进给速度进给。换句话说，外层数字符号如2.0、3.2、7.90等只是在JOG方式下有效，而内层数字符号50%，100%，150%只是在自动方式下有效。这个开关另外还有一个控制功能，即快速进给倍率控制功能，它在自动方式下控制G00的进给倍率，在手动JOG方式下控制快速进给的倍率。

⑫急停按钮开关。机床在遇到紧急情况时，马上按下急停按钮，这时机床紧急停止，主轴也马上紧急刹车。

2.回参考点及手动操作

（1）回参考点操作。在程序运行前，必须先对机床进行参考点返回操作，即将刀架返回机床参考点。有手动参考点返回和自动参考点返回两种方法，通常情况下，在开机时采用手动参考点返回方法，其操作方法如下：

①将机床操作模式开关设置在ZRN手动方式位置上。

②操作机床面板上的“X”方向按钮，进行X轴回零操作。

③X轴回零后，操作机床面板上的“Z”方向按钮，进行Z轴回零操作。

④当坐标轴返回参考点时，刀架返回参考点，确认灯亮后，操作完成。

（2）手动操作。使用机床操作面板上的开关、按钮或手轮，用手动操作移动刀具，可使刀具沿各坐标轴移动。

①手动连续进给。用手动可以连续地移动机床，操作步骤如下：

a.将方式选择开关置于JOG的位置上。

b.操作控制面板上的X方向慢速或Z方向慢速移动按钮，如图1.13所示，机床将按选择的轴方向连续慢速移动。

②快速进给。同时按下快速移动按钮及X方向或Z方向按钮，如图1.14所示，刀具将按选择的方向快速进给。

③步进进给（STEP）。可实现步进移动，操作如下：

a.将方式选择开关置于STEP的位置。

b.选择移动量。步进进给量如表1.2所示。

表1.2 步进进给量

注：直径指定时，X轴的移动量为直径变化。

c.每按一次按钮，按选定方向移动轴，刀具移动一个进给量。

④手轮进给。转动手摇脉冲发生器，可使机床微量进给。

（3）对刀及刀具补偿的设置。

①对刀。在数控车削工艺中，刀尖运动轨迹是自始至终要控制的，所以“对刀”是很有学问的一项工作，必须掌握它。

a.试切对刀。用G50XZ设定工件坐标系，则在执行此程序段之前必须先进行对刀，通过调整机床，将刀尖放在程序所要求的起刀点位置（X、Z）上，其方法如下：

• 回参考点操作。用ZRN（回参考点）方式进行回参考点的操作，建立机床坐标系，此时CRT上将显示刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中当前位置的坐标值。
• 试切测量。用MDI方式操作机床将工件外圆表面试切一刀，然后保持刀具在横向（X轴方向）上的位置尺寸不变，沿纵向（Z轴方向）退刀；测量工件试切后的直径D即可知道刀尖在X轴方向上当前位置的坐标值，并记录CRT上显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中X轴方向上当前位置的坐标值Xt。

用同样的方法再将工件右端面试切一刀，保持刀具纵向（Z轴方向）位置不变，沿横向（X轴方向）退刀，同样可以测量试切端面至工件原点的距离（长度）尺寸L，并记录CRT上显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中Z轴方向上当前位置的坐标值Zt。

• 计算坐标增量。根据试切后测量的工件直径D、端面距离长度L与程序所要求的起刀点位置（X、Z），计算出将刀尖移到起刀点位置所需的X轴坐标增量X-D与Z轴坐标增量Z-L。
• 对刀。根据计算出的坐标增量，用手摇脉冲发生器移动刀具，使前面记录的位置坐标值（Xt，Zt）增加相应的坐标增量，即将刀具移至使CRT上显示的刀架中心（对刀参考点）在机床坐标系中位置坐标值为（Xt+X-D，Zt+Z-L）为止。这样就实现了将刀尖放在程序所要求的起刀点位置（X、Z）上。
• 建立工件坐标系。若执行程序段为G50XZ，则CRT将会立即变为显示当前刀尖在工件坐标系中的位置（X、Z），即数控系统用新建立的工件坐标系取代了前面建立的机床坐标系。

如图1.15所示，设以卡爪前端面为工件原点（G50 X200 Z253），若完成回参考点操作后，经试切削，测得工件直径为φ67mm，试切端面至卡爪前端面的距离尺寸为131mm，而CRT上显示的位置坐标值为X265.763，Z297.421，为了将刀尖调整到起刀点位置（X200，Z253）上，只要将显示的位置X坐标增加200-67=133，Z坐标增加253-131=122，即将刀具移到使CRT上显示的位置为X398.763，Z419.421即可。执行加工程序段G50 X200 Z253，即可建立工件坐标系，并显示刀尖在工件坐标系中当前位置X200，Z253。

②改变参考点位置。通过数控系统参数设定功能或调整机床各坐标轴的机械挡块位置，将参考点设置在与起刀点相对应的对刀参考点上，这样在进行回参考点操作时，即能使刀尖到达起刀点位置。

（2）刀具补偿。

①直接输入刀具偏置值。把编程时假设的基准位置（基本刀具刀尖和转搭中心等）与实际使用的刀尖差，作为偏置量来设定，用以下方法比较简便。工件坐标系已经设定如图1.15所示。

a.选择实际使用的刀具用手动方式切削A面，如图1.16所示。

b.不移动Z轴，仅X方向退刀，主轴停止。

c.测量从工件坐标系的原点到A面的距离b，把该值作为Z轴的测量值，用下述方法设定到指定号的刀偏存储器中。

• 按“OFSET”键和“PAGE”键，显示刀具补偿画面，如图1.17所示。
• 移动光标键，指定刀偏号。
• 按地址键M和地址键Z。

• 键入测量获得的工件坐标系原点到A面的距离b的数值。
• 按“INPUT”按钮，如图1.18所示。

④用手动方式切削B面，如图1.16所示。

⑤不移动X轴，仅Z轴方向退刀，主轴停止。

⑥测量B面的直径a，将此值设定为所要求的偏置号的X测量值，对每把刀具重复上述步骤，则自动地计算出偏置量并设定在相应的刀偏号中。

例如，如图1.18所示是B面图纸上的坐标值为70.0时，如果a=69.0，在刀偏号No.2中设定MX69.0，则偏置号2中输入1.0作为X轴的刀偏值。

说明：

①刀具位置偏置量的直接输入，仅在参数DOFST为“1”时有效。

②X轴为直径测量值。

③若把测量值作为几何形状补偿输入，所有的偏置量都变为几何形状补偿量，与之相应磨损补偿量为“零”。

④若把测量值作为磨损补偿输入，几何形状偏置量不动，补偿量之和与几何形状补偿量的差为磨损补偿量。

⑤若编制梯形图，并设置“存储”按钮，可以二轴同时退刀测量。

（2）偏置量的计数器输入。将刀具分别移动到机床上的一个参考点，可直接设定刀偏置值。

①将基准刀具用手动移动到参考位置。

②把相对坐标值U，W复位为零。

③将基准刀具移走，将要设定刀偏量的刀具移到参考位置。

④用光标选择偏置量表置入偏置号。

⑤按地址键X（或Z），按“INPUT”键。则这把刀具的偏置输入至该偏置号的存储器中。

1.2.4 数控车削加工工艺分析

数控机床加工中，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对加工零件进行工艺分析，并把加工零件的全部工艺过程、工艺参数、刀具参数和切削用量、位移参数等编制成程序，以数字信息的形式存储在数控系统的存储器内，以此来控制数控机床进行加工。所以数控加工工艺分析是一项十分重要的工作，合格的程序员首先是一个合格的工艺员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。

1.数控车削加工工艺内容的选择

（1）适于数控车削加工的零件。

①普通车床无法加工的零件应作为优先选择内容。

②普通车床难加工、质量也难以保证的零件应作为重点选择内容。

③普通车床加工效率低、劳动强度大的零件可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择使用。

数控车削主要的加工对象是：精度要求高的回转体零件；表面粗糙度要求高的回转体零件；轮廓形状特别复杂的零件；带特殊螺纹的回转体零件等。

（2）不适于数控车削加工的零件。一般来说，上述这些加工零件采用数控车削加工后，在产品质量、生产效率、综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些零件不宜选择采用数控加工。

①占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第1个精基准，需用专用工装协调的零件。

②加工部位分散，需要多次安装、设置原点。不能在一次安装中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工。

③按某些特定的制造依据（如样板、标样件、模胎等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检查依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。

此外，在选择和确定加工零件时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降级为通用机床使用。

2.数控加工零件图的工艺性分析

零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。

（1）尺寸标注应符合数控加工的特点。在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此，零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准标注尺寸。

（2）几何要素的条件应完整、准确。在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个刀位点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。由于设计等多方面的原因，在零件图样上可能出现构成加工轮廓的条件不充分，尺寸模糊不清、尺寸封闭缺陷等问题，增加了编程工作的难度，有时甚至无法编程。

（3）精度及技术要求分析。精度及技术要求分析的主要内容是：要求是否齐全、是否合理；本工序的数控车削精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他措施（如磨削）弥补的话，则应给后续工序留有余量；有位置精度要求的表面应在一次安装下完成；表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。

（4）统一几何类型及尺寸。零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度，以节省编程时间。

3.数控车削加工工艺路线的拟定

（1）加工方法的选择。回转体零件的结构形状虽然是多种多样的，但它们都是由平面、内圆柱面、外圆柱面、曲面、螺纹等组成，每一种表面都有多种加工方法，实际选择时应结合零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸、生产类型等因素，确定零件表面的数控车削加工方法及加工方案。

数控车削内、外回转表面的加工方案的确定，应注意以下几点。

①加工精度为IT8～IT9级、表面粗糙度Ra=l.6～3.2μm、除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案加工。

②加工精度为IT6～IT7级、表面粗糙度Ra=0.2～0.63μm、除淬火钢以外的常用金属，可采用精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。

（③加工精度为IT5级、表面粗糙度Ra＜0.2μm、除淬火钢以外的常用金属，可采用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工。

（2）工序的划分。在选定加工方法后，接下来就是划分工序和合理安排工序的顺序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序，合理安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题，可以提高零件的加工质量、生产效率，降低加工成本。

①工序的划分原则。工序的划分原则有工序集中原则和工序分散原则两种。

a.工序集中原则。工序集中原则是指每道工序应包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少。采用工序集中原则的优点是：有利于采用高效的专用设备和数控机床，提高生产效率；减少工序数目，缩短工艺路线，简化生产计划和生产组织工作；减少机床数量、操作工人数和占地面积；减少工件装夹次数，不仅保证了各加工表面间的相互位置精度，而且减少了夹具数量和装夹工件的辅助时间。但专用设备和工艺装备投资大、调整维修比较麻烦、生产准备周期较长，不利于转产。

b.工序分散原则。该原则是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。采用工序分散原则的优点是：加工设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易；有利于选择合理的切削用量，减少机动时间。但工艺路线较长，所需设备及工人人数多，占地面积大。

②工序划分方法。在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序，划分方法如下。

a.按零件装夹定位方式划分。以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时其定位方式各有差异。一般在加工外形时，以内形定位；在加工内形时，则以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。

b.按所用刀具划分。以同一把刀具加工的那一部分工艺过程为一道工序。有些零件结构较复杂，既有回转表面也有非回转表面，既有外圆、平面也有内腔、曲面。对于加工内容较多的零件，按零件结构特点将加工内容组合分成若干部分，每一部分用一把典型刀具加工，这时可以将组合在一起的所有部位作为一道工序。

c.按粗、精加工划分。粗加工中完成的那—部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。对于加工后易发生变形的工件，通常粗加工后需要进行矫形，这时粗加工和精加工作为两道工序，可以采用不同的刀具或不同的数控车床加工。对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。

d.按加工部位划分。以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点将加工部位划分成多道工序，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。

③回转类零件非数控车削加工工序的安排。

a.零件上有不适合数控车削加工的表面，如渐开线齿形、键槽、花键表面等，必须安排相应的非数控车削加工工序。

b.零件表面硬度及精度要求均高，热处理需安排在数控车削加工之后，则热处理之后一般安排磨削加工。

c.零件要求特殊，不能用数控车削加工完成全部加工要求，则必须安排其他非数控车削加工工序，如喷丸、滚压加工、抛光等。

d.零件上有些表面根据工厂条件采用非数控车削加工更合理，这时可适当安排这些非数控车削加工工序，如铣端面、打中心孔等。

（3）加工顺序的安排。在数控车床上加工零件，安排零件车削加工顺序一般遵循下列原则。

①先粗后精原则。在车削加工中，应先安排粗加工工序，其目的是在较短的时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率。在零件进行了粗加工后，接着安排换刀后进行的半精加工或精加工，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。如果在粗加工后能满足精加工的余量均匀性要求，能保证零件的精加工质量，则可以进行精加工，否则要安排半精加工。安排半精加工的目的在于：当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，可安排半精加工作为过渡性工序，使精加工的余量基本一致，便于尺寸精度的控制。在精加工阶段，为保证加工精度，精车要一刀切出图样要求的零件轮廓，保证各主要表面达到图纸规定的要求，关键是保证加工质量。

②先近后远原则。这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离远近而言。在一般情况下，通常安排离换刀点近的部位先加工，离换刀点远的部位后加工，以便于缩短刀具移动距离，减少空行程时间，提高加工效率。

③先内后外，内外交叉原则。对既有内表面，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，通常应先进行内、外表面粗加工，后进行内、外表面精加工，这样易于控制内、外表面的尺寸和表面形状的精度。切不可将零件上一部分表面的粗、精（外表面或内表面）加工完毕后，再粗、精加工其他表面（内表面或外表面）。

④刀具集中原则。同一把刀连续加工完成相应各部位后，再更换另一把刀加工零件相应的其他部位，以减少空行程和换刀时间。

⑤基面先行原则。用作精基准的表面，要首先加工，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。例如，轴类零件加工时，先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。

⑥刚性优先原则。在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。

（4）确定进给路线。走刀路线是指数控加工过程中刀具相对于被加工零件的运动轨迹和方向。走刀路线的合理选择是非常重要的，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。走刀路线不但包括工步的内容，也反映出各工步的顺序。工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行。走刀路线是编写程序的依据之一，因此在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进、退刀路线），这样可为编程带来不少方便。在拟定走刀路线时，主要考虑下列几点：

①刀具引入、切出。在数控车床上进行加工时，尤其是精车时，要安排好刀具的引入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入、切出，避免在轮廓处停刀或垂直切入、切出工件，否则会因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接的轮廓上产生表面划伤、形状突变或留下刀痕。

车螺纹时，必须设置刀具引入距离δ1和刀具切出距离δ2，即升速段和减速段，这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定，如图1.19所示。

②确定最短的空行程路线。确定最短的空行程路线，可以节省整个加工过程的执行时间。实现最短的空行程路线，除了要积累大量的实践经验外，还要善于分析，巧用起刀点，合理安排回零路线，必要时进行一些简单计算。

③确定最短的切削进给路线。在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的切削进给路线，可有效地提高生产效率，减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。

图1.20所示为粗车零件时几种不同切削进给路线的安排示意图。图1.20（a）所示为利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓进给的路线，此种加工路线，刀具切削总行程最长，一般只用于单件小批量生产；图1.20（b）所示为利用其程序固定循环功能安排的“三角形”进给路线；图1.20（c）所示为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”进给路线。其中，图1.20（c）所示中刀具进给长度总和最短，切削所需时间（不含空行程）最短，刀具的损耗也最小。因此在同等条件下应选择图11.20（c）所示的方案。

④零件轮廓精加工一次走刀完成。完工轮廓的连续切削进给路线，在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，这时，加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。

⑤方便数值计算，减少编程工作量。尽量减少程序段数。

4.零件的定位与夹具的选择

（1）定位基准的选择。在零件的机械加工工艺过程中，合理选择定位基准对保证零件的尺寸精度和相互位置精度起决定性作用。在数控车削中，应尽量让零件在一次装夹下完成大部分甚至全部表面的加工。对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作为定位基准；对于套类零件则以内孔作为定位基准。

①粗基准的选择。选择粗基准时，必须达到两个基本要求：首先应该保证所有加工表面都有足够的加工余量；其次应该保证零件上加工表面和不加工表面之间具有一定的位置精度。粗基准的选择原则如下：

a.选择不加工表面作为粗基准。

b.对所有表面都要加工的零件，应根据加工余量最小的表面找正。

c.应该选用比较牢固可靠的表面作为基准，否则会使工件夹坏或松动。

d.粗基准应选择平整光滑的表面。

e.粗基准不能重复使用。

②精基准的选择原则。

a.基准重合原则。尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准，并使定位基准和测量基准重合。

b.基准统一原则。除第一道工序外，其余工序应尽量采用同一个精基准。因为基准统一后，可以减少定位误差，提高加工精度，使装夹更方便。

c.自为基准原则。某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。

d.互为基准原则。当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。

e.便于装夹原则。选择精度较高、装夹稳定可靠的表面作为精基准，并尽可能选用形状简单和尺寸较大的表面作为精基准，使夹具设计简单，操作方便。

（2）常用车削夹具和装夹方法。

①夹具与夹紧方案的选择。在数控车床上装夹工件时，应使工件相对于车床主轴轴线有一个确定的位置，并且在工件受到各种外力的作用下，仍能保持其既定位置。除此以外，还应考虑以下几点：

a.数控车床上零件装夹时，要尽量选用已有的通用夹具装夹，且应注意减少装夹次数，尽量做到在一次装夹中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。

b.夹具要开敞，使加工部位开阔，夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工。其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。

c.零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。避免采用占机人工调整时间长的装夹方案，以充分发挥数控机床的效能。

d.为提高数控加工效率，批量较大的零件加工可采用气动或液压夹具、多工位夹具。

e.为满足数控加工精度，要求夹具精度高，且定位精度高。

f.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。如图1.21所示，薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。

②数控车床常用装夹方法。数控车床的夹具主要有用于盘类、轴类零件加工的三爪自定心卡盘或液压动力卡盘和尾座。三爪自定心卡盘或液压动力卡盘用于夹持加工零件，使零件与主轴一起产生旋转运动。液压动力卡盘其夹紧力的大小可通过调整液压系统的压力进行控制，具有结构紧凑、动作灵敏、能够实现较大夹紧力的特点。尾座用于长轴类零件的加工以及钻孔、扩孔等。数控车床一般有手动尾座和可编程尾座两种。尾座套筒的动作与主轴互锁，即在主轴转动时，按尾座套筒退出按钮，套筒不动作；只有在主轴停止状态下，尾座套筒才能退出，以保证安全。数控车床常用装夹方法见表1.3。

表1.3 数控车床常用装夹方法

此外，数控车床加工中还有其他相应的夹具，如自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘、快速可调万能卡盘等。

5.数控车削加工刀具及其选择

（1）车削刀具材料。金属切削刀具材料的开发和机床的发展是相辅相成的。随着机床主轴转速、主轴精度的提高、功率的增大及机床刚性的增加，刀具材料从碳素工具钢发展到今天的硬质合金和超硬材料（陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石等），同时由于新的工程材料（耐磨、耐热、超轻、高强度、纤维等）不断出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进作用。

金属切削加工中常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等5类，目前数控加工中用得最普遍的刀具是高速钢刀具和硬质合金刀具。

①高速钢。高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度是现有刀具材料中最高的，韧性也最好。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥和成形刀具制造中，仍占有主要地位。

a.普通高速钢。普通高速钢具有一定的硬度和耐磨性、较高的强度和韧性，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为（40～60）m/min。普通高速网不适合高速切削和硬材料的切削。

b.高性能高速钢。高性能高速钢是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钻、铝等元素冶炼而成的，如W12Cr4V4Mo，它的耐用度为普通高速钢的1.5～3倍。但这类钢的综合性能不如普通高速钢。

②硬质合金。硬质合金是由难熔金属碳化物（如TiC、WC、NbC等）和金属黏结剂（如Co、Ni等）经粉末冶金方法制成。国产普通硬质合金按其化学成分的不同，可分为以下4类：

a.钨钴类（WC+Co）。合金代号为YG，对应于国际标准K类，适合切削短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料。此类合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低的此类合金，适于精加工。

b.钨钛钴类（WC+TiC+Co）。合金代号为YT，对应于国际P类，此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工长切屑的钢件等塑性材料。合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低。因此粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工则选择TiC含量多的牌号。

c.钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC十TaC（NbC）+Co）。合金代号为YW，对应于国际M类。此类硬质合金不但适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金的半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。

d.碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）。合金代号为YN，对应于国际P01类。一般用于精加工和半精加工，对于大而长且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速加工。

③特殊刀具材料。

a.陶瓷刀具。陶瓷刀具材料主要由硬度和熔点都很高的A12O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法压制烧结而成。常用的陶瓷刀具有两种：A1203基陶瓷和Si3N4基陶瓷。

陶瓷刀具的优点是有很高的硬度和耐磨性，硬度达91～95HRA，耐磨性是硬质合金的5倍；刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，当切削温度达到760℃时，具有87HRA（相当于66HRC）硬度，温度达到1200℃℃时，仍能保持80HRA的硬度；摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高被加工件的表面光洁度。

因陶瓷的脆性大，所以陶瓷刀具强度和韧性差，热导率低。此类刀具一般用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的高速精细加工。

b.金刚石刀具。金刚石具有极高的硬度，现用的金刚石刀具有3类：天然金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具、复合聚晶金刚石刀具。

金刚石刀具的优点是：具有极高的硬度和耐磨性，人造金刚石显微硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；有很高的导热性。

金刚石刀具的缺点是：耐热性差，强度低，脆性大，对震动很敏感，对铁组织材料的亲和力大，一般不宜加工黑色金属，主要用于有色金属及其合金和非金属材料的高速精细加工。

c.立方氮化硼刀具。立方氮化硼（简称CBN）是人工合成的超硬刀具材料。其硬度仅次于金刚石，可达7300～9000HV，热稳定性好，可耐1300℃～1500℃，有较高的导热性和较小的摩擦系数。但其强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/5～1/2。

立方氮化硼刀具适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。

d.涂层刀具。涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成的。常用的涂层材料有TiC、TiN、AI2O3等，TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能好。不过TiN与金属亲和力小，在空气中抗氧化能力强。因此，对于摩擦剧烈的刀具，宜采用TiC涂层，而在容易产生黏结条件下，宜采用TiN涂层刀具。

涂层可以采用单涂层和复合涂层，如TiC-TiN、TiC-AI2O3、TiC-TiN-AI2O3等。涂层厚度一般在5～8μm，它具有比基体高得多的硬度，表层硬度可达2500～4200HV。

涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗黏结性能，因此具有较高的耐磨性。涂层摩擦系数较低，可降低切削时的切削力和切削温度，提高刀具耐用度，高速钢基体涂层刀具耐用度可提高2～10倍，硬质合金基体刀具耐用度可提高1～3倍。加工材料硬度越，涂层刀具效果越好。

（2）数控车削刀具的类型及其选择。

①车刀的类型。数控车削用的车刀一般分为3类：即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。

a.尖形车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖（同时也为其刀位点）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（断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。

用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。

b.圆弧形车刀。圆弧形车刀的特征是：构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧，如图1.22所示，该圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上，编程时要进行刀具半径补偿。

圆弧形车刀可以用于车削内、外圆表面，特别适宜于车削精度要求较高的凹曲面或半径较大的凸圆弧面。

c.成形车刀。成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。

数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀、螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀，当确有必要选用时，则应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细说明。

常用车刀的种类、形状和用途如图1.23所示。

1—切断车刀；2—90°左偏刀；3—90°右偏刀；4—弯头车刀；5—直头车刀；6—成形车刀；7—宽刃精车刀；8—外螺纹车刀；9—端面车刀；10—内螺纹车刀；11—内槽车刀；12—通孔车刀；13—盲孔车刀

（3）常用车刀的几何参数。刀具切削部分的几何参数对零件的表面质量及切削性能影响极大，应根据零件的形状、刀具的安装位置、加工方法等，正确选择刀具的几何形状及有关参数。

①尖形车刀的几何参数。尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度。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，如走刀路线、加工干涉等进行全面考虑。如图1.24所示的零件，加工时，若使其左右两个45°锥面由一把车刀加工出来，则车刀的主偏角应取50°～55°，副偏角取50°～52°，这样既保证了刀头有足够的强度，又利于主、副切削刃车削圆锥面时不致发生加工干涉。

尖形车刀几何角度的选择，主要考虑不能发生加工干涉，可用作图或计算的方法确定。如副偏角的大小，大于作图或计算所得不发生干涉的极限角度值6°～8°即可。当确定几何角度困难或无法确定（如尖形车刀加工接近于半个凹圆弧的轮廓等）时，则应考虑选择其他类型车刀后，再确定其几何角度。

②圆弧形车刀的几何参数。圆弧形车刀具有宽刃切削（修光）性质，能使精车余量相当均匀而改善切削性能，还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。

例如，当图1.25所示零件的曲面精度要求不高时，可以选择用尖形车刀进行加工；当曲面形状精度和表面粗糙度均有要求时，选择尖形车刀加工就不合适了，因为车刀主切削刃的实际吃刀深度在圆弧轮廓段总是不均匀的，如图1.26所示。当车刀主切削刃靠近其圆弧终点时，该位置上的切削深度ap1将大大超过其圆弧起点位置上的切削深度ap，致使切削阻力增大，可能产生较大的线轮廓度误差，并增大其表面粗糙度数值。

圆弧形车刀的几何参数除了前角及后角外，主要几何参数是车刀圆弧切削刃的形状及半径。

选择车刀圆弧半径的大小时，应考虑两点：

①车刀切削刃的圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉。

②该半径不宜选择太小，否则既难以制造，还会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差，使车刀容易受到损坏。

（4）机夹可转位车刀的选用。为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片，机夹刀片常采用可转位车刀，这种车刀就是把经过研磨的可转位多边形刀片用夹紧组件夹在刀杆上。车刀在使用过程中，一旦切削刃磨钝后，通过刀片的转位，即可用新的切削刃继续切削，只有当多边形刀片所有的刀刃都磨钝后，才需要更换刀片。

①刀片材质的选择。常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质的主要依据是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等。

②可转位车刀的选用。由于刀片的形式多种多样，并采用多种刀具结构和几何参数，因此可转位车刀的品种越来越多，使用范围很广，下面介绍与刀片选择有关的几个问题。

a.刀片的紧固方式。在国家标准中，一般紧固方式有上压式（代码为C）、上压与销孔夹紧式（代码M）、销孔夹紧式（代码P）和螺钉夹紧式（代码S）四种。但这仍没有包括可转位车刀所有的夹紧方式，另外，各刀具厂商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式，因此选用时要查阅产品样本。

b.刀片外形的选择。刀片外形与加工的对象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃数等有关。一般外圆车削常用80°凸三边形（W型）、四方形（S型）和80°棱形（C型）刀片。仿形加工常用55°（D型）、35°菱形（V型）和圆形（R型）刀片，如图1.27所示，90°主偏角常用三角形（T型）刀片。不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。圆刀片（R型）刀尖角最大，35°菱形刀片（V型）刀尖角最小。在选用时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削有针对性地选择。在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片，反之，机床刚性和功率小、小余量、精加工时宜选用较小刀尖角的刀片。

c.刀杆头部形式的选择。刀杆头部形式按主偏角和直头、弯头分为15～18种，各形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都一一列出，可以根据实际情况选择。有直角台阶的工件，可选主偏角大于或等于90°的刀杆；一般粗车可选主偏角45°～90°的刀杆；精车可选45°～75°的刀杆；中间切入、仿形车则选45°～107.5°的刀杆；工艺系统刚性好时可选较小值，工艺系统刚性差时，可选较大值。当刀杆为弯头结构时，则既可加工外圆，又可加工端面。

d.刀片后角的选择。常用的刀片后角有N（0°）、C（7°）、P（11°）、E（20°）等。一般粗加工、半精加工可用N型；半精加工、精加工可用C、P型，也可用带断屑槽形的N型刀片；加工铸铁、硬钢可用N型；加工不锈钢可用C、P型；加工铝合金可用P、E型等；加工弹性恢复性好的材料可选用较大一些的后角；一般孔加工刀片可选用C、P型，大尺寸孔可选用N型。

e.左右手刀柄的选择。左右手刀柄有R（右手）、L（左手）、N（左右手）3种。要注意区分左、右刀的方向。选择时要考虑车床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等。

f.刀尖圆弧半径的选择。刀尖圆弧半径不仅影响切削效率，而且关系到被加工表面的粗糙度及加工精度。从刀尖圆弧半径与最大进给量关系来看，最大进给量不应超过刀尖圆弧半径尺寸的80%，否则将恶化切削条件，甚至出现螺纹状表面和打刀等问题。刀尖圆弧半径还与断屑的可靠性有关，为保证断屑，切削余量和进给量有一个最小值。当刀尖圆弧半径减小，所得到的这两个最小值也相应减小。因此，从断屑可靠出发，通常对于小余量、小进给车削加工应采用小的刀尖圆弧半径，反之宜采用较大的刀尖圆弧半径。粗加工时，应注意以下几点：

• 为提高刀刃强度，应尽可能选取大刀尖半径的刀片，大刀尖半径可允许大进给。
• 在有振动倾向时，则选择较小的刀尖半径。
• 常用刀尖半径为1.2～1.6mm。
• 粗车时进给量不能超过表1.4给出的最大进给量，作为经验法则，一般进给量可取为刀尖圆弧半径的一半。

精加工时，注意以下几点：

• 精加工的表面质量不仅受刀尖圆弧半径和进给量的影响，而且受工件装夹稳定性、夹具和机床的整体条件等因素的影响。
• 在有振动倾向时选较小的刀尖半径。
• 非涂层刀片比涂层刀片加工的表面质量高。

表1.4 不同刀尖半径时最大进给量

g.断屑槽形的选择。断屑槽的参数直接影响着切屑的卷曲和折断，目前刀片的断屑槽形式较多，各种断屑槽刀片使用情况不尽相同。槽形根据加工类型和加工对象的材料特性来确定，各供应厂商表示方法不一样，但思路基本一样：基本槽形按加工类型有精加工（代码F）、普通加工（代码M）和粗加工（代码R）；加工材料按国际标准有加工钢的P类，不锈钢、合金钢的M类和铸铁的K类。这两种情况一组合就有了相应的槽形，例如FP就指用于钢的精加工槽形，MK用于铸铁普通加工的槽形等。如果加工向两极扩展，如超精加工和重型粗加工，以及材料也扩展，如耐热合金、铝合金、有色金属等，就有了超精加工、重型粗加工和加工耐热合金、铝合金等补充槽形，选择时可查阅具体的产品样本。一般可根据工件材料和加工的条件选择合适的断屑槽形和参数，当断屑槽形和参数确定后，主要靠进给量的改变控制断屑。

（5）刀夹。数控车刀一般通过刀夹（座）装在刀架上。刀夹的结构主要取决于刀体的形状、刀架的外形和刀架对主轴的配置等三种因素。刀架对主轴的配置形式只有几种，而刀架与刀夹连接部分的结构形式较多，致使刀夹的结构形式很多，用户在选型时，除满足精度要求外，应尽量减少种类、形式，以利于管理。

6.数控车削加工的切削用量选择

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。数控车削加工中切削用量包括背吃刀量、主轴转速（切削速度）、进给速度（进给量）等。

（1）背吃刀量ap的确定。背吃刀量根据机床、夹具、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能选择较大的背吃刀量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些，一般为0.1～0.5mm。

（2）主轴转速n的确定。

①车光轴时的主轴转速。车光轴时，主轴转速n（r/min）的确定应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc（m/min）来确定。

在实际生产中，主轴转速可用下式计算：

式中，vc——切削速度，由刀具的耐用度决定（m/min）；

d——零件待加工表面的直径（mm）。

主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。

在确定主轴转速时，还应考虑以下几点：

a.应尽量避开积屑瘤产生的区域。

b.断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度。

c.在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。

d.加工大件、细长件和薄壁工件时，应选用较低的切削速度。

e.加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。

②车螺纹时的主轴转速。在车螺纹时，车床主轴转速受螺纹的导程（螺距）、电动机调速、螺纹插补运算等因素的影响，转速不能过高。因此，大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时主轴转速按如下公式计算：

式中，P——被加工工件螺纹导程（螺距），mm；

k——保险系数，一般为80。

（3）进给量（进给速度）f的确定。进给量f是指工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r），它与背吃刀量有着较密切的关系。进给量是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度、表面粗糙度要求、刀具及工件的材料性质选取。最大进给量受机床、刀具、工件系统刚度和进给驱动及控制系统的限制。

当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度（进给量）应选小些，一般选取0.1mm/r～0.3mm/r。粗加工时，为缩短切削时间，进给量就取得大些，一般取为0.3mm/r～0.8mm/r。切断时宜取0.5mm/r～0.2mm/r。工件材料较软时，可选用较大的进给量；反之，应选较小的进给量。

进给速度是指在单位时间里，刀具沿进给方向移动的距离（mm/min）。有些数控车床规定可以选用以进给量（mm/r）表示进给速度。

进给速度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率，因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下，选择较高的进给速度。一般应根据零件的表面粗糙度、刀具、工件材料等因素，查阅切削用量手册选取。需要说明的是切削用量手册给出的是每转进给量，因此要根据vf=f×n计算进给速度。

（4）选择切削用量时应注意的几个问题。以上切削用量选择是否合理，对于实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。

切削用量选择的一般原则如下：

①粗车时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本，首先选择大的背吃刀量ap，其次选择较大的进给量f，增大进给量f有利于断屑；最后根据已选定的吃刀量和进给量，并在工艺系统刚性、刀具寿命和机床功率许可的条件下选择一个合理的切削速度vc，减少刀具消耗，降低加工成本。

②半精车或精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本，通常选择较小的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度，以保证零件加工精度和表面粗糙度。

③在安排粗、精车用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围。对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。表1.5所示为数控车削切削用量推荐表，供编程时参考。

表1.5 数控切削用量推荐数据

总之，切削用量的具体数值应根据机床说明书、切削用量手册的说明并结合实际经验确定。同时，使主轴转速、背吃刀具及进给速度三者能相互适应，以确定合适的切削用量。

7.数控编程中的数值计算

根据被加工零件图要求，按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差，计算机床数控系统所需要输入的数据，称为数值计算。

数值计算一般包括以下两个内容：

①根据零件图样给出的形状、尺寸和公差等直接通过数学方式，计算出编程时所需要的有关各点的坐标值。

②当按照零件图样给出的条件不能直接计算出编程所需的坐标，也不能按零件给出的条件直接进行工件轮廓几何要素的定义时，就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等加工条件，对零件原图形及有关尺寸进行必要的数学处理或改动，才可以进行各点的坐标计算和编程工作。

（1）基点和节点的坐标计算。零件的轮廓是由直线、圆弧、二次曲线等几何要素组成的，各几何要素之间的连接点称为基点。如两直线的交点、直线与圆弧、或圆弧与圆弧的交点或切点，圆弧与其他二次曲线的交点或切点等。基点坐标是编程中必需的重要数据，如图1.28所示。

如果零件的轮廓是由直线和圆弧以外的其他曲线构成，而数控系统又不具备该曲线的插补功能时，就需要通过一定的数学处理。数学处理的方法是：将构成零件的轮廓曲线，按数控系统插补功能的要求，在允许的编程误差的条件下，用若干直线段或圆弧段去逼近零件轮廓非圆曲线，这些逼近线段与被加工曲线交点或切点称为节点。如图1.29所示，对图中曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。

在编程时，一般按节点划分程序段，节点多少是由逼近线段的数目决定的。逼近线段的近似区间越大，则节点数越少，程序段也会越少，但逼近误差σ允。考虑到工艺系统及计算误差的因素，一般取编程允许误差σ允为零件公差的1/5～1/10。

（2）刀位点轨迹的计算。刀位点是标志刀具所处不同位置的坐标点，不同类型的刀具其刀位点不同，数控系统就是从对刀点开始控制刀位点运动，并由刀具的切削刃加工出所要求的零件轮廓。对于具有刀具半径补偿功能的数控机床，只要在编写程序时，在程序的适当位置写入建立刀具补偿的有关指令，就可以保证在加工过程中，使刀位点按一定的规则自动偏离编程轨迹，达到正确加工的目的。这时可直接按零件轮廓形状，计算各基点和节点坐标，并作为编程时的坐标数据。

对于没有刀具半径补偿功能的数控机床，编程时，需按刀具的刀位点轨迹计算基点和节点坐标值，作为编程时的坐标数据，按零件轮廓的等距线编程。

8.数控加工的工艺文件编制

编制数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些技术文件既是数控加工、产品验收的依据，也是操作者遵守、执行的规程。技术文件是对数控加工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及其他技术问题。数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、数控加工工序卡、数控加工走刀路线图、数控刀具卡、数控加工程序单等。不同的机床或不同的加工目的可能会需要不同形式的数控加工专用技术文件，在工作中可根据具体情况设计文件格式。国家对文件格式没有做明文的统一规定，企业可根据自己的实际情况自行设计。

（1）数控编程任务书。数控编程任务书阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明，以及进行数控加工前应保护的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一，见表1.6。

表1.6 数控编程任务书

（2）数控加工工序卡。数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要编程说明（如所有机床型号、程序编号、刀具半径补偿、径向对称加工方式等）及切削参数（即编写在程序中的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择，见表1.7。

表1.7 数控加工工序卡片

（3）数控刀具卡片。数控加工时，对刀具的要求十分严格，刀具卡片主要反映刀具编号、刀具名称及规格、刀片型号和材料等，它是组装刀具和调整刀具的依据，见表1.8。

表1.8 数控刀具卡片

（4）数控加工程序单。数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况，经过数值计算，按照机床特定的指令代码编制的，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）、实现数控加工的主要依据。数控加工程序单见表1.9。

表1.9 数控加工程序单

8.一般测量检测仪器的原理和使用方法

（1）钢直尺。钢直尺是最简单的长度量具，它的长度有150mm，300mm，500mm和1000mm四种规格。图1.30所示是常用的150mm钢直尺。

钢直尺用于测量零件的长度尺寸，如图1.31所示，钢直尺的测量结果不太准确，这是由于钢直尺的刻线间距为1mm，而刻线本身的宽度就有0.1～0.2mm，所以测量时读数误差比较大，只能读出毫米数，即它的最小读数值为1mm，比1mm小的数值，只能估计而得。

如果用钢直尺直接去测量零件的直径尺寸（轴径或孔径），则测量精度更差。其原因是：除了钢直尺本身的读数误差比较大以外，还由于钢直尺无法正好放在零件直径的正确位置。所以零件直径尺寸的测量，也可以利用钢直尺和内外卡钳配合起来进行。

（2）游标卡尺。游标卡尺是一种常用的量具，具有结构简单、使用方便、精度中等和测量的尺寸范围大等特点。可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、深度和孔距等，应用范围很广。

①常用游标卡尺有以下三种结构形式。

a.测量范围为0～125mm的游标卡尺。制成带有刀口形的上下量爪和带有深度尺的形式，如图1.32所示。

b.测量范围为0～200mm和0～300mm的游标卡尺。可制成带有内外测量面的下量爪和带有刀口形的上量爪的形式，如图1.33所示。

1—尺身；2—上量爪、3—尺框；4—紧固螺钉；5—微动装置；6—主尺；7—微动螺母；8—游标；9—下量爪

c.测量范围为0～200mm和0～300mm的游标卡尺。也可制成只带有内外测量面的下量爪的形式，如图1.34所示。而测量范围大于300mm的游标卡尺，只制成这种仅带有下量爪的形式。

②游标卡尺的读数方法。游标卡尺的读数机构，是由主尺和游标（如图1.32中所示的1和6，图1.33中所示的6和8）两部分组成。当活动量爪与固定量爪贴合时，游标上的“0”刻线（简称游标零线）对准主尺上的“0”刻线，此时量爪间的距离为“0”，如图1.33所示。当尺框向右移动到某一位置时，固定量爪与活动量爪之间的距离，就是零件的测量尺寸，见图1.32所示。此时零件尺寸的整数部分，可在游标零线左边的主尺刻线上读出来，而比1mm小的小数部分，可借助游标读数机构来读出，游标卡尺的测量精度有0.1mm、0.05mm、0.02mm三种。下面以测量精度为0.02mm的游标卡尺为例介绍其读数方法。

如图1.35（a）所示，主尺每小格1mm，当两爪合并时，游标上的50格刚好等于主尺上的49mm，则：

游标每格间距=49mm÷50=0.98mm

主尺每格间距与游标每格间距相差=1-0.98=0.02（mm）。

0.02mm即为此种游标卡尺的最小读数值。

在图1.35（b）所示中，游标零线在123mm与124mm之间，游标上的6格刻线与主尺刻线对准，所以被测尺寸的整数部分为123mm，小数部分为6×0.02=0.12（mm），被测尺寸为123+0.12=123.12（mm）。

③游标卡尺的使用方法。量具使用得是否合理，不但影响量具本身的精度，且直接影响零件尺寸的测量精度，甚至发生质量事故，造成不必要的损失。所以我们必须重视量具的正确使用，对测量技术精益求精，务使获得正确的测量结果，确保产品质量。使用游标卡尺测量零件尺寸时，必须注意下列几点：

a.测量前应把卡尺揩干净，检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损，把两个量爪紧密贴合时，应无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准。这个过程称为校对游标卡尺的零位。

b.移动尺框时活动要自如，不应有过松或过紧，更不能有晃动现象。用固定螺钉固定尺框时，卡尺的读数不应有所改变。在移动尺框时，不要忘记松开固定螺钉，亦不宜过松，以免掉落。

c.当测量零件的外尺寸时，卡尺两测量面的连线应垂直于被测量表面，不能歪斜。测量时，可以轻轻摇动卡尺，放正垂直位置，如图1.36（a）所示，否则，量爪若在如图1.36（b）所示的错误位置上，将使测量结果比实际尺寸要大；先把卡尺的活动量爪张开，使量爪能自由地卡进工件，把零件贴靠在固定量爪上，然后移动尺框，用轻微的压力使活动量爪接触零件。如卡尺带有微动装置，此时可拧紧微动装置上的固定螺钉，再转动调节螺母，使量爪接触零件并读取尺寸。决不可把卡尺的两个量爪调节到接近甚至小于所测尺寸，把卡尺强制的卡到零件上去。这样做会使量爪变形，或使测量面过早磨损，使卡尺失去应有的精度。

测量平面形沟槽时，应当用量爪的平面测量刃进行测量，尽量避免用端部测量刃和刀口形量爪去测量外尺寸。而对于圆弧形沟槽尺寸，则应当用刀口形量爪进行测量，不应当用平面形测量刃进行测量，如图1.37所示。

测量沟槽宽度时，也要放正游标卡尺的位置，应使卡尺两测量刃垂直于沟槽，不能歪斜，如图1.38（a）所示。否则，量爪若在如图1.38（b）所示的错误的位置上，也将使测量结果不准确。

d.当测量零件的内尺寸时，如图1.39所示，要使量爪分开的距离小于所测内尺寸，进入零件内孔后，再慢慢张开并轻轻接触零件内表面，用固定螺钉固定尺框后，轻轻取出卡尺来读数。取出量爪时，用力要均匀，并使卡尺沿着孔的中心线方向滑出，不可歪斜，以免使量爪扭伤、变形和受到不必要的磨损，同时也会使尺框走动，影响测量精度。

卡尺两测量刃应在孔的直径上，不能偏歪。图1.40所示为带有刀口形量爪和带有圆柱面形量爪的游标卡尺，在测量内孔时正确与错误的位置。当量爪在错误位置时，其测量结果将比实际孔径D要小。

e.用下量爪的外测量面测量内尺寸时，如用图1.33和图1.34所示的两种游标卡尺测量内尺寸，在读取测量结果时，一定要把量爪的厚度加上去。即游标卡尺上的读数，加上量爪的厚度，才是被测零件的内尺寸。见图1.41所示，卡尺上所读出的读数A是量爪内测量面之间的距离，因此必须加上两个量爪的厚度b，才是T形槽的宽度，所以T形槽的宽度为L=A+b。测量范围在500mm以下的游标卡尺，量爪厚度一般为10mm。但当量爪磨损和修理后，量爪厚度就要小于10mm，读数时这个修正值也要考虑进去。

f.用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力，所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面。如果测量压力过大，不但会使量爪弯曲或磨损，且量爪在压力作用下会产生弹性变形，使测量的尺寸不准确（外尺寸小于实际尺寸，内尺寸大于实际尺寸）。

在游标卡尺上读数时，应把卡尺水平拿着，朝着亮光的方向，使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直，以免由于视线的歪斜造成读数误差。

g.为了获得正确的测量结果，可以多测量几次，即在零件的同一截面上的不同方向进行测量。对于较长零件，则应当在全长的各个部位进行测量，务使获得一个比较正确的测量结果。

④其他游标卡尺。以上所介绍的各种游标卡尺都存在一个共同的问题，就是读数不是很清晰，容易读错，甚至有时候不得不借助放大镜将读数部分放大。目前游标卡尺采用无视差结构，使游标刻线与主尺刻线处在同一平面上，消除了在读数时因视线倾斜而产生的视差；有的卡尺装有测微表成为带表卡尺（如图1.42所示），便于读数准确，提高了测量精度；更有一种带有数字显示装置的游标卡尺（如图1.43所示），这种游标卡尺在零件表面上量得尺寸时，就直接用数字显示出来，其使用极为方便。

（3）外径千分尺。应用螺旋测微原理制成的量具称为螺旋测微量具。它们的测量精度比游标卡尺高，并且测量比较灵活，因此，当加工精度要求较高时多被应用。常用的螺旋读数量具有千分尺，常用千分尺的读数值为0.01mm。目前车间里大量使用的就是读数值为0.01mm的千分尺。

千分尺的种类很多，机械加工车间常用的有：外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺以及螺纹千分尺和公法线千分尺等，它们分别用于测量或检验零件的外径、内径、深度、厚度以及螺纹的中径和齿轮的公法线长度等。在车床上最常用的为外径千分尺和内径千分尺。这里我们主要介绍外径千分尺。

①外径千分尺的结构。各种千分尺的结构大同小异，常用外径千分尺是用以测量或检验零件的外径、凸肩厚度以及板厚或壁厚等（测量孔壁厚度的千分尺，其量面呈球弧形）。千分尺由尺架、测微头、测力装置和制动器等组成。图1.44所示是测量范围为0～25mm的外径千分尺，尺架1的一端装着固定测砧2，另一端装着测微头。固定测砧和测微螺杆的测量面上都镶有硬质合金，以提高测量面的使用寿命。尺架的两侧面覆盖着绝热板12，使用千分尺时，手拿在绝热板上，防止人体的热量影响千分尺的测量精度。

②千分尺的工作原理和读数方法。

a.千分尺的工作原理。如外径千分尺的工作原理就是使用螺旋读数机构，它包括一对精密的螺纹——测微螺杆与螺纹轴套（如图1.44中所示的测微螺杆3和螺纹轴套4）和一对读数套筒——固定套筒与微分筒（如图1.44中的固定刻度套筒5和微分筒6）。

1—尺架；2—固定测砧；3—测微螺杆；4—螺纹轴套；5—固定刻度套筒；6—微分筒；7—调节螺母；8—接头；9—垫片；10—测力装置；11—锁紧螺钉；12—绝热板

用千分尺测量零件的尺寸，就是把被测零件置于千分尺的两个测量面之间，所以两测砧面之间的距离就是零件的测量尺寸。当测微螺杆在螺纹轴套中旋转时，由于螺旋线的作用，测量螺杆就有轴向移动，使两测砧面之间的距离发生变化。如测微螺杆按顺时针的方向旋转一周，两测砧面之间的距离就缩小一个螺距；同理，若按逆时针方向旋转一周，则两砧面的距离就增大一个螺距。常用千分尺测微螺杆的螺距为0.5mm。因此，当测微螺杆顺时针旋转一周时，两测砧面之间的距离就缩小0.5mm。当测微螺杆顺时针旋转不到一周时，缩小的距离就小于一个螺距，它的具体数值可从与测微螺杆结成一体的微分筒的圆周刻度上读出。微分筒的圆周上刻有50个等分线，当微分筒转一周时，测微螺杆就推进或后退0.5mm，微分筒转过它本身圆周刻度的一小格时，两测砧面之间转动的距离为：

0.5÷50=0.01（mm）。

由此可知：千分尺上的螺旋读数机构，可以正确地读出0.01mm，也就是千分尺的读数值为0.01mm。

b.千分尺的读数方法。在千分尺的固定套筒上刻有轴向中线，作为微分筒读数的基准线。另外，为了计算测微螺杆旋转的整数转，在固定套筒中线的两侧刻有两排刻线，刻线间距均为1mm，上下两排相互错开0.5mm。

千分尺的具体读数方法可分为三步：

第一步：读出固定套筒上露出的刻线尺寸，一定要注意不能遗漏应读出的0.5mm的刻线值。

第二步：读出微分筒上的尺寸，要看清微分筒圆周上哪一格与固定套筒的中线基准对齐，将格数乘0.01mm即得微分筒上的尺寸。

第三步：将上面两个数相加，即为千分尺上测得的尺寸。

如图1.45（a）所示，在固定套筒上读出的尺寸为8mm，微分筒上读出的尺寸为27（格）×0.01mm=0.27mm，上两数相加即得被测零件的尺寸为8.27mm；如图1.45（b）所示，在固定套筒上读出的尺寸为8.5mm，在微分筒上读出的尺寸为27（格）×0.01mm=0.27mm，上两数相加即得被测零件的尺寸为8.77mm。

③千分尺的使用方法。千分尺使用得是否正确，对保持精密量具的精度和保证产品质量的影响很大，指导人员和实习的学生必须重视量具的正确使用，使测量技术精益求精，务使获得正确的测量结果，以确保产品质量。

用千分尺测量工件的步骤如下：

a.清除被测工件表面油污和千分尺固定量杆与测微螺杆接触面的油污。

b.松开千分尺的锁紧装置，转动旋钮，使固定量杆与测微螺杆之间的距离略大于被测物体。

c.一只手拿千分尺的尺架，将待测物置于固定量杆与测微螺杆的端面之间，另一只手转动旋钮，当螺杆要接近物体时，改旋测力装置直至听到“喀喀”声。

d.旋紧锁紧装置（防止移动千分尺时螺杆转动），即可读数。

使用千分尺测量零件尺寸时，必须注意下列几点：

a.使用前，应把千分尺的两个测砧面揩干净，转动测力装置，使两测砧面接触（若测量上限大于25mm时，在两测砧面之间放入校对量杆或相应尺寸的量块），接触面上应没有间隙和漏光现象，同时微分筒和固定套简要对准零位。

b.转动测力装置时，微分筒应能自由灵活地沿着固定套筒活动，没有任何不灵活的现象。如有活动不灵活的现象，应送计量站及时检修。

c.测量前，应把零件的被测量表面揩干净，以免有脏物存在时影响测量精度。绝对不允许用千分尺测量带有研磨剂的表面，以免损伤测量面的精度。用千分尺测量表面粗糙的零件亦是错误的，这样易使测砧面过早磨损。

d.用千分尺测量零件时，应当手握测力装置的转帽来转动测微螺杆，使测砧表面保持标准的测量压力，即听到“嘎嘎”的声音，表示压力合适，并可开始读数。要避免因测量压力不等而产生测量误差。

绝对不允许用力旋转微分筒来增加测量压力，使测微螺杆过分压紧零件表面，致使精密螺纹因受力过大而发生变形，损坏千分尺的精度。有时用力旋转微分筒后，虽因微分筒与测微螺杆间的连接不牢固，对精密螺纹的损坏不严重，但是微分筒打滑后，千分尺的零位走动了，就会造成质量事故。

e.使用千分尺测量零件时（见图1.46），要使测微螺杆与零件被测量的尺寸方向一致。如测量外径时，测微螺杆要与零件的轴线垂直，不要歪斜。测量时，可在旋转测力装置的同时，轻轻地晃动尺架，使测砧面与零件表面接触良好。

f.用千分尺测量零件时，最好在零件上进行读数，放松后取出千分尺，这样可减少测砧面的磨损。如果必须取下读数时，应用制动器锁紧测微螺杆后，再轻轻滑出零件。把千分尺当卡规使用是错误的，因这样做不但易使测量面过早磨损，甚至会使测微螺杆或尺架发生变形而失去精度。

g.在读取千分尺上的测量数值时，要特别留心不要读错0.5mm。

h.为了获得正确的测量结果，可在同一位置上再测量一次。尤其是测量圆柱形零件时，应在同一圆周的不同方向测量几次，检查零件外圆有没有圆度误差，再在全长的各个部位测量几次，检查零件外圆有没有圆柱度误差等。

i.对于超常温的工件，不要进行测量，以免产生读数误差。

j.用单手使用外径千分尺时，如图1.47（a）所示，可用大拇指和食指或中指捏住活动套筒，小拇指勾住尺架并压向手掌上，大拇指和食指转动测力装置就可测量。

用双手测量时，可按图1.47（b）所示的方法进行。

值得提出的是几种使用外径千分尺的错误方法，比如用千分尺测量旋转运动中的工件，很容易使千分尺磨损，而且测量也不准确；又如贪图快一点得出读数，握着微分筒来旋转（见图1.48）等，这如同碰撞一样，可能会破坏千分尺的内部结构。

技能训练

如图1.49所示心轴，毛坯尺寸为φ40×110，工件材料45钢。分小组讨论完成下列活动：

（1）完成零件的工艺分析。

（2）制定工艺方案（定位夹紧，选择刀具，切削参数，工艺路线），填写工艺卡片。

（3）对已有零件进行检测。

课堂评估

（1）各小组陈述活动过程和结果，其他小组对方案进行评论，教师进行点评，并记录评估结果。

（2）记录各小组表现突出者，以此为依据拉开组内差距。