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1、第第2章章 数控车削加工技术数控车削加工技术2.1 数控车床概述数控车床概述2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统2.3 数控车削加工工艺数控车削加工工艺2.4 数控车床编程指令及要点数控车床编程指令及要点2.5 数控车床加工实例与操作数控车床加工实例与操作2.1 数控车床概述数控车床概述本章提要本章提要 数控车床的用途、特点、结构与分类数控车床的用途、特点、结构与分类;数控车床用刀具的类型、特点、选用及数控车床用刀具的材料和对刀数控车床用刀具的类型、特点、选用及数控车床用刀具的材料和对刀具的要求具的要求;数控车床用夹具的要求、种类、结构和特点数控车床用夹具的要求、种类、结构和特
2、点;数控车削加工工艺的基拙知识数控车削加工工艺的基拙知识;数控车削加工程序中编程指令的格式及应用数控车削加工程序中编程指令的格式及应用;数控车削加工实例数控车削加工实例;数控车床的基本操作。数控车床的基本操作。下一页返回2.1 数控车床概述数控车床概述 数控车床又称为数控车床又称为CNC(Computer Numerical Control)车床，即车床，即用计算机数字控制的车床普通车床是靠手工操作机床来完成各种切削加用计算机数字控制的车床普通车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工，而数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统工，而数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由
3、数控系统通过车床通过车床X,Z坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的旋转运动，便能加工出各种形状不同移动量和进给速度，再配以主轴的旋转运动，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件。因此，数控车床是目前使用较为广泛的数控的轴类或盘类回转体零件。因此，数控车床是目前使用较为广泛的数控机床，约占数控机床总数的机床，约占数控机床总数的25%。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 2.1.1 数控车床的用途数控车床的用途 数控车床与普通车床一样，也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。数控车床与
4、普通车床一样，也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺但是由于数控车床是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，所以数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘纹等工序的切削加工，所以数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。类零件。数控车床具有加工灵活，通用性强，能适应产品的品种和规格频繁数控车床具有加工灵活，通用性强，能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的需求，因此被广泛应用于机械制造业，例如汽车制造
5、厂、发动机制造厂需求，因此被广泛应用于机械制造业，例如汽车制造厂、发动机制造厂等。等。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 2.1.2 数控车床特点数控车床特点 由于数控车床刀架的纵向由于数控车床刀架的纵向(Z向向)和横向和横向(X向向)运动分别采用两台伺服运动分别采用两台伺服电动机驱动，经滚珠丝杠传到滑板和刀架，不必使用交换齿轮、光杠等电动机驱动，经滚珠丝杠传到滑板和刀架，不必使用交换齿轮、光杠等传动部件，所以传动链短传动部件，所以传动链短;多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，它可以按控制指令作无级变速，与主轴间无须再用多
6、级元来驱动主轴，它可以按控制指令作无级变速，与主轴间无须再用多级齿轮副来进行变速，所以其主轴箱内的结构也比普通车床简单得多。故齿轮副来进行变速，所以其主轴箱内的结构也比普通车床简单得多。故数控车床的结构大为简化，其精度和刚度大大提高。另外，数控车床还数控车床的结构大为简化，其精度和刚度大大提高。另外，数控车床还具有轻拖动具有轻拖动(刀架移动采用了滚珠丝杠副刀架移动采用了滚珠丝杠副)，加工时冷却充分、防护较严，加工时冷却充分、防护较严密等特点。密等特点。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 2.1.3数控车床的结构与布局数控车床的结构与布局1.数控车床的组成数控车床的组成 图图2-1
7、为全功能型数控车床，一般由以下几部分组成。为全功能型数控车床，一般由以下几部分组成。机床本体。它是数控车床的机械部分，包括床身、主轴箱、刀架、尾机床本体。它是数控车床的机械部分，包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给机构等。座、进给机构等。数控装置。它是数控车床的控制核心，其主体是有数控系统运行的一数控装置。它是数控车床的控制核心，其主体是有数控系统运行的一台计算机台计算机(包括包括CPU、存储器、存储器、CRT等等)。伺服驱动系统。它是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动伺服驱动系统。它是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成。伺服驱动装置主
8、要和进给运动，由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成。伺服驱动装置主要有主轴电动机和进给驱动装置有主轴电动机和进给驱动装置(步进电动机或交、直流伺服电动机等步进电动机或交、直流伺服电动机等)。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 辅助装置。辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括液压、气动辅助装置。辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括液压、气动装置及冷却系统、润滑系统和排屑装置等。装置及冷却系统、润滑系统和排屑装置等。2.数控车床的典型结构数控车床的典型结构 下面主要介绍全功能型数控车床的典型结构。下面主要介绍全功能型数控车床的典型结构。(1)主传动系统主传动系统 数控车床的主传动要
9、求速度在一定范围内可调，有足够的功率，主数控车床的主传动要求速度在一定范围内可调，有足够的功率，主轴回转轴心线的位置准确稳定，并有足够的刚性和抗振性。轴回转轴心线的位置准确稳定，并有足够的刚性和抗振性。全功能型数控车床的主轴变速是按照加工程序指令自动进行的。为全功能型数控车床的主轴变速是按照加工程序指令自动进行的。为确保机床主传动的精度，降低噪声，减少振动，主传动链要尽可能地缩确保机床主传动的精度，降低噪声，减少振动，主传动链要尽可能地缩短短;为保证满足不同的加工工艺要求并能获得最低切削速度，主传动系统为保证满足不同的加工工艺要求并能获得最低切削速度，主传动系统应能无级地大范围变速应能无级地大
10、范围变速;下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 为提高端面加工的生产率和加工质量，还应能实现恒切削速度控制。此为提高端面加工的生产率和加工质量，还应能实现恒切削速度控制。此外，主轴应能配合其他构件实现工件自动装夹。外，主轴应能配合其他构件实现工件自动装夹。图图2-2所示为济南第一机床厂生产的所示为济南第一机床厂生产的MJ-50型数控车床的传动系统型数控车床的传动系统图。其中主运动传动系统由功率为图。其中主运动传动系统由功率为11,15 kW的的AC;伺服电动机驱动，伺服电动机驱动，经一级经一级1:1的带传动带动主轴旋转，使主轴在的带传动带动主轴旋转，使主轴在353 500 r/mi
11、n的转速的转速范围内实现无级调速，主轴箱内部省去了齿轮传动变速机构，因此减少范围内实现无级调速，主轴箱内部省去了齿轮传动变速机构，因此减少了齿轮传动对主轴精度的影响，并且维修方便。另外，在主轴箱内还安了齿轮传动对主轴精度的影响，并且维修方便。另外，在主轴箱内还安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步带装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步带1:1传到脉冲编码器。当主轴传到脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持同步关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，旋转与刀架的切削进给保持同步关
12、系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架刀架Z向移动一个工件导程的运动关系。向移动一个工件导程的运动关系。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 (2)进给传动系统进给传动系统 数控车床进给传动系统是用数字控制数控车床进给传动系统是用数字控制X,Z坐标轴的直接对象，工件最坐标轴的直接对象，工件最后的尺寸精度和轮廓都直接受进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的后的尺寸精度和轮廓都直接受进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，数控车床的进给传动系统应充分注意减少摩擦力，提高传影响。为此，数控车床的进给传动系统应充分注意减少摩擦力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量。动
13、精度和刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量。为使全功能型数控车床进给传动系统满足高精度、快速响应、低速为使全功能型数控车床进给传动系统满足高精度、快速响应、低速大转矩等要求，一般采用交、直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠螺大转矩等要求，一般采用交、直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠螺母副带动刀架移动。刀架的快速移动和进给移动为同一条传动路线。如母副带动刀架移动。刀架的快速移动和进给移动为同一条传动路线。如图图2-2，MJ-50数控车床的进给传动系统分为数控车床的进给传动系统分为X轴进给传动和轴进给传动和Z轴进给传轴进给传动动X轴进给由功率为轴进给由功率为0.9 kW的交流伺服电动机驱动，经的
14、交流伺服电动机驱动，经20/24的同步带的同步带轮传动到滚珠丝杠，其螺母带动回转刀架移动，轮传动到滚珠丝杠，其螺母带动回转刀架移动，滚珠丝杠螺距为滚珠丝杠螺距为6 mm。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 Z轴进给由功率为轴进给由功率为1.8 kW的交流伺服电动机驱动，经的交流伺服电动机驱动，经24/30的同步带的同步带轮传动到滚珠丝杠，其上螺母带动滑板移动。滚珠丝杠螺距为轮传动到滚珠丝杠，其上螺母带动滑板移动。滚珠丝杠螺距为10 mm。滚珠丝杠螺母轴向间隙可通过预紧方法消除，预紧载荷以能有效地滚珠丝杠螺母轴向间隙可通过预紧方法消除，预紧载荷以能有效地减小弹性变形所带来的轴向位移
15、为度，过大的预紧力将增加摩擦阻力，减小弹性变形所带来的轴向位移为度，过大的预紧力将增加摩擦阻力，降低传动效率，并使寿命大为缩短。所以，一般要经过几次仔细调整才降低传动效率，并使寿命大为缩短。所以，一般要经过几次仔细调整才能保证机床在最大轴向载荷下，既消除间隙，又能灵活运转。目前，丝能保证机床在最大轴向载荷下，既消除间隙，又能灵活运转。目前，丝杠螺母副已由专业厂生产，其预紧力由制造厂调好后供用户使用。杠螺母副已由专业厂生产，其预紧力由制造厂调好后供用户使用。(3)自动回转刀架自动回转刀架 数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响
16、机床的切削性能和工作效率回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同削性能和工作效率回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转、分度和定位，实现机床的自动换刀。用途的刀具，通过回转头的旋转、分度和定位，实现机床的自动换刀。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转动速度快，夹回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转动速度快，夹紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率。按照回转刀架的回转轴紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率。按照回转刀架的回转轴相对于机床主轴的位置，可分为立式回转刀架和卧式回转刀架
17、。相对于机床主轴的位置，可分为立式回转刀架和卧式回转刀架。立式回转刀架。立式回转刀架的回转轴垂直于机床主轴，有四方刀架立式回转刀架。立式回转刀架的回转轴垂直于机床主轴，有四方刀架和六方刀架等外形，多用于经济型数控车床上。和六方刀架等外形，多用于经济型数控车床上。卧式回转刀架。卧式回转刀架的回转轴与机床主轴平行，可径向或轴卧式回转刀架。卧式回转刀架的回转轴与机床主轴平行，可径向或轴向安装刀具径向刀具多用作外圆柱面及端面加工，轴向刀具多用作内孔向安装刀具径向刀具多用作外圆柱面及端面加工，轴向刀具多用作内孔加工。回转刀架的工位数最多可达加工。回转刀架的工位数最多可达20多个，常用的有多个，常用的有8
18、工位、工位、10工位、工位、12工位、工位、14工位四种。刀架回转及松开夹紧的动力可采用全电动，全液工位四种。刀架回转及松开夹紧的动力可采用全电动，全液压电动回转松开压电动回转松开碟形弹簧夹紧，电动回转碟形弹簧夹紧，电动回转液压松开夹紧等。刀位计液压松开夹紧等。刀位计数采用光电编码器。数采用光电编码器。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 由于回转刀架机械结构复杂，使用中故障率相对较高，因此在选用由于回转刀架机械结构复杂，使用中故障率相对较高，因此在选用及使用维护时要给予足够重视。及使用维护时要给予足够重视。MJ-50数控车床的自动回转刀架结构为数控车床的自动回转刀架结构为卧式回转
19、刀架的结构，其转位换刀过程为卧式回转刀架的结构，其转位换刀过程为:当接收到数控系统的换刀指令当接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开后，刀盘松开刀盘旋转到指令要求的刀位刀盘旋转到指令要求的刀位刀盘夹紧并发出结束信号。刀盘夹紧并发出结束信号。在机床自动工作状态下，当指定换刀的刀号后，数控系统可以通过内部在机床自动工作状态下，当指定换刀的刀号后，数控系统可以通过内部的运算判断，实现刀盘就近转位换刀，即刀盘可正转也可反转。但当手的运算判断，实现刀盘就近转位换刀，即刀盘可正转也可反转。但当手动操作机床时，从刀盘方向观察，只允许刀盘顺时针转动换刀。动操作机床时，从刀盘方向观察，只允许刀盘顺时针转动换刀。(
20、4)机床尾座机床尾座 如如图图2-3所示为所示为MJ-50型数控车床出厂时配置的标准尾座结构简图。型数控车床出厂时配置的标准尾座结构简图。尾座体尾座体3的移动由滑板带动实现。尾座体移动后，由指令控制的液压缸的移动由滑板带动实现。尾座体移动后，由指令控制的液压缸将其锁紧在床身上。将其锁紧在床身上。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 在调整机床时，可以手动控制尾座套筒移动。顶尖在调整机床时，可以手动控制尾座套筒移动。顶尖1与尾座套筒与尾座套筒2用用锥孔连接，尾座套筒可带动顶尖一起移动。在机床自动工作循环中，可锥孔连接，尾座套筒可带动顶尖一起移动。在机床自动工作循环中，可通过加工程序由
21、数控系统控制尾座套筒的移动。当数控系统发出尾座套通过加工程序由数控系统控制尾座套筒的移动。当数控系统发出尾座套筒伸出的指令后，液压电磁阀动作，压力油通过活塞杆筒伸出的指令后，液压电磁阀动作，压力油通过活塞杆4的内孔进入套的内孔进入套筒液压缸的左腔，推动尾座套筒伸出。当数控系统指令其退回时，压力筒液压缸的左腔，推动尾座套筒伸出。当数控系统指令其退回时，压力油进入套筒液压缸右腔，从而使尾座套筒退回。图油进入套筒液压缸右腔，从而使尾座套筒退回。图2-3中中5为端盖。为端盖。尾座套筒移动的行程，靠调整套筒外部连接的行程杆尾座套筒移动的行程，靠调整套筒外部连接的行程杆10上面的移动上面的移动挡块挡块6来
22、完成。当图来完成。当图2-3所示移动挡块的位置在右端极限位置时，套筒的所示移动挡块的位置在右端极限位置时，套筒的行程最长。当套筒伸出到位时，行程杆上的挡块行程最长。当套筒伸出到位时，行程杆上的挡块6压下确认开关压下确认开关9，向数，向数控系统发出尾座套筒到位信号。当套筒退回时，行程杆上的固定挡块控系统发出尾座套筒到位信号。当套筒退回时，行程杆上的固定挡块7压下确认开关压下确认开关8，向数控系统发出套筒退回的确认信号。，向数控系统发出套筒退回的确认信号。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述3.数控车床的布局数控车床的布局 数控车床的形式与普通车床基本一致，但数控车床的刀架和导轨的数控
23、车床的形式与普通车床基本一致，但数控车床的刀架和导轨的布局形式有很大变化，直接影响着数控车床的使用性能及机床的结构和布局形式有很大变化，直接影响着数控车床的使用性能及机床的结构和外观。此外，在数控车床上没有封闭的防护装置。外观。此外，在数控车床上没有封闭的防护装置。(1)床身和导轨的布局床身和导轨的布局 数控车床床身导轨水平面的相对位置如数控车床床身导轨水平面的相对位置如图图2-4所示。所示。如图如图2-4(a)所示为平床身的布局。它的工艺性好，便于导轨面的加所示为平床身的布局。它的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的运动精度。这种布局工。水平床身配上水平放置的
24、刀架，可提高刀架的运动精度。这种布局一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床上。但是水平床身由于下一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床上。但是水平床身由于下部空间小，因而排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使滑板横向部空间小，因而排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 如图如图2-4(b)为斜床身的布局。其导轨倾斜的角度分别为为斜床身的布局。其导轨倾斜的角度分别为30,45,60 和和75 等。当导轨倾斜的角度为等。当导轨倾斜的角度为90时，称
25、为立床身，如图时，称为立床身，如图2-4(d)。倾斜角度小，排屑不便倾斜角度小，排屑不便;倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。倾斜倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。倾斜角度的大小还直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑以上角度的大小还直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑以上因素，中小规格的数控车床，其床身的倾斜度以因素，中小规格的数控车床，其床身的倾斜度以60 为宜。为宜。如图如图2-4(c)所示为平床身斜滑板的布局。这种布局形式一方面具有水所示为平床身斜滑板的布局。这种布局形式一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板平床身工艺性好的特
26、点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。平床身斜滑板和斜床身的布局形式，被中小型数的要小，且排屑方便。平床身斜滑板和斜床身的布局形式，被中小型数控车床普遍采用。这是由于这两种布局形式排屑容易，热切屑不会堆积控车床普遍采用。这是由于这两种布局形式排屑容易，热切屑不会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器在导轨上，也便于安装自动排屑器;操作方便，易于安装机械手，以实现操作方便，易于安装机械手，以实现单机自动化单机自动化;机床占地面积小，外形美观，容易实现封闭防护。机床占地面积小，外形美观，容易实现封闭防护。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 (2)刀架的布局刀架的
27、布局 分为排式刀架和回转式刀架两大类。目前两坐标联动数控车床多采分为排式刀架和回转式刀架两大类。目前两坐标联动数控车床多采用回转刀架，它在机床上的布局有两种形式用回转刀架，它在机床上的布局有两种形式:一种是用于加工盘类零件的一种是用于加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主轴回转刀架，其回转轴垂直于主轴;另一种是用于加工轴类和盘类零件的回另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，其回转轴平行于主轴。转刀架，其回转轴平行于主轴。四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两个独立的滑板和回转刀四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架，也称为双刀架四坐标数控车床。其上每个刀架的切削进给
28、量是分别架，也称为双刀架四坐标数控车床。其上每个刀架的切削进给量是分别控制的，因此两刀架可以同时切削同一工件的不同部位，既扩大了加工控制的，因此两刀架可以同时切削同一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又提高了加工效率，适合于加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批范围，又提高了加工效率，适合于加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批量较大的零件。量较大的零件。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述 2.1.4 数控车床分类数控车床分类 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，因而也出现了几种不同的分类方法局面，因而也出
29、现了几种不同的分类方法1.按数控系统的功能分类按数控系统的功能分类 经济型数控车床。它一般采用步进电动机驱动形成开环伺服系统，其经济型数控车床。它一般采用步进电动机驱动形成开环伺服系统，其控制部分采用单板机或单片机。此类车床结构简单，价格低廉，无刀尖控制部分采用单板机或单片机。此类车床结构简单，价格低廉，无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速切削等功能。圆弧半径自动补偿和恒线速切削等功能。全功能型数控车床。如图全功能型数控车床。如图2-1所示，它一般采用闭环控制系统，具有所示，它一般采用闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。高刚度、高精度和高效率等特点。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数
30、控车床概述 车削中心。它是以全功能型数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、车削中心。它是以全功能型数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序复合加工的机床，在工分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序复合加工的机床，在工件一次装夹后，可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻丝等多种加工件一次装夹后，可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻丝等多种加工工序，其功能全面，但价格较高。工序，其功能全面，但价格较高。FMC车床。它实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单车床。它实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运，装卸的自动化和加
31、工调整准备的自动化。元。它能实现工件搬运，装卸的自动化和加工调整准备的自动化。2.按加工零件的基本类型分类按加工零件的基本类型分类 卡盘式数控车床。这类车床未设置尾座，适于车削盘类零件。其夹紧卡盘式数控车床。这类车床未设置尾座，适于车削盘类零件。其夹紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构多数具有卡爪。方式多为电动或液压控制，卡盘结构多数具有卡爪。顶尖式数控车床。这类车床设置有普通尾座或数控尾座，适合车削较顶尖式数控车床。这类车床设置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述3.按主
32、轴的配置形式分类按主轴的配置形式分类 卧式数控车床。其主轴轴线处于水平位置，可以分为水平导轨卧式数卧式数控车床。其主轴轴线处于水平位置，可以分为水平导轨卧式数控车床和倾斜导轨卧式数控车床控车床和倾斜导轨卧式数控车床(其倾斜导轨卧式结构可以使车床具有更其倾斜导轨卧式结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排屑大的刚性，并易于排屑)。立式数控车床。其主轴轴线处于垂直位置，并有一个直径很大的圆形立式数控车床。其主轴轴线处于垂直位置，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸工作台，供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸较小的大型复杂零件。较小的大
33、型复杂零件。具有具有2个主轴的车床称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。个主轴的车床称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。下一页返回上一页2.1 数控车床概述数控车床概述4.其他分类其他分类 按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可分为直线控制数控按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等车床、轮廓控制数控车床等;按特殊或专门的工艺性能可分为螺纹数控车按特殊或专门的工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等床、活塞数控车床、曲轴数控车床等;按刀架数量可分为单刀架数控车床按刀架数量可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床和双刀架数控车床;另
34、外也有把车削中心列为数控车床一类的。另外也有把车削中心列为数控车床一类的。返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 2.2.1 刀具材料及其应具备的基本性能刀具材料及其应具备的基本性能1.刀具材料刀具材料 与刀具的组成一样，刀具材料也分为刀柄材料和刀片材料。刀柄一与刀具的组成一样，刀具材料也分为刀柄材料和刀片材料。刀柄一般采用般采用45#钢锻造，经过铣削加工而得。随着数控机床的日益普及，对钢锻造，经过铣削加工而得。随着数控机床的日益普及，对机床刀具的要求越来越高，对刀柄的要求日益提高，对车刀刀柄的公差机床刀具的要求越来越高，对刀柄的要求日益提高，对车刀刀柄的公差要求也提高
35、了很多。现在谈论的刀具材料主要是指刀具切削部分要求也提高了很多。现在谈论的刀具材料主要是指刀具切削部分(即刀片即刀片)的材料。刀具切削性能的优劣，主要取决于刀片的材料，其次取决于刀的材料。刀具切削性能的优劣，主要取决于刀片的材料，其次取决于刀具几何参数和刀具结构的设计，再次取决于刀具切削用量的选用和刀具具几何参数和刀具结构的设计，再次取决于刀具切削用量的选用和刀具的安装情况。目前，经常使用的刀具材料有高速钢和硬质合金两大类，的安装情况。目前，经常使用的刀具材料有高速钢和硬质合金两大类，随着加工技术的不断发展，一些特种材料，如陶瓷材料和超硬刀具材料随着加工技术的不断发展，一些特种材料，如陶瓷材料
36、和超硬刀具材料(金刚石和立方氮化硼金刚石和立方氮化硼)也得到一定的应用。也得到一定的应用。下一页返回2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 后者具有硬度高、抗磨性能好，可以保证较好的加工质量和加工效率等后者具有硬度高、抗磨性能好，可以保证较好的加工质量和加工效率等优点，但由于价格因素的限制，使用范围不如前者高。优点，但由于价格因素的限制，使用范围不如前者高。(1)高速钢高速钢 高速钢是指含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢是指含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢按用途的不同可分为通用型高速钢和高性能高速钢。高速钢按用途的不同可分为通用型高速
37、钢和高性能高速钢。通用型高速钢。通用型高速钢具有一定的硬度通用型高速钢。通用型高速钢具有一定的硬度(6366 HRC)和耐磨性、和耐磨性、较高的强度和韧性。在加工一般钢材料时，切削速度为较高的强度和韧性。在加工一般钢材料时，切削速度为5060 m/min不适于进行高速切削和超硬材料的加工。主要牌号为不适于进行高速切削和超硬材料的加工。主要牌号为W18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2，后者在强度、韧性上优于前者，但热稳定性稍差。，后者在强度、韧性上优于前者，但热稳定性稍差。高性能高速钢。它是在通用型高速钢的基础上，通过增加碳、钒等元高性能高速钢。它是在通用型高速钢的基础上，通过增加碳、钒等元素的
38、含量或添加钴、铝等合金元素得到的耐热性、耐磨性更高的新钢种。素的含量或添加钴、铝等合金元素得到的耐热性、耐磨性更高的新钢种。下一页返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 高性能高速钢在高性能高速钢在630650时仍可保持时仍可保持60 HRC的硬度，其耐用度是通的硬度，其耐用度是通用型高速钢的用型高速钢的1.53倍。适用于加工奥氏体不锈钢、高温合金、铁合金、倍。适用于加工奥氏体不锈钢、高温合金、铁合金、超高强度钢等难加工材料。但这类钢种的综合性能不如通用型高速钢，超高强度钢等难加工材料。但这类钢种的综合性能不如通用型高速钢，不同的牌号只有在各自规定的切削条件下，才能达到
39、良好的加工效果，不同的牌号只有在各自规定的切削条件下，才能达到良好的加工效果，因此其使用范围受到限制。常用的牌号有因此其使用范围受到限制。常用的牌号有:9W18CrV,9W6Mo5Cr4V2,W6Mo5Cr4V3,W6Mo5 Cr4V2Co8及及W6Mo5 Cr4V2Al等。等。(2)硬质合金硬质合金 硬质合金是由硬度和熔点都很高的的碳化物硬质合金是由硬度和熔点都很高的的碳化物(WC,TiC,TaC,NbC等等)，用，用Co,Mo,Ni等元素充当黏结剂而制成的粉末冶金制品。其常温硬等元素充当黏结剂而制成的粉末冶金制品。其常温硬度可达度可达7882 HRC，能够在，能够在8001 000的高温下
40、使用，允许的切削的高温下使用，允许的切削速度是高速钢的速度是高速钢的410倍。倍。下一页返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢低，故很少做成整体式刀具。在实但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢低，故很少做成整体式刀具。在实际使用中，一般将硬质合金刀片用焊接或机械夹固的方式固定在刀体上。际使用中，一般将硬质合金刀片用焊接或机械夹固的方式固定在刀体上。常用的硬质合金有三大类常用的硬质合金有三大类:钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金(代号为代号为YG)。由碳化钨和钴组成。这类硬质合金韧。由碳化钨和钴组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于
41、加工脆性材料性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工脆性材料(如铸铁等如铸铁等)。钨钴。钨钴类硬质合金中含钴越多，则韧性越好。常用的牌号有类硬质合金中含钴越多，则韧性越好。常用的牌号有YG8,YG6,YG3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金(代号为代号为YT)。由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类。由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于切屑呈带状硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于切屑呈带状的钢料等塑性材料。常用的牌号有的钢料等塑性材料。常用
42、的牌号有YT5,YT15,YT30等，其中的数字等，其中的数字表示碳化钛的含量。碳化钛的含量越高，则耐磨性越好、韧性越低。表示碳化钛的含量。碳化钛的含量越高，则耐磨性越好、韧性越低。下一页返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 这三种牌号的钨钛钴类硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加这三种牌号的钨钛钴类硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。工和精加工。钨钛钮钨钛钮(铌铌)类硬质合金类硬质合金(代号为代号为YW)。由在钨钛钴类硬质合金中加入。由在钨钛钴类硬质合金中加入少量的碳化钮少量的碳化钮(TaC)或碳化铌或碳化铌(NbC)组成。它具有上述两类硬质
43、合金的优组成。它具有上述两类硬质合金的优点，其制造的刀具既能加工钢、铸铁、有色金属，也能加工高温合金、点，其制造的刀具既能加工钢、铸铁、有色金属，也能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用的牌号有耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用的牌号有YW1和和YW2。(3)特种刀具材料特种刀具材料 涂层刀具材料。这种材料是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢基涂层刀具材料。这种材料是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，采用化学气相沉积体上，采用化学气相沉积(CVD)法或物理气相沉积法或物理气相沉积(PVD)法涂覆一薄层硬法涂覆一薄层硬质和耐磨性极高的难熔金属化合物而得到的刀具材料。通过这
44、种方法，质和耐磨性极高的难熔金属化合物而得到的刀具材料。通过这种方法，使刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。使刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。下一页返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 常用的涂层材料有常用的涂层材料有TiC,TiN,Al2O3等。其中碳化钛等。其中碳化钛(TiC)的硬度和的硬度和耐磨性好，氮化钛耐磨性好，氮化钛(TiN)的抗氧化、抗粘结性好，氧化铝的抗氧化、抗粘结性好，氧化铝(Al2O3)的耐热的耐热性好，使用时可根据不同的需要选择涂层材料。性好，使用时可根据不同的需要选择涂层材料。陶瓷材料。主要成分是陶瓷材料。主
45、要成分是Al2O3。陶瓷刀片的硬度可达。陶瓷刀片的硬度可达78 HRC以上，能以上，能耐耐1 2001 450的高温，故能承受较高的切削速度。但抗弯强度低，的高温，故能承受较高的切削速度。但抗弯强度低，怕冲击，易崩刃。主要用于钢、灰铸铁、淬火铸铁、球墨铸铁、耐热合怕冲击，易崩刃。主要用于钢、灰铸铁、淬火铸铁、球墨铸铁、耐热合金及高精度零件的精加工。金及高精度零件的精加工。金刚石材料。金刚石材料分为人造金刚石和天然金刚石两种。一般采金刚石材料。金刚石材料分为人造金刚石和天然金刚石两种。一般采用人造金刚石作为刀具材料。其硬度极高，可达用人造金刚石作为刀具材料。其硬度极高，可达10 000 HV(一
46、般的硬一般的硬质合金仅为质合金仅为1 3001 800 HV)。其耐磨性是硬质合金的。其耐磨性是硬质合金的80120倍。倍。下一页返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 但韧性较差，对铁族材料亲和力大，因此一般不适合加工钢铁材料，主但韧性较差，对铁族材料亲和力大，因此一般不适合加工钢铁材料，主要用于有色金属以及非金属材料的高速精加工。要用于有色金属以及非金属材料的高速精加工。立方氮化硼立方氮化硼(CNB)。立方氮化硼是人工合成的一种高硬度材料，其硬。立方氮化硼是人工合成的一种高硬度材料，其硬度可达度可达7 3009 000 HV，可耐，可耐1 3001 500的高温，与
47、铁族元素的高温，与铁族元素的亲和力小。但其强度低，焊接性差，目前主要用于加工淬硬钢、冷硬的亲和力小。但其强度低，焊接性差，目前主要用于加工淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。铸铁、高温合金和一些难加工材料。2.刀具材料的性能刀具材料的性能 刀具切削时，在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的刀具切削时，在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度。在加工余量不均匀和切削断续表面摩擦，由此而产生较高的切削温度。在加工余量不均匀和切削断续表面时，刀具将受到冲击和产生振动。为此，刀具切削部分的材料应具备下时，刀具将受到冲击和产生振动。为此，刀具切削部分的
48、材料应具备下列基本性能。列基本性能。下一页返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 (1)强度高强度高 为适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能有较大切削为适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能有较大切削尝试和快进给，要求刀具必须具有足够的强度。尝试和快进给，要求刀具必须具有足够的强度。(2)精度高精度高 为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具及其刀夹都必须为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具及其刀夹都必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005 mm.(3)切削速度和
49、进给速度高切削速度和进给速度高 为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要，刀具应能满足高切削为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要，刀具应能满足高切削速度或进给速度的要求。速度或进给速度的要求。下一页返回上一页2.2 数控车床刀具与夹具系统数控车床刀具与夹具系统 (4)可靠性好。要保证数控加工中不会因发生刀具意外的损坏及潜在缺可靠性好。要保证数控加工中不会因发生刀具意外的损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性和较强的适应性。的可靠性和较强的适应性。(5)使用寿命长使用寿命长 刀具在切削过程中
50、不断磨损，会造成加工尺寸的变化，伴随刀具的刀具在切削过程中不断磨损，会造成加工尺寸的变化，伴随刀具的磨损，还会因切削刃磨损，还会因切削刃(或刀尖或刀尖)变钝，使切削阻力增大，既会使被加工零变钝，使切削阻力增大，既会使被加工零件的表面精度下降，同时还会加剧其磨损，形成恶性循环。因此，数控件的表面精度下降，同时还会加剧其磨损，形成恶性循环。因此，数控加工中的刀具，不论在粗加工、精加工或特殊加工中，都应具有比普通加工中的刀具，不论在粗加工、精加工或特殊加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的使用寿命，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀机床加工所用刀具更高的使用寿命，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次