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1、第二章 数控车削加工工艺设计基础内容提要：内容提要：内容提要：内容提要：本章主要介绍数控车削加工工艺路线的本章主要介绍数控车削加工工艺路线的本章主要介绍数控车削加工工艺路线的本章主要介绍数控车削加工工艺路线的的拟定的拟定的拟定的拟定、常用夹具常用夹具常用夹具常用夹具 、刀具及切削用量的选择刀具及切削用量的选择刀具及切削用量的选择刀具及切削用量的选择第一节 金属材料的切削加工性 工件材料切削加工性可以从多方面进行评定。不同加工情况,可采用不同的指标衡量。粗加工时粗加工时,通常采用刀具耐用度指标通常采用刀具耐用度指标;精加工时精加工时,通常采用加工表面质量指标通常采用加工表面质量指标。在刀具耐用度
2、指标中以相对加工性(用kr表示)使用最为方便。即以以HBS170229,b=0.637GPa的的45钢的钢的Vc60为基准为基准,记作记作Vc060,其它材料的Vc60与Vc060之比称kr;根据kr的大小可方便地判断出材料加工的难易程度。常用工件材料的kr见下页表格。Kr越大,材料加工性越好。对课题引入中提出的问题,查表不难发现45钢的钢的kr介于介于11.6之间之间,而而45调质钢的调质钢的kr介于介于0.50.65之间之间,所以45钢更容易加工。2.1.1工件材料切削加工性工件材料切削加工性 刀具耐用度指标有绝对指标和相对指标之分。绝对指标是以在一定的刀具耐用度(切削时间)条件下,允许的
3、切削速度的高低来表示材料的切削加工性。对于切削一般材料,耐用度取耐用度取60 min,用用Vc60表示表示,其具体含义是其具体含义是,切削某种工件材料切削某种工件材料,当刀具耐用度为当刀具耐用度为60 min时所允许的切削速度时所允许的切削速度;对于切削难加工材料,耐用度取20 min,用Vc20表示。显然,在相同条件下,Vc20或Vc20越高,材料的加工性越好。相对指标则是以45钢的Vc60为基准,记作(Vc060)j,其他材料其他材料的的Vc60与之的比值称为相对加工性与之的比值称为相对加工性,用用kr表示表示,即：即：kr=Vc60/(Vc060)j 其他指标有加工表面质量指标、切屑控制
4、难易指标、切削温度、切削力、切削功率指标。加工表面质量指标是在相同加工条件下,比较加工后的表面质量(如表面粗糙度等)来判定切削加工性的好坏。加工表面质量越好,加工性越好。切屑控制难易指标是从切屑形状及断屑难易与否来判断材料加工性的好坏。切削温度、切削力、切削功率指标根据切削加工时产生的切削温度的高低、切削力的大小、功率消耗的多少来评判材料加工性,这些数值越大,说明材料加工性越差。工件材料的工件材料的切削加工性分级基准值基准值工件材料的切削加工性分级工件材料的切削加工性分级 切削加工性切削加工性切削加工性切削加工性易切削易切削易切削易切削 较易切削较易切削较易切削较易切削 较难切削较难切削较难切
5、削较难切削难切削难切削难切削难切削等级代号等级代号等级代号等级代号1 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 78 8 8 8硬度硬度硬度硬度HBHBHBHB100100100100100100100100150150150150150150150150200200200200200200200200250250250250250250250250300300300300300300300300350350350350350350350350400400400400400400400400HRCHRCHRCHRC1414141424.824.
6、824.824.824.824.824.824.832.332.332.332.332.332.332.332.338.138.138.138.138.138.138.138.14343434343434343抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度0.4410.4410.4410.4410.4410.4410.4410.441 0.5880.5880.5880.5880.5880.5880.5880.588 0.7840.7840.7840.7840.7840.7840.7840.784 0.980.980.980.980.980.980.980.98 1.1761.1761.1761.1761.1
7、761.1761.1761.176 1.3721.3721.3721.3721.3721.3721.3721.372 1.5681.5681.5681.5681.5681.5681.5681.568b b b b(GPa(GPa(GPa(GPa)伸长率伸长率伸长率伸长率1515151515151515202020202020202025252525252525253030303030303030353535353535353540404040454545455050505050505050 60606060(%)(%)(%)(%)冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性3923923923923923
8、92392392588588588588588588588588784784784784784784784784980980980980980980980980137213721372137213721372137213721764176417641764176417641764176419621962196219621962196219621962k k k k(kJ/m(kJ/m(kJ/m(kJ/m2 2 2 2)导热系数导热系数导热系数导热系数167.47167.47167.47167.47167.47167.47167.47167.47 83.7483.7483.7483.7483.7
9、483.7483.7483.74 62.862.862.862.862.862.862.862.8 41.8741.8741.8741.8741.8741.8741.8741.87 33.533.533.533.533.533.533.533.5 25.1225.1225.1225.1225.1225.1225.1225.12 16.7516.7516.7516.7516.7516.7516.7516.75kW/(mK)kW/(mK)kW/(mK)kW/(mK)相对加工性相对加工性相对加工性相对加工性rrrr3.03.03.03.03.03.03.03.02.52.52.52.52.52.52
10、.52.51.61.61.61.61.61.61.61.61.01.01.01.01.01.01.01.00.650.650.650.650.650.650.650.650.50.50.50.50.50.50.50.50.150.150.150.150.150.150.150.15典型材料典型材料典型材料典型材料铜铅合金铜铅合金铜铅合金铜铅合金,退火退火退火退火15Cr,15Cr,15Cr,15Cr,钛合金钛合金钛合金钛合金45454545钢钢钢钢,灰铸灰铸灰铸灰铸铁铁铁铁2Cr132Cr132Cr132Cr13调质调质调质调质,45Cr45Cr45Cr45Cr调质调质调质调质,50CrV50
11、CrV50CrV50CrV调质调质调质调质,某些钛合某些钛合某些钛合某些钛合铝铜合金铝铜合金铝铜合金铝铜合金,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,金金金金,铸造铸造铸造铸造镍基高温镍基高温镍基高温镍基高温合金合金合金合金自动机钢自动机钢自动机钢自动机钢85858585钢钢钢钢65Mn65Mn65Mn65Mn调质调质调质调质铝镁合铝镁合铝镁合铝镁合金金金金钛合金钛合金钛合金钛合金一般有一般有一般有一般有色色色色易切削钢易切削钢易切削钢易切削钢较易切削较易切削较易切削较易切削钢钢钢钢普通材料普通材料普通材料普通材料稍难切削稍难切削稍难切削稍难切削
12、材料材料材料材料难切削材难切削材难切削材难切削材料料料料很难切很难切很难切很难切削削削削切削加工性切削加工性2.1.2影响影响材料材料切削加工性的主要因素切削加工性的主要因素 材料的物理力学性能、化学成分、金相组织是影响材料切削加工性的主要因素。1.材料的物理力学性能 就材料物理力学性能而言,材料的强度、硬度越高强度、硬度越高,切削时抗力越大切削时抗力越大,切削温度越高,刀具磨损越快,切削加工性越差;强度相同,塑性、韧性越好的材料塑性、韧性越好的材料,切削变形越大切削变形越大,切削力越大切削力越大,切削温度越高,并且不易断屑,故切削加工性越差。材料的线膨胀系数越大、导热系数越小,加工性也越差。
13、2.化学成分 就材料化学成分而言,增加钢的含碳量,强度、硬度提高,塑性、韧性下降。显然,低碳钢切削时变形大切削时变形大,不易获得高的加工表面不易获得高的加工表面;高碳钢切削抗力太大切削抗力太大,切切削困难削困难;中碳钢介于两者之间中碳钢介于两者之间,有较好的切削加工性有较好的切削加工性。增加合金元素会改变钢的切削加工性,例如,锰、硅、镍、锡等都能提高钢的强度和硬度。石墨的含量、形状、大小影响着灰铸铁的切削加工性,促进石墨化的元素能改善铸铁的切削加工性,例如,碳、硅、铝、铜、镍等;阻碍石墨化的元素能降低铸铁的切削加工性,例如,锰、磷、硫、铬、钒等。3.金相组织 就材料的金相组织而言,钢中的珠光体
14、有较好的切削加工性,铁素体和渗碳体则较差;托氏体和索氏体组织在精加工时能获得质量较好的加工表面索氏体组织在精加工时能获得质量较好的加工表面,但必须适当降低切削速度；奥氏体和马氏体切削加工性很差。难加工材料难加工材料种类繁多,高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料高锰钢、不锈钢是常用的难加工材料。高锰钢加工硬化严重,造成切削困难;导热性差,仅为45钢的1/4,切削温度高,刀具易磨损;韧性大、塑性好,变形严重,不易断屑。不锈钢中由于铬、镍含量较大,强度、韧性较好,加工硬化严重,易粘刀,断屑困难;切屑与前刀面接触长度较短,刀尖附近应力较大,易崩刃;导热性差,切削温度高,刀具耐用度低。不难看出,这些材料性能
15、相差甚大,所以加工特点也不相同。只要从材料特性去把握它的切削特点,就能通过改变切削条件,来解决它们的切削问题。2.1.3改善改善工件工件材料切削加工性的途径材料切削加工性的途径n1.进行适当的热处理进行适当的热处理n 一般说来,将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。n 对于性质很软、塑性很高的低碳钢,加工时不易断屑、容易硬化。往往采用正火的办法,提高其强度和硬度、降低韧性,从而改善其切削加工性。对于硬度很高的高碳工具钢,加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的办法,降低其硬度,从而改善其切削加工性。n【知识链接知识链接】实践证明,材料硬度一般在170230HBS左右时,其切削
16、加工性最好。n 2.改变加工条件改变加工条件n 合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。n 对于铝及铝合金等易切削材料,为了减小积屑瘤和加工硬化等对已加工表面质量带来的不利影响,通常选用大前角刀具和高的切削速度,并尽量把刀磨得锋利、光整。对于不锈钢材料,为了克服其容易加工硬化、导热性差、切削温度高、不易断屑等突出问题,通常采用韧性好的K类硬质合金刀片、选用较大的前角和小的主偏角、采用较大的进给量等。3.采用新技术 采用新的切削加工技术也是解决某些难加工材料切削问题的有效措施。这些新加工技术是加热切削、低温切削、振动切削,在真空中切削等。例如,对耐热合金、淬硬钢
17、、不锈钢等难加工材料在切削部位加工工件上进行电阻、高频感应、电弧加热切削,通过切削区中材料温度的增高,降低材料的抗剪切强度,减小接触面间的摩擦系数,可减小切削力。另外,加热切削能减小冲击振动,使切削过程平稳,从而提高了刀具的使用寿命。总之,确定了材料的切削加工性能,对合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量以及改善材料切削加工性提供了重要依据。练习与思考练习与思考 1.了解材料切削加工性的目的何在了解材料切削加工性的目的何在?2.影响工件材料切削加工性的因素有哪些影响工件材料切削加工性的因素有哪些?根据不锈钢材料难加工的原因根据不锈钢材料难加工的原因给出针对性的措施。给出针对性的措施。3.如何
18、改善工具钢的切削加工性如何改善工具钢的切削加工性?第二节 数控车削加工工艺路线的拟定2.2.1数控车削加工方案的确定数控车削加工方案的确定（根据编程步骤从图样分析确定加工方案根据编程步骤从图样分析确定加工方案）一般根据零件的加工精度、表面粗糙度加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零件表面的数控车削加工方法及加工方案。1数控车削外表面及端面加工外表面及端面加工方案的确定：(1)加工精度为IT7IT8级、级、Ra0.81.6m的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IT5IT6级、级、Ra0.20.63m的除淬火钢以外的常
19、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)加工精度高于IT5级、级、Ra0.08m的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。(4)对淬火钢等难车削材料难车削材料，其淬火前可采用粗车、半精车的方法，淬火后安排磨削加工。2数控车削加工内表面加工内表面加工方案的确定 (1)加工精度为IT8IT9级、级、Ra1.63.2m的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IT6IT7级、级、Ra0.20.63m的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
20、车、细车的方案加工。(3)加工精度为IT5级、级、Ra0.2m的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。(4)对淬火钢等难车削材料难车削材料，淬火前可采用粗车、半精车的方法，淬火后安排磨削加工。2.2.2数控加工工艺分析数控加工工艺分析 1.对零件图进行数控加工工艺性分析 以统一基准标注方法或直接标注坐 往往在考虑装配考虑装配等使用特性方面的标尺寸的方法既便于编程既便于编程,也便于尺寸之 问题,从而不得不采取局部分散的标注方间的相互协调,同时又保持了设计基准、保持了设计基准、法法,如右图所示。然而，这样一来会给工如右图所示。然而，这样一来会给工
21、 工艺基准、测量基准与工件原点设置的工艺基准、测量基准与工件原点设置的 序安排与数控加工带来诸多不便。序安排与数控加工带来诸多不便。一致性一致性。从方便编程的角度考虑，同时考虑到数控机床加工精度及重复定位精度都较高，所以宜将局部分散的标注方法改为统一基准标注方法改为统一基准标注方法。分析构成零件轮廓的几何元素条件（1）三角形角度（2）勾股定理a2+b2=c2（3）三角函数 定位基准的选择 3.分析工件结构的工艺性分析工件结构的工艺性图图(a)所示零件所示零件,需用三把不同宽度的切槽刀切槽需用三把不同宽度的切槽刀切槽,如无特殊如无特殊需要需要,显然是不合理的显然是不合理的,若改成图若改成图(b)
22、所示结构所示结构,只需一把刀只需一把刀即可切出三个槽。既减少了刀具数量即可切出三个槽。既减少了刀具数量,少占了刀架刀位少占了刀架刀位,又又节省了换刀时间。节省了换刀时间。2.2.3工序的划分工序的划分 数控车削加工工序的划分方法：划分方法：.以一次安装以一次安装所进行的加工作为一道工序.以一个完整数控程序以一个完整数控程序连续加工内容为一道工序.以粗、精加工粗、精加工划分工序.按加工部位加工部位划分工序.以工件上的结构内容组合用一把刀具加工一把刀具加工为一道工序数控经常以一个数控经常以一个完整的程序划分完整的程序划分.以工件上的结构内容组合用一一把刀具把刀具加工加工为一道工序.以粗、精加工粗、
23、精加工划分工序.按加工部位加工部位划分工序第一道工序第一道工序第二道工序第二道工序第三道工序第三道工序第四道工序第四道工序非数控非数控车削加工工序的安排 (1)零件上有不适合数控车削加工的表面，如渐开线齿形、键槽、渐开线齿形、键槽、花键表面等花键表面等，必须安排相应的非数控车削加工工序。(2)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。(3)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、抛光喷丸、滚压加工、抛光等。(4)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
24、控车削加工工序，如铣端面打中心孔端面打中心孔等。数控加工工序与普通工序的衔接 数控工序前后一般穿插有其他普通工序，如衔接得不好就容易产生矛盾，最好的办法是相互建立状态要求，如：要不要留加工余量，留多少；定位面的尺寸精度要求及形位公差；对矫形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态要求等。其目的是达到相互能满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。数控以外的加工，为别的工序数控以外的加工，为别的工序2.2.4加工顺序的安排加工顺序的安排 加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况,选择工件的定位和安装方式,重点保证工件的刚度不被破坏,尽量减少变形,因此制定零件数控车削加工工序顺序需遵循下列
25、原则。(1)先加工定位面先加工定位面，即上道工序的加工能为后面的工序提供精基准和合适的夹紧表面，不能互相影响。制定零件的整个工艺路线就是从最后一道工序开始往前推，按照前工序为后工序提供基准的原则先大致安排。(2)先加工平面，后加工孔先加工平面，后加工孔；先内后外,先加工工件的内腔,后进行外形加工；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状。(3)根据加工精度要求的情况,可将粗、精加工合为一道工序。对精度要求高，粗精加工需分开进行的，先粗加工后精加工先粗加工后精加工。(4)以相同定位、夹紧方式安装的工序，最好接连进行接连进行，以减少重复定位次数、夹紧次数及空行程时间。(5)中间穿插有通用机床加工
26、工序的要综合考虑、合理安排其加工顺序。(6)在一次安装加工多道工序中,先安排对工件刚性破坏较小的工序先安排对工件刚性破坏较小的工序。上述工序顺序安排的一般原则不仅适用于数控车削加工工序顺序的安排,也适用于其他类型的数控加工工序顺序的安排。调用程序要按加工顺序调用程序要按加工顺序工序安排：工序安排：先粗后精先粗后精 先近后远先近后远 粗加工粗加工精精加工加工工步顺序和进给路线的确定工步顺序和进给路线的确定 工步顺序安排的原则顺序安排的原则：上述工步顺序安排的一般原则同样适用于其他类型的数控加工工步顺序的安排。.内外交叉.保证工件加工刚度.同一把刀把能加工内容连续加工.先近后远.先粗后细2.2.5
27、工步顺序和进给路线的确定工步顺序和进给路线的确定确定进给路线(1)确定进给路线的主要原则首先按已定工步顺序确定首先按已定工步顺序确定各表面加工进给路线的顺序。所定进给路线（加工路线）应能保证路线（加工路线）应能保证零件轮廓表面加工后的精度和粗糙度要求要求。按照零件图纸要求按照零件图纸要求寻求最短加工路线最短加工路线（包括空行程路线和切削路线），减少行走时间减少行走时间以提高加工效率。要选择零件在加工时变形小的路线加工时变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄壁零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排进给路线。简化数值计算和减少程序段简化数值计算和减少程序段,减小编程工作量减小编程工
28、作量。据工件的形状、刚度、加工余量和机床系统的刚度等情况据工件的形状、刚度、加工余量和机床系统的刚度等情况,确定循环加工次确定循环加工次数数。循环即分几次走刀加工？循环即分几次走刀加工？合理设计刀具的切入与切出的方向刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法,避免传动系统反向间隙而产生的定位误差。确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿零件轮廓顺序进行的。确定进给路线(2)确定粗加工粗加工进给路线 常用的粗加工进给路线 a.“矩形矩形”循环循环进给路线。右图(a)所示为利用数控系统具有的矩形循环功能安排的“矩形”循环进给路线。b.“
29、三角形三角形”循环循环进给路线。右图(b)所示为利用数控系统具有的三角形循环功能安排的“三角形”循环进给路线。c沿轮廓形状等距线循环沿轮廓形状等距线循环进给路线。右图(c)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零件轮廓等距线循环的进给路线。d阶梯切削阶梯切削路线。右图所示为车削大余量工件的两种加工路线，右图(a)是错误的阶梯切削路线，右图(b)按1-5的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下，按右图(a)的方式加工所剩的余量过多。e双向切削双向切削进给路线。利用数控车床加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用轴向和径向联动双向进刀，
30、顺工件毛坯轮廓进给的路线.（见右图）。最短的粗加工切削进给路线 对以上三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环矩形循环进给路线的进给长度总和最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）最短，刀具的损耗最少，为常用粗加工切削进给路线，但也有粗加工后的精车余量不够均匀的缺点，所以一般需安排半精加工。常用的粗加工循环进给路线常用的粗加工循环进给路线 平行于水平轴平行于水平轴 用直线靠近轮廓用直线靠近轮廓 仿轮廓进行切削仿轮廓进行切削走刀对应指令走刀对应指令G71指令指令G01指令指令G73指令指令“矩形矩形”循环循环“三角形三角形”循环循环沿轮廓形状沿轮廓形状等距线循环等距线循环确定进
31、给路线(3)精加工进给路线的确定 最终轮廓的进给路线 在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时，其零件的最终最终轮廓应由最后一刀连续加工而成轮廓应由最后一刀连续加工而成，并且加工刀具的进刀、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中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。换刀加工时的进给路线 主要根据工步顺序要求决定各刀加工的先后顺序及各刀进给路线的衔接各刀进给路线的衔接。切人、切出及接刀点位置的选择 应选在有空刀槽或表面间有拐点、转角的位置，而曲线要求相切或光滑连接的部要求相切或光滑连接的部位不能作为切人、切出及接刀
32、点位置位不能作为切人、切出及接刀点位置。数控车床车削端面加工路线如左下图所示,A-B-C-Op-D,其中A为换刀点,B为切入点,C-Op为刀具切削轨迹,Op为切出点,D为退刀点。数控车床车削外圆的加工路线如右下图所示A-B-C-D-E-F,其中A为换刀点,B为切入点,C-D-E为刀具切削轨迹,E为切出点,F为退刀点。各部位精度要求不一致的精加工进给路线 若各部位精度相差不是很大时，应以最严的精度为准以最严的精度为准，连续走刀加工所有部位；若各部位精度相差很大，则精度接近的表面安排在同一把刀走刀接近的表面安排在同一把刀走刀路线内加工，并先加工精度较低的部位，最后再单独安排精度高的部位的走刀路线。
33、刀具切入方向刀具切入方向刀具切出方向刀具切出方向车削端面车削端面车削外圆车削外圆数控车床数控车床车削端面车削端面路线路线 车削车削端面端面和和外圆外圆切入、切出要领切入、切出要领数控车床数控车床车削外圆车削外圆路线路线ABCOpDABCDEF确定进给路线(4)空行程最短空行程最短进给路线的确定 在保证加工质量的前提下，使加工程序具有空行程最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少机床进给机构滑动部件的磨损等。合理设置起刀点合理设置起刀点 下图(a)所示为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示例。其对刀点O的设定是考虑到加工过程中需方便地换刀，故设置在离零件较远处，同时将起刀点与
34、其对刀点重合在一起，粗车的进给路线安排如下。第一刀 O123O。第二刀 O456O。第三刀 O789O。图(b)所示则是将循环加工的起刀点与对刀点分离，并设图示1点位置，仍按相同的切削量进行粗车，其进给路线如下。循环加工的起刀点与对刀点分离的空行程O1。第一刀 12341。第二刀 15671。第三刀 189101。显然，图(b)所示的进给路线短。该方法也可用在其他循环（如螺纹车削）切削加工中。合理设置换（转）刀点合理设置换（转）刀点 为了考虑换（转）刀的方便和安全，有时也可将换（转）刀点设在离零件较远的位置处（如图中的O点），那么，当换第二把刀后，进行精车时的空行程路线必然也较长；如果将第二把
35、刀的换刀点也设置在图(b)中的1点位置上（因工件已去掉一定的余量），则可缩短空行程距离，但一定要注意换刀过程中不能发生碰撞。合理应用合理应用“回零回零”路线路线 当车削比较复杂轮廓的零件而用手工编程时，为使其计算过程尽量简化，既不出错，又便于校核，编程者有时会将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”（即返回对刀点）指令返回到对刀点位置，然后再执行后续程序。这样会增加进给路线的距离，从而降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应尽量缩短前一刀终点与后一刀起点间的距离缩短前一刀终点与后一刀起点间的距离，或者使其为零，即可满足进给路线为最短的要求。另外，在选择返回对刀点指令时，在不发生加工干
36、涉现象的前提下，宜尽量采用X、Z坐标轴双向同时坐标轴双向同时“回零回零”指令指令，则该指令功能的“回零”路线将是最短的。远远近近确定进给路线(5)特殊的进给路线 在数控车削加工中，一般情况下，Z坐标轴方向的进给运动都是沿着负方向进给的，但有时按这种方式安排进给路线并不合理，甚至可能车坏零件。前图所示零件加工，当采用尖头车刀加工大圆弧外表面时，有两种不同的进给路线，其结果大不相同。对于左图(a)所示的第一种进给路线（沿Z轴负方向），因切削时尖头车刀的主偏角为100-105，这时切削力在X向的分力Fp将沿着图2-17所示的正X方向作用，当刀尖运动到圆弧的换象限处，即由负Z、负X向负Z、正X变换时，
37、吃刀抗力F，马上与传动横拖板的传动力方向相同，若丝杆螺母有传动间隙，就可能使刀尖嵌入零件表面（即“扎刀”），其嵌入量在理论上等于其机械传动间隙量e（见中图）。即使该间隙量很小，由于刀尖在X方向换向时，横向拖板进给过程的位移量变化也很小，加上处于动摩擦与静摩擦之间呈过渡状态的拖板惯性的影响，仍会导致横向拖板产生严重的爬行现象，从而大大降低零件的表面质量。对于左图(b)所示的进给方法，因为尖刀运动到圆弧的换象限处，即由正Z、负X向正Z、正X方向变换时，吃刀抗力Fp与丝杠传动横向拖板的传动力方向相反（见右图），不会受丝杆螺母传动间隙的影响而产生嵌刀现象，所以左图(b)所示进给路线是较合理的。此外，在
38、车削螺纹时，有一些多次重复进给的动作，且每次进给的轨迹相差不大，这时进给路线的确定可采用系统固定循环功能。刀具沿负向加工，丝杆与螺母向上贴合，刀具沿负向加工，丝杆与螺母向上贴合，由于丝杆与螺母的传动间隙，当突由于丝杆与螺母的传动间隙，当突然改变方向，由负转向为正时，丝杆与然改变方向，由负转向为正时，丝杆与螺母向相反方向贴合，此时由于切削力螺母向相反方向贴合，此时由于切削力的作用，刀具快速向下移动传动间隙值，的作用，刀具快速向下移动传动间隙值，刀尖嵌入零件表面（即刀尖嵌入零件表面（即“扎刀扎刀”）“扎刀扎刀”“合理合理”3.确定对刀点与换刀点确定对刀点与换刀点 对刀点就是刀具相对工件运动的起点。
39、在程编时不管实际上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都是把工件看作静止的而刀具在运动，因此常把对刀点称为程序对刀点称为程序原点，也称工件编程原点，即工件原点原点，也称工件编程原点，即工件原点。对刀点的选择应遵循“找正和编程容易、对刀误差小、检查方便”的原则。在实际生产中，对刀误差可以通过试切加工进行调整对刀误差可以通过试切加工进行调整。对对刀点刀点即工件原点即工件原点选定后，即确定了机床坐标系和工件坐标系之间的相互位置关系选定后，即确定了机床坐标系和工件坐标系之间的相互位置关系。刀具在机床上的位置是由“刀位点刀位点”的位置来表示的。不同的刀具，刀位点不同。对车刀、镗刀类刀具，刀位点为其
40、刀尖对车刀、镗刀类刀具，刀位点为其刀尖。对刀点找正的准确度直接影响加工精度，对对刀时，应使刀时，应使“刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点”一致一致。对刀点选择的原则对刀点选择的原则，主要是考虑对刀点在机床上对刀方便、便于观察和检测，编程时便于数学处理和有利于简化编程。对刀点可选在零件或夹具上。为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的零件，应将孔的中心作为对刀点；对车削加工，则通常将对刀点设在工件外端面的中心上，如下图（b）所示，工件原点即为对刀点。对刀点对刀点称为称为程序原点程序原点，也称也称工件编程原点工件编程原点，也即也即工件原点工件原点工
41、件原点工件原点工件原点工件原点工件工件原点原点对刀点选择的原则对刀点选择的原则，主要是.考虑对刀点在机床上对刀方便、便于观察和检测，.编程时便于数学处理和有利于简化编程。.对刀点可选在零件或夹具上。.为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如，以孔定位的零件，应将孔的中心作为对刀点；对车削加工，则通常将对刀点设在工件外端面的中心上，如下图所示，工件原点即为对刀点。后置刀架刀位点刀位点刀位点是指是指在加工程序编制中在加工程序编制中,用以表示刀具特征的点用以表示刀具特征的点,也是也是对刀和加工的基准点对刀和加工的基准点。对于车刀对于车刀,各类车刀的刀位点如图
42、所示。各类车刀的刀位点如图所示。装刀与对刀是数控机床加工中极其重装刀与对刀是数控机床加工中极其重要并十分棘手的一项基本工作。要并十分棘手的一项基本工作。对刀的好与差对刀的好与差,将直接影响到加工程序将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度。的编制及零件的尺寸精度。一般对刀时，一般对刀时，应使应使“刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点”一致一致确定对刀点与换刀点 换刀点换刀点是为加工中心、数控车床等多刀加工的机床程编而设置的，因为这些机床在加工过程中间要进行换刀。为防止换刀时碰伤零件或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的外面，并有一定的安全量。对数控车床、镗铣床、加工中心等多刀加工数控机床，在加工过
43、程中需要进行换刀，故编程时应考虑不同工序之间的换刀位置(即换刀点)。为避免换刀时刀具与工件及夹具发生干涉，换刀点应设在工件的外部，如上图（a）所示。（a）换刀点换刀点起刀点起刀点通常在数控车床多把刀加工时，通常在数控车床多把刀加工时，起刀点和换刀点重合起刀点和换刀点重合数控车床的对刀点、起刀点和换刀点数控车床的对刀点、起刀点和换刀点对刀点对刀点程序原点、工件原点程序原点、工件原点起刀点的起刀点的设置设置起刀点的设置起刀点的设置对刀对刀就是寻找、确定工件原点就是寻找、确定工件原点起刀点远起刀点远起刀点近起刀点近第三节 数控车床常用夹具 数控车床工件的装夹数控车床工件的装夹2.3.1 三角自动定心
44、卡盘三角自动定心卡盘数控车床工件的装夹数控车床工件的装夹2.3.2四爪单动卡盘四爪视频卡盘第四节 刀具选择2.4.12.4.1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能足够的硬度和良好的耐磨性足够的强度和韧性高耐热性热导率大 良好的工艺性和经济性其他刀具材料陶瓷高纯氧化物陶瓷(矿物陶瓷)。复合陶瓷(金属陶瓷)。人造聚晶金刚石立方氮化硼(CBN)2.4.2材料种类材料种类：高速钢刀具高速钢刀具：加工有色金属、各种金属材料，做复杂成形刀；：加工有色金属、各种金属材料，做复杂成形刀；硬质合金刀具硬质合金刀具：加工不锈钢、铸铁、淬火钢、耐热钢；：加工不锈钢、铸铁、
45、淬火钢、耐热钢；涂层刀具：使硬质合金刀具耐用度大大提高；涂层刀具：使硬质合金刀具耐用度大大提高；非金属刀具：加工铸铁、翠火钢、石墨制品、玻璃钢、非金属刀具：加工铸铁、翠火钢、石墨制品、玻璃钢、硬质合金硬质合金；硬质合金、非铁金属材料等。硬质合金、非铁金属材料等。在车床上以70m/min的切削速度精加工右图所示大端50,小端45的材料为45钢零件,试选用合理刀具材料。分析:选择刀具材料时,要考虑的主要是:工件材料、切削加工速度和不同的切削加工阶段:粗车、精车和半精车等;切削速度在很大程度上决定着刀具材料的选用。常用刀具材料的选用:低速切削时的刀具材料 部分刀具常用工具钢部分刀具常用工具钢碳素工具
46、钢和合金工具钢仅适合制作手用铰刀、圆板牙等手用刀具,而手用刀具的切削速度不会超过10m/min。只有高速钢才是机加工刀具的主要材料,但高速钢材料的耐热温度仅600700,在使用中,切削中碳钢时,切削速度一般不能大于30m/min。高速钢成形工艺性能好,在形状复杂刀具制作中,占主要地位。刀具种类刀具种类碳素工具钢碳素工具钢合金工具钢合金工具钢高速钢高速钢车刀、镗刀车刀、镗刀W W1818CrCr4 4V(T1),WV(T1),W6 6MoMo5 5CrCr4 4V V2(M22(M2钼系钼系)成形车刀成形车刀W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2麻花钻麻花钻W1
47、8Cr4V,W6Mo5Cr4V2W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2机用铰刀机用铰刀W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2手用铰刀手用铰刀T12AT12A9SiCr9SiCr拉刀拉刀CrWMnCrWMnW18Cr4VW18Cr4V圆板牙圆板牙T12A,T10AT12A,T10A9SiCr9SiCr几种高速钢的力学性能几种高速钢的力学性能 高速钢机械性能高速钢机械性能 粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是把炼好的高速钢液,在保护性气罐中,在高压氧气或纯氮气等惰性气体中雾化成细小粉末,并在高速冷却下获得细小而均匀的结晶组织,然后将粉末在高温、高压下压制成紧密钢坯,最后
48、用一般锻造或轧制方法成形。与熔炼的高速钢相比,粉末冶金高速钢有如下特点:提高了强度和硬度；减小热处理变形与内应力。粉末冶金高速钢适用于制造切削难加工材料的刀具,特别适用于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。高速切削时的刀具材料 常用硬质合金的牌号及用途常用硬质合金的牌号及用途 耐热温度达8001000切削速度100m/min P类硬质合金(YT)主要成分为WC+TiC+Co用兰色兰色标志,具有较高的耐热性、较好的抗黏结、抗氧化能力;主要用于加工长切屑的黑色金属;不适宜切削含Ti元素的不锈钢,因Ti和刀具亲和加剧磨损 牌号中数字越大,Co含量越多,韧性越好,承受冲击性能好;对于前页例中以70m/m
49、in的速度车削45钢零件最好选择P类硬质合金,精加工对刀具材料的耐磨性要求较高,所以选择刀具牌号P01 K类硬质合金(YG)主要成分为WC+Co用红色标志,主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属车削Cr18Ni9Ti不锈钢材料,如何选择?Cr18Ni9Ti为塑性材料,似乎可选P类硬质合金;但此不锈钢材料含Ti元素,采用P类硬质合金亲和作用发生黏结而加剧刀具磨损,使工件表面粗糙;选K类比较合理W类硬质合金(YW)主要成分为WC+TiC+4%TaC(NbC)+Co用黄色标志,具有高的耐热性和高温硬度主要用于加工黑色金属和有色金属种类种类牌号牌号相近旧牌号相近旧牌号主要用途主要用途P P类类
50、P P3030YT5YT5粗加工钢料粗加工钢料P P1010YT15YT15半精加工钢料半精加工钢料(钨鈦鈷类钨鈦鈷类)P P0101YT30YT30精加工钢料精加工钢料K K类类K K3030YGYG8 8粗加工铸铁、有色金属及其合金粗加工铸铁、有色金属及其合金(钨钨鈷鈷类类)K K2020YGYG6 6半精加工铸铁、有色金属及其合金半精加工铸铁、有色金属及其合金K K1010YGYG3 3精加工铸铁、有色金属及其合金精加工铸铁、有色金属及其合金W W类类W W1010YW1YW1半精加工、精加工难加工材料半精加工、精加工难加工材料 钨鈦钽钨鈦钽(铌铌)鈷类鈷类 W W2020YW2YW2粗