數(shù)控車工第三章-數(shù)控車床加工基礎(chǔ)課件

1、 數(shù)控車工 （技師、高級技師）第三章數(shù)控車床加工基礎(chǔ)第三章能根據(jù)實際情況確定工件的加工余量，掌握零件在數(shù)控車床上的定位與裝夾，能根據(jù)需要設(shè)計制作專用夾具。掌握數(shù)控車削加工刀具的準備。能依據(jù)切削條件和刀具條件估算刀具的使用壽命，能推廣應(yīng)用新刀具。 第一節(jié)加工余量的確定一、加工余量的概念加工余量是指加工過程中切去金屬層的厚度。余量有工序余量和加工總余量之分。圖3-1工序余量與工序尺寸及其公差的關(guān)系對于被包容面 第一節(jié)加工余量的確定對于包容面 第一節(jié)加工余量的確定圖3-2雙邊余量 第一節(jié)加工余量的確定二、影響加工余量的因素1.上道工序的各種表面缺陷和誤差(1)上道工序表面粗糙度Ra和缺陷層Da為了使

2、工件的加工質(zhì)量逐步提高，一般每道工序都應(yīng)切到待加工表面以下的正常金屬組織，將上道工序留下的表面粗糙度Ra和缺陷層Da全部切去，如圖3-3所示。(2)上道工序的尺寸公差Ta從圖3-1可知，上道工序的尺寸公差Ta直接影響本工序的基本余量，因此，本道工序的余量應(yīng)包含上道工序的尺寸公差Ta。(3)上道工序的形位誤差(也稱空間誤差) a當(dāng)形位公差與尺寸公差之間的關(guān)系是包容要求時，尺寸公差控制形位誤差，可不計a值。 第一節(jié)加工余量的確定2.本工序的裝夾誤差 第一節(jié)加工余量的確定圖3-5裝夾誤差對加工余量的影響 第一節(jié)加工余量的確定三、確定加工余量的方法(1)經(jīng)驗估算法此法是憑工藝人員的實踐經(jīng)驗估計加工余量

3、。(2)查表修正法將工廠生產(chǎn)實踐和試驗研究積累的有關(guān)加工余量的資料制成表格，并匯編成手冊。(3)分析計算法此法是根據(jù)上述的加工余量計算公式和一定的試驗資料，對影響加工余量的各項因素進行綜合分析和計算來確定加工余量的一種方法。 第一節(jié)加工余量的確定一、基準重合時工序尺寸及其公差的計算1)確定毛坯總余量和工序余量。2)確定工序公差。3)計算工序基本尺寸。4)標注工序尺寸公差。 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點圖3-6孔加工余量、公差及工序尺寸分布圖 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點二、基準不重合時工序尺寸及其公差的計算1.工藝尺寸鏈(1)工藝尺寸鏈的概念1)工藝尺寸鏈的定義。圖3-7定位基準與設(shè)計基準不重

4、合的工藝尺寸鏈 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點2)工藝尺寸鏈的特征。 關(guān)聯(lián)性。任何一個直接保證的尺寸及其精度的變化，必將影響間接保證的尺寸及其精度。如上例尺寸鏈中，尺寸A1和A2的變化都將引起尺寸A的變化。 封閉性。尺寸鏈中各個尺寸的排列呈封閉性，如上例中的A1A2A，首尾相接組成封閉的尺寸組合。3)工藝尺寸鏈的組成。圖3-8測量基準與設(shè)計基準不重合的工藝尺寸鏈 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點 封閉環(huán)。工藝尺寸鏈中間接得到的尺寸稱為封閉環(huán)。它的基本屬性是派生性，隨著別的環(huán)的變化而變化。圖3-7和圖3-8中的尺寸A均為封閉環(huán)。一個工藝尺寸鏈中只有一個封閉環(huán) 組成環(huán)。工藝尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的其他環(huán)稱

5、為組成環(huán)。根據(jù)其對封閉環(huán)的影響不同，組成環(huán)又可分為增環(huán)和減環(huán)。 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點 組成環(huán)的判別。可采用下述方法迅速判別增、減環(huán)：在工藝尺寸鏈圖上，先給封閉環(huán)任定一方向并畫出箭頭，然后沿此方向環(huán)繞尺寸鏈回路，依次給每一組成環(huán)畫出箭頭，凡箭頭方向和封閉環(huán)相反的則為增環(huán)，相同的則為減環(huán)。(2)工藝尺寸鏈計算的基本公式工藝尺寸鏈計算的關(guān)鍵是正確地確定封閉環(huán)，否則計算結(jié)果是錯的。1)封閉環(huán)的基本尺寸。2)封閉環(huán)的極限尺寸。3)封閉環(huán)的平均尺寸。4)封閉環(huán)的上、下偏差。5)封閉環(huán)的公差。 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點2.數(shù)控編程原點與設(shè)計基準不重合的工序尺寸計算圖3-9編程原點與設(shè)計基準不重合

6、時的工序尺寸換算 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點(1)計算Z2的工序尺寸及其公差(2)計算Z3的工序尺寸及其公差(3)計算Z4的工序尺寸及其公差(4)計算Z5的工序尺寸及其公差 第二節(jié)工序尺寸及其公差的缺點一、機夾可轉(zhuǎn)位刀片及代碼1.可轉(zhuǎn)位刀片的表示方法圖3-10可轉(zhuǎn)位刀片的表示方法 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)表3-1可轉(zhuǎn)位刀片十個號位表示的內(nèi)容 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-11上壓式裝夾結(jié)構(gòu)(1)上壓式(圖3-11)1)結(jié)構(gòu)特點。2)適用場合。2.機夾可轉(zhuǎn)位車刀刀片的夾緊方式 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-12鉤銷式裝夾結(jié)構(gòu)(2)鉤銷式(圖3-12)1)結(jié)構(gòu)特點。2)適用場合。 第三節(jié)數(shù)控車削

7、用道具系統(tǒng)圖3-13杠桿式裝夾結(jié)構(gòu)(3)杠桿式(圖3-13)1)結(jié)構(gòu)特點。2)適用場合。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-14杠銷式裝夾結(jié)構(gòu)(4)杠銷式(圖3-14)1)結(jié)構(gòu)特點。2)適用場合。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(5)偏心銷式(圖3-15)1)結(jié)構(gòu)特點。2)適用場合。圖3-15偏心銷式裝夾結(jié)構(gòu) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(6)壓孔式(圖3-16)1)結(jié)構(gòu)特點。2)適用場合。圖3-16壓孔式裝夾結(jié)構(gòu) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(7)楔銷式(圖3-17)圖3-17楔銷式裝夾結(jié)構(gòu) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-18復(fù)合式裝夾結(jié)構(gòu)(8)復(fù)合式(圖3-18)1)結(jié)構(gòu)特點。2)適用場合。 第三節(jié)數(shù)控車削

8、用道具系統(tǒng)表3-2各種夾緊方式最合適的加工范圍3.可轉(zhuǎn)位刀片的選擇(1)刀片材料的選擇車刀刀片的材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(2)刀片尺寸的選擇刀片尺寸的大小取決于必要的有效切削刃長度L，有效切削刃長度與背吃刀量ap和主偏角r有關(guān)，如圖3-19所示。圖3-19有效切削刃(3)刀片形狀的選擇刀片形狀主要依據(jù)被加工工件的表面形狀、切削方法、刀具壽命和刀片的轉(zhuǎn)位次數(shù)等因素來選擇。圖3-20刀尖角度與性能關(guān)系 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(4)刀片的刀尖圓弧半徑選擇刀尖圓弧半徑的大小直接影響刀尖的強度及被加工零件

9、的表面粗糙度。圖3-21刀尖圓弧半徑與表面粗糙度、刀具壽命關(guān)系 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)二、數(shù)控車削刀具系統(tǒng)的形式圖3-22刀塊式車刀系統(tǒng) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-23圓柱齒條式刀柄車刀系統(tǒng) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-24小刀頭刀具 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-25刀具的正常磨損形式三、刀具磨損和刀具壽命1.刀具磨損形式 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(1)前刀面磨損在切削速度較高、切削厚度較大的情況下，切削高熔點塑性金屬材料時，易產(chǎn)生前刀面磨損。(2)后刀面磨損在切削速度較低、切削厚度較小的情況下，會產(chǎn)生后刀面磨損，見圖3-25c，刀尖和靠近工件外皮兩處的磨損嚴重，中間部分磨損比較均勻

10、，如圖3-25b所示。(3)前刀面和主后刀面同時磨損在中等切削速度和進給量的情況下，切削塑性金屬材料時，經(jīng)常發(fā)生前、后刀面同時磨損。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)2.刀具磨損過程與磨鈍標準(1)刀具磨損過程如圖3-26所示，刀具磨損過程可分為三個階段。1)初期磨損階段(OA)。2)正常磨損階段(AB)。3)劇烈磨損階段(BC)。圖3-26刀具磨損的典型曲線 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(2)刀具的磨鈍標準以加工要求規(guī)定的主后刀面中間部分的平均磨損量VB允許達到的最大值作為磨鈍標準。表3-3車刀的磨鈍標準 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)3.刀具壽命(1)刀具壽命的概念刀具在刃磨后或新刀片的一個切削刃從開始切削

11、，一直到磨損量達到磨鈍標準為止所經(jīng)過的總切削時間T，稱為刀具壽命，單位為min。(2)影響刀具壽命的因素1)切削用量。2)刀具幾何參數(shù)。3)刀具材料。4)工件材料。(3)刀具壽命的確定合理刀具壽命的確定原則是提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)表3-4常用刀具壽命參考值(單位：min) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)選擇刀具時，還應(yīng)該考慮以下幾點：1)復(fù)雜、高精度、多刃刀具的壽命應(yīng)比簡單、低精度、單刃刀具高。2)可轉(zhuǎn)位刀具換刃、換刀片快捷方便，為保持切削刃鋒利，刀具的壽命可選得低一些。3)精加工刀具切削負荷小，刀具的壽命應(yīng)選得比粗加工刀具高一些。4)精加工大型工件時，為避免中途換刀

12、，刀具的壽命應(yīng)選得高一些。5)數(shù)控加工中的刀具的壽命一般應(yīng)大于一個工作班次，至少應(yīng)大于一個零件的切削時間。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)四、數(shù)控車削刀具的選用(1)前角的選擇1)前角的選擇原則 加工彈塑性材料時，特別是加工硬化嚴重的材料(如不銹鋼等)，為了減小切屑變形和刀具磨損，應(yīng)選用較大的前角；加工脆性材料時，由于產(chǎn)生的切屑為崩碎切屑，切屑變形也小，增大前角的意義不大，而這時刀具與切屑之間的作用力集中在切削刃附近，為保證切削刃具有足夠的強度，應(yīng)采用較小的前角。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 刀具材料的抗彎強度和沖擊韌度較低時應(yīng)選用較小的前角。高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具的合理前角約可大510。陶瓷刀具的

13、合理前角應(yīng)選得比硬質(zhì)合金刀具更小一些。 粗加工時，特別是斷續(xù)切削時，不僅切削力大，切削熱多，并且承受沖擊載荷，為保證切削刃有足夠的強度和散熱面積，應(yīng)適當(dāng)減小前角。精加工時，對切削刃強度的要求較低，為使切削刃鋒利，減小切屑變形和獲得較高的表面質(zhì)量，前角應(yīng)取得較大一些。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)表3-5硬質(zhì)合金車刀合理前角參考值 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)2)前面形狀及刃區(qū)參數(shù)的選擇。表3-6前面形狀和刃區(qū)剖面參數(shù)、特點及應(yīng)用范圍 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)表3-6前面形狀和刃區(qū)剖面參數(shù)、特點及應(yīng)用范圍 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)表3-6前面形狀和刃區(qū)剖面參數(shù)、特點及應(yīng)用范圍表

14、3-6前面形狀和刃區(qū)剖面參數(shù)、特點及應(yīng)用范圍(2)后角的選擇1)合理后角的選擇原則 切削厚度hD越大，則后角o應(yīng)越小；而切削厚度hD越小，則o應(yīng)越大。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)如進給量較大的外圓車刀o=68；每齒進給量很小的立銑刀o=6(車削中心用)；而每齒進給量不超過0.01mm的圓片銑刀o=30。 這是因為切削厚度較大時，切削力較大，切削溫度也較高，為了保證刃口強度和改善散熱條件，所以應(yīng)取較小的后角。切削厚度越小，切削層上被切削刃的鈍圓半徑擠壓而留在已加工表面上，并與主后刀面擠壓摩擦的這一薄層金屬占切削厚度的比例越大。 若這時增大后角，即可減小刃口鈍圓半徑，使刃口鋒利，便于切下薄切屑，可提

15、高刀具耐用度和加工表面質(zhì)量。對于粗加工、強力(大進給量)切削以及承受沖擊載荷的刀具，增大刃口強度是首要任務(wù)，這時應(yīng)選取較小的后角；精加工時則應(yīng)選取較大的后角。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 工件材料硬度、強度較高時，為保證切削刃強度，宜取較小的后角；工件材料硬度較低、塑性較大，以及易產(chǎn)生加工硬化時，主后刀面的摩擦對已加工表面質(zhì)量和刀具磨損影響較大，此時應(yīng)取較大的后角；加工脆性材料時，切削力集中在切削刃附近，為強化切削刃，宜選取較小的后角。 當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差，容易產(chǎn)生振動時，為了增強刀具對振動的阻尼作用，應(yīng)選取較小的后角。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 對于尺寸精度要求高的精加工用刀具(如鉸刀等)，為了

16、減小重磨后刀具的尺寸變化，保證有較高的尺寸壽命，后角應(yīng)取得較小。硬質(zhì)合金車刀合理后角的參考值見表3-7。表3-7硬質(zhì)合金車刀合理后角的參考值 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)2)后面形狀及選擇。圖3-27后面形狀(3)主偏角及副偏角的選擇1)合理主偏角的選擇原則 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 粗加工和半精加工時，硬質(zhì)合金車刀應(yīng)選擇較大的主偏角，以利于減少振動，提高刀具壽命并利于斷屑。例如在生產(chǎn)中效果顯著的強力切削車刀的r就取為75。 加工很硬的材料，如淬硬鋼和冷硬鑄鐵時，為減少單位長度切削刃上的負荷，改善切削刃散熱條件，提高刀具使用壽命，應(yīng)取r=1030，工藝系統(tǒng)剛性好的取小值，反之取大值。 單件小批生產(chǎn)

17、時，若要用一兩把車刀加工出工件上所有表面，則應(yīng)選用通用性較好的r=45或90的車刀。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 需要從工件中間切入的車刀，以及仿形加工的車刀，應(yīng)適當(dāng)增大主偏角和副偏角，有時主偏角的大小決定于工件形狀，例如車階梯軸時，則需用r=90的刀具。硬質(zhì)合金車刀合理主偏角的參考數(shù)值見表3-8。2)副偏角的選擇原則 一般刀具的副偏角，在不引起振動的情況下，可選取較小的副偏角，如車刀、刨刀均可取r=510。 精加工刀具的副偏角應(yīng)取得更小一些，以減小殘留面積，從而減小了表面粗糙度值。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng) 加工高強度、高硬度材料或斷續(xù)切削時，應(yīng)取較小的副偏角(r=46)，以提高刀尖強度，改善

18、散熱條件。 對于切斷刀、鋸片刀和槽銑刀等，為了保證刀頭強度和重磨后刀頭寬度變化較小，只能取很小的副偏角，即r=12。硬質(zhì)合金車刀合理副偏角參考數(shù)值見表3-8。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)表3-8硬質(zhì)合金車刀合理主偏角和副偏角的參考數(shù)值 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)(4)刃傾角的選擇原則1)粗加工刀具，可取s0，以減小背向力，避免切削中的振動。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)表3-9刃傾角數(shù)值的選用表五、數(shù)控車削用刀具新材料1.陶瓷材料車刀(1)陶瓷車刀的主要類型1)純氧化鋁陶瓷(Al2O3)刀片，俗稱白陶瓷刀片。2)氮化硅基陶瓷(Si3N4)刀片。3)混合陶瓷(Al2O3+TiC)刀片，俗稱黑陶瓷刀片。4)晶須增強陶瓷(Al2O3SiC晶須)刀片。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)圖3-28陶瓷車刀壓板式結(jié)構(gòu)(2)陶瓷車刀的裝夾由于切削力大，陶瓷車刀常采用無孔刀片，用壓板壓緊。 第三節(jié)數(shù)控車削用道具系統(tǒng)2.超硬刀具(1)立方氮化硼(CBN)可轉(zhuǎn)位車刀1)使用范圍。2)使用要點 使用CBN車刀時要預(yù)防工藝系統(tǒng)出現(xiàn)