数控加工中刀具的应用 毕业论文

1、数控加工中刀具的应用目录摘要.02第一章 数控刀具的现状以及发展探讨1. 1数控刀具的设计.031.2数控刀具的分类.031.3 数控刀具的特点041.4 数控刀具的发展方向05第二章刀具对于机床的选择2.1数控的系统要求.062.2刀具的种类.072.3刀具的选择.112.4切削用量的确定.13第三章 数控系统对刀方法以及误差研究3.1加工过程中所产生的误差类型·153.2对刀方法.163.3误差产生的原因以及需采取的措施.17第四章数控车床加工工序应注意的问题 4.1 合理选择切削用量.19 4.2合理选择刀具.194.3确定好加工路线.19第五章

2、数控车床的应用技巧5.1 程序G指令的应用205.2控制尺寸精度的技巧.205.3修改刀补尺寸.21论文小结.22参考文献.23谢辞.24摘要随着计算机技术的飞速发展，数控机床在我国机械加工行业中得到越来越广泛的应用。它不仅解决了普通机床难以解决的许多加工难题，而且提高了加工精度和生产效率，同时也对加工工艺和刀具设计提出了许多新的、更高的要求。为使这些先进的设备更好地发挥作用，必须要求我们了解近几年来数控刀具的特点、刀具材料及结构，未来数控刀具的发展趋势。 本文通过对几种典型刀具加工特点以及在机床的应用的分析，总结出加工刀具用于数控机床的各方面的选择应用要点，使之能够了解如何从众多数控机床中作

3、出选择。 关键词 刀具的种类 ；刀补；误差第一章 数控刀具的现状及发展探讨1数控刀具的设计 目前工具制造商正在制造直径为0.25英寸的此类钻头。带有0.5m调整机构的高速精密微调镗刀系统也已进入市场。对于高的金属去除率的钛金属类加工，新开发的重切削立铣刀可安装多达72个可转位刀片。这种数控刀具在设计上通过各个刀片的搭接提供各种变化多样的刀具螺旋角和轴向刃倾度。这种变化扰乱了切削加工时的共振，从而可以无共振地进行深度的铣削加工。 2数控刀具的的分类 2.1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。 2.2根据

4、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，如立方氮化氮化硼刀具，陶瓷刀具等。 2.3从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切断、切槽刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。 3数控刀具的特点 数控刀具与普通机床上用的刀具实际没有多大区别，它们需具有以下特点： 3.1刀具的切削性能必须稳定可靠高。 目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。刀具耐用度愈大，表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件，由于使用的刀具材料及工件材质不可能完全相同，再加上刃磨质量等一些不能完全严格控制的因素，所以即使在相同条件下，刀具耐用度

5、仍随机变动。因此在数控上，除应给出刀具耐用度的平均值指标外，还应给出刀具的可靠指标Tp。它已成为选择刀具的关键性指标。通常是规定可靠度P0.9，即9时刀具切削时间为T0.9。研究表明，当耐用度的随机变量接近于正态分布时，如以耐用度的平均值T作为标准，刀具的可靠性只有50。 3.2可靠地断屑、排屑。 刀具必须能可靠地断屑或卷屑即切削控制。数控机床上每一工位设备上。装置着许多刀具，切削量大，切屑多，因此，在切削塑性金属时，必须控制切屑不缠绕在刀具，工件及工艺装备上，控制切屑不飞溅，保证操作者安全，不影响切削液喷注，不影响零件的定位和输送，不划伤已加工表面，使切屑易于清理，为此，采用卷屑槽或断屑块的

6、刀具，或用间隙切削或振动切削措施提高断屑效果。 3.3应具有高的精度。 刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。 3.4快速更换及尺寸预调。 刀具应能快速或自动更换，并需有控制和调整尺寸的功能或具有刀具磨损的自动补偿装置，以减少换刀调整的停机时间。 转贴于 中国论文下载中心 4数控刀具的材料 4刀具的材料4.1超硬材料领域。 金刚石(钎焊聚晶、单晶)各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工及有色金属切削加工行业中。表面改性涂层材料主要有：TiN、TiCN、TiALN、等，将上述涂层材料用于各种机夹可转位刀片的表面改性涂层处理，满足高速、高寿命切削加工高强度、

7、高硬度等材质工件的生产技术不同要求。 4.2硬质合金材料领城。 硬质合金基体材料为适应各种表面改性涂层材料的涂覆工艺技术要求添加各种微量元素，满足于各种机加3232艺技术对可转位刀片切削性能的要求而发展的； 4.3冶金高速钢材料领城 以改进制粉、热压工艺、添加微量元素创新的粉末冶金高速钢材料，制成各种成形拉刀、高速滚刀、丝锥、波纹刃立铣刀等刀具，大量应用于轿车、摩托车、航空发动机、汽轮机等制造行业，加工高强度、高硬度铸铁合金等合金材料工件。根据切削加工技术不同的要求，其表面分别配涂TiN、TiCN等涂层材料，满足高速、高效、硬质精密机加工技术要求。 4.5 发展方向 从我国基本国情的角度出发，

8、以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，重点解决数控刀具的材料，提高生产效率及加工质量，赢得市场。第二章 加工刀具对于数控机床的选择2.1数控的系统要求1 需要几个数控轴 刀具一般可根据其外形分为回转刀具（如铣刀，钻头）和方形轮廓刀具（如车刀，镗刀），因而一般都需要X，Y，Z三个数控直线轴对其进行加工以保证其外形尺寸，有所区别的是对数控回转轴的要求。加工复杂的可转位刀具体现得较为明显。 以加工可转位立铣刀工序中的数控铣削为例绝大多数可转位立铣刀都有数个（条）均布的切削齿，在每个齿加工完毕后都应对其进行分度旋转（如图1所示B轴）进行下一个（

9、条）齿的加工。如果CNC铣床没有数控分度头或数控回转工作台，则应在程序中加入无条件停止指令，机床运动停止后通过人工旋转精密手动分度头实现分度旋转（应注意机床外罩锁的影响），然后继续执行NC程序。精度一般能够满足要求。但这样会增加工人劳动强度，同时影响工作效率。如果CNC铣床有数控分度头或数控回转工作台，则分度旋转运动可通过程序中的数控指令实现，精度和效率都较高，但增加一个CNC回转轴也会使CNC铣床的结构复杂化，CNC系统功能增加，大为增加CNC铣床的价格。 需要指出的是，精密手动分度头的分度能力是有限的，特别是对于非整数的角度往往无法满足要求（可转位成形铣刀此类情况较多），此时只能用CNC回

10、转轴实现。此类CNC回转轴一般用交流伺服电机驱动精密蜗杆副，液压或气动夹紧，高精度编码器作为角度检测元件，因而具备在行程范围内任意角度的旋转功能。而采用端面齿盘定位的CNC回转轴却只能进行等分转度，不适用于此类情况。 某些可转位立铣刀有刃倾角s，在铣削刀片槽或容屑槽时都应将槽底面转刃倾角s，使其与CNC铣刀轴线垂直，此时需要一个回转轴（如图1所示A轴）旋转刃倾角s。 受精密手动分度头的装夹结构和刚性的限制，将其作为A轴效果不佳。因此应选择具有较高刚性的CNC回转轴作为A轴。 可见如果某CNC铣床加工的可转位刀具品种单一且无刃倾角，可以选择3轴CNC（X，Y，Z）铣床加精密手动分度头，可降低加工

11、成本。否则应选择5轴CNC铣床（X，Y，Z，A，B）。 2. 需要几个数控轴联动 CNC系统的若干轴联动插补功能最能体现CNC系统的性能和其档次高低，也往往决定着CNC系统的价格，因此应根据加工刀具产品的具体情况来仔细选择。对于加工一般可转位刀具的CNC铣床而言，具有2个直线轴的直线和圆弧插补功能就可以加工几乎所有的ISO标准刀片槽形式，其它运动都可单轴插补完成。如果也选择多达5-6轴联动的CNC系统则没有必要。要求比较高的是一些螺旋类精加工刀具。以下以加工"等螺旋角等前角锥度立铣刀"为例（参见图2）： 从图2中可以看出，若要加工（含铣削及磨削）这种立铣刀，CNC机床应具备

12、：X轴和A轴联动插补切削螺旋槽；Z轴：X-A插补时也参加插补保证每个截面螺旋角相等；Y轴：由于前角0>0且轴向每个截面半径都不相等从而使偏移量e也处处不相等，为保证每个截面前角都相等，X-A-Z联动时Y轴也要参加插补运动。因此CNC机床应具备"X-Y-Z-A" 4轴联动的插补功能。 同理可知："X-Y-Z-A-B" 5轴联动插补可完成同上的球头立铣刀的加工。 3 需要什么数控系统加工一般精度的可转位刀具，选择具有间隙补偿和螺距误差补偿的半闭环CNC系统的 数控机床就可以满足要求，而对较高精度刀具（如整体材质的精加工刀具）的精加工可以选择闭环CNC系

13、统。需要注意的是：为编程方便，CNC编程软件系统都应具有工件坐标系的平移和旋转功能，并支持几何线性的多种表达方式。 现代CNC系统的编程方法较多，相对而言，以ISO标准G，M代码编程的CNC系统具有较大的灵活性，能满足多品种中小批量的生产要求，但初期编程速度较慢，机床准备工作时间较长。而具有针对某类刀具产品开发的专业化软件包的CNC系统则可以满足某些复杂刀具的大批量加工，生产效率高，对人员素质要求较低，但价格昂贵且需要不断升级软件包以满足出现的新产品。 选择CNC系统时还应注意：现代CNC系统的功能较多，可以根据实际情况去掉一些基本不用或近期很少用到的功能（例如某些用于FMS的接口和软件）以降

14、低购买成本。 以上通过几个例子讨论了针对加工刀具产品的CNC机床选择方法和大概原则，实际情况远不止这些。总之应根据产品具体情况灵活地作出选择，以满足市场对精度和成本的双重要求。2.2刀具对机床的要求数控机床对夹具的要求比较简单，单件生产时一般采用通用夹具。当批量生产时，为了节省加工工时，应使用专用夹具。数控机床的夹具应定位可靠，可自动夹紧或松开工件。夹具还应具有良好的排屑、冷却性能。 数控机床的刀具应该具有以下特点： 1具有较高的精度、耐用度，几何尺寸稳定、变化小。 2刀具能实现机外预调和快速换刀，加工高精度孔时要经试切削确定其尺寸。 3刀具的柄部应满足柄部标准的规定。 4很好地控制切屑的折断

15、和排出。 5具有良好的可冷却性能。夹具是机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。更多数控机床配件和数控加工配套的功能部件介绍数控刀具的主要种类及特点 2.3数控加工刀具的种类 数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事

16、实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。1.1从结构上可分为1.整体式2.镶嵌式可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，分为可转位和不转位；3减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具；4内冷式切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部；5特殊型式如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。2从制造所采用的材料上可分为2.1高速钢刀具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，

17、适于各种特殊需要的非标准刀具。2.2硬质合金刀具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产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。硬质合金刀片按国际标准分为三大类：P类，M类，K类。 P类适于加工钢、长屑可锻铸铁（相当于我国的YT类） M类适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等（相当于我国的YW类） M-S类适于加工耐热合金和钛合金 K类适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于我国的YG类） K-N类适于加工铝、非铁合金 K-H类适于加工淬硬材料3陶瓷刀具4立方氮化硼刀具5金刚石刀具3从切削工艺上可分为1车削刀具分外圆、内孔、外螺

18、纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断等。数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。常规车削刀具为长条形方刀体或圆柱刀杆。方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定。圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定。它们与机床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的。在模块化车削工具系统中，刀盘的联接以齿条式柄体联接为多，而刀头与刀

19、体的联接是“插入快换式系统”。它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削，也适用于车削中心的自动换刀系统。数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。2钻削刀具分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等。钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数控镗铣床和加工中心。因此它的结构和联接形式有多种。有直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹联接、模块式联接（圆锥或圆柱联接）等多种。3镗削刀具分粗镗、精镗等刀具。镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄、模块式镗刀柄和镗头类。从加工工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀。4铣削刀具分面铣、立铣、三面刃铣等刀具。1面铣刀（也叫端铣刀） 面铣刀的圆周表面

20、和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。2立铣刀 立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。3模具铣刀 模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。1键槽铣刀2鼓形铣刀3成形

21、铣刀4特殊型刀具 特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。2 数控加工刀具的特点为了达到高效、多能、快换、经济的目的，数控加工刀具与普通金属切削刀具相比应具有以下特点：1刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。2刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。3刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。4刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。5刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。6刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。7刀柄或工具系统的装机重

22、量有限度。8刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。9刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。刀具的选择1、 数控铣加工常用刀具的种类 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

23、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。 2、数控铣加工对刀具的要求 为了保证数控铣机床的加工精度，提高数控铣机床的生产效率及降低刀具材料的消耗，在选用数控铣机床刀具和刀具材料时，除满足普通机床应具备的基本条件外，还要考虑在数控铣机床中刀具工作条件等多方面因素，如切屑的断屑性能、刀具快速调整与更换，因此对刀具和刀具材料提出更高的要求。 1.铣刀刚性要好 一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。当工件各处的加工余量相差悬殊时，通用

24、铣床遇到这种情况很容易采取分层铣削方法加以解决，而数控铣削就必须按程序规定的走刀路线前进，遇到余量大时无法象通用铣床那样“随机应变”，除非在编程时能够预先考虑到，否则铣刀必须返回原点，用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方法从头开始加工，多走几刀。但这样势必造成余量少的地方经常走空刀，降低了生产效率，如刀具刚性较好就不必这么办。2.铣刀的耐用度要高 尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，就会影响工件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。除上述两点之外，互换性好，便于快速换刀；刀具的尺寸

25、便于调整，以减少换刀调整时间； 刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； 系列化，标准化，以利于编程和刀具管理，等等这些是数控加工与普通机床加工对刀具的不同要求。 3数控铣加工刀具类型的选择 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。生产中，被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。1.铣削刀具的选用：加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀

26、刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀；铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀；铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀；铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀；2.孔加工刀具的选用：数控机床孔加工一般无钻模，由于钻头的刚性和切削条件差，选用钻头直径D应满足L/D5（L为钻孔深度）的条件；钻孔前先用中心钻定位，保证孔加工的定位精度；精绞前可选用浮动绞刀，绞孔前孔口要倒角；镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头进行切削，以平衡镗削振动；尽量选择较粗和较短的刀杆，以减少切削振动。在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、

27、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：1尽量减少刀具数量；2一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；3粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；4先铣后钻；5先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；6在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐

28、用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。2.4切削用量的确定 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或侧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，最大限度地提高生产率，降低成本。 1. 切削速度的确定铣削的切削速度与刀具的耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。其中原因是fz、ap、ae、Z增大时，使同时工作齿

29、数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，相应提高切削速度。下表列出了铣削切削速度的参考值。 铣削时的切削速度参考表 工件材料 硬度（HBS） 切削速度Vc（m/min） 高速钢铣刀 硬质合金铣刀 钢 <225 1842 66150 225325 1236 54120 325425 621 3675 铸铁 <190 2136 66150 190260 918 4590 260320 4.510 2130 2.进给速度的确定 进给速度F是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀

30、具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。确定进给速度的原则：1当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。2在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。3当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。4刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。 3.背吃刀量

31、（或侧吃刀量）的确定 在保证加工表面质量加工质量的前提下，背吃刀量(ap)应据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。工件表面粗糙度要求为Ra3.212.5m,分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.51.0mm；工件表面粗糙度要求为Ra0.83.2m，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工，半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣侧吃刀量取1.52mm，精铣时端铣背吃刀量取0.51mm，圆周铣侧吃刀量取0.30.5mm。 总之，零件数控编程具有很大的灵活性，只有正确理解以上工艺参数，在实践中不断进行总结，才能编制出

32、高质量的加工程序，加工出高质量的模具零件。数控机床对刀方法以及误差研究3.1 数控加工过程中产生的加工误差的原因1编程误差:主要是数控编程时数控系统产生的插补误差,主要由于用直线段或圆弧段避近零件轮廓时产生的。这是影响零件加工精度的一个重要因素。可以靠增加插补节点数解决,但会增加编程工作量。 2刀尖圆弧误差:在切削内孔、外因或端面时,刀尖圆弧不影响其尺寸、形状,但在加工锥面或圆弧时受刀尖圆弧影响造成过切或少切。此误差可通过测量刀尖圆弧半径,采用刀具半径补偿功能来消除误差。 3测量误差:主要是受量具测量精度以及测量者操作方法影响,导致的实测尺寸不准确。此误差可弥补。 4对刀误差:此误差主要产生在

33、对刀过程中,刀具在移动到起刀点位置时受操作系统的进给修调比例值影响。解决办法是合理选择进给修调比例,尤其是当刀具靠近起刀点位置时采用最小挡进给修调使刀具精确定位于起刀点位置。 5机床系统误差:受机床本体影响产生的形位公差,此公差一般不可调整;伺服单元,驱动装置产生的重复定位误差,主要由系统受机床脉冲当量大小、均匀度及传动路线影响;这些误差量很小且稳定,只有在精密加工时应予以考虑。 3.2 对刀方法 数控加工的对刀,对其处理的好坏直接影响到加工零件的精度,还会影响数控机床的操作。所谓对刀,就是在工件坐标系中使刀具的刀位点位于起刀点(对刀点)上,使其在数控程序的控制下,由此刀具所切削出的加工表面相

34、对于定位基准有正确的尺寸关系,从而保证零件的加工精度要求。在数控加工中,对刀的基本方法有试切法、对刀仪对刀、ATC对刀和自动对刀等。 1 试切法 根据数控机床所用的位置检测装置不同,试切法分为相对式和绝对式两种。在相对式试切法对刀中,可采用三种方法:一是用量具(如钢板尺等)直接测量,对准对刀尺寸,这种对刀方法简便但不精确;二是通过刀位点与定位块的工作面对齐后,移开刀具至对刀尺寸,这种方法的对刀准确度取决于刀位点与定位块工作面对齐的精度;三是将工件加工面先光一刀,测出工件尺寸,间接算出对刀尺寸,这种方法最为精确。在绝对式试切法对刀中,需采用基准刀,然后以直接或间接的方法测出其他刀具的刀位点与基准

35、刀之间的偏差,作为其他刀具的设定刀补值。以上试切法,采用“试切测量调整(补偿)”的对刀模式,故占用机床时间较多,效率较低,但由于方法简单,所需辅助设备少,因此广泛被用于经济型低档数控机床中。 2 对刀仪对刀 对刀仪对刀分为机内对刀仪对刀和机外对刀仪对刀两种。机内对刀仪对刀是将刀具直接安装在机床某一固定位置上(对车床,刀具直接安装在刀架上或通过刀夹再安装在刀架上),此方法比较多地用于车削类数控机床中。而机外对刀仪对刀必须通过刀夹再安装在刀架上(车床),连同刀夹一起,预先在机床外面校正好,然后把刀装上机床就可以使用了,此方法目前主要用于镗铣类数控机床中,如加工中心等。采用对刀仪对刀需添置对刀仪辅助

36、设备,成本较高,装卸刀具费力,但可节省机床的对刀时间,提高了对刀精度,一般用于精度要求较高的数控机床中。 3 ATC对刀 AIC对刀是在机床上利用对刀显微镜自动计算出刀具长度的方法。由于操纵对刀镜以及对刀过程还是手动操作和目视,故仍有一定的对刀误差。与对刀仪对刀相比,只是装卸刀具要方便轻松些。自动对刀是利用CNC装置的刀具检测功能,自动精确地测出刀具各个坐标方向的长度,自动修正刀具补偿值,并且不用停顿就直接加工工件。与前面的对刀方法相比,这种方法减少了对刀误差,提高了对刀精度和对刀效率,但需由刀检传感器和刀位点检测系统组成的自动对刀系统,而且CNC系统必须具备刀具自动检测的辅助功能,系统较复杂

37、,投入资金大,一般用于高档数控机床中。2.4 自动对刀 自动对刀是利用CNC装置的刀具检测自动修正刀具补偿值功能,自动精确地测出刀具各个坐标方向的长度,并且不用停顿就直接加工工件。自动对刀亦称刀尖检口功能在加工中心上一次安装工件后,需用刀库中的多把刀具加工工件的多个表面。为提高对刀精度和对刀效率,一般采用机外对刀仪对刀、ATC对刀和自动对刀等方法,其中机外对仪对刀一般广泛用于中档铿铣类加工中心上。在采用对刀仪对刀时,一般先选择基准芯棒对准好工件表面,以确定工件坐标原点,然后选择某一个方便对刀的面,采用动态(刀转)对刀方式。 3.3加工误差的原因及采取的措施 概括起来,产生对刀误差的原因有: 1

38、当用试切法对刀时,对刀误差主要来源于试切工件之后的测量误差和操作过程中目测产生的误差。 2当使用对刀仪、对刀镜对刀和自动对刀时,误差主要未源于仪器的制造、安装和测量误差,另外使用仪器的技巧欠佳也会造成误差。 3测量刀具时是在静态下进行的,而加工过程是动态的,同时要受到切削力和振动外力的影响,使得加工出来的尺寸和预调尺寸不一致。此项误差的大小决定于刀具的质量和动态刚度。 4在对刀过程中,大多时候要执行“机床回参考点”的操作,在此过程中可能会发生零点漂移而导致回零误差,从而产生对刀误差。 5机床内部都有测量装置,最小度量单位的大小也与误差有关。一般说来,最小度量单位大的测装置其误差就大,最小度量单

39、位小的测量装置其误差就小。 减小对刀误差的主要措施有: 1当用试切法对刀时,操作要细心。对刀后还要根据刀具所加工零件的实际尺寸和编程尺寸之间的误差来修正刀具补偿值,还要考虑机床重复定位精度对对刀精度的影响以及刀位点的安装高度对对刀精度的影响。 2当使用仪器对刀时,要注意仪器的制造、安装和测量精度。要掌握使用仪器的正确方法。 3选择刀具时要注意刀具的质量和动态刚度。 4定期检查数控机床零点漂移情况,注意及时调整机床。 通过采用试切法与近似定值法法对零件进行加工,每种方法均加工五个零件。分别测量其轴向尺寸与其中一个径向尺寸(10),求尺寸偏差绝对值的平均值,平均值大的那一组工件说明其对刀误差较大。

40、 如果零件的轴向尺寸精度要求高的话,不要用手动测量的试切对刀,因为测量时的人为误差难以避免,可用系统自动测量的那种试切对刀方法,不过也要看系统测量精度是否与需要保证的尺寸精度。如果零件的径向尺寸要求较高,尽量不要用近似定值法对刀,此对刀方法很难保证刀剪准确的对准工件旋转中心。不过这种方法对刀零件的轴向尺寸不会有太大的误差,因为对刀时的轴向尺寸是系统自动测量的,避免了人为误差的介入。 第四章 数控车床加工工序应注意的问题 4.1. 合理选择切削用量 对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了

41、切削条件。 切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。 进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。 最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。 然而，在实

42、际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。 4.2 合理选择刀具 1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 3. 合理选择夹具 1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具； 2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。 4.3 确定加工路线 加工路线是指数控机床加

43、工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 1 应能保证加工精度和表面粗糙要求； 2 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 3 加工路线与加工余量的联系 目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。 4 夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，如图1。液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。 5进行有效合理的车削加工 第五章 数控车床应用的技巧5.1程序首句妙用G00的

44、技巧 目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以G50 X Z作为程序首句。根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为(X Z)(本文工件坐标系原点均设定在工件右端面)。采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如下。 1. 对刀后，装夹好工件毛坯； 2. 主轴正转，手轮基准刀平工件右端面A； 3. Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50 Z0，电脑记忆该点； 4. 程序录入方式，输入G01 W-8 F50，将工件车削出一台阶； 5. X轴不动，沿Z轴释放刀具至C点，停车测量

45、车削出的工件台阶直径，输入G50 X，电脑记忆该点； 6. 程序录入方式下，输入G00 X Z，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50 X Z，电脑记忆该程序原点。 上述步骤中，步骤6即刀具定位在XZ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到XZ处的过程繁琐，一旦出现意外，X或Z轴无伺服，跟踪出错，断电等情况发生，系统只能重启，重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆，“复位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至XZ位置并重设G50。如果是批量生产，加工完一件后，回G50起点继续加工下一件，在操作过程中稍有失误，就可能修改工件

46、坐标系。鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句G50 XZ改为G00 X Z后，问题迎刃而解。其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步，即完成步骤1、2、3、4、5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动运行即可。即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。上述程序首句用 G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于G50 X Z程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。中国金属加工在线 5.2控制尺寸

47、精度的技巧 1. 修改刀补值保证尺寸精度 由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下： a. 绝对坐标输入法 根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001004处修改。如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。 b. 相对坐标法 如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。 同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W0.1。 2. 半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度 对

48、于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U-0.3，再次调用G70精车一次。经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。 3. 程序编制保证尺寸精度 a. 绝对编程保证尺寸精度 编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误

49、差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。 b. 数值换算保证尺寸精度 很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。如图2b中，除尺寸13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中， 29.95mm、16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程4

50、. 修改程序和刀补控制尺寸 数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：30.06mm、23.03mm及16.02mm。对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下a. 修改程序 原程序中的X30不变，X23改为X23.03，X16改为X16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm； b. 改刀补 在1号刀刀补001处输入U-0.06。 经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。 数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。 维修中应注意的事项 （1）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应