1、 数控车工 （技师、高级技师）第三章数控车床加工基础第三章能根据实际情况确定工件的加工余量，掌握零件在数控车床上的定位与装夹，能根据需要设计制作专用夹具。掌握数控车削加工刀具的准备。能依据切削条件和刀具条件估算刀具的使用寿命，能推广应用新刀具。加工余量是指加工过程中切去金属层的厚度。余量有工序余量和加工总余量之分。图3-1工序余量与工序尺寸及其公差的关系对于被包容面对于包容面图3-2双边余量1.上道工序的各种表面缺陷和误差(1)上道工序表面粗糙度Ra和缺陷层Da为了使工件的加工质量逐步提高，一般每道工序都应切到待加工表面以下的正常金属组织，将上道工序留下的表面粗糙度Ra和缺陷层Da全部切去，如
2、图3-3所示。(2)上道工序的尺寸公差Ta从图3-1可知，上道工序的尺寸公差Ta直接影响本工序的基本余量，因此，本道工序的余量应包含上道工序的尺寸公差Ta。(3)上道工序的形位误差(也称空间误差)a当形位公差与尺寸公差之间的关系是包容要求时，尺寸公差控制形位误差，可不计a值。2.本工序的装夹误差图3-5装夹误差对加工余量的影响(1)经验估算法此法是凭工艺人员的实践经验估计加工余量。(2)查表修正法将工厂生产实践和试验研究积累的有关加工余量的资料制成表格，并汇编成手册。(3)分析计算法此法是根据上述的加工余量计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行综合分析和计算来确定加工余量的一种
3、方法。1)确定毛坯总余量和工序余量。2)确定工序公差。3)计算工序基本尺寸。4)标注工序尺寸公差。图3-6孔加工余量、公差及工序尺寸分布图1.工艺尺寸链(1)工艺尺寸链的概念1)工艺尺寸链的定义。图3-7定位基准与设计基准不重合的工艺尺寸链2)工艺尺寸链的特征。关联性。任何一个直接保证的尺寸及其精度的变化，必将影响间接保证的尺寸及其精度。如上例尺寸链中，尺寸A1和A2的变化都将引起尺寸A的变化。封闭性。尺寸链中各个尺寸的排列呈封闭性，如上例中的A1A2A，首尾相接组成封闭的尺寸组合。3)工艺尺寸链的组成。图3-8测量基准与设计基准不重合的工艺尺寸链 封闭环。工艺尺寸链中间接得到的尺寸称为封闭环
4、。它的基本属性是派生性，随着别的环的变化而变化。图3-7和图3-8中的尺寸A均为封闭环。一个工艺尺寸链中只有一个封闭环 组成环。工艺尺寸链中除封闭环以外的其他环称为组成环。根据其对封闭环的影响不同，组成环又可分为增环和减环。组成环的判别。可采用下述方法迅速判别增、减环：在工艺尺寸链图上，先给封闭环任定一方向并画出箭头，然后沿此方向环绕尺寸链回路，依次给每一组成环画出箭头，凡箭头方向和封闭环相反的则为增环，相同的则为减环。(2)工艺尺寸链计算的基本公式工艺尺寸链计算的关键是正确地确定封闭环，否则计算结果是错的。1)封闭环的基本尺寸。2)封闭环的极限尺寸。3)封闭环的平均尺寸。4)封闭环的上、下偏
5、差。5)封闭环的公差。2.数控编程原点与设计基准不重合的工序尺寸计算图3-9编程原点与设计基准不重合时的工序尺寸换算(1)计算Z2的工序尺寸及其公差(2)计算Z3的工序尺寸及其公差(3)计算Z4的工序尺寸及其公差(4)计算Z5的工序尺寸及其公差1.可转位刀片的表示方法图3-10可转位刀片的表示方法表3-1可转位刀片十个号位表示的内容图3-11上压式装夹结构(1)上压式(图3-11)1)结构特点。2)适用场合。2.机夹可转位车刀刀片的夹紧方式图3-12钩销式装夹结构(2)钩销式(图3-12)1)结构特点。2)适用场合。图3-13杠杆式装夹结构(3)杠杆式(图3-13)1)结构特点。2)适用场合。
6、图3-14杠销式装夹结构(4)杠销式(图3-14)1)结构特点。2)适用场合。(5)偏心销式(图3-15)1)结构特点。2)适用场合。图3-15偏心销式装夹结构(6)压孔式(图3-16)1)结构特点。2)适用场合。图3-16压孔式装夹结构(7)楔销式(图3-17)图3-17楔销式装夹结构图3-18复合式装夹结构(8)复合式(图3-18)1)结构特点。2)适用场合。表3-2各种夹紧方式最合适的加工范围3.可转位刀片的选择(1)刀片材料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。(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
7、与背吃刀量ap和主偏角r有关，如图3-19所示。图3-19有效切削刃(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来选择。图3-20刀尖角度与性能关系(4)刀片的刀尖圆弧半径选择刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度。图3-21刀尖圆弧半径与表面粗糙度、刀具寿命关系图3-22刀块式车刀系统图3-23圆柱齿条式刀柄车刀系统图3-24小刀头刀具图3-25刀具的正常磨损形式1.刀具磨损形式(1)前刀面磨损在切削速度较高、切削厚度较大的情况下，切削高熔点塑性金属材料时，易产生前刀面磨损。(2)后刀面磨损在切削速度较低、切削厚度较
8、小的情况下，会产生后刀面磨损，见图3-25c，刀尖和靠近工件外皮两处的磨损严重，中间部分磨损比较均匀，如图3-25b所示。(3)前刀面和主后刀面同时磨损在中等切削速度和进给量的情况下，切削塑性金属材料时，经常发生前、后刀面同时磨损。2.刀具磨损过程与磨钝标准(1)刀具磨损过程如图3-26所示，刀具磨损过程可分为三个阶段。1)初期磨损阶段(OA)。2)正常磨损阶段(AB)。3)剧烈磨损阶段(BC)。图3-26刀具磨损的典型曲线(2)刀具的磨钝标准以加工要求规定的主后刀面中间部分的平均磨损量VB允许达到的最大值作为磨钝标准。表3-3车刀的磨钝标准3.刀具寿命(1)刀具寿命的概念刀具在刃磨后或新刀片
9、的一个切削刃从开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间T，称为刀具寿命，单位为min。(2)影响刀具寿命的因素1)切削用量。2)刀具几何参数。3)刀具材料。4)工件材料。(3)刀具寿命的确定合理刀具寿命的确定原则是提高生产效率和降低加工成本。表3-4常用刀具寿命参考值(单位：min)选择刀具时，还应该考虑以下几点：1)复杂、高精度、多刃刀具的寿命应比简单、低精度、单刃刀具高。2)可转位刀具换刃、换刀片快捷方便，为保持切削刃锋利，刀具的寿命可选得低一些。3)精加工刀具切削负荷小，刀具的寿命应选得比粗加工刀具高一些。4)精加工大型工件时，为避免中途换刀，刀具的寿命应选得高一些。5)
10、数控加工中的刀具的寿命一般应大于一个工作班次，至少应大于一个零件的切削时间。(1)前角的选择1)前角的选择原则 加工弹塑性材料时，特别是加工硬化严重的材料(如不锈钢等)，为了减小切屑变形和刀具磨损，应选用较大的前角；加工脆性材料时，由于产生的切屑为崩碎切屑，切屑变形也小，增大前角的意义不大，而这时刀具与切屑之间的作用力集中在切削刃附近，为保证切削刃具有足够的强度，应采用较小的前角。刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较低时应选用较小的前角。高速钢刀具比硬质合金刀具的合理前角约可大510。陶瓷刀具的合理前角应选得比硬质合金刀具更小一些。粗加工时，特别是断续切削时，不仅切削力大，切削热多，并且承受冲击载荷
11、，为保证切削刃有足够的强度和散热面积，应适当减小前角。精加工时，对切削刃强度的要求较低，为使切削刃锋利，减小切屑变形和获得较高的表面质量，前角应取得较大一些。表3-5硬质合金车刀合理前角参考值2)前面形状及刃区参数的选择。表3-6前面形状和刃区剖面参数、特点及应用范围表3-6前面形状和刃区剖面参数、特点及应用范围表3-6前面形状和刃区剖面参数、特点及应用范围表3-6前面形状和刃区剖面参数、特点及应用范围(2)后角的选择1)合理后角的选择原则 切削厚度hD越大，则后角o应越小；而切削厚度hD越小，则o应越大。如进给量较大的外圆车刀o=68；每齿进给量很小的立铣刀o=6(车削中心用)；而每齿进给量
12、不超过0.01mm的圆片铣刀o=30。这是因为切削厚度较大时，切削力较大，切削温度也较高，为了保证刃口强度和改善散热条件，所以应取较小的后角。切削厚度越小，切削层上被切削刃的钝圆半径挤压而留在已加工表面上，并与主后刀面挤压摩擦的这一薄层金属占切削厚度的比例越大。若这时增大后角，即可减小刃口钝圆半径，使刃口锋利，便于切下薄切屑，可提高刀具耐用度和加工表面质量。对于粗加工、强力(大进给量)切削以及承受冲击载荷的刀具，增大刃口强度是首要任务，这时应选取较小的后角；精加工时则应选取较大的后角。工件材料硬度、强度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小的后角；工件材料硬度较低、塑性较大，以及易产生加工硬化时，
13、主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此时应取较大的后角；加工脆性材料时，切削力集中在切削刃附近，为强化切削刃，宜选取较小的后角。当工艺系统刚性差，容易产生振动时，为了增强刀具对振动的阻尼作用，应选取较小的后角。对于尺寸精度要求高的精加工用刀具(如铰刀等)，为了减小重磨后刀具的尺寸变化，保证有较高的尺寸寿命，后角应取得较小。硬质合金车刀合理后角的参考值见表3-7。表3-7硬质合金车刀合理后角的参考值2)后面形状及选择。图3-27后面形状(3)主偏角及副偏角的选择1)合理主偏角的选择原则 粗加工和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，以利于减少振动，提高刀具寿命并利于断屑。例如
14、在生产中效果显著的强力切削车刀的r就取为75。加工很硬的材料，如淬硬钢和冷硬铸铁时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善切削刃散热条件，提高刀具使用寿命，应取r=1030，工艺系统刚性好的取小值，反之取大值。单件小批生产时，若要用一两把车刀加工出工件上所有表面，则应选用通用性较好的r=45或90的车刀。需要从工件中间切入的车刀，以及仿形加工的车刀，应适当增大主偏角和副偏角，有时主偏角的大小决定于工件形状，例如车阶梯轴时，则需用r=90的刀具。硬质合金车刀合理主偏角的参考数值见表3-8。2)副偏角的选择原则 一般刀具的副偏角，在不引起振动的情况下，可选取较小的副偏角，如车刀、刨刀均可取r=510。
15、精加工刀具的副偏角应取得更小一些，以减小残留面积，从而减小了表面粗糙度值。加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应取较小的副偏角(r=46)，以提高刀尖强度，改善散热条件。对于切断刀、锯片刀和槽铣刀等，为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，只能取很小的副偏角，即r=12。硬质合金车刀合理副偏角参考数值见表3-8。表3-8硬质合金车刀合理主偏角和副偏角的参考数值(4)刃倾角的选择原则1)粗加工刀具，可取s0，以减小背向力，避免切削中的振动。表3-9刃倾角数值的选用表1.陶瓷材料车刀(1)陶瓷车刀的主要类型1)纯氧化铝陶瓷(Al2O3)刀片，俗称白陶瓷刀片。2)氮化硅基陶瓷(Si3N4)刀片。3
16、)混合陶瓷(Al2O3+TiC)刀片，俗称黑陶瓷刀片。4)晶须增强陶瓷(Al2O3SiC晶须)刀片。图3-28陶瓷车刀压板式结构(2)陶瓷车刀的装夹由于切削力大，陶瓷车刀常采用无孔刀片，用压板压紧。2.超硬刀具(1)立方氮化硼(CBN)可转位车刀1)使用范围。2)使用要点 使用CBN车刀时要预防工艺系统出现振动。CBN车刀的几何角度一般选用：前角o为-5-8，后角o为5-9，主偏角r为45、75、90。若使用圆形刀片则效果更好。使用前，最好用金刚石油石珩磨切削刃，使它具有R0.0250.05mm的圆角。整体的CBN车刀刀片适于高速粗车，要磨出0.220的负倒棱；复合CBN刀片应磨出(0.10.
17、2)20的负倒棱。如发生振动，应立即停机，检查和消除振动源，并检查刀片是否有不正常磨损。3)立方氮化硼(CBN)刀片的类型 整体CBN刀片，如图3-29所示。整片CBN复合刀片。如图3-30所示。一角焊有CBN复合刀片毛坯的刀片，如图3-31所示。4)立方氮化硼车刀的型号及基本尺寸。(2)聚晶金刚石(PCD)可转位车刀聚晶金刚石车刀使用的都是聚晶金刚石(PCD)复合刀片。1)聚晶金刚石(PCD)车刀的使用。2)聚晶金刚石(PCD)车刀的夹紧方式。图3-34PCD刀片压孔式结构涂层基数适用于以下道具：1)沿前刀面重磨的复杂刀具，如插齿刀、滚刀、成形刀具和拉刀等，其磨损主要发生在后刀面上，沿前刀面重磨后，保留了后刀面涂层，对刀具寿命的降低程度要比沿后刀面重磨小，与未涂层刀具相比其寿命仍可提高2倍左右，经济上较为合理。2)用于制作加工难加工材料的刀具，如钻头、丝锥等。
