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西安机电信息学院Xianjidianxinxixueyuan毕业论文数控车的刀具和切削用量的选择专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导老师：二0一一年十月摘要随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词：刀具；切削用量；选择目录前言数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。 数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果. 车削加工过程中的刀具损坏有磨损和破损两种式。刀具的磨损是由于工件刀具切屑接触区发生强烈摩擦，造成刀具表面(前、后刀面)的材料被切屑或工件逐渐带走，刀具的磨损形式包括前刀面磨损(月牙洼磨损)、后刀面磨损、边界磨损、刀尖磨损等。刀具损坏形式计算机辅助分析系统应用计算机与数据库技术，汇集了普通车削、螺纹车削、钻削等多种切削加工过程中的刀具损坏形式及原因，可得到文字、图形数据，并可进行增加、删除、修改等数据库操作；根据刀具损坏形式可迅速检索刀具损坏原因，并推荐解决方案或改进措施。切削用量的大小对生产效率和加工质量有很大影响，因此在确定了刀具的几何参数以后，还要选定合理的切削用量。一、科学选择数控刀具1.1数控加工常用的刀具种类数控铣加工刀具种类很多，为了适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，所用刀具正朝着标准化、通用化和模块化的方向发展，主要包括铣削刀具和孔加工刀具两大类。为了满足高效和特殊的铣削要求，又发展了各种特殊用途的专用刀具。数控铣刀具的分类有多种方法，根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等。 1.2选择数控刀具的原则刀具 寿 命 与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择 刀 具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。1.3选择数控车刀具数控 车 削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。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刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。二是尖形车力，尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如900内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。最后是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。1.3.1车刀的前角的选择1前角的作用（1）加大前角能使车刀锋利，减少切削变形，减小切屑与前刀面的磨擦，从而降低切削力和减少切削热。（2）影响刀具的强度，受力性质和散热条件。（3）影响加工表面质量2前角的选择增大前角能降低切削力和切削热，但会削弱切削刃强度和散热面积，减小前角可改善刀头散热条件和提高刀头强度，但会使切削力和切削热增加。（1） 车刀的前角的经验参考数值：工件材料前角高速钢刀具硬质合金刀铝及铝合金25302530紫铜及铜合金（软）25302530铜合金（脆性）粗加工10151015精加工510510结构钢2025152015201015灰铸铁及可锻铸铁HBS22020251520HBS220108铸、锻钢件或断续切削灰铸铁1015510表列硬质合金车刀的前角也可以归纳为尽量大（2） 刀具材料： 脆性o（高速钢o，硬质合金o，陶瓷o）（3） 工件材料： 塑性材料o , 脆性材料o , 强度o , 硬度o（4） 加工要求： 粗加工o , 断续切削o , 精加工o（5） 机床功率和系统刚度: 功率大刚度高 , 数控机床、自动线：1.3.2主后角的选择1主后角的作用（1）减小主后刀面与工件之间的摩擦，提高已加工表面质量和延长刀具寿命；（2）配合前角调整切削刃和刀头部分的锋利程度、强度和散热条件；（3）小后角车刀在特定的条件下可抑制切削时的振动。2后角的选择前角数值是指刃口磨有倒棱的情况。后角归纳为尽量小： （1） 粗加工：o , 精加工：o（2） 塑性材料:o , 脆性材料:o, 硬度高:o , 强度高o（3） 工艺系统：刚度高o3归纳总结（1）前角大, 刀锋利，强度差。适于精加工。（2）前角小，强度好。散热佳，适于粗加工。（3）后角大，刀锋利，摩擦小。适于精加工。（4）后角小，强度好。散热佳，适于粗加工。1.3.3前后刀面的型式及其选择1前刀面常见的形式及其选择：（1） 单一后刀面：基本形式、常用，精加工刀用 （2） 有刃带的后刀面：可增加刀具耐磨性，定尺寸刀具用 （3） 带消振棱的后刀面：可抑制振动，加工时容易振动使用 （4） 双重或三重后刀面：可增加刃口强度，较少后刀面磨损a、正前角单平面型：精加工刀具、复杂刀具加工脆性材料的刀具b、正前角曲面带倒棱型：加工塑性材料的刀具c、负前角单平面型：后刀面磨损刀具 d、负前角双平面型：前后刀面磨损的刀具2后刀面的常见形式 （1）单一后刀面：基本形式、常用，精加工刀用 （2）有刃带的后刀面：可增加刀具耐磨性，定尺寸刀具用 （3） 带消振棱的后刀面：可抑制振动，加工时容易振动使用 （4）双重或三重后刀面：可增加刃口强度，较少后刀面磨损1.3.4主偏角选择（1） 系统刚度：刚度好，Kr取小值，刚度差，Kr取大值（2）工件形状：Kr按工件阶梯的角度选（3）工件材料：工件很硬时，Kr取小值（4） 散热条件：需要时加强散热时，Kr取小值（5） 产量条件：需要刀具通用性好时,取Kr90、Kr451.3.5副偏角考虑对Ra的影响一般尽量取小值1 各方兼顾：（1） 取过渡刃：粗加工用直线过渡刃精加工用圆弧过渡刃：高速钢：r.mm硬质合金：r.mm（2）设修光刃：Kr= 0 b= (1.21.8)f1.3.6刃倾角的选择：1刃倾角的功用（1）影响已加工表面质量（2） 影响各切削分力的比例（3）影响刀尖的强度（4）影响切入切出的平稳性2使刀具刃口锋利，切削平稳。p（1）粗加工S 0（使FP小些）（2）断续切削：S 0（保护刀尖）（3）工件b、HB大：S 0（使FP小些）p（5）微量切削：S取大值(使刀具实际刃口半径)1.3.7刀刃部分的结构 （1）前刀面（A） 刀具上切屑流过的表（2）主后刀面（A） 刀具上与过渡表面相对的表面。（3）副后刀面（ A ） 刀具上与已加工表面相对的表面。（4）主切削刃（S） 前刀面与主后刀面的交线，承担主要切削工作（5）副切削刃（S） 前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成金属切除工作。（6）刀尖：主切削刃与副切削刃的连接处的一小部分切削刃。通常，刀尖可有修圆和倒角两种形式。二、确定合理切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。2.1切削用量的合理选择所谓“合理”的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得主的生产率和低的加工成本的切削用量。切削用量对金属切削过程中主要物理现象影响在前面已有所述，切削用量又是生产实践中最活跃的参数。在工件材料、刀具材料和刀具几何参数确定的条件下，切削用量选择的合理与否，会直接影响加工质量、生产率、生产成本和刀具耐用度。为此，合理地选择切削用量是提高金属切削效益十分重要的一环。2.2切削用量的选择原则合理地选择切削用量，可以保证加工质量，降低生产成本，提高生产率。如果只凭经验来选取切削用量，即是不适应切削加工现代化的要求，因此，我们要研究切削用量选择的基本原则。从机动时间tm=La/nfap和金属切除率 QW =1000Vcfap/60 可知若要提高生产率，必须取尽可能大的 ap.f 和VC 事实上ap.f和Vc 的提高受到来自机床、工艺系统、刀具和加工质量要求等诸多因素的限制。因此，应重点考虑以下限制因素来选择切削用量。2.2.1切削用量受机床功率限制时的选择：由式 pm =fcvc-3 /60可知：切削功率pm 随 Fc 和VC 而成比例增大。同时，Fc 受 ap 和f影响， ap f 则fc （ f 影响较小）。故为充分发挥机床功率，应先取大的 ，较大的 ，最后取满足机床功率要求的2.2.2切削用时受刀具耐用充限制时的选择：可知，切削用量对刀具耐用度的影响次序是 vcfap。为减小磨刀、换刀等辅助工时，提高切削效率，必须保证刀具有中够的耐用度。因此，在选取切削用量时，首先选取大的切削深度ap，其次较大f，最后取满足刀具耐用度的vc。2.2.3切削用量受加工质量限制时的选择ap由半精加工和精加工余量确定。一般取ap较小，以减小工艺系统的弹性变形和已加工表面残留面积高度。f由工件表面粗糙充值确定。可根据刀具耐用度和加工质量选取避开积屑 和鳞刺产生的速度范围。由上述三点可知：粗加工，以担高生产率为主，兼顾加工成本，应选 尽量大， 较大，最后根据已确定的，在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择合理。精加工时，以提高加工质量为主，兼顾生产率和生产成本。故按加工余量，按表面质量要求选择合理的 ，在保证刀具耐用度和加工质量的前提下选择尽量大的切削速度。2.3切削用量的选择方法2.3.1粗加工切削用量的选择方法1、确定：在保留半精加工余量的前提下，尽量将粗加工余量一次切削完。若多余量 过大或工艺系统刚性过差时，可分二次切除余量（一般最多分成二次切除） 2、确定：综合考虑机床进给机构强度、加工工件刚度和刀片强度等情况下，选取一个最大的进给量。粗车进给量的参考值见表4-6、4-7为硬质合金刀生强度允许的进给量。3、确定：T已选定，根据规定达到的刀具耐用度，确定切削速度，4、校验机床功率：在校验机床功率，首先应确定机床的实际切削速度，根据式根据机床说明书选择相等或相近的较低转速。再按照选择的机床转速n，算出实际切削速度。切削功率2.3.2半精加工、精加工切削用量的选择方法1、切削深度：半精加工、精加工余量较小，一般一次切除，2、进给量：半畏加工和精加工切削深度较小，产生的切削力不大，不会给工艺系统造成太大的影响。因此进给 的大小，主要取决于工件表面粗糙度和刀尖园弧半径，再预先假设一个切削速度，通过表面选择进给量，然后根据机床说明书上的进给量，选取相等的或相近的进给量值。3、切削速度：半精加工、精加工的切削速度主要受刀具耐用度的限制，可利用式 计算。2.3.3背吃刀量的选择方法粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达810mm；半精加工的背吃刀量取0.55mm；精加工的背吃刀量取0.21.5mm。2.3.4进给速度（进给量）的选择方法粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度f可以按公式f =fn计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.30.8mmr；精车时常取0.10.3mm/r；切断时常取0.050.2mm/r。2.3.5切削速度的选择方法切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/D 来确定主轴转速n（r/min）。三、数控车削加工3.1数控车削加工的工艺范围3.1.1轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件数控车较适合车削普通车床难于实现的由任意直线和平面曲线（圆弧和非圆曲线类）组成的形状复杂的回转体零件，斜线和圆弧均可直接由插补功能实现，非圆曲线可用数学手段转化为小段直线或小段圆弧后作插补加工得到。对于一些具有封闭内成型面的壳体零件，如“口小肚大”的孔腔，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。3.1.2精度要求高的回转体零件数控车床系统的控制分辨率一般为0.010.001mm。在特种精密数控车床上，还可加工出几何轮廓精度达0.0001mm、表面粗糙度Ra达0.02m的超精零件（如复印机中的回转鼓及激光打印机上的多面反射体等），数控车床通过恒线速度切削功能，可加工表面精度要求高的各种变径表面类零件。3.1.3带特殊螺纹的回转体零件普通车床只能车等导程的直、锥面公英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干种导程的螺纹。数控车床则还能车削变导程的螺纹、高精度的模数螺旋零件（如蜗杆）及端面盘形螺旋零件等。由于数控车床进行螺纹加工不需要挂轮系统，因此对任意导程的螺纹均不受限制，且其加工多头螺纹比普通车床要方便得多。3.2数控车加工尺寸范围3.2.1有效切削长度外圆加工时有效切削长度主要受Z向行程极限的制约，而内孔加工时，为确保刀具的退出，其有效切削长度大约为Z向行程范围的1/2。3.3数控车加工工艺分析数控车削加工零件工艺性分析包括：零件结构形状的合理性；几何图素关系的确定性；精度及技术要求的可实现性；工件材料的可切削性能等。3.3.1结构形状和几何关系3.3.2材料要求零件毛坯材料及热处理要求，是选择刀具（材料、几何参数及使用寿命），确定加工工序、切削用量及选择机床的重要依据。3.3.3加工数量零件的加工数量对工件的装夹与定位、刀具的选择、工序的安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。批量生产时，应在保证加工质量的前提下突出加工效率和加工过程的稳定性，其加工工艺涉及的夹具选择、走刀路线安排、刀具排列位置和使用顺序等都要仔细斟酌。单件生产时，要保证一次合格率，特别是复杂高精度零件，效率退居到次要位置，且单件生产要避免过长的生产准备时间，尽可能采用通用夹具或简单夹具、标准机夹刀具或可刃磨焊接刀具，加工顺序、工艺方案也应灵活安排。结束语通过这次毕业论文的写作，让我对工厂实际零件加工的总体工艺流程有