四川工程职业技术学院 课时授课教案 学年第期 课程名称:_数控加工工艺 授课班级:(三专)数控01-1、2 授课时间:第周星期 课题:_车刀的选择、进给路线选择 教学目的:掌握刀具的选择 了解进给路线选择 掌握切削用量的选择 重点、难点: 车刀的选择、进给路线选择 使用教具:课件 课后作业: 课后记录 年月日
四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 课 时 授 课 教 案 / 学年第 期 课程名称： 数控加工工艺 授课班级： （三专）数控 01-1、2 授课时间： 第 周星期 第 节 课 题： 车刀的选择、进给路线选择 教学目的： 掌握刀具的选择 了解进给路线选择 掌握切削用量的选择 重点、难点： 车刀的选择、进给路线选择 使用教具： 课件 课后作业： 1 课后记录： 年 月 日
授课主要内容 、刀具的选择 车刀和刀片的种类 由于工件材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同, 车刀的种类也异常繁多。根据与刀体的联接固定方式的不同,车刀主要可分 为焊接式与机械夹固式两大类 Ⅰ)焊接式车刀将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上称为焊接 式车刀。这种车刀的优点是结构简单,制造方便,刚性较好。缺点是由于存 在焊接应力,使刀具材料的使用性能受到影响,甚至出现裂纹。另外,刀杆 不能重复使用,硬质合金刀片不能充分回收利用,造成刀具材料的浪费。根 据工件加工表面以及用途不同,焊接式车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端 面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等。 2)机夹可转位车刀如图所示,机械夹固式可转位车刀由刀杆1、刀 片2、刀垫3以及夹紧元件4组成。刀片每边都有切削刃,当某切削刃磨损 钝化后,只需松开夹紧元件,将刀片转一个位置便可继续使用。 焊接式车刀的种类 断刀2—90°左偏刀3-90°右偏刀4一弯头车刀5一直头车刀6—成形车刀7一宽刃精车 8一外螺纹车刀9—端面车刀10—内螺纹车刀11—内槽 车刀12一通孔车刀13一盲孔车刀 刀杆2一刀片3一刀垫 4一夹紧元件
授课主要内容 一、刀具的选择 1． 车刀和刀片的种类 由于工件材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同， 车刀的种类也异常繁多。根据与刀体的联接固定方式的不同，车刀主要可分 为焊接式与机械夹固式两大类。 l）焊接式车刀 将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上称为焊接 式车刀。这种车刀的优点是结构简单，制造方便，刚性较好。缺点是由于存 在焊接应力，使刀具材料的使用性能受到影响，甚至出现裂纹。另外，刀杆 不能重复使用，硬质合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪费。根 据工件加工表面以及用途不同，焊接式车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端 面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等。 2）机夹可转位车刀 如图所示，机械夹固式可转位车刀由刀杆 l、刀 片 2、刀垫 3 以及夹紧元件 4 组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损 钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。 焊接式车刀的种类 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 机械夹固式可转位车刀的组成 1—刀杆 2—刀片 3—刀垫 4—夹紧元件
刀片是机夹可转位车刀的一个最重要组成元件。按照国标GB2076-87, 大致可分为带圆孔、带沉孔以及无孔三大类。形状有:三角形、正方形、五 边形、六边形、圆形以及菱形等共17种。图示为常见的几种刀片形状及角 △县 度 f) 2.车刀类型和刀片的选择 1)数控车削常用刀具的类型数控车削用的车刀一般分为三类,即尖 形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。 (1)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,它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原 理是截然不同的。 (2)圆弧形车刀圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特征
刀片是机夹可转位车刀的一个最重要组成元件。按照国标GB2076－87， 大致可分为带圆孔、带沉孔以及无孔三大类。形状有：三角形、正方形、五 边形、六边形、圆形以及菱形等共 17 种。图示为常见的几种刀片形状及角 度。 2．车刀类型和刀片的选择 1）数控车削常用刀具的类型 数控车削用的车刀一般分为三类，即尖 形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。 （l）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，它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原 理是截然不同的。 （2）圆弧形车刀 圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特征 常见可转位车刀刀片 a）T 型 b）F 型 c）W 型 d）S 型 e）P 型 f）D 型 g）R 型 h）G 型
是,构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧;该圆弧 上的每一点都是圆弧形车刀的刀尖,因此,刀位点不圆弧上,而在该圆弧的 圆心上:车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关,并可按需要灵活确 定或经测定后确认 当某些尖形车刀或成型车刀(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 圆弧形车刀可以用于车削内、外表面,特别适宜于车削各种光滑连接(凹 形)的成型面 (3)成型车刀成型车刀也叫样板车刀,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,常见的成型车刀有小半径 圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用 成型车刀,当确有必要选用时,则应在工艺文 件或加工程序单上进行详细说明。 2)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 本刀片 (1)刀片材质的选择车刀刀片的材料 主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶 瓷、立方氮化硼和金刚石等。其中应用最多的切削刃长度、背吃刀量与主偏角关系 是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材 一切削刃长度L一有效切削刃长度 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中有无冲击和振动等 (2)刀片尺寸的选择刀片尺寸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ap和车刀的主偏角k有关,使用时可查阅 有关刀具手册选取。 (3)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 选择刀具还要针对所用机床的刀架结构。图是一台数控车床的刀盘结构 图,这种刀盘一共有6个刀位,每个刀位上可以在径向装刀,也可以在轴向 装刀。外圆车刀通常安装在径向,内孔车刀通常安装在轴向。刀具以刀杆尾 部和一个侧面定位。当采用标准尺寸的刀具时,只要定位、锁紧可靠,就能 确定刀尖在刀盘上的相对位置。可见在这类刀盘结构中,车刀的柄部要选择 合适的尺寸,刀刃部分要选择机夹不重磨刀具,而且刀具的长度不得超出其 规定的范围,以免发生干涉现象
是，构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧；该圆弧 上的每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不圆弧上，而在该圆弧的 圆心上；车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关，并可按需要灵活确 定或经测定后确认。 当某些尖形车刀或成型车刀（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。 圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适宜于车削各种光滑连接（凹 形）的成型面。 （3）成型车刀 成型车刀也叫样板车刀，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，常见的成型车刀有小半径 圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用 成型车刀，当确有必要选用时，则应在工艺文 件或加工程序单上进行详细说明。 2）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 本刀片。 （1）刀片材质的选择 车刀刀片的材料 主要有高速钢、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，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中有无冲击和振动等。 （2）刀片尺寸的选择 刀片尺寸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 ap 和车刀的主偏角 k r 有关，使用时可查阅 有关刀具手册选取。 （3）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。 选择刀具还要针对所用机床的刀架结构。图是一台数控车床的刀盘结构 图，这种刀盘一共有 6 个刀位，每个刀位上可以在径向装刀，也可以在轴向 装刀。外圆车刀通常安装在径向，内孔车刀通常安装在轴向。刀具以刀杆尾 部和一个侧面定位。当采用标准尺寸的刀具时，只要定位、锁紧可靠，就能 确定刀尖在刀盘上的相对位置。可见在这类刀盘结构中，车刀的柄部要选择 合适的尺寸，刀刃部分要选择机夹不重磨刀具，而且刀具的长度不得超出其 规定的范围，以免发生干涉现象。 切削刃长度、背吃刀量与主偏角关系 l—切削刃长度 L—有效切削刃长度
示例件 大圆弧面零件 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、刀具的安装位置以及加工方法等,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。 选择方法与使用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 及加工干涉等进行全面考虑 例如,在加工图示的零件时,要使其左右两个45°锥面由一把车刀加 工出来,并使车刀的切削刃在车削圆锥面时不致发生加工干涉 又如,车削图示大圆弧内表面零件时,所选择尖形内孔车刀的形状及主 要几何角度如图所示(前角为0°),这样刀具可将其内圆弧面和右端端面 刀车出,而避免了用两把车刀进行加工。 可用作图或计算的方法,确定尖形车刀不发生干涉的几何。如副偏角不 发生干涉的极限角度值为大于作图或计算所得角度的6-8°即可。当确定几 何角度困难、甚至无法确定(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 (1)圆弧形车刀的选用对于某些精度要求较高的凹曲面车削或大外 圆弧面的批量车削,以及尖形车刀所不能完成的加工,宜选用圆弧形车刀进 行。圆弧形车刀具有宽刃切削(修光)性质:;能使精车余量保持均匀而改善 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切削深度在圆弧轮廓段总是不均匀的,如图所 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(a1)将大大
2． 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、刀具的安装位置以及加工方法等，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。 选择方法与使用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 及加工干涉等进行全面考虑。 例如，在加工图示的零件时，要使其左右两个 45°锥面由一把车刀加 工出来，并使车刀的切削刃在车削圆锥面时不致发生加工干涉。 又如，车削图示大圆弧内表面零件时，所选择尖形内孔车刀的形状及主 要几何角度如图所示（前角为 0°），这样刀具可将其内圆弧面和右端端面 一刀车出，而避免了用两把车刀进行加工。 可用作图或计算的方法，确定尖形车刀不发生干涉的几何。如副偏角不 发生干涉的极限角度值为大于作图或计算所得角度的 6~8°即可。当确定几 何角度困难、甚至无法确定（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 （1）圆弧形车刀的选用 对于某些精度要求较高的凹曲面车削或大外 圆弧面的批量车削，以及尖形车刀所不能完成的加工，宜选用圆弧形车刀进 行。圆弧形车刀具有宽刃切削（修光）性质；能使精车余量保持均匀而改善 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切削深度在圆弧轮廓段总是不均匀的，如图所 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（a1）将大大 示例件 大圆弧面零件
超过其圆弧起点位置上的切削深度(a),致使切削阻力增大,则可能产生较 大的线轮廓度误差,并增大其表面粗糙度数值 对于加工图示同时跨四个象限的外圆弧轮廓,无论采用何种形状及角度 的尖形车刀,也不可能由一条圆弧加工程序一刀车出,而采用圆弧形车刀就 能十分简便地完成 (2)圆弧形车刀的几何参数圆弧形车刀的几何参数除了前角及后角 外,主要几何参数为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:第一,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半径,以免发生加工干涉;第二 该半径不宜选择太小,否则既难于制造,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 当车刀圆弧半径已经选定或通过测量并给予确认之后,应特别注意圆弧 切削刃的形状误差对加工精度的影响。现通过图6-34对圆弧形车刀的加工 原理分析如下 在车削时,车刀的圆弧切削刃与被加工轮廓曲线作相对滚动运动。这时 车刀在不同的切削位置上,其“刀尖”在圆弧切削刃上也有不同位置(即切 削刃圆弧与零件轮廓相切的切点),也就是说,切削刃对工件的切削,是以 无数个连续变化位置的“刀尖”进行的。 为了使这些不断变化位置的“刀尖”能按加工原理所要求的规律(“刀 尖”所在半径处处等距)运动,并便于编程,故规定圆弧形车刀的刀位点必 须在该圆弧刃的圆心位置上。 要满足车刀圆弧刃的半径处处等距,则必须保证该圆弧刃具有很小的圆 度误差,即近似为一条理想圆弧,因此需要通过特殊的制造工艺(如光学曲 线磨削等),才能将其圆弧刃做得准确。 至于圆弧形车刀前、后角的选择,原则上与普通车刀相同,只不过形成 其前角(大于0°时)的前刀面一般都为凹球面,形成其后角的后刀面一般 为圆锥面。圆弧形车刀前、后刀面的特殊形状,是为满足在刀刃的每一个切 削点上,都具有恒定的前角和后角,以保证切削过程的稳定性及加工精度。 为了制造车刀的方便,在精车时,其前角多选择为0°。 4.车刀的预调 数控车床刀具预调的主要工作是:①按加工要求选择全部刀具,并对刀 具外观,特别是刃口部位进行检査;②检查调整刀尖的高度,实现等高要求: ③刀尖圆弧半径应符合程序要求;④测量和调整刀具的轴向和径向尺寸 切削用量的选择 数控车削加工中的切削用量包括:背吃刀量a、主轴转速n或切削速 度γ(用于恒线速度切削)、进给速度或进给量∫。这些参数均应在机床给 定的允许范围内选取
超过其圆弧起点位置上的切削深度（a），致使切削阻力增大，则可能产生较 大的线轮廓度误差，并增大其表面粗糙度数值。 对于加工图示同时跨四个象限的外圆弧轮廓，无论采用何种形状及角度 的尖形车刀，也不可能由一条圆弧加工程序一刀车出，而采用圆弧形车刀就 能十分简便地完成。 （2）圆弧形车刀的几何参数 圆弧形车刀的几何参数除了前角及后角 外，主要几何参数为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：第一，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半径，以免发生加工干涉；第二， 该半径不宜选择太小，否则既难于制造，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。 当车刀圆弧半径已经选定或通过测量并给予确认之后，应特别注意圆弧 切削刃的形状误差对加工精度的影响。现通过图 6-34 对圆弧形车刀的加工 原理分析如下： 在车削时，车刀的圆弧切削刃与被加工轮廓曲线作相对滚动运动。这时， 车刀在不同的切削位置上，其“刀尖”在圆弧切削刃上也有不同位置（即切 削刃圆弧与零件轮廓相切的切点），也就是说，切削刃对工件的切削，是以 无数个连续变化位置的“刀尖”进行的。 为了使这些不断变化位置的“刀尖”能按加工原理所要求的规律（“刀 尖”所在半径处处等距）运动，并便于编程，故规定圆弧形车刀的刀位点必 须在该圆弧刃的圆心位置上。 要满足车刀圆弧刃的半径处处等距，则必须保证该圆弧刃具有很小的圆 度误差，即近似为一条理想圆弧，因此需要通过特殊的制造工艺（如光学曲 线磨削等），才能将其圆弧刃做得准确。 至于圆弧形车刀前、后角的选择，原则上与普通车刀相同，只不过形成 其前角（大于 0°时）的前刀面一般都为凹球面，形成其后角的后刀面一般 为圆锥面。圆弧形车刀前、后刀面的特殊形状，是为满足在刀刃的每一个切 削点上，都具有恒定的前角和后角，以保证切削过程的稳定性及加工精度。 为了制造车刀的方便，在精车时，其前角多选择为 0°。 4．车刀的预调 数控车床刀具预调的主要工作是：①按加工要求选择全部刀具，并对刀 具外观，特别是刃口部位进行检查；②检查调整刀尖的高度，实现等高要求； ③刀尖圆弧半径应符合程序要求；④测量和调整刀具的轴向和径向尺寸。 二、切削用量的选择 数控车削加工中的切削用量包括：背吃刀量 Pa 、主轴转速 n 或切削速 度 v （用于恒线速度切削）、进给速度或进给量 f 。这些参数均应在机床给 定的允许范围内选取
1.切削用量的选用原则 车削用量(φ、∫、ν)选择是否合理,对于能否充分发挥机床潜力与刀 具切削性能,实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车削 用量的选择原则是粗车时,首先考虑选择尽可能大的背吃刀量a,其次选 择较大的进给量∫,最后确定一个合适的切削速度v。增大背吃刀量ap可使 走刀次数减少,增大进给量f有利于断屑。 精车时,加工精度和表面粗糙度要求较高,加工余量不大且较均匀,因 此选择精车的切削用量时,应着重考虑如何保证加工质量,并在此基础上尽 量提高生产率。因此,精车时应选用较小(但不能太小)的背吃刀量ap和 进给量∫,并选用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ν。表1是推荐的切削用量数据,供参考。 表1数控车削用量推荐表 工件材料加工内容/切削用量 切削速度 送给量 /(mmn-)(m…r-)|刀具材料 60~80 粗加工 2~3 80-120 0.2~04 YT类 碳素钢 120~150 0.1~0.2 b>600 钻中心子 500800m-1 W18Cr4V 70-110 0.1~0.2 50~70 0.2~0.4 铸铁 200HBS以 70-100 YG 类 切断(宽度<5m 0.1~0.2
1．切削用量的选用原则 车削用量（ Pa 、f 、v ）选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀 具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车削 用量的选择原则是粗车时，首先考虑选择尽可能大的背吃刀量 Pa ，其次选 择较大的进给量 f ，最后确定一个合适的切削速度 v 。增大背吃刀量 Pa 可使 走刀次数减少，增大进给量 f 有利于断屑。 精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，因 此选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽 量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量 Pa 和 进给量 f ，并选用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 v 。表 1 是推荐的切削用量数据，供参考。 表 1 数控车削用量推荐表 工件材料 加工内容 切削用量 Pa /mm 切削速度 v /（m·min −1 ） 送给量 f （m·r −1 ） 刀具材料 碳素钢 b ＞600 MPa 粗加工 5~7 60~80 0.2~0.4 粗加工 2~3 80~120 0.2~0.4 YT 类 精加工 2~6 120~150 0.1~0.2 钻中心孔 500~800r·min −1 W18Cr4V 钻孔 ~30 0.1~0.2 切断（宽度＜5mm） 70~110 0.1~0.2 YT 类 铸铁 200HBS 以下 粗加工 50~70 0.2~0.4 精加工 70~100 0.1~0.2 YG 类 切断（宽度＜5mm） 50~70 0.1~0.2