數(shù)控車削加工工藝設計基礎

第二章數(shù)控車削加工工藝設計基礎內容提要：本章主要介紹數(shù)控車削加工工藝路線的的擬定、常用夾具、刀具及切削用量的選擇第一節(jié)金屬材料的切削加工性工件材料切削加工性可以從多方面進行評定。不同加工情況,可采用不同的指標衡量。

粗加工時,通常采用刀具耐用度指標;

精加工時,通常采用加工表面質量指標。在刀具耐用度指標中以相對加工性(用kr表示)使用最為方便。即以HBS170～229,σb=0.637GPa的45鋼的Vc60為基準,記作Vc060,其它材料的Vc60與Vc060之比稱kr;根據(jù)kr的大小可方便地判斷出材料加工的難易程度。常用工件材料的kr見下頁表格。Kr越大,材料加工性越好。對課題引入中提出的問題,查表不難發(fā)現(xiàn)45鋼的kr介于1~1.6之間,而45調質鋼的kr介于0.5～0.65之間,所以45鋼更容易加工。

2.1.1工件材料切削加工性

刀具耐用度指標有絕對指標和相對指標之分。絕對指標是以在一定的刀具耐用度(切削時間)條件下,允許的切削速度的高低來表示材料的切削加工性。對于切削一般材料,耐用度取60min,用Vc60表示,其具體含義是,切削某種工件材料,當?shù)毒吣陀枚葹?0min時所允許的切削速度;對于切削難加工材料,耐用度取20min,用Vc20表示。顯然,在相同條件下,Vc20或Vc20越高,材料的加工性越好。相對指標則是以45鋼的Vc60為基準,記作(Vc060)j,其他材料的Vc60與之的比值稱為相對加工性,用kr表示,即：kr=Vc60/(Vc060)j

其他指標有加工表面質量指標、切屑控制難易指標、切削溫度、切削力、切削功率指標。加工表面質量指標是在相同加工條件下,比較加工后的表面質量(如表面粗糙度等)來判定切削加工性的好壞。加工表面質量越好,加工性越好。切屑控制難易指標是從切屑形狀及斷屑難易與否來判斷材料加工性的好壞。切削溫度、切削力、切削功率指標根據(jù)切削加工時產生的切削溫度的高低、切削力的大小、功率消耗的多少來評判材料加工性,這些數(shù)值越大,說明材料加工性越差。工件材料的切削加工性分級基準值工件材料的切削加工性分級切削加工性易切削較易切削較難切削難切削等級代號12345678硬度HB≤100＞100～150＞150～200＞200～250＞250～300＞300～350＞350～400＞400HRC

＞14～24.8＞24.8～32.3＞32.3～38.1＞38.1～43＞43抗拉強度≤0.441>0.441~0.588>0.588~0.784>0.784~0.98＞0.98~1.176>1.176~1.372>1.372~1.568＞1.568σb(GPa)伸長率≤15＞15～20＞20～25＞25～30＞30～35＞35～40＞45～50＞50~60δ(%)沖擊韌性≤392＞392～588＞588～784＞784～980＞980～1372＞1372～1764＞1764～1962＞1962αk(kJ/m2)導熱系數(shù)≥167.47<167.47~83.74＜83.74~62.8<62.8~41.87＜41.87~33.5＜33.5~25.12<25.12~16.75＜16.75k[W/(m·K)]相對加工性Κr＞3.0≤3.0～2.5≤2.5～1.6≤1.6～1.0≤1.0～0.65≤0.65～0.5≤0.5～0.15＜0.15典型材料銅鉛合金,退火15Cr,鈦合金45鋼,灰鑄鐵2Cr13調質,45Cr調質,50CrV調質,某些鈦合鋁銅合金,1Cr18Ni9Ti,金,鑄造鎳基高溫合金自動機鋼85鋼65Mn調質鋁鎂合金鈦合金

一般有色易切削鋼較易切削鋼普通材料稍難切削材料

難切削材料很難切削切削加工性2.1.2影響材料切削加工性的主要因素

材料的物理力學性能、化學成分、金相組織是影響材料切削加工性的主要因素。

1.材料的物理力學性能

就材料物理力學性能而言,材料的強度、硬度越高,切削時抗力越大,切削溫度越高,刀具磨損越快,切削加工性越差;強度相同,塑性、韌性越好的材料,切削變形越大,切削力越大,切削溫度越高,并且不易斷屑,故切削加工性越差。材料的線膨脹系數(shù)越大、導熱系數(shù)越小,加工性也越差。

2.化學成分就材料化學成分而言,增加鋼的含碳量,強度、硬度提高,塑性、韌性下降。顯然,低碳鋼切削時變形大,不易獲得高的加工表面;高碳鋼切削抗力太大,切削困難;中碳鋼介于兩者之間,有較好的切削加工性。增加合金元素會改變鋼的切削加工性,例如,錳、硅、鎳、錫等都能提高鋼的強度和硬度。石墨的含量、形狀、大小影響著灰鑄鐵的切削加工性,促進石墨化的元素能改善鑄鐵的切削加工性,例如,碳、硅、鋁、銅、鎳等;阻礙石墨化的元素能降低鑄鐵的切削加工性,例如,錳、磷、硫、鉻、釩等。

3.金相組織就材料的金相組織而言,鋼中的珠光體有較好的切削加工性,鐵素體和滲碳體則較差;托氏體和索氏體組織在精加工時能獲得質量較好的加工表面,但必須適當降低切削速度；奧氏體和馬氏體切削加工性很差。

難加工材料種類繁多,高錳鋼、不銹鋼是常用的難加工材料。高錳鋼加工硬化嚴重,造成切削困難;導熱性差,僅為45鋼的1/4,切削溫度高,刀具易磨損;韌性大、塑性好,變形嚴重,不易斷屑。

不銹鋼中由于鉻、鎳含量較大,強度、韌性較好,加工硬化嚴重,易粘刀,斷屑困難;切屑與前刀面接觸長度較短,刀尖附近應力較大,易崩刃;導熱性差,切削溫度高,刀具耐用度低。不難看出,這些材料性能相差甚大,所以加工特點也不相同。只要從材料特性去把握它的切削特點,就能通過改變切削條件,來解決它們的切削問題。

2.1.3改善工件材料切削加工性的途徑1.進行適當?shù)臒崽幚?/p>

一般說來,將工件材料進行適當?shù)臒崽幚硎歉纳撇牧锨邢骷庸ば缘闹饕胧?。對于性質很軟、塑性很高的低碳鋼,加工時不易斷屑、容易硬化。往往采用正火的辦法,提高其強度和硬度、降低韌性,從而改善其切削加工性。對于硬度很高的高碳工具鋼,加工時刀具極易磨損。可以采用球化退火的辦法,降低其硬度,從而改善其切削加工性。【知識鏈接】實踐證明,材料硬度一般在170～230HBS左右時,其切削加工性最好。

2.改變加工條件

合理選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。對于鋁及鋁合金等易切削材料,為了減小積屑瘤和加工硬化等對已加工表面質量帶來的不利影響,通常選用大前角刀具和高的切削速度,并盡量把刀磨得鋒利、光整。對于不銹鋼材料,為了克服其容易加工硬化、導熱性差、切削溫度高、不易斷屑等突出問題,通常采用韌性好的K類硬質合金刀片、選用較大的前角和小的主偏角、采用較大的進給量等。3.采用新技術

采用新的切削加工技術也是解決某些難加工材料切削問題的有效措施。這些新加工技術是加熱切削、低溫切削、振動切削,在真空中切削等。例如,對耐熱合金、淬硬鋼、不銹鋼等難加工材料在切削部位加工工件上進行電阻、高頻感應、電弧加熱切削,通過切削區(qū)中材料溫度的增高,降低材料的抗剪切強度,減小接觸面間的摩擦系數(shù),可減小切削力。另外,加熱切削能減小沖擊振動,使切削過程平穩(wěn),從而提高了刀具的使用壽命?？傊?確定了材料的切削加工性能,對合理選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量以及改善材料切削加工性提供了重要依據(jù)。練習與思考

1.了解材料切削加工性的目的何在?2.影響工件材料切削加工性的因素有哪些?根據(jù)不銹鋼材料難加工的原因給出針對性的措施。3.如何改善工具鋼的切削加工性?第二節(jié)數(shù)控車削加工工藝路線的擬定2.2.1數(shù)控車削加工方案的確定

（根據(jù)編程步驟從圖樣分析確定加工方案）

一般根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結構形狀、尺寸及生產類型確定零件表面的數(shù)控車削加工方法及加工方案。1．數(shù)控車削外表面及端面加工方案的確定：(1)加工精度為IT7~IT8級、Ra0.8~1.6μm的除淬火鋼以外的常用金屬，可采用普通型數(shù)控車床，按粗車、半精車、精車的方案加工。

(2)加工精度為IT5~IT6級、Ra0.2~0.63μm的除淬火鋼以外的常用金屬，可采用精密型數(shù)控車床，按粗車、半精車、精車、細車的方案加工。

(3)加工精度高于IT5級、Ra<0.08μm的除淬火鋼以外的常用金屬，可采用高檔精密型數(shù)控車床，按粗車、半精車、精車、精密車的方案加工。(4)對淬火鋼等難車削材料，其淬火前可采用粗車、半精車的方法，淬火后安排磨削加工。

2．數(shù)控車削加工內表面加工方案的確定

(1)加工精度為IT8~IT9級、Ra1.6~3.2μm的除淬火鋼以外的常用金屬，可采用普通型數(shù)控車床，按粗車、半精車、精車的方案加工。

(2)加工精度為IT6~IT7級、Ra0.2~0.63μm的除淬火鋼以外的常用金屬，可采用精密型數(shù)控車床，按粗車、半精車、精車、細車的方案加工。

(3)加工精度為IT5級、Ra＜0.2μm的除淬火鋼以外的常用金屬，可采用高檔精密型數(shù)控車床，按粗車、半精車、精車、精密車的方案加工。

(4)對淬火鋼等難車削材料，淬火前可采用粗車、半精車的方法，淬火后安排磨削加工。2.2.2數(shù)控加工工藝分析

1.對零件圖進行數(shù)控加工工藝性分析

以統(tǒng)一基準標注方法或直接標注坐往往在考慮裝配等使用特性方面的標尺寸的方法既便于編程,也便于尺寸之問題,從而不得不采取局部分散的標注方間的相互協(xié)調,同時又保持了設計基準、法,如右圖所示。然而，這樣一來會給工工藝基準、測量基準與工件原點設置的序安排與數(shù)控加工帶來諸多不便。一致性。

從方便編程的角度考慮，同時考慮到數(shù)控機床加工精度及重復定位精度都較高，所以宜將局部分散的標注方法改為統(tǒng)一基準標注方法。

分析構成零件輪廓的幾何元素條件（1）三角形角度（2）勾股定理a2+b2=c2（3）三角函數(shù)

定位基準的選擇3.分析工件結構的工藝性圖(a)所示零件,需用三把不同寬度的切槽刀切槽,如無特殊需要,顯然是不合理的,若改成圖(b)所示結構,只需一把刀即可切出三個槽。既減少了刀具數(shù)量,少占了刀架刀位,又節(jié)省了換刀時間。2.2.3工序的劃分數(shù)控車削加工工序的劃分方法：１.以一次安裝所進行的加工作為一道工序２.以一個完整數(shù)控程序連續(xù)加工內容為一道工序４.以粗、精加工劃分工序５.按加工部位劃分工序３.以工件上的結構內容組合用一把刀具加工

為一道工序數(shù)控經常以一個完整的程序劃分３.以工件上的結構內容組合用一把刀具加工

為一道工序４.以粗、精加工劃分工序５.按加工部位劃分工序第一道工序第二道工序第三道工序第四道工序非數(shù)控車削加工工序的安排

(1)零件上有不適合數(shù)控車削加工的表面，如漸開線齒形、鍵槽、花鍵表面等，必須安排相應的非數(shù)控車削加工工序。(2)零件表面硬度及精度要求均高，熱處理需安排在數(shù)控車削加工之后，則熱處理之后一般安排磨削加工。

(3)零件要求特殊，不能用數(shù)控車削加工完成全部加工要求，則必須安排其他非數(shù)控車削加工工序，如噴丸、滾壓加工、拋光等。

(4)零件上有些表面根據(jù)工廠條件采用非數(shù)控車削加工更合理，這時可適當安排這些非數(shù)控車削加工工序，如銑端面打中心孔等。

數(shù)控加工工序與普通工序的銜接

數(shù)控工序前后一般穿插有其他普通工序，如銜接得不好就容易產生矛盾，最好的辦法是相互建立狀態(tài)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；對矯形工序的技術要求；對毛坯的熱處理狀態(tài)要求等。其目的是達到相互能滿足加工需要，且質量目標及技術要求明確，交接驗收有依據(jù)。數(shù)控以外的加工，為別的工序2.2.4加工順序的安排

加工順序的安排應根據(jù)工件的結構和毛坯狀況,選擇工件的定位和安裝方式,重點保證工件的剛度不被破壞,盡量減少變形,因此制定零件數(shù)控車削加工工序順序需遵循下列原則。

(1)先加工定位面，即上道工序的加工能為后面的工序提供精基準和合適的夾緊表面，不能互相影響。制定零件的整個工藝路線就是從最后一道工序開始往前推，按照前工序為后工序提供基準的原則先大致安排。

(2)先加工平面，后加工孔；先內后外,先加工工件的內腔,后進行外形加工；先加工簡單的幾何形狀，再加工復雜的幾何形狀。(3)根據(jù)加工精度要求的情況,可將粗、精加工合為一道工序。對精度要求高，粗精加工需分開進行的，先粗加工后精加工。(4)以相同定位、夾緊方式安裝的工序，最好接連進行，以減少重復定位次數(shù)、夾緊次數(shù)及空行程時間。(5)中間穿插有通用機床加工工序的要綜合考慮、合理安排其加工順序。(6)在一次安裝加工多道工序中,先安排對工件剛性破壞較小的工序。上述工序順序安排的一般原則不僅適用于數(shù)控車削加工工序順序的安排,也適用于其他類型的數(shù)控加工工序順序的安排。

調用程序要按加工順序工序安排：

先粗后精先近后遠

粗加工精加工工步順序和進給路線的確定工步順序安排的原則：上述工步順序安排的一般原則同樣適用于其他類型的數(shù)控加工工步順序的安排。３.內外交叉４.保證工件加工剛度５.同一把刀把能加工內容連續(xù)加工２.先近后遠１.先粗后細2.2.5工步順序和進給路線的確定確定進給路線(1)確定進給路線的主要原則

①首先按已定工步順序確定各表面加工進給路線的順序。②所定進給路線（加工路線）應能保證零件輪廓表面加工后的精度和粗糙度

要求。按照零件圖紙要求

③尋求最短加工路線（包括空行程路線和切削路線），減少行走時間以提高加工效率。

④要選擇零件在加工時變形小的路線，對橫截面積小的細長零件或薄壁零件應采用分幾次走刀加工到最后尺寸或對稱去余量法安排進給路線。⑤簡化數(shù)值計算和減少程序段,減小編程工作量。⑥據(jù)工件的形狀、剛度、加工余量和機床系統(tǒng)的剛度等情況,確定循環(huán)加工次數(shù)。循環(huán)即分幾次走刀加工？⑦合理設計刀具的切入與切出的方向。采用單向趨近定位方法,避免傳動系統(tǒng)反向間隙而產生的定位誤差。確定進給路線的工作重點，主要在于確定粗加工及空行程的進給路線，因精加工切削過程的進給路線基本上都是沿零件輪廓順序進行的。確定進給路線(2)確定粗加工進給路線

①常用的粗加工進給路線

a.“矩形”循環(huán)進給路線。右圖(a)所示為利用數(shù)控系統(tǒng)具有的矩形循環(huán)功能安排的“矩形”循環(huán)進給路線。

b.“三角形”循環(huán)進給路線。右圖(b)所示為利用數(shù)控系統(tǒng)具有的三角形循環(huán)功能安排的“三角形”循環(huán)進給路線。c．沿輪廓形狀等距線循環(huán)進給路線。右圖(c)所示為利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復合循環(huán)功能控制車刀沿著零件輪廓等距線循環(huán)的進給路線。d．階梯切削路線。右圖所示為車削大余量工件的兩種加工路線，右圖(a)是錯誤的階梯切削路線，右圖(b)按1-5的順序切削，每次切削所留余量相等，是正確的階梯切削路線。因為在同樣背吃刀量的條件下，按右圖(a)的方式加工所剩的余量過多。e．雙向切削進給路線。利用數(shù)控車床加工的特點，還可以放棄常用的階梯車削法，改用軸向和徑向聯(lián)動雙向進刀，順工件毛坯輪廓進給的路線.（見右圖）。②最短的粗加工切削進給路線

對以上三種切削進給路線，經分析和判斷后可知矩形循環(huán)進給路線的進給長度總和最短。因此，在同等條件下，其切削所需時間（不含空行程）最短，刀具的損耗最少，為常用粗加工切削進給路線，但也有粗加工后的精車余量不夠均勻的缺點，所以一般需安排半精加工。

常用的粗加工循環(huán)進給路線

平行于水平軸用直線靠近輪廓仿輪廓進行切削走刀對應指令G71指令G01指令G73指令“矩形”循環(huán)“三角形”循環(huán)沿輪廓形狀等距線循環(huán)確定進給路線(3)精加工進給路線的確定①最終輪廓的進給路線在安排一刀或多刀進行的精加工進給路線時，其零件的最終輪廓應由最后一刀連續(xù)加工而成，并且加工刀具的進刀、退刀位置要考慮妥當，盡量不要在連續(xù)的輪廓中切入和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等缺陷。

②換刀加工時的進給路線主要根據(jù)工步順序要求決定各刀加工的先后順序及各刀進給路線的銜接。

③切人、切出及接刀點位置的選擇應選在有空刀槽或表面間有拐點、轉角的位置，而曲線要求相切或光滑連接的部位不能作為切人、切出及接刀點位置。數(shù)控車床車削端面加工路線如左下圖所示,A-B-C-Op-D,其中A為換刀點,B為切入點,C-Op為刀具切削軌跡,Op為切出點,D為退刀點。數(shù)控車床車削外圓的加工路線如右下圖所示A-B-C-D-E-F,其中A為換刀點,B為切入點,C-D-E為刀具切削軌跡,E為切出點,F為退刀點。④各部位精度要求不一致的精加工進給路線若各部位精度相差不是很大時，應以最嚴的精度為準，連續(xù)走刀加工所有部位；若各部位精度相差很大，則精度接近的表面安排在同一把刀走刀路線內加工，并先加工精度較低的部位，最后再單獨安排精度高的部位的走刀路線。刀具切入方向刀具切出方向車削端面車削外圓

數(shù)控車床車削端面路線

車削端面和外圓切入、切出要領數(shù)控車床車削外圓路線A→B→C→Op→DA→B→C→D→E→F確定進給路線(4)空行程最短進給路線的確定

在保證加工質量的前提下，使加工程序具有空行程最短的進給路線，不僅可以節(jié)省整個加工過程的執(zhí)行時間，還能減少機床進給機構滑動部件的磨損等。

①合理設置起刀點下圖(a)所示為采用矩形循環(huán)方式進行粗車的一般情況示例。其對刀點O的設定是考慮到加工過程中需方便地換刀，故設置在離零件較遠處，同時將起刀點與其對刀點重合在一起，粗車的進給路線安排如下。

第一刀O—1—2—3—O。

第二刀O—4—5—6—O。

第三刀O—7—8—9—O。圖(b)所示則是將循環(huán)加工的起刀點與對刀點分離，并設圖示1點位置，仍按相同的切削量進行粗車，其進給路線如下。循環(huán)加工的起刀點與對刀點分離的空行程O—1。第一刀1—2—3—4—1。

第二刀1—5—6—7—1。

第三刀1—8—9—10—1。顯然，圖(b)所示的進給路線短。該方法也可用在其他循環(huán)（如螺紋車削）切削加工中。②合理設置換（轉）刀點為了考慮換（轉）刀的方便和安全，有時也可將換（轉）刀點設在離零件較遠的位置處（如圖中的O點），那么，當換第二把刀后，進行精車時的空行程路線必然也較長；如果將第二把刀的換刀點也設置在圖(b)中的1點位置上（因工件已去掉一定的余量），則可縮短空行程距離，但一定要注意換刀過程中不能發(fā)生碰撞。

③合理應用“回零”路線當車削比較復雜輪廓的零件而用手工編程時，為使其計算過程盡量簡化，既不出錯，又便于校核，編程者有時會將每一刀加工完后的刀具終點通過執(zhí)行“回零”（即返回對刀點）指令返回到對刀點位置，然后再執(zhí)行后續(xù)程序。這樣會增加進給路線的距離，從而降低生產效率。因此，在合理安排“回零”路線時，應盡量縮短前一刀終點與后一刀起點間的距離，或者使其為零，即可滿足進給路線為最短的要求。另外，在選擇返回對刀點指令時，在不發(fā)生加工干涉現(xiàn)象的前提下，宜盡量采用X、Z坐標軸雙向同時“回零”指令，則該指令功能的“回零”路線將是最短的。遠近確定進給路線(5)特殊的進給路線

在數(shù)控車削加工中，一般情況下，Z坐標軸方向的進給運動都是沿著負方向進給的，但有時按這種方式安排進給路線并不合理，甚至可能車壞零件。前圖所示零件加工，當采用尖頭車刀加工大圓弧外表面時，有兩種不同的進給路線，其結果大不相同。對于左圖(a)所示的第一種進給路線（沿Z軸負方向），因切削時尖頭車刀的主偏角為100o-105o，這時切削力在X向的分力Fp將沿著圖2-17所示的正X方向作用，當?shù)都膺\動到圓弧的換象限處，即由負Z、負X向負Z、正X變換時，吃刀抗力F，馬上與傳動橫拖板的傳動力方向相同，若絲桿螺母有傳動間隙，就可能使刀尖嵌入零件表面（即“扎刀”），其嵌入量在理論上等于其機械傳動間隙量e（見中圖）。即使該間隙量很小，由于刀尖在X方向換向時，橫向拖板進給過程的位移量變化也很小，加上處于動摩擦與靜摩擦之間呈過渡狀態(tài)的拖板慣性的影響，仍會導致橫向拖板產生嚴重的爬行現(xiàn)象，從而大大降低零件的表面質量。對于左圖(b)所示的進給方法，因為尖刀運動到圓弧的換象限處，即由正Z、負X向正Z、正X方向變換時，吃刀抗力Fp與絲杠傳動橫向拖板的傳動力方向相反（見右圖），不會受絲桿螺母傳動間隙的影響而產生嵌刀現(xiàn)象，所以左圖(b)所示進給路線是較合理的。

此外，在車削螺紋時，有一些多次重復進給的動作，且每次進給的軌跡相差不大，這時進給路線的確定可采用系統(tǒng)固定循環(huán)功能。刀具沿Ｘ負向加工，絲桿與螺母向上貼合，由于絲桿與螺母的傳動間隙，當突然改變方向，由負轉向為正時，絲桿與螺母向相反方向貼合，此時由于切削力的作用，刀具快速向下移動傳動間隙ｅ值，刀尖嵌入零件表面（即“扎刀”）“扎刀”“合理”3.確定對刀點與換刀點

對刀點就是刀具相對工件運動的起點。在程編時不管實際上是刀具相對工件移動，還是工件相對刀具移動，都是把工件看作靜止的而刀具在運動，因此常把對刀點稱為程序原點，也稱工件編程原點，即工件原點。對刀點的選擇應遵循“找正和編程容易、對刀誤差小、檢查方便”的原則。在實際生產中，對刀誤差可以通過試切加工進行調整。對刀點即工件原點選定后，即確定了機床坐標系和工件坐標系之間的相互位置關系。刀具在機床上的位置是由“刀位點”的位置來表示的。不同的刀具，刀位點不同。

對車刀、鏜刀類刀具，刀位點為其刀尖。對刀點找正的準確度直接影響加工精度，對刀時，應使“刀位點”與“對刀點”一致。

對刀點選擇的原則，主要是考慮對刀點在機床上對刀方便、便于觀察和檢測，編程時便于數(shù)學處理和有利于簡化編程。對刀點可選在零件或夾具上。為提高零件的加工精度，減少對刀誤差，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上，如以孔定位的零件，應將孔的中心作為對刀點；對車削加工，則通常將對刀點設在工件外端面的中心上，如下圖（b）所示，工件原點即為對刀點。對刀點Ｗ

稱為程序原點，也稱工件編程原點，也即工件原點工件原點工件原點工件原點對刀點選擇的原則，主要是１.考慮對刀點在機床上對刀方便、便于觀察和檢測，２.編程時便于數(shù)學處理和有利于簡化編程。３.對刀點可選在零件或夾具上。４.為提高零件的加工精度，減少對刀誤差，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上，如，以孔定位的零件，應將孔的中心作為對刀點；對車削加工，則通常將對刀點設在工件外端面的中心上，如下圖所示，工件原點即為對刀點。后置刀架刀位點刀位點是指在加工程序編制中,用以表示刀具特征的點,也是對刀和加工的基準點。對于車刀,各類車刀的刀位點如圖所示。裝刀與對刀是數(shù)控機床加工中極其重要并十分棘手的一項基本工作。對刀的好與差,將直接影響到加工程序的編制及零件的尺寸精度。一般對刀時，應使“刀位點”與“對刀點”一致確定對刀點與換刀點

換刀點是為加工中心、數(shù)控車床等多刀加工的機床程編而設置的，因為這些機床在加工過程中間要進行換刀。為防止換刀時碰傷零件或夾具，換刀點常常設置在被加工零件的外面，并有一定的安全量。對數(shù)控車床、鏜銑床、加工中心等多刀加工數(shù)控機床，在加工過程中需要進行換刀，故編程時應考慮不同工序之間的換刀位置(即換刀點)。為避免換刀時刀具與工件及夾具發(fā)生干涉，換刀點應設在工件的外部，如上圖（a）所示。（a）換刀點起刀點通常在數(shù)控車床多把刀加工時，起刀點和換刀點重合

數(shù)控車床的對刀點、起刀點和換刀點

對刀點——程序原點、工件原點起刀點的設置起刀點的設置對刀就是尋找、確定工件原點起刀點遠起刀點近第三節(jié)數(shù)控車床常用夾具

數(shù)控車床工件的裝夾2.3.1三角自動定心卡盤數(shù)控車床工件的裝夾2.3.2四爪單動卡盤四爪視頻卡盤第四節(jié)刀具選擇2.4.1刀具材料應具備的性能⒈足夠的硬度和良好的耐磨性⒉足夠的強度和韌性⒊高耐熱性⒋熱導率大⒌良好的工藝性和經濟性其他刀具材料⒈陶瓷①高純氧化物陶瓷(礦物陶瓷)。②復合陶瓷(金屬陶瓷)。⒉人造聚晶金剛石⒊立方氮化硼(CBN)2.4.2材料種類：

高速鋼刀具：加工有色金屬、各種金屬材料，做復雜成形刀；

硬質合金刀具：加工不銹鋼、鑄鐵、淬火鋼、耐熱鋼；涂層刀具：使硬質合金刀具耐用度大大提高；非金屬刀具：加工鑄鐵、翠火鋼、石墨制品、玻璃鋼、硬質合金；硬質合金、非鐵金屬材料等。在車床上以70m/min的切削速度精加工右圖所示大端φ50,小端φ45的材料為45鋼零件,試選用合理刀具材料。分析:選擇刀具材料時,要考慮的主要是:工件材料、切削加工速度和不同的切削加工階段:粗車、精車和半精車等;切削速度在很大程度上決定著刀具材料的選用。常用刀具材料的選用:⒈低速切削時的刀具材料

部分刀具常用工具鋼碳素工具鋼和合金工具鋼僅適合制作手用鉸刀、圓板牙等手用刀具,而手用刀具的切削速度不會超過10m/min。只有高速鋼才是機加工刀具的主要材料,但高速鋼材料的耐熱溫度僅600~700℃,在使用中,切削中碳鋼時,切削速度一般不能大于30m/min。高速鋼成形工藝性能好,在形狀復雜刀具制作中,占主要地位。刀具種類碳素工具鋼合金工具鋼高速鋼車刀、鏜刀﹣﹣W18Cr4V(T1),W6Mo5Cr4V2(M2鉬系)成形車刀﹣﹣W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2麻花鉆﹣﹣W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2機用鉸刀﹣﹣W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2手用鉸刀T12A9SiCr﹣拉刀﹣CrWMnW18Cr4V圓板牙T12A,T10A9SiCr﹣幾種高速鋼的力學性能高速鋼機械性能粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是把煉好的高速鋼液,在保護性氣罐中,在高壓氧氣或純氮氣等惰性氣體中霧化成細小粉末,并在高速冷卻下獲得細小而均勻的結晶組織,然后將粉末在高溫、高壓下壓制成緊密鋼坯,最后用一般鍛造或軋制方法成形。與熔煉的高速鋼相比,粉末冶金高速鋼有如下特點:提高了強度和硬度；減小熱處理變形與內應力。粉末冶金高速鋼適用于制造切削難加工材料的刀具,特別適用于制造各種精密刀具和形狀復雜的刀具。⒉高速切削時的刀具材料常用硬質合金的牌號及用途

耐熱溫度達800~1000℃切削速度100m/min⑴P類硬質合金(YT)主要成分為WC+TiC+Co用蘭色標志,具有較高的耐熱性、較好的抗黏結、抗氧化能力;主要用于加工長切屑的黑色金屬;不適宜切削含Ti元素的不銹鋼,因Ti和刀具親和加劇磨損牌號中數(shù)字越大,Co含量越多,韌性越好,承受沖擊性能好;對于前頁例中以70m/min的速度車削45鋼零件最好選擇P類硬質合金,精加工對刀具材料的耐磨性要求較高,所以選擇刀具牌號P01⑵K類硬質合金(YG)主要成分為WC+Co用紅色標志,主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬車削Cr18Ni9Ti不銹鋼材料,如何選擇?Cr18Ni9Ti為塑性材料,似乎可選P類硬質合金;但此不銹鋼材料含Ti元素,采用P類硬質合金親和作用發(fā)生黏結而加劇刀具磨損,使工件表面粗糙;選K類比較合理⑶W類硬質合金(YW)主要成分為WC+TiC+4%TaC(NbC)+Co用黃色標志,具有高的耐熱性和高溫硬度主要用于加工黑色金屬和有色金屬種類牌號相近舊牌號主要用途P類P30YT5粗加工鋼料P10YT15半精加工鋼料(鎢鈦鈷類)P01YT30精加工鋼料K類K30YG8粗加工鑄鐵、有色金屬及其合金(鎢鈷類)K20YG6半精加工鑄鐵、有色金屬及其合金K10YG3精加工鑄鐵、有色金屬及其合金W類W10YW1半精加工、精加工難加工材料[鎢鈦鉭(鈮)鈷類]W20YW2粗加工、斷續(xù)切削難加工材料表：2-13刀片材料型號：

P類(適合加工鋼類)表：2-15刀片材料型號：

K類(適合加工鑄鐵等)表：2-14刀片材料型號：

M類(適合加工不銹鋼等)

硬質合金的選用粗加工時,切削用量大,切削抗力大,有時還有沖擊和振動。這時要求刀具材料具有高的抗彎強度和沖擊韌性,應選用含鈷量高的硬質合金,如YG8、YT5等。精加工時,要求加工精度較高,表面粗糙度值小、切削量小,切削力也小,切削過程比較平穩(wěn),一般情況下的切削速度比較高,要求刀具材料的硬度、耐磨性及耐熱性高,以保持刀刃的鋒利、平直及穩(wěn)定的幾何形狀,應選擇含鈷量少的硬質合金,如YG3、YT30等。切削不規(guī)則的工件,要求刀具抗沖擊能力強,一般應選擇含鈷量較高的硬質合金,如YG8、YT5等。切削鑄鐵等脆性材料,一般形成崩碎切屑,切削力和切削熱都集中在刀尖附近,切削不平穩(wěn),有沖擊和振動,要求刀具有較高的抗彎強度、韌性和導熱性,宜選用YG類硬質合金。切削鋼等塑性材料時,一般形成帶狀切屑,塑性變形大,摩擦力大,切削溫度高,切削過程連續(xù)而且平穩(wěn),要求刀具材料有較高的硬度、耐磨性和耐熱性,宜選用YT類硬質合金。切削不銹鋼、高強度鋼、高溫合金及鐵合金等較難加工材料時,由于這類材料的強度高,韌性大,黏附性強,切削力大,切削溫度較高,導熱性差,因而對刀具材料的抗彎強度、韌性及導熱性的要求更高,宜選用YG類硬質合金。YW類硬質合金,一般是在YT類中,使用TaC(NbC)代替部分TiC。硬質合金中加入TaC(NbC)后,提高了刀具的抗彎強度和沖擊韌度,同時,耐磨性和耐熱性也有所提高。這類硬質合金刀具,既可切削加工鑄鐵和非鐵合金材料(如銅、鋁合金),也可以加工各類鋼料,主要用于加工較難加工材料。

其他硬質合金隨著科學技術的發(fā)展,對刀具材料的要求越來越高,上述常用的刀具材料已難以滿足使用要求,因此,不斷開發(fā)出許多其他硬質合金。①碳化鈦基硬質合金(YN類)。YN有較高的耐磨性和耐熱性,但韌性較差,主要用于碳鋼、合金鋼、工具鋼、淬火鋼等材料的連續(xù)切削和精加工,對尺寸較大和表面粗糙度值要求較小的工件精加工,可獲得更好的效果。②鋼結硬質合金(YE類)。其性能介于硬質合金和高速鋼之間,具有良好的耐磨性和耐熱性,良好的韌性和可切削加工性,且有良好的鍛造與熱處理性。因此,可用于制造鉆、銑刀等結構復雜的刀具。③細晶粒和超細晶粒硬質合金。晶粒細化可提高硬質合金的硬度,但抗彎強度會有所降低。如果在細化晶粒的同時,又增加黏結劑的含量,使黏結層保持一定厚度,即增大了黏結面積,則既可增加硬度,又可提高抗彎強度。如YG1OH類(含鈷量增至9%~15%)就屬于這種硬質合金。細晶粒和超細晶粒硬質合金,主要用于原來只能用高速鋼制造的刀具,如齒輪滾刀等。④表面涂層硬質合金。與非涂層刀具相比較,涂層硬質合金刀具可降低切削力和切削溫度,極大地提高了刀具的耐磨性和刀具的壽命,且提高了工件的加工表面質量。涂層硬質合金刀具主要用于機夾不重磨的刀片,作為精加工和半精加工,適用于各種鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工或負荷輕的粗加工等。氮鋁鈦TiAlN碳氮鈦TiCN碳氮鋁鈦TiAlCN碳氮鈦多層TiCN-MP超級氮化碳S-TiNCOATINGTOOL

2.4.3數(shù)控車削刀具

車刀的種類和用途

刀具的種類外圓和端面車刀內孔車刀2、刀具類型：（1）按進刀方向：左、右、中間進刀；（2）按加工位置：內孔、外圓、端面；（3）按加工形狀：槽、螺紋、仿形。車刀內孔用刀具的種類整體式焊接式機械夾固式類型特點應用場合整體式整體高速鋼制造、刃磨鋒利小型車床、加工有色金屬、成形車刀焊接式焊接硬質合金或高速鋼刀片,各類車刀,特別是小刀具結構緊湊,使用靈活機械夾固式機夾重磨式避免焊接刀缺點,使用靈活方便各類車刀機夾可轉位式避免焊接刀缺點,高效特別適用于數(shù)控機床結構上分:加工表面特征上分:普通車刀和成形車刀車刀可換式刀片的裝夾１、從結構上可分為：整體式，鑲嵌式，內冷式，減振式，機夾可轉位刀具等。２、從加工工藝上可分為：車刀，鉆刀（鉆頭），鏜刀，銑刀。３、數(shù)控“刀具”的發(fā)展趨勢：由整體式工具系統(tǒng)向模塊式工具系統(tǒng)發(fā)展。有利于提高勞動生產率，提高加工效率，提高產品質量。數(shù)控刀具的要求與特點１、要有很高的切削效率。提高切削速度致關重要，硬質合金刀具切削速度可達500~600m/min,陶瓷刀具可達800~1000m/min２、要有很高的精度和重復定位精度，一般3~5μ或者更高。３、要有很高的可靠性和耐用度，是選擇刀具的關鍵指標,４、實現(xiàn)刀具尺寸的預調和快速換刀，縮短輔助時間提高加工效率５、具有完善的模塊式工具系統(tǒng)，儲存必要的刀具以適應多品種零件的生產６、建立完備的刀具管理系統(tǒng)，以便可靠、高效、有序的管理刀具系統(tǒng)７、要有在線監(jiān)控及尺寸補償系統(tǒng)，監(jiān)控加工過程中刀具的狀態(tài)，提高加工可靠度。數(shù)控刀具的種類數(shù)控車削用常規(guī)刀具尖形車刀:刀尖由直線形的主切削刃和副切削刃相交構成90°內外圓車刀左右端面車刀切槽(切斷)車刀刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀尖形車刀幾何角度選擇應結合數(shù)控加工(加工路線、加工干涉)的特點圓弧形車刀:以圓度或線輪廓誤差很小的圓弧形切削刃為特征車刀圓弧刃上每一點都是圓弧形車刀的刀尖,因此編程使用的刀位點不在圓弧上,在圓心刀位點也是對刀和加工的基準點圓弧形車刀可用于車削內外表面,特別適用于車削各種光滑連接(凹形)的成形面成形車刀數(shù)控加工中盡量少用或不用成形車刀分三類外圓車刀外螺紋車刀內圓車刀內螺紋車刀切斷刀具

中心鉆孔加工刀具:

鏜刀

絲錐

······

常規(guī)刀具機床中心高/mm150180~200260~300350~400方刀柄斷面H2/mm2(16)2(20)2(25)2(30)2矩形刀斷面B×H/mm×mm12×2016×2520×3025×40常用車刀刀柄截面尺寸數(shù)控車削用可轉位刀具要求特點目的

刀片采用M級或更高精度等級保證刀片重復定位精度,方便坐標設定,保證刀尖位置精度精度高刀桿多采用精密級

用帶微調裝置的刀桿在機外預調好

采用斷屑可靠性高的斷屑槽型或有斷

可靠性高屑臺和斷屑器的車刀斷屑穩(wěn)定,不能有紊亂和帶狀切屑

采用結構可靠的車刀,復合式夾緊結適應刀架快速移動和換位以及整個自動切削過程中夾

構和夾緊可靠的其他結構緊不得有松動的要求換刀迅速采用車削工具系統(tǒng)迅速更換不同形式的切削部件,完成多種切削加工,提采用快換小刀架高生產效率刀片材料較多采用涂層刀片滿足生產節(jié)拍要求,提高加工效率刀桿截形較多采用正方形刀桿,但因刀架系統(tǒng)刀桿與刀架系統(tǒng)匹配結構差異大,有的需采用專用刀桿

知識點◎可轉位機夾車刀刀片◎可轉位機夾車刀刀柄◎可轉位車刀的夾緊形式◎機械夾固刀的合理使用技能點◎可轉位成形車刀刀片型號的識別及選擇

在生產實踐中,人們摸索出了合理的刀具幾何參數(shù),將這些合理參數(shù)壓制在硬質合金刀片上,用機械夾固的方法,將其固定在標準刀桿上,這就是機械夾固式車刀。圖

所示為用在機夾可轉位式車刀上的硬質合金刀片。要想充分發(fā)揮機械夾固式車刀的作用,首先必須熟悉硬質合金刀片的型號,例如型號為TNUM160308FRA4的硬質合金刀片,其中各字母和數(shù)字代表哪些參數(shù),如何根據(jù)加工要求選擇相應型號的硬質合金刀片;其次,要正確、合理地使用它。

機械夾固式車刀使用方便高效,并能克服常用焊接式車刀存在的諸如在焊接和刃磨時常產生內應力,極易導致裂紋而造成工作時產生崩刃或打刀,刀桿不能重復使用等缺點。因此,在加工自動線上,尤其在數(shù)控機床上推廣使用機械夾固式車刀,特別是其中的可轉位式車刀,對提高勞動生產率,意義重大。硬質合金刀片可轉位刀片型號及其選用1、刀片型號代碼CNMG120408RPF12345678910如，刀片型號，刀片牌號VAMT120408RPF，YB235VCGT120404RPF，YB2352、選用（1）刀片夾固系統(tǒng)；（2）刀片型號；（3）刀片刀尖圓??；（4）刀片材料型號：

PKM類適合加工材料：鋼鑄鐵合金鋼及不易加工材料對應表：2-132-152-14可轉位刀片型號及其選用號位12345678910表達刀片法后角刀片類型刀片刀片刀尖圓角切削刃截切削斷屑槽類特性形狀精度邊長厚度半徑面形狀方向型與寬度說明字母字母字母字母數(shù)字數(shù)字數(shù)字字母字母字母+數(shù)字實例TNUM16O3O8FRA4刀片型號刀片型號刀片型號代碼CNMG120408RPF12345678910如，刀片型號，刀片牌號VAMT120408RPF，YB235VCGT120404RPF，YB235可轉位刀片型號及其選用1、刀片型號代碼CNMG120408RPF12345678910可轉位刀片形狀F可轉位硬質合金車刀刀片形狀示意圖刀片形狀應用場合正三邊形T用于60o、90o、93o外圓、端面、內孔車刀正四邊形S用于外圓、端面、內孔、倒角車刀帶副偏角三角形F用于90o外圓、端面、內孔車刀凸三邊形W用于90o外圓、端面、內孔車刀正五邊形P用于工藝系統(tǒng)剛性較好時,不能兼做外圓和端面車刀圓形R用于車削曲面、成形面、精車菱形V、D用于數(shù)控車床法后角3o5o7o15o20o25o30o0o11o其他(需專門說明)代號ABCDEFGNPO代號固定方式斷屑槽代號固定方式斷屑槽代號固定方式斷屑槽N無固定孔無A圓形孔無B單面70~90o沉孔無R單面有M單面有H單面有F雙面有G雙面有C雙面70~90o沉孔無W單面40~60o沉孔無Q雙面40~60o沉孔無J雙面有T單面有U雙面有X其他,需圖形并附加說明可轉位車刀法后角可轉位刀片的類型可轉位刀片斷屑槽類型常用斷屑槽特點及適用場合槽型特點正前角,零刃傾角切削刃上各點前角相同,槽型簡單,常用槽型正前角,正刃傾角刀片制出6°刃傾角,減小了徑向切削力變截面切削刃上各點槽深、槽寬、刃傾角不同,槽型復雜,但斷屑穩(wěn)定,切屑不飛濺,應用范圍較廣刀片夾固系統(tǒng)號位12345678910表達夾緊刀片車刀頭部刀片法切削車刀刀柄刀柄刀片緊密刀柄的特性方式形式形式后角方向高度寬度長度邊長測量基準說明字母字母字母字母字母數(shù)字數(shù)字字母數(shù)字字母實例CTGNR3225M16Q代號夾緊方式C裝無孔刀片,利用壓板從刀片上方將刀片夾緊M裝圓孔刀片,利用刀片孔從刀片上方將刀片夾緊P裝圓孔刀片,利用刀片孔將刀片夾緊S裝沉孔刀片,用螺釘直接穿過刀片孔將刀片夾緊夾緊方式刀柄型號代號頭部形式代號頭部形式代號頭部形式代號頭部形式A90o直頭側切F90o偏頭端切L95o偏頭側切及端切T60o偏頭側切B75o直頭側切G90o偏頭側切M50o直頭側切U93o偏頭端切C90o直頭端切H107.5o偏頭側切N63o直頭側切V72.5o直頭側切D45o直頭側切J93o偏頭側切R75o偏頭側切W90o偏頭端切E60o直頭側切K75o偏頭端切S45o偏頭側切Y90o偏頭端切代號ABCDEFGHJKLM長度32405060708090100110125140150代號NPQRSTUVWXY長度160170180200250300350400450特殊尺寸500刀柄長度車刀頭部形式第五節(jié)切削用量的選擇

2.5.1零件表面的形成和車床切削運動

切削運動和切削過程中的三個表面

主運動

主運動必定有,一般只有一個進給運動

進給運動以有多個,但也可能沒有切削運動VVf前刀面Aγ(主)后刀面前刀面Aγ(副)后刀面主切削刃副切削刃刀尖(三面二刃一尖)(過渡表面)切削刀具的主偏角“k”切削用量三要素：1、切削速度v或主軸轉速n2、背吃刀量或吃刀深度3、切削進給速度Vf或進給量數(shù)控機床加工的切削用量：（3要素）1、切削速度vc（或主軸轉速n）；2、切削深度ap（銑床：背吃刀量）；3、進給量f（或進給速度Vf）。一般，粗加工以提高效率為主，可選大；半精和精加工，以保證質量，選小。切削用量三要素切削速度Vc=;n=背吃刀量αp=進給量f:進給速度Vf=nf(進給量)(mm/min)(mm/r)矢量Vc=V+vfπDn10001000VcπDD–d2切削用量的選擇先選擇背吃刀量αp,再選擇進給量f,最后選擇切削速度Vc⒈背吃刀量αp的選擇:余量大或工藝系統(tǒng)剛性差:分兩(或多)次切除:第一次進給的背吃刀量αp1=(2/3~3/4)A第二次進給的背吃刀量αp2=(1/3~1/4)A⒉進給量f的選擇:一般在100~200mm/min切斷、加工深孔20~50mm/min加工精度、表面粗糙度要求高20~50mm/min⒊切削速度Vc的選擇:應根據(jù)加工性質和刀具材料進行選擇:

普通高速鋼刀具<30m/min精加工硬質合金刀具<100m/min總之,切削用量的具體數(shù)值應根據(jù)加工要求、機床性能、相關經驗類比確定材料切除率Q??衡量切削效率高低的指標之一單位時間內所切除材料的體積。Q=