数控加工工艺的设计说明书.docx

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数控加工工艺的设计说明书

1、数控车床的刀具夹具及量具

1.数控车床的刀具

在数控机床加工中，产品质量和劳动生产率在相当大的程度上是受到刀具的制约。

虽大多数车刀和铣刀等与普通加工所采用的刀具基本相同，但对一些工艺难度较大的零件，其刀具特别是刀具切削部分的几何参数，尚需作特殊处理，才能满足加工要求。

1.1数控加工对刀具的要求

1.1.1对刀具性能的要求

（1）强度高为适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能大切深和快走刀，要求刀具必须具有很高的强度；对于刀杆细长的刀具（如深孔车刀），还应具有较好的抗震性能。

（2）精度高为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具及其刀夹都必须具有较高的精度。

如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0．005mm等。

（3）切削速度和进给速度高为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要，刀具应能满足高切削速度或进给速度的要求。

如采用聚晶金刚石复合车刀加工玻璃或碳纤维复合材料时，其切削速度高达100m／min以上；日本UHSl0型数控铣床的主轴转速高达100000r／min，进给速度高达15m／min。

（4）可靠性好要保证数控加工中不会因发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性和较强的适应性。

（5）耐用度高刀具在切削过程中的不断磨损，会造成加工尺寸的变化，伴随刀具的磨损，还会因刀刃（或刀尖）变钝，使切削阻力增大，既会使被加工零件的表面精度大大下降，同时还会加剧刀具磨损，形成恶性循环。

因此，数控加工中的刀具，不论在粗加工、精加工或特殊加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而保证零件的加工质量，提高生产效率。

耐用度高的刀具，至少应完成l一2个大型零件的加工，能完成l一2个班次以上的加工则更好。

（6）断屑及排屑性能好有效地进行断屑及排屑的性能，对保证数控机床顺利、安全地运行具有非常重要的意义。

以车削加工为例，如果车刀的断屑性能不好，车出的螺旋形切屑就会缠绕在刀头、工件或刀架上，既可能损坏车刀（特别是刀尖），还可能割伤已加工好的表面，甚至会发生伤人和设备事故。

因此，数控车削加工所用的硬质合金刀片上，常常采用三维断屑槽，以增大断屑围，改善断屑性能。

另外，车刀的排屑性能不好，会使切屑在前刀面或断屑槽堆积，加大切削刃（刀尖）与零件间的摩擦，加快其磨损，降低零件的表面质量，还可能产生积屑瘤，影响车刀的切削性能。

因此，应常对车刀采取减小前刀面（或断屑槽）的摩擦系数等措施（如特殊涂层处理及改善刃磨效果等）。

对于孔车刀，需要时还可考虑从刀体或刀杆的里面引入冷却液，并能从刀头附近喷出的冲排结构。

1.1.2对刀具材料要求

这里所讲的刀具材料，主要是指刀具切削部分的材料，较多的指刀片材料。

刀具材料必须具备的主要性能：

（1）较高的硬度和耐磨性较高的硬度和耐磨性是对切削刀具的一项基本要求。

一般情况下，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主要标志。

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，以承受切削过程中很大压力（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，特别是数控机床加工技术的高速发展，刀具材料也在大力发展之中，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，它具有稳定的综合性能，在复杂刀具和精加工刀具中，仍占主要地位。

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时常用的刀具材料，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，主要用于加工钢料；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则可提高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主要有：

瓷、金刚石及立方氮化硼等。

1）瓷刀具

瓷材料具有很高的硬度和耐磨性，很强的耐高温性，很好的化学稳定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。

这种刀具特别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

主要指由人造金刚石制成的刀具，它具有极高的硬度和耐磨性，通常制成普通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，具有很高的耐磨性、热稳定性（转化温度为1370℃）、化学稳定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，故不宜承受冲击及低速切削，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，车刀的种类也非常多。

根据与刀体的连接固定方式的不同，车刀主要可分为焊接式与机械夹固式两大类。

（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。

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—螺纹车刀11—槽车刀l2—通孔车刀13—盲孔车刀

根据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、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继续使用。

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般分为:

尖形车刀、圆弧形车刀、成型车刀和特殊形状车刀。

（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°、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

圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀（见图4-4所示）。

其特征是，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。

圆弧形车刀可以用于车削、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，则应在工艺文件或加工程序单上进行详细说明。

（4）特殊形状车刀

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特殊形状车刀

但由于3把车刀加工、换刀时间、空运行走刀都增多，效率不高。

如采用图4-6所示特殊形状车刀，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间，大大提高生产效率。

用这类车刀加工零件时也应在工艺准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、加工效益影响极大，应根据零件的形状、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，与普通车床车削时的选择方法基本相同，但也要根据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、精度要求一般的各类零件的加工。

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°～52°（见图4-8），这样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根据零件的几何轮廓灵活制定，尽可能一刀多用，但须保证所选车刀不会发生干涉的几何角度。

可用作图或计算的方法，如副偏角的大小，大于做图或计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基本上与普通车削用刀具相同，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。

这里着重介绍圆弧形车刀的选用。

圆弧形车刀是与普通车削加工用圆弧成型车刀性质完全不同的特殊车刀，它