数控车零件工艺设计

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【摘 要】数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件.通过数控加工程序的运行,可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工,并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作.数控车床种类较多,但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成.

【关 键 词】数控；车床；加工

数控技术是先进制造技术的基础,它是综合应用了计算机、自动控制、电气传动、自动检测、精密机械制造和管理信息等技术而发展起来的高新科技.作为数控加工的主体设备,数控机床是典型的机电一体化产品.数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平,随着现代化科学技术的迅速发展,制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志.

本文主要讨论数控车床的零件加工工艺,结合典型零件对数控车零件进行讲解.主要内容有关于数控车床加工工艺分析、刀具的选用、切屑用量的选择.

1.数控加工工艺分析

1.1数控加工工艺概念

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和,应用于整个数控加工工艺过程中.数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术,它是人们大量数控加工实践的经验总结.

数控加工工艺过程,是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等,使其成为成品或半成品的过程.

1.2数控加工工艺内容

选择并确定进行数控加工的内容.

对零件图样进行数控加工工艺分析.

零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定.

数控加工工艺方案的制定.

工步、进给路线的确定.

选择数控机床的类型.

刀具、夹具、量具的选择和设计.

切削参数的确定.

加工程序的编写、校验与修改.

首件试切加工与现场问题处理.

1.3工序与工布的划分

工序的划分：在数控机床上加工零件,工序可以比较集中,在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序.首先应根据图样,考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加工工作.若不能,则应决定其中那一部分在数控机床上加工,那一部分在其他机床上完成.一般工序划分有以下几种方式：

1.3.1按零件装卡定位方式划分工序

由于每个零件结构形状不同,各加工表面的技术要求也有所不同,故加工时,其定位方式则各有差异.一般加工外形时,以内形定位；加工内形时又以外形定位.因而可根据定位方式的不同来划分工序.

1.3.2按粗、精加工划分工序

根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时,可按粗、精加工分开的原则来划分工序,即先粗加工再精加工.此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工.通常在一次安装中,不允许将零件某一部分表面加工完毕后,再加工零件的其他表面.

1.3.3按所用刀具划分工序

为了减少换刀次数,压缩空程时间,减少不必要的定位误差,可按刀具集中工序的方法加工零件,即在一次装夹中,尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位,然后再换另一把刀加工其他部位.在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法.

工步的划分：主要从加工精度和效率两方面考虑.在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量,对不同的表面进行加工.为了便于分析和描述较复杂的工序,在工序内又细分为工步.

（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成,或全部加工表面按先粗后精加工分开进行.

（2）对于既有铣面又有镗孔的零件,可先铣面后镗孔,使其有一段时间恢复,可减少由变形引起的对孔的精度的影响.

（3）按刀具划分工步.某些机床工作台回转时间比换刀时间短,可采用按刀具划分工步,以减少换刀次数,提高加工生产率.总之,工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑.

2.数控刀具的选用

2.1数控机床的刀具特点

数控加工对刀具的要求不仅精度高、强度大、刚度好、寿命长.而且要求尺寸稳定、安装调整方便.切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃,刀具的切削性能有显著的提高.切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃,大大提高了切削加工的效率.刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高级阶段的飞跃,成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴.切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入“三高一专（高效率、高精度、高可靠性和专用化）”的数控刀具时代,实现了向高科技产品的飞跃.成为现代数控加工技术的关键技术.与现代科学的发展紧密相连,是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶.

2.2刀具材料

数控车床使用的刀具材料一般为高速钢、硬质合金、涂层硬质合金和陶瓷.在数控切削加工时,数控刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和摩擦,数控刀具在高温下进行切削的同时,还承受切削力、冲击和振动,因此数控刀具材料应满足以下基本条件：

2.2.1硬度

刀具材料必须具有高于工件材料的硬度,常温硬度应在62HRC以上,并要求保持较高的高温硬度.

2.2.2耐磨性

耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力,它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映.

2.2.3强度和韧性

一种好的刀具材料,应根据它的使用要求,兼顾硬度和耐磨性两方面的性能,有所侧重.满足高切削力、冲击和振动的条件.

2.2.4耐热性

数控刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性,并有良好的抗扩散、抗氧化能力.2.2.5导热性和膨胀系数

在其他条件相同的情况下,刀具材料的热导率越大,则由刀具传出的热量越多,有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命.线膨胀系数小,则可减少刀具的热变形.

2.2.6工艺性

为了便于制造,要求数控刀具材料有较好的可加工性,包括锻、轧、焊、切削加工和可耐磨性、热处理特性.材料的高温特性对热轧刀具十分重要.（下转第293页）

（上接第194页）2.3数控刀具的选择

（1）刀片形状的选择：正型（前角）刀片：对于内轮廓加工,小型机床加工,工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片.负型（前角）刀片：对于外圆加工,金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片.

（2）一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工用55°、35°菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下,大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片,反之选择刀尖角较小的刀片.

（3）前角的作用.大负前角用于：切削硬材料；需切削刃强度大,以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件.大正前角用于：切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时.

（4）后角的作用：小后角用于：切削硬材料；需切削刃强度高时.大后角用于：切削软材料；切削易加工硬化的材料.

（5）主偏角的作用：大主偏角用于：切深小的精加工；切削细而长的工件；机床刚性差时.小主偏角用于：工件硬度高,切削温度大时；大直径零件的粗加工；机床刚性高时.

（6）副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能.一般为5°～15°.

（7）刃倾角是前刀面倾斜的角度.重切削时,切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力,为防止刀尖受此力而发生脆性损伤,故需有刃倾角.推荐车削时为3°～5°.

3.切屑用量的选择

数控加工时对同一加工过程选用不同的切削用量,会产生不同的切削效果.合理的切削用量应能保证工件的质量要求（如加工精度和表面粗糙度）,在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率,最大限度地发挥刀具的切削性能,并保证刀具具有一定的使用寿命.

3.1粗车时切削用量的选择

粗车时一般以提高效率为主,兼顾经济性和加工成本.提高切削速度、加大进给量和切削深度都能提高生产率.其中切削速度对刀具寿命的影响最大,切削深度对刀具寿命的影响最小,所以考虑粗加工切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度,以减少进给次数,其次选择较大的进给速度,最后在刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度.

3.2精车、半精车时切削用量的选择

精车和半精车的切削深度是根据零件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后留下的加工余量决定的,一般情况是一次去除余量.当零件精度要求较高时,通常留0.2～0.4mm（直径值）的精车余量.精车和半精车的切削深度较小,产生的切削力也较小,所以可在保证表面粗糙度的情况下适当加大进给量.

【参考文献】

[1]张超英等.数控机床加工工艺、编程及操作实训,北京：高等教育出版社,2003,9.

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[3]古文生主编.数控机床及应用,北京：电子工业出版社,2002.3.

[4]董兆伟主编.数控机床编程技术,北京：机械工业出版社,2009.9.