数控加工工艺设计说明书Word格式文档下载.docx

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一样情形下，刀具材料的硬度越高，其耐磨性也越好，其常温硬度应在62HRC以上。

〔2〕较高的耐热性耐热性又称为红硬性，是衡量刀具材料切削性能的要紧标志。

该性能是指刀具材料在高温工作状态下，仍具有正常切削所必需的硬度、耐磨性、强度和韧性等综合性能。

〔3〕足够的强度和韧性刀具材料具有足够的强度和韧性，以承担切削过程中专门大压力（如重切）、冲击和震动，而不崩刃和折断。

〔4〕较好的导热性对金属类刀具材料，其导热系数越大，由刀具传出和散发的热量也就越多，使切削温度降低得快，有利于提高刀具的耐用度。

〔5〕良好的工艺性在刀具的制造过程中，需对刀具材料进行锻造、焊接、粘接、切削、烧结、压力成型等加工及热处理等；

在使用过程中，又要求其具有较好的可磨削性、抗粘接性和抗扩散性等。

〔6〕较好的经济性在满足加工的前提下，刀具材料还应具有经济性。

1.2刀具的分类

1.2.1按刀具材料分类

为适应机械加工技术，专门是数控机床加工技术的高速进展，刀具材料也在大力进展之中，除了量大、面广的高速钢及硬质合金材料外，新型刀具材料正不断涌现。

〔1〕高速钢

高速钢是常用刀具材料之一，它具有稳固的综合性能，在复杂刀具和精加工刀具中，仍占要紧地位。

其典型钢号有：

W18Cr4V、W9Cr4V2和W9M03Cr4V3Col0等。

〔2〕硬质合金

硬质合金是高速切削经常用的刀具材料，它具有高硬度、高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度和冲击韧性比高速钢差，故不宜用在切削振动和冲击负荷大的加工中。

其常用牌号有：

YG类，如YG6和YG8等用于加工铸铁及有色金属，YG6A和YG8A可用于加工硬铸铁和不锈钢等；

YT类，如YT5、YTl5和YT30等，要紧用于加工钢料；

YW类，如YWl和YW2等，可广泛用于加工铸铁、有色金属、各种钢及其合金等。

〔3〕涂层刀具

为提高刀具的可靠性，进一步改善其切削性能和提高加工效率，通过〝涂镀〞这一新工艺，使硬质合金和高速钢刀具性能大大提高。

涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1～3倍，而涂层高速钢刀具的耐用度那么可提高2—10倍。

涂层刀具是在高速钢及韧性较好的硬质合金基体上，通过气相沉积法，涂覆一层极薄（0．005～0．012mm）的、耐磨性高的难熔金属化合物，如TiC、TiN、TiB2、TiAIN等。

国产硬质合金刀片的牌号有YB215和YB415等。

〔4〕非金属材料刀具

用作刀具的非金属材料要紧有：

陶瓷、金刚石及立方氮化硼等。

1〕陶瓷刀具

陶瓷材料具有专门高的硬度和耐磨性，专门强的耐高温性，专门好的化学稳固性和较低的摩擦系数，常常制成可转位机夹刀片，目前已开始用于制造车、铣等成型刀具之中。

这种刀具专门适合于高速加工铸铁，也适合高速加工钛合金及高温合金等难加工材料。

2〕金刚石刀具

要紧指由人造金刚石制成的刀具，它具有极高的硬度和耐磨性，通常制成一般机夹刀片或可转位机夹刀片，用于钛或铝合金的高速精车，以及对含有耐磨硬质点的复合材料（如玻璃纤维、碳或石墨制品等）的加工。

3〕立方氮化硼刀具

这是一种硬度及抗压强度接近金刚石的人工合成超硬材料，具有专门高的耐磨性、热稳固性（转化温度为1370℃）、化学稳固性和良好的导热性等。

这种刀具宜于精车各种淬硬钢，也适于高速精车合金钢。

由于这种材料的脆性大、抗弯强度和韧性均较差，故不宜承担冲击及低速切削，也不适于加工各种软金属。

1.2.2按刀片装夹形式分类

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，车刀的种类也专门多。

依照与刀体的连接固定方式的不同，车刀要紧可分为焊接式与机械夹固式两大类。

〔1〕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阻碍，甚至显现裂纹。

另外，刀杆不能重复使用，硬质合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的白费。

图4-1焊接式车刀

1—切断刀2—右偏刀3—左偏刀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l2—通孔车刀13—盲孔车刀

依照工件加工表面以及用途的不同，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，如图4-1所示。

〔2〕机械夹固式可转位车刀

如图4-2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连续使用。

车刀上的硬质合金可转位刀片按

GB／T2076—1987规定有等边等角（如正方形、正三角形、正五边形等）、等边不等角（如菱形）、等角不等边（如矩形）、不等角不等边（如平行四边形）和圆形等5种，其部分刀片如图4-3所示。

图4-2机械夹固式可转位车刀

1一刀杆2一刀片

3一刀垫4一夹紧元件

图4-3硬质合金可转位刀片

1.2.3按刀头或刀片的形状分类

数控车削常用的车刀一样分为:

尖形车刀、圆弧形车刀、成型车刀和专门形状车刀。

〔1〕尖形车刀

以直线形切削刃为特点的车刀一样称为尖形车刀。

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）车刀及刀尖倒棱专门小的各种外圆和内孔车刀。

用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状要紧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的零件轮廓形状的原理是截然不同的。

〔2〕圆弧形车刀

圆弧形车刀是较为专门的数控加工用车刀（见图4-4所示）。

其特点是，构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓误差专门小的圆弧；

该圆弧上的每一点差不多上圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而是在该圆弧的圆心上；

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。

图4-4圆弧车刀

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。

圆弧形车刀能够用于车削内、外表面，专门适宜于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。

〔3〕成型车刀

成型车刀俗称样板车刀，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。

在数控车削加工中，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，那么应在工艺文件或加工程序单上进行详细说明。

〔4〕专门形状车刀

在实际生产加工中，某些零件（如图4-5所示）可用3把刀，即一把90°

外圆车刀加工φ26、φ22外圆及端面，一把镗孔刀加工R10圆弧及φ16孔，一把切槽刀加工另一端φ22外圆及倒角和切断。

图4-5零件图图4-6专门形状车刀

但由于3把车刀加工、换刀时刻、空运行走刀都增多，效率不高。

如采纳图4-6所示专门形状车刀，一把刀设两组刀补，分别调用，不用换刀即可完成该零件的加工，减少刀具换刀和空运行时刻，大大提高生产效率。

用这类车刀加工零件时也应在工艺预备文件或加工程序单中对刀具的形状、尺寸和刀位点予以详细说明。

1.3刀具的应用

数控车床刀具切削部分的几何参数对零件的表面的质量及切削性能、加工效益阻碍极大，应依照零件的形状、件数、材料种类、刀具的安装位置以及工件的加工方法、机床的性能等要求，正确选择刀具的种类、几何形状及几何参数。

1.3.1尖形车刀

尖形车刀的种类较多，如90°

偏刀、切槽刀、镗孔刀等等。

这种刀在数控车床上应用广泛，各种车刀的几何参数、使用方法与选择方法，与一般车床车削时的选择方法差不多相同，但也要依照数控车床的加工特点（如走刀线路及加工干涉）等全面考虑后选用，适用于批量小、精度要求一样的各类零件的加工。

数控车床在加工时具有连续性，如所示零件图4-7，可用一把车刀将φ35、φ20、

图4-7零件图图4-8尖形车刀

R50及两个45°

锥面一次加工出来，那么车刀的主偏角应取50°

～52°

，副偏角取50°

（见图4-8），如此既可保证刀头有足够的强度，又可保证在车削两个45°

锥面时主、副切削刃不致发生加工干涉（即主、副切削刃不参加切削部分不碰到工件表面）。

选择尖形车刀形状可依照零件的几何轮廓灵活制定，尽可能一刀多用，但须保证所选车刀可不能发生干涉的几何角度。

可用作图或运算的方法，如副偏角的大小，大于做图或运算所得不发生干涉的极限角度值6°

～8°

即可，同时又要保证有足够的刀尖角，以保证刀头有足够的强度。

1.3.2圆弧形车刀

数控车削加工用的尖形车刀和成型车刀的选用方法差不多上与一般车削用刀具相同，只需注意到尖形车刀的主、副偏角大小不至于在车削过程中发生加工干涉现象即可。

那个地点着重介绍圆弧形车刀的选用。

圆弧形车刀是与一般车削加工用圆弧成型车刀性质完全不同的专门车刀，它适用于某些精度要求较高的凹曲面零件（见图4-9）或一刀即可完成跨多个象限的外圆弧面零件（见图4-10）的车削。

图4-9凹曲面零件车削图4-10手轮

圆弧形车刀适用于某些精度要求高、批量大的大外圆曲面或凹曲面的车削，以及其他刀具所不能完成的加工。

圆弧形车刀具有宽刃切削性质，能使精车余量相当平均，从而改善切削性能，使零件的尺寸、形位公差、精度容易得以保证，还能一刀车出多个象限的圆弧面。

如图4-11所示的外圆弧轮廓，不管采纳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，而利用圆弧形

车刀就能十分简便地完成。

圆弧形车刀的几何参数除了前角和后角外，要紧为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图4-11外圆弧轮廓加工

的最小曲率半径，以免发生加工干涉；

第二，该半径不宜选择太小，否那么既难于制造，又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。

当车刀圆弧半径差不多选定或通过测量并给予确认之后，应专门注意圆弧切削刃的形状误差对加工精度的阻碍。

现以图4-11为例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。

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），意即切削刃对工件的切削是以许多个连续变化位置的〝刀尖〞进行的。

为了使这些不断变换位置的〝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，规定圆弧形车刀的刀位点必须在该圆弧刃的圆心位置上。

关于无刀尖圆弧半径补偿的经济型数控车床，就必须以圆弧车刀的圆弧中心的运动轨迹来编制程序。

要满足车刀圆弧刃的半径处处等距，就必须保证该圆弧刃具有专门小的圆度误差，即近似为一条理想圆弧，因此需要通过专门的制造工艺（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，原那么上与一般车刀相同，只只是形成其前角（大于0°

时）的前刀面一样都为凹球面，形成其后角的后刀面一样为圆锥面。

圆弧形车刀前、后刀面的专门形状，是为了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固性及加工精度。

为了制造车刀的方便，在精车时，其前角多项选择择为0°

（无凹球面）。

1.3.3成型车刀

在数控车床的加工中，对一些小半径圆弧、非矩形槽和各类螺纹的加工，可将车刀刃磨成与零件的轮廓形状尺寸完全相同的形状，直截了当加工而成，其车刀的几何角度差不多与一般车床相同。

但要注意由于这类车刀在车削时因接触面较大加工时易引起振动，从而导致加工质量的下降，故在选用时要慎重。

当确有必要选用时，可通过改善切削用量、编程工艺处理等来幸免振动的产生。

1.3.4专门形状车刀

鉴于数控车床加工的特性，关于一些零件，如图4-5、4-6所示，为了提高生产效率可采纳一些专门形状的车刀（可依照零件的形状灵活制定），一把刀有2个（或几个）刀头，设两组刀补，各自取用，不用换刀，一把刀将零件加工完毕，如此就可大大提高生产效率。

这些车刀刀头部分的几何参数与一般车刀差不多相同，在决定是否选用这类车刀时，必须符合以下几个条件：

第一，被加工材料应届易加工材料（如铜、铝、塑料等等），使刀具的磨损较小；

其次，零件的件数多、批量较大，否那么无必要；

再次，刀具在制造、刃磨上（或换刀片）应比较方便；

最后，选用的刀具形状应便于零件的加工，有利于提高加工效率。

1.3.5标准化刀具

为了适应数控车床的加工，减少辅助时刻，并不断提高产品质量和生产效率，节约刀具费用，减轻操作者劳动强度，数控车床应大力推广使用系列化、标准化的刀具（只要更换刀片，刀刃与工件之间的相对位置差不多不变），以方刀体为特点的车刀，在国家标准中对可转位机夹外圆车刀、内孔刀、切断刀、螺纹刀、圆头刀等都做了具体的规定，不重磨刀片已有多种标准形状和系列化的型号（规格）可供选用。

周密制造技术的进展为数控车床的机夹刀具提供了较好的应用环境，刀片和刀杆的定位精度越来越高，满足了数控车床加工的需要，缩短了工艺预备周期。

1.3.5.1刀片材质的选择

车刀刀片的材料要紧有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。

其中应用最多的是高速钢、硬质合金和涂层硬质合金刀片。

高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。

高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适于各种专门需要的非标准刀具。

硬质合金刀片和涂层硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。

硬质合金刀片有标准规格系列，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。

选择刀片材质，要紧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。

1.3.5.2刀片尺寸的选择

刀片尺寸的大小（刀片切削刃长度1）取决于必要的有效切削刃长度L。

有效切削刃长度L与背吃刀量ap和车刀的主偏角Kr有关（见图4-12）。

使用时可查阅有关«

刀具手册»

选取。

图4-12刀片尺寸各尺寸

1.3.5.3刀片形状的选择

刀片形状要紧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。

刀片是机械夹固式可转位车刀的一个最重要组成元件。

按照国标GB／T2076—1987，大致可分为带圆孔、带沉孔、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4-13所示为常见的几种刀片形状及角度。

正三角形刀片可用于主偏角为60°

或90°

的外圆、端面和内孔车刀，由于此刀片刀尖角小，强度差，耐用度低，故只宜用较小的切削用量。

正方形刀片刀尖角为90°

，其强度和散热性能均有所提高，要紧用于45°

、60°

、75°

等的外圆车刀，端面车刀和镗孔车刀。

正五边形的刀尖角为108°

，其强度、耐用度高，散热面积大，但切削径向力大，只宜在加工系统刚性较好的情形下使用。

菱形刀片和圆弧刀片要紧用于成型表面和圆弧表面的加工，其形状及尺寸可结合加工对象的要求参照国家标准来选择。

图4-13可转位刀片形状及角

表4—1所示为被加工表面形状及适用的刀片形状

2.数控车床的夹具

车床的夹具要紧是指安装在车床主轴上的夹具，这类夹具和机床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转。

车床类夹具要紧分成两大类：

各种卡盘，适用于盘类零件和短轴类零件加工的夹具；

中心孔、顶尖定心定位安装工件的夹具，适用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件。

数控车削加工要求夹具应具有较高的定位精度和刚性，结构简单、通用性强，便于在机床上安装夹具及迅速装卸工件、自动化等特性。

2.1各种卡盘夹具

在数控车床加工中，大多数情形是使用工件或毛坯的外圆定位，以下几种夹具确实是靠圆周来定位的夹具。

2.1.1三爪卡盘

⑴三爪卡盘特点

三爪卡盘（如图1所示），是最常用的车床通用卡具，三爪卡盘最大的优点是能够自动定心，夹持范畴大，装夹速度快，但定心精度存在误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。

为了防止车削时因工件变形和振动而阻碍加工质量，工件在三爪自定心卡盘中装夹时，其悬伸长度不宜过长。

如：

工件直径≤30mm，其悬伸长度不应大于直径的3倍；

假设工件直径>

30mm，其悬伸长度不应大于直径的4倍。

同时也可幸免工件被车刀顶弯、顶落而造成打刀事故。

⑵卡爪 

CNC车床有两种常用的标准卡盘卡爪，是硬卡爪和软卡爪，见图2所示。

图2 

三爪自定心卡盘的硬卡爪和软卡爪

当卡爪夹持在未加工面上，如，铸件或粗糙棒料表面，需要大的夹紧力时，使用硬卡爪；

通常为保证刚度和耐磨性，硬卡爪要进行热处理，硬度较高。

当需要减小两个或多个零件直径跳动偏差，以及在已加工表而不期望有夹痕时，那么应使用软卡爪。

软卡爪通常用低碳钢制造，软爪在使用前，为配合被加工工件，要进行镗孔加工。

软爪装夹的最大特点是工件虽经多次装夹仍能保持一定的位置精度。

大大缩短了工件的装夹校正时刻。

在车削软爪或每次装卸零件时，应注意固定使用同一扳手方孔，夹紧力也要平均一致，改用其他扳手方孔或改变夹紧力的大小，都会改变卡盘平面螺纹的移动量，从而阻碍装夹后的定位精度。

2．1.2液压动力卡盘 

三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。

液压卡盘，动作灵敏、装夹迅速、方便，能实现较大压紧力，能提高生产率和减轻劳动强度。

但夹持范畴变化小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。

自动化程度高的数控车床经常使用液压自定心卡盘，专门适用于批量加工。

液压动力卡盘夹紧力的大小可通过调整液压系统的油压进行操纵，以适应棒料、盘类零件和薄壁套筒零件的装夹。

2.1.3可调卡爪式卡盘 

可调卡爪式四爪卡盘如图3所示。

每个基体卡座上的卡爪，能单独手动粗、精位置调整。

可手动操作分别移动各卡爪，使零件夹紧、定位。

加工前，要把工件加工面中心对中到卡盘（主轴）中心。

图3 

可调卡爪式四爪卡盘

可调卡爪式四爪卡盘要比其他类型的卡盘需要用更多的时刻来夹紧和对正零件。

因此，对提高生产率来说至关重要的CNC车床上专门少使用这种卡盘。

可调卡爪式四爪卡盘一样用于定位、夹紧不同心或结构对称的零件表面。

用四爪卡盘、花盘，角铁（弯板）等装夹不规那么偏重工件时，必须加配重。

2.1.4高速动力卡盘

为了提高数控车床的生产效率，对其主轴提出越来越高的要求，以实现高速、甚至超高速切削。

现在有的数控车床甚至达到100000r／min。

关于如此高的转速，一样的卡盘已不适用，而必须采纳高速动力卡盘才能保证安全可靠地进行加工。

随着卡盘的转速提高，由卡爪、滑座和紧固螺钉组成的卡爪组件离心力急剧增大，卡爪对零件的夹紧力下降。

试验说明：

φ380 

㎜的楔式动力卡盘在转速为2000r／min时，动态夹紧力只有静态的1／4。

图4A型中心孔尺寸 

图5B型中心孔

高速动力卡盘常增设离心力补偿装置，利用补偿装置的离心力抵消卡爪组件离心力造成的夹紧力缺失。

另一个方法是减轻卡爪组件质量以减小离心力。

3.轴类零件中心孔定心装夹

在两顶尖间安装工件。

关于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件，为保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。

3.1中心孔

中心孔是轴类零件的常用定位基准，工件装在主轴顶尖和尾座顶尖之间，但车床两顶尖轴线如不重合〔前后方向〕，车削的工件将成为圆锥体。

因此，必须横向调剂车床的尾座，使两顶尖轴线重合。

中心孔类型的选择，不可忽视。

轴类零件两端用来支承、装夹用的中心孔，有四种类型。

其结构与用途均有区别，适应不同的加工精度与装夹要求，不可混用。

因此，选择时应注意遵循下述原那么：

⑴关于精度一样的轴类零件，中心孔不需要重复使用的，可选用A型中心孔，如图4。

⑵关于精度要求高，工序较多需多次使用中心孔的轴类零件，应选用B型中心孔。

B型中心孔比A型多一个1200度的爱护锥，用来爱护60度锥面不致碰伤。

如图5。

⑶C型中心孔是将上述两种中心孔的圆柱孔部分，用内螺纹来代替。

关于需要在轴向固定其他零件的工件，可选用这种带内螺纹的中心孔。

⑷R型中心孔与A型的区别是将60度面锥面变为圆弧面，因而与顶尖的接触变为线接触，可自动纠正少量的位置偏差。

适用于定位精度要求高的轴类零件，但专门少使用。

3.2自动夹紧拨动卡盘。

工件安装在顶尖和车床的尾座顶尖上。

当旋转车床尾座螺杆并向主轴方向顶紧工件时，顶尖也同时顶压起着自动复位作用的弹簧，顶尖在向左移动的同时，套筒也将与顶尖同步移动。

在套筒的槽中装有杠杆，当套筒随着顶尖运动时，杠杆的左端触头那么沿锥环的斜面绕着支撑销轴线作逆时针方向摆动