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
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。
(完整版)毛坯材料的选择及其加工余量确定
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。
.
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。
第3讲 毛坯的选择
艺
制造成本——材料费、消耗的燃料和动力费、工资、设备费用等
结合实际生产条件（可行性原则）
常用材料的毛坯生产方法
机 械 制 造 工 艺
三、常用机械零件毛坯分类及制造方法
机
毛坯分类：轴杆类、盘套类、机架箱体类
械
制
造
工
艺
三、常用机械零件毛坯分类及制造方法
度
制
➢ 毛坯的种类：
• 铸件; 锻件; 冲压件; 压制件; 型材; 焊接件
造
工
艺
机 械 制 造 工 艺
一、零件毛坯的类型
毛坯类型 铸件
锻件
型材
冲压件 焊接件 轧材
成形特点
液态下成形 塑性变形 塑性变形 塑性变形 永久性连接 同锻件
结构特征 工艺性要求
常用材料
组织特征
机械性能 材料利用率 生产周期 生产成本 应用举例
毛坯类型和制造方法
材料及热处理
单件、小批
大批
钢板或铸铁件
冲压件或铸铁件 Q235A,HT150,08钢
铸铁件（手工造型） 铸铁件（机器造型） HT200,退火消除应力
45，4Cr9Si2 阀帽要求耐热
三、常用机械零件毛坯分类及制造方法
机
1、轴杆类零件
械
传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴等
轴杆零件一般都是各种机械中重要的受力和传动零件，
制
因此，除直径变化较小的轴和力学性能要求不高的轴外，
造
各种轴杆零件几乎都以锻件为毛坯，在满足使用要求的
前提下，某些具有异形断面或弯曲轴线的轴，也可采用
机
1、轴杆类零件
功用:主要起支承传动件和传递转矩的作用。
数控编程与加工-毛坯的确定
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。
轴类零件数控加工毛坯选择方法
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。
机械加工工艺培训1.3.1毛坯的选择
锻件 用于制造强度高、形状简单的零件（轴类和齿轮类）。模锻，生产效率高，精度 高。单件小批生产用自由锻
焊接件 用于尺寸较大、形状复杂的零件，多用型钢或锻件焊接而成，其制造成本低，但 抗振性差，容易变形，尺寸误差大,需经过热处理后才能进行机械加工
冲压件 用于形状复杂、生产批量较大的板料毛坯。精度较高，但厚度不宜过大
任务分析： 一般情况下，盖类零件材料的选择主要取决于零件的功
能要求、结构特点及使用时的工作条件，常用铸铁、碳钢、 青铜黄铜或粉末冶金等材料制成。
盖类零件毛坯制造方式的选择与毛坯结构尺寸、材料 和生产批量的大小等因素有关。
若 孔径较大（直径大于20mm）时，常采用铸件、型 材或带孔的锻件；若孔径较小（直径小于20mm）时，一般 多选择棒料，或采用实心铸件；另外在大批大量生产时，盖 类毛坯可采用精密铸造、冷挤压、粉末冶金等先进工艺，不 仅节约原材料，而且生产率及毛坯尺寸精度均可大幅度提高。
工作任务1.3.1 选择轴承盖零件毛坯
• 毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而 机械加工和毛坯制造两方面综合考 虑。
毛坯的种类
• 铸件、锻件、型材、焊接件、冷冲压件。
种类 铸件
特
点
多用于形状复杂、尺寸较大的零件。铸造方法有砂型铸造、金属型铸造,压力铸 造和精密铸造等，常用的是砂型铸造.
该轴承盖零件上分布有较多的小孔，需要进行较多得 切削机械加工，而零件的最大外圆直径为56mm，故选取直 径为60mm的Q235圆钢，待车床初步加工后再切断得到单 个的零件毛坯。因此，轴承盖的毛坯是直径为60mm的材料 为Q235钢的长圆钢棒料。
型材 用于形状简单或尺寸不大的零件。材料为各种冷拉或热轧钢材
毛坯选择时应考虑的因素
数控加工中夹具刀具的选择及切削用量的确定
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。
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1、数控刀具的类型与特点
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按照刀具结构分：
按照刀具结构分：
整体式：钻头、立铣刀等 镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式
机夹可转位 刀具得到广泛应 用，数量上已达 到整个数控刀具 的30%~40%， 金属切除率占总 数的80%~90%
特殊形式：复合式、减振式等
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按照切削工艺分： 按照切削工艺分：
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90°面铣刀
90°面铣刀
适用于薄壁零件、装夹较 差的零件和要求准确90 ° 成形场合，进给力等于切 削力，进给抗力大，易振 动，要求机床具有较大功 率和刚性
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B．开放或封闭的槽
开放或封闭的槽 模具粗加工（相当于开放或封闭的槽）
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立铣刀（直径小于长度，一般底面为平面）
铣削开放或封闭 的槽、面或孔时 均有上佳表现
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对刀方式
机上对刀:直接用刀具试切对刀、间接对刀 （寻边器、Z轴设定器）
机外对刀：对刀仪
3、机床刀具夹具毛坯选择
1
机械制造工艺装备
工艺系统：机床、工件、刀具、夹具 工艺装备：机床、刀具、夹具、量具、
辅具
2
一、毛坯的选择(工件)
3
毛坯种类选择的依据
毛坯种类选 择的依据
◆零件材料及机械性能 ◆零件的功能 ◆生产类型 ◆具体生产条件
常用模具毛坯的种类有铸造、锻造
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铸造
5
锻造
6
二、机床的选择
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机床的选择
●大小适应 ●精度适应 ●效率适应 ●条件适应
●机床规格应与工件的外形尺寸相适应即大件用大 机床、小件用小机床； ●机床精度应与工件加工精度要求相适应 机床精度 过低，不能保证加工精度；机床精度过高，又会增加工 件的制造成本，应根据工件的精度要求合理选择； ●机床的生产效率应与工件的生产类型相适应 单件小 批生产用通用设备或数控机床，大批大量生产应选高效 专用设备； ●与现有条件相适应 要根据现有设备及设备负荷状况、
侧压式立铣刀柄
常用刀柄（液压夹头）
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拉钉
ISO 7388及DIN 69871 的A型拉钉
ISO 7388及DIN 69871 的B型拉钉
拉钉的种类及选择
MAS BT的拉钉
拉钉是带螺纹的零件，常固定在各
种工具柄的尾端。机床主轴内的拉 紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。 数控机床刀柄有不同的标准，机床 刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有 多种型号和规格
为7:24的通用系统和1:10的HSK真空系统），刀柄尾部的拉钉将刀 柄拉紧 刀柄的另一端装夹刀具
常用刀柄
面铣刀刀柄
整体钻夹头刀柄
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常用刀柄
镗刀柄
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常用刀柄（锥面\收缩三爪）
莫式锥度刀柄
钻夹头刀柄
快换式丝锥刀柄
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常用刀柄（弹簧夹头）
ER弹簧夹头刀柄
ER弹簧夹头
刀具的夹持 刀具的柄部为圆柱或圆锥。 夹持靠压力产生的摩擦力
内孔车刀
螺纹车刀
常用车刀
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(2)常用铣刀
面铣刀
仿形 铣刀
立铣刀 三面刃铣刀
常用铣刀
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模具铣刀
模具铣刀由立铣刀发展而成，适用于加工空间 曲面零件，有时也用于平面类零件上有较大转 接凹圆弧的过渡加工。
模具铣刀可分为圆柱形、圆锥形立铣刀（圆锥 半角＝3°、5°、7°、10°）、圆柱形球头 和圆锥形球头立铣刀三种。
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4、数控机床的工具系统
数控机床需要使用的刀具品种、规格和数 量就较多。
工具系统一般为模块化组合结构，在一个 通用的刀柄上可以装多种不同的刀具，使 数控加工中的刀具品种规格大大减少，同 时也便于刀具的管理。
刀柄+接杆和加长杆（如需要）+刀具
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工具系统分类
数控车床 工具系统 工具系统是针对数控 机床要求与之配套的 刀具必须可快换和高 效切削而发展起来的， 是刀具与机床的接口。
25
立铣方法
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C．模具曲面精加工（刀具底面为球面）
多功度高，切削刃强度高；随切 深不同，其主偏角和切屑负 载均会变化，切屑很薄，最 适合加工耐热合金
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球头立铣刀
通用性：仿形铣 和曲面铣，以坡 走铣或螺旋插补 铣加工型腔适用 于高速加工
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对不同的加工形状选择适用的铣刀类型的示例
车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等 铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等 钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等 镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等
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2、数控刀具的材料
切削刀具材料的硬度和韧性
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3、选择数控刀具的原则
强度和刚度 刀具寿命和可靠性 精度 断屑和排屑性能 经济性
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（1）常用车刀
外圆车刀
它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃， 圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向 进给。
立铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国 家标准规定直径d＝4～63mm。
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（3）模具加工中常用铣刀 平面 普通槽 曲面
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A．平面加工（大平面）
45°面铣刀（直径远大于长度）
45°面铣刀
为一般加工首选，背向力大， 约等于进给力。加工薄壁零件 时，工件会发生挠曲，导致加 工精度下降。切削铸铁时，有 利于防止工件边缘产生崩落
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5、对刀
在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。 所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。每把刀具的半径 与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的 基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点。如下图所示，圆柱铣刀的 刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心 点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻 头顶点。 检验刀位点的坐标：XYZ（从各坐标方向分别进行）
外协条件等确定，避免“闭门造车”
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孔位加工：数控钻床，不选镗铣床 立式和卧式： 普通镗铣床和加工中心 联轴数：根据曲面类型选
单动、三轴两联动（两轴半）、三轴三联 动、 四轴三联动、四轴四联动、五轴四联动、 五轴五联动
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10
机床的选择
●大小适应 ●精度适应 ●效率适应 ●条件适应
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三、刀具的选择
镗铣类整体式工具系统
镗铣类模块式工具系统
模块式刀柄通过将基本刀柄、接杆和 加长杆（如需要）进行组合，可以用 很少的组件组装成非常多种类的刀柄。 整体式刀柄用于刀具装配中装夹不改 变，或不宜使用模块式刀柄的场合。
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刀柄:建立刀具和机床之间的连接关系 刀具的锥柄与主轴锥孔配合（主轴锥孔通常分为两大类，即锥度