数控机床加工工艺分析.doc

山 东 广 播 电 视 大 学 毕 业 设 计 论文题目：数控机床加工工艺分析姓名：学号：专业：学校：烟台电大栖霞分校 目录数控机床加工工艺分析11 刀具材料的选择11.1较高的硬度和耐磨性11.2足够的强度和韧性11.3较高的耐热性11.4较好的导热性11.5良好的工艺性22 刀具的几何角度和结构的选取23 合理选择切削用量34 选用适当的冷却润滑液4参考文献：6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，针对零件的加工工艺，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。关键字：数控加工、刀具材料、几何角度、切削用量、冷却润滑液数控机床加工工艺分析1 刀具材料的选择 在金属切削过程中，切削层金属在刀具的作用下承受剪切滑移而塑性变形，刀具与工件、切屑之间挤压与摩擦使刀具切削部分产生很高的温度，在断续切削加工中还会受到机械冲击及热冲击的影响，加剧刀具的磨损，甚至使刀具破损，因此刀具切削部分的材料必须具备以下几个条件。 1.1较高的硬度和耐磨性 刀具切削部分的硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好。刀具材料在常温下的硬度应在62HRC以上。 1.2足够的强度和韧性 刀具在切削过度中承受很大的压力，有时在冲击和振动条件下工作，要使刀具不崩刃和折断，刀具材料必须具有足够的强度和韧性，一般用抗弯强度表示刀具材料的强度，用冲击值表示刀具材料的韧性。 1.3较高的耐热性 耐热性指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度及韧性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指标，这种性能也称刀具材料红硬性。 1.4较好的导热性 刀具材料的导热系数越大，刀具传出的热量越多，有利于降低刀具的切削温度和提高刀具的耐用度。 61.5良好的工艺性 为便于刀具的加工制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如刀具材料的锻造、轧制、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性及高温塑性变形性能，对于硬质合金和陶瓷刀具材料还要求有良好的烧结与压力成形的性能。刀具材料的切削性能关系着刀具的耐用度和生产率，刀具材料的工艺性影响着刀具本身的制造与刃磨质量。因此刀具材料宜选择硬度高、抗粘结性和韧性好的刀具材料。笔者在切削参数相同的条件下，对几种材料的刀具进行了车削对比试验，采用TiC-TiCN-TiN复合涂层刀片的外圆车刀，耐用度比较高，工件表面质量好，生产率高。这是因为这种涂层硬质合金材料的刀片，具有更好的强度和韧性，又因其表面具有更高的硬度和耐磨性，更小的摩擦系数和更高的耐热性，而成为数控车床车削不锈钢的良好刀具材料，是加工3Cr13不锈钢的外圆车刀的首选材料。由于没有这种材料的切断刀片，通过表2的对比试验可知，YW2硬质合金的切削性能也不错，因此可选用YW2材料的刀片作为切断刀。 2 刀具的几何角度和结构的选取 数控机床和加工中心用刀具(简称数控刀具)在国外发展很快，品种规格已形成系列。我国对数控刀具的研究开发起步较晚，数控刀具的开发与生产成为我国工具行业的薄弱环节，数控刀具的落后已成为影响国产和进口数控机床充分发挥作用的主要障碍之一。 目前国外设计数控刀具的方式基本上是通过直接调用已有的设计结果或经过局部修改而形成新的品种或规格。而国内企业(包括中国第一汽车制造厂)在数控刀具设计中则大多是在商用CAD(多为AutoCAD)软件平台上由设计人员进行交互式绘图。由于交互式绘图很难利用已有的设计结果，劳动强度大，设计效率低，难以满足实际生产需要。因此，研究开发先进的数控刀具CAD/CAM技术，对于提高数控刀具设计、制造的质量和效率十分必要。 在CAD技术的发展过程中，参数化技术的出现是一次重要的革命。该技术以约束造型为核心，允许工程设计人员以尺寸驱动的方式实现对设计结果的修改，非常适合于结构类似的系列化产品设计。 对于良好的刀具材料，选择合理的几何角度则显得尤为重要。加工不锈钢时，刀具切削部分的几何形状，一般应从前角、后角方面的选择来考虑。在选择前角时，要考虑卷屑槽型、有无倒棱和刃倾角的正负角度大小等因素。不论何种刀具，加工不锈钢时都必须采用较大的前角。增大刀具的前角可减小切屑切离和清除过程中所遇到的阻力。对后角选择要求不十分严格，但不宜过小，后角过小容易和工件表面产生严重摩擦，使加工表面粗糙度恶化，加速刀具磨损。并且由于强烈摩擦，增强了不锈钢表面加工硬化的效应T 刀具后角也不宜过大，后角过大，使刀具的楔角减小，降低了切削刃的强度，加速了刀具的磨损。通常，后角应比加工普通碳钢时适当大些。一般车削马氏体不锈钢时，刀具前角g0取1020较为适宜。后角a0取58较合适，最大不超过10。 此外，刃倾角ls，负的刃倾角可保护刀尖，提高刀刃强度，一般选取g0为-1030。主偏角kr应根据工件的形状、加工部位和装刀情况来选择。刃口表面粗糙度应为Ra0.40.2m。 在刀具结构上，对外圆车刀采用外斜式圆弧断屑槽，靠刀尖处切屑卷曲半径大，靠外缘处切屑卷曲半径小，切屑翻向待加工表面而折断，断屑情况好。对于切断刀，可将副偏角控制在1以内，这样可以改善排屑条件、延长刀具的使用寿命。 3 合理选择切削用量 切削用量对工件表面质量、刀具耐用度、加工生产率影响较大。而切削理论认为，切削速度V对切削温度和刀具耐用度的影响最大，进给量f次之，ap最小，而在数控车床上一次走刀加工的表面，其切深量ap是由工件尺寸与材料毛坯尺寸来决定的，一般为03mm。难加工材料的切削速度往往比普通钢的切削速度低得多，因为速度的提高，就会使刀具严重磨损，而不同的不锈钢材料又有各自不同的最佳切削速度，这个最佳切削速度只能通过试验或查阅有关资料确定。用硬质合金刀具进行加工时，一般推荐切削速度V=6080m/min。进给量f对刀具耐用度影响不如切削速度大，但会影响断屑和排屑，从而影响工件表面的拉伤、擦伤，影响加工的表面质量。被加工表面粗糙度值不高时，f选用0.10.2mm/r。 总之，对于难加工材料，一般选用较低的切削速度，中等的走刀量。 4 选用适当的冷却润滑液 越来越多的加工车间正在寻找在加工时降低冷却液用量的方法，采用空气/油雾-最小量润滑(MQL)-或不用润滑剂的干式加工。可提供非常惊人的经济与生态益处。但是，这些技术的优点与局限性必须与合适应用及切削要求符合时才能得以成功应用。减少润滑油最少量润滑，或称准干式润滑，是将最少量切削液与空气混合成为气雾，以提供控制润滑，减少切削边缘区的摩擦。 MQL概念是大约15年前为了解决下述几方面问题而提出的即与各加工车间空气中浮游的切削液颗粒有关的环境侵害及职业危害问题。切削液的管理，此技术减少了购买切削液的需求及废切削液的处理成本。此外，减少了工件、刀具及机床的清洗次数。气雾差不多在加工过程中全部用完，因此，工件、刀具及机床仍然保持干燥。加工车间采用MQL技术加工部件，切屑干净、干燥，可以立即回收利用。MQL混合系统输送准确数量的气雾，将气雾的液滴直径控制到特定的公差，保持最佳湿润与润滑。MQL流体的流速为30ml/hr500ml/hr比泛流冷却的用量低许多数量级。在泛流冷却中，消耗的冷却液用量多达10升/分钟。例如，如果MQL气雾内的润滑油液滴设定为0.1m1m，则冷却液用量不到50ml/hr。 虽然某些MQL技术供应商宣称，此技术可采用任何切削液，但是，大多数加工车间都采用高度精制的植物油或酣类润滑油。这些高性能的油脂具有非材出色的润滑性与自然溶解特性，而且，它们还是环保型的产品。此外，植物仙类切削液不会挥发，在气雾中采用它们来冷却切削，能够稳定受控地移除热量。这有助于将刀具的温度保持稳定，消除刀具热震的可能性。在要求使用硬质合金刀具的应用中，这一点非常重要，因为水基冷却液通过水的蒸发移除大量热，迅速移除切削时产生的大量热将会使硬质合金刀具发生热震，并引起硬质合金刀具内钴粘合剂的分解。 将MQL气雾输送到冷却区有两种方法。第一种是依靠外部MQL供应系统，其中空气与油通过喷嘴混合与输送至切削处。此系统成本低廉，可将现有机床改造成MQL。它不需要对机床或控制进行大量改造。然而，在某些应用中，使用这种MQL输送系统存在一些缺点，例如，在深钻孔中，很难将润滑空气/油雾输送至刀具/工件界面。另一个实例是带自动换刀装置的机床MQL输送系统所用的外部设备及其喷嘴，会干扰换刀装置。 设计采用MQL的机床具有内部供应系统，通过主轴将空气与油输送至刀具。其中一种类型是配备一个空气/油混合室，通过内主轴管直接将气雾输送至刀具。刀具内的管道将气雾输送至切削区。在主轴速度高时，离心力会将气雾中的油滴甩到主轴管的外壁上，这样、无法将最佳量的空气/油气雾输送至刀具。 为了克服这一点，另一种设计是通过周围空气管道内的中心管、使油通过主轴。空气与油在刀具附近的室内混合，因为空气/油气雾只在小段距离受主轴旋转的影响，刀具尖端的排出反应据说得到了改善。通过机床刀具直接进行润滑油预先设置，这两种设计都精确控制每个刀具的润滑油排出量。而且，内部MQL系统没有外部装置，不会对其它设备造成干扰。 内部输送MQL系统的刀具需要特别考虑。通过刀具输送气雾的通道必须设计为方向突然改变尽可能少。这对大直径刀具来说颇具挑战性，囚为大直径刀具中的气雾流动必须改变方向，以到达其外径与切削区。 车削不锈钢用的冷却润滑液，应该具有高的冷却性能、高的润滑性能和较好的渗透性。 高的冷却性能，保证能带走大量的切削热。不锈钢韧性大，切削时易产生积屑瘤，恶化加工表面，这就要求冷却润滑液有较高的润滑性能和较好的渗透性。常用的加工不锈钢冷却润滑液有硫化油、硫化豆油、煤油加油酸或植物油、四抓化碳加矿物油、乳化液等。 考虑到硫对机床有一定的腐蚀作用，植物油(如豆油) 容易附在机床上结痴和变质。笔者选用了四抓化碳与机油按重量比为1：9 的混合物。其中四抓化碳渗透性好，机油的润滑性好。试验证明，这种冷却润滑液适用于表面粗糙度值要求小的不锈钢零件的半精加工和精加工工序，特别适合于马氏体类不锈钢零件的车削加工。参考文献：1 中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场，2001(3)：18-20.2 梁训王宣 ,周延佑.机床技术发展的新动向J.世界制造技术与装备