兰州交通大学：《数控加工工艺》课程教学资源（授课教案）10.doc_大学文库

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 2 二、讲稿第三章数控车削加工工艺第二节数控车削加工工艺分析 3.2.3 数控车削加工工序的设计（１）夹具的选择车床主要用于加工工件的内外圆柱面＼圆锥面＼回转成形面＼螺纹及端平面等。上述各表面都是绕机床主轴的寻转轴心而形成的，根据这一加工两点和夹具在车床上安装的位置，加工车床夹具分为两种基本类型：一类是安装在车床主轴上的夹具，则类夹具和车床主轴相连接并带动工件一起随主轴寻转，除了各种卡盘（三爪、四爪），这类夹具和车床或其他机床附近外。往往根据加工的需要设计出各种心轴或其他专用夹具；另一类是安装在滑板或本身上的夹具，对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在常常滑板上，刀具则安装在车床主轴上作寻转运动，夹具作进给运动。车床夹具的选择参考 3.7 中的相关内容。（2）刀具的选择 ① 常用车刀这类及其选择数控车削常用车刀一般分尖形车刀、圆弧车刀和成型车刀等三类。 a．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（同时也为刀位点）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、切断）（车槽）车刀以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，它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原来是截然不同的。尖形车刀几何参数（主要是几何较短）的选择方法与普通车削时基本相同，但应适合数控加工的特点（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。 b．圆弧形车刀是以一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧形切削刃为特征的车床（见图 3-14）。该车刀圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不再圆弧上，而在该圆弧的圆心上。图 3-14 圆弧形车刀当某些尖形车刀或成型的、车刀（如螺纹车刀）的刀尖具有一定的圆弧形状时，也可作为这类车刀使用。图 3-15 常用车刀的种类、形状和用途 1-切断刀；2-90°左偏刀；3-90°右偏刀；4-弯头车刀；5-直头车刀；6-成型车刀；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-盲孔车刀圆弧形车刀可用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点：一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，一面发生加工反射；二是该半径不易选择太小，否则不但制造困难还会应刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。 c．成型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刃的形状和尺寸觉

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 3 得。数控车削加工中，常见的成型车刀由小半径圆弧车刀、非矩形车刀和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀，当确有必要时，则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明。图 3-15 给出了常用车刀的种类、形状和用途。 ②机夹可转位车刀的选用目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系内化型号。对所选择的刀具，在使用前都需要对刀具尺寸进行严格的测量以活动精确的资料，并由操作者将浙西数据输入数控系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。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。数控车床常用的机夹可转位式车刀结构如图 3-16 所示。图 3-16 机夹可转位式车刀结构型式图 3-17 切削刃长度、背吃刀量与主偏角关系表 3-1 被加工表面与适用的刀片形状 a. 刀片材质的选择常见刀片材料由高速钢、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。选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、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由无冲击和震动等。 b．刀片尺寸的选择刀片村的大小取决于必要的有效切削刃长度 L。有效切削刃长度与背吃刀量 p a 和车刀的主偏角 r k 有关（见图 3-17），使用时可查阅有关刀具手册选取。 c．刀片形状的选择刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。被加工表面形状及使用的刀片可参考表 3-1 选取，表中刀片型号组见国家标准 GB 2076—87《切削刀具可转位型号表示规则》。常见可转位车刀刀片形状及角度如图 3-18 所示

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 4 图 3-18 常见可转位车刀刀片特别需要注意的是，加工凹形槽轮廓表面时，若主、副偏角选得太小，会导致加工时刀具主后刀面、副后刀面与工件发生干涉，因此，必要时需作图检验。（3）切削用量的确定数控编程时，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。切削用量的徐泽原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证和你的刀具内用的；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。 ① 主轴转速 n 的确定车削加工主轴转速 n 应根据允许的切削速度 v 和工件直径 d 来选择，按式（1-2）计算。切削速度 v 单位为 m/min，有刀具的耐用度决定，计算时可参考表 3-2 或切削用量手册选取。对有级变速的铣床，须按铣床说明书选择与所计算转速 n 接近的转速。数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主轴（多为 Z 轴）方向位移一个螺距即可，不应受到限制。但数控车螺纹时，会受到一下几个方面的影响。 a. 螺纹加工程序段中指令的螺距值，相当于以进给量 f(mm/r)表示的进给速度 F，如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度（mm/min）则必定大大超过正常值。 b. 刀具在其位移过程的始/终，都将受到伺服驱动系统升/降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升/降频特性满足不能加工需要等原因，则肯因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求。表 3-2 硬质合金外圆车刀切削速度的参考值

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺 -=2-6mm 工件材料热处理状态 140180 100120 70-90 中碳钢 130-160 90-110 60-80 7000 50-70 合金然构钢调重 50-70 40-60 工具灰饰铁 HBS190-225 8010 50-70 4060 地13%) 200-250 020 90120 相及合金 300-600 200-400 150-200 100180. 80~150 60一10 车削螺纹必须通过主轴的同步允许功能而实现，即车削螺纹需要主轴脉冲发生器 (编码器)。当其主轴转速选择过高时，通过编码器发出的定位脉冲（即主轴每转一周时所发出的一个基准脉神信号)将背因“过冲”（特别是当编码器的质量不稳定时）而导致工件螺纹产生乱纹（俗称“烂牙”) 鉴于上述原因不同的数控系统车螺纹时推荐使用不同的主轴转速范围。大多数经济型数控车床的数控荐车螺纹时主轴转速n为： m 1200-k (3-4) 式中P一被加工螺纹螺距，m: k一保险系数，一般为80。 ②进给速度v,的确定进给速度”，是数控机床切削用量中的参数，其大小直接影响表面粗糙度值和车削效率。主要和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选择。最大进给速度受机床刚度进给速度的原叫加下当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度，一般在100~ 200/min范围内选取。在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20~50mm/min 范围内选取。当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在20~50mm/min范围内选取。时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。计算速度时：可考表远表34或查阿切制用量手册选取每转进给量，然后按式3一计算进给速度。背吃刀量 ”的确定居机床和刀具的刚度来确定。在刚度允许的条件下。应尽可能使背吃刀量等法确定的切制用量进行加工，工件表面的加工质量未必十分理想。因此，切削余量的具体素质还应根据机床性能、相关的手册并解放实际经验用模拟方法确定，使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者相互适应，以形成最住切削用量。表3-3硬质合金车刀粗车外西及墙面的进给量兰州交通大学机电工程学院

数控技术及应用教案及讲稿下部分：数控加工工艺兰州交通大学机电工程学院 5 c. 车削螺纹必须通过主轴的同步允许功能而实现，即车削螺纹需要主轴脉冲发生器（编码器）。当其主轴转速选择过高时，通过编码器发出的定位脉冲（即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号）将肯因“过冲”（特别是当编码器的质量不稳定时）而导致工件螺纹产生乱纹（俗称“烂牙”）。鉴于上述原因，不同的数控系统车螺纹时推荐使用不同的主轴转速范围。大多数经济型数控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴转速 n 为： k P n  − 1200 （3-4）式中 P—被加工螺纹螺距，mm； k—保险系数，一般为 80。 ② 进给速度 f v 的确定进给速度 f v 是数控机床切削用量中的参数，其大小直接影响表面粗糙度值和车削效率。主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选择。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则如下。 a. 当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度，一般在 100～ 200mm/min 范围内选取。 b. 在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 20～50mm/min 范围内选取。 c. 当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小一些，一般在 20～50mm/min 范围内选取。 d. 刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。计算速度时，可参考表 3-3、表 3-4 或查阅切削用量手册选取每转进给量 f，然后按式（1-3）计算进给速度。 ③ 背吃刀量 p a 的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的条件下。应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，一般为 0.2～0.6mm。注意：按照上述方法确定的切削用量进行加工，工件表面的加工质量未必十分理想。因此，切削余量的具体素质还应根据机床性能＼相关的手册并解放实际经验用模拟方法确定，使主轴转速＼背吃刀量及进给速度三者相互适应，以形成最佳切削用量。表 3-3 硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量