数控车削加工工艺设计基础

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1、第二章 数控车削加工工艺 设计基础内容提要：本章主要介绍数控车削加工工艺路线的的拟定、常用夹具 、刀具及切削用量的选择第一节 金属材料的切 削加工性工件材料切削加工性可以从多方面进行评定。不同加工情况, 可采用不同的指标衡量。粗加工时,通常采用刀具耐用度指标;精加工时,通常采用加工表面质量指标。在刀具耐用度指标中以相对加工性(用kr表示)使用最为方便。 即以HBS170229, b=0.637GPa的45钢的Vc60为基准,记作Vc060, 其它材料的Vc60与Vc060之比称kr;根据kr的大小可方便地判断出材料 加工的难易程度。常用工件材料的kr见下页表格。 Kr越大,材料加工性越好。对

2、课题引入中提出的问题,查表不难发现45钢的kr介于11.6之间,而 45调质钢的kr介于0.50.65之间,所以45钢更容易加工。 2.1.1工件材料切削加工性刀具耐用度指标有绝对指标和相对指标之分。绝对指标是以 在一定的刀具耐用度(切削时间)条件下,允许的切削速度的高低来 表示材料的切削加工性。对于切削一般材料,耐用度取60 min,用 Vc60表示,其具体含义是,切削某种工件材料,当刀具耐用度为60 min时所允许的切削速度;对于切削难加工材料,耐用度取20 min,用 Vc20表示。显然,在相同条件下, Vc20或Vc20越高,材料的加工性越好 。相对指标则是以45钢的Vc60为基准,记

3、作(Vc060)j,其他材料的Vc60 与之的比值称为相对加工性,用kr表示,即：kr=Vc60/(Vc060)j 其他指标有加工表面质量指标、切屑控制难易指标、切削温 度、切削力、切削功率指标。加工表面质量指标是在相同加工条 件下,比较加工后的表面质量(如表面粗糙度等)来判定切削加工性 的好坏。加工表面质量越好,加工性越好。切屑控制难易指标是从 切屑形状及断屑难易与否来判断材料加工性的好坏。切削温度、 切削力、切削功率指标根据切削加工时产生的切削温度的高低、 切削力的大小、功率消耗的多少来评判材料加工性,这些数值越大, 说明材料加工性越差。工件材料的切削加工性分级基准值工件材料的切削加工性分

4、级 切削加工性易切削 较较易切削 较难较难 切削难难切削等级级代号12345678 硬度HB100100150150200200250250300300350350400400HRC 1424.824.8 32.332.3 38.138.14343抗拉强度0.4410.4410.5880.5880.78 40.7840.9 8 0.981.1761.1761.37 21.3721.56 81.568b(GPa) 伸长长率151520202525303035354045505060 (%) 冲击韧击韧 性39239258858878478498098013721372 17641764 1962

5、1962k(kJ/m2) 导热导热 系数167.47167.4783.7 4 83.7462.862.841.8 7 41.8733.5 33.525.1225.1216.7 516.75kW/(mK) 相对对加工性 r3.03.02.52.51.61.61.01.00.650.650.50.50.150.15典型材料铜铅铜铅 合金 ,退火15Cr, 钛钛合金45钢钢,灰铸铸 铁铁2Cr13调质调质 ,45Cr调质调质 , 50CrV调质调质 ,某些钛钛合铝铜铝铜 合金 ,1Cr18Ni9Ti,金,铸铸造 镍镍基高温 合金自动动机钢钢85钢钢65Mn调质调质铝镁铝镁合 金钛钛合金一般有 色易切

6、削钢钢较较易切削 钢钢普通材料稍难难切削 材料难难切削材 料很难难切 削切削加工性2. 1.2影响材料切削加工性的主要因素材料的物理力学性能、化学成分、金相组织是影响材料切削加工性的主 要因素。1.材料的物理力学性能就材料物理力学性能而言,材料的强度、硬度越高,切削时抗力越大,切削温 度越高,刀具磨损越快,切削加工性越差;强度相同,塑性、韧性越好的材料,切削 变形越大,切削力越大,切削温度越高,并且不易断屑,故切削加工性越差。材料 的线膨胀系数越大、导热系数越小,加工性也越差。2.化学成分就材料化学成分而言,增加钢的含碳量,强度、硬度提高,塑性、韧性下降 。显然,低碳钢切削时变形大,不易获得高

7、的加工表面;高碳钢切削抗力太大,切 削困难;中碳钢介于两者之间,有较好的切削加工性。增加合金元素会改变钢的 切削加工性,例如,锰、硅、镍、锡等都能提高钢的强度和硬度。石墨的含量、 形状、大小影响着灰铸铁的切削加工性,促进石墨化的元素能改善铸铁的切削 加工性,例如,碳、硅、铝、铜、镍等;阻碍石墨化的元素能降低铸铁的切削加工 性,例如,锰、磷、硫、铬、钒等。3.金相组织就材料的金相组织而言,钢中的珠光体有较好的切削加工性,铁素体和渗碳 体则较差;托氏体和索氏体组织在精加工时能获得质量较好的加工表面,但必须 适当降低切削速度；奥氏体和马氏体切削加工性很差。 难加工材料种类繁多,高锰钢、不锈钢是常用的

8、难加工材料。 高锰钢加工硬化严重,造成切削困难;导热性差,仅为45钢的1/4,切削 温度高,刀具易磨损;韧性大、塑性好,变形严重,不易断屑。不锈钢中由于铬、镍含量较大,强度、韧性较好,加工硬化严 重,易粘刀,断屑困难; 切屑与前刀面接触长度较短,刀尖附近应力较大,易崩刃;导热性差, 切削温度高,刀具耐 用度低。不难看出,这些材料性能相差甚大,所以加工特点也不相同。 只要从材料特性去把握它的切削特点,就能通过改变切削条件,来解 决它们的切削问题。 2.1.3改善工件材料切削加工性的途径n1.进行适当的热处理n 一般说来,将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。n 对于性质很软、

9、塑性很高的低碳钢,加工时不易断屑、容易硬化。往往采用 正火的办法,提高其强度和硬度、降低韧性,从而改善其切削加工性。对于硬度很 高的高碳工具钢,加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的办法,降低其硬度,从 而改善其切削加工性。n【知识链接】实践证明,材料硬度一般在170230HBS左右时,其切削加工性最好 。n 2.改变加工条件n 合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加 工性的有效措施。n 对于铝及铝合金等易切削材料,为了减小积屑瘤和加工硬化等对已加 工表面质量带来的不利影响,通常选用大前角刀具和高的切削速度,并尽 量把刀磨得锋利、光整。对于不锈钢材料,为了克服其容易加工硬化

10、、导 热性差、切削温度高、不易断屑等突出问题,通常采用韧性好的K类硬质 合金刀片、选用较大的前角和小的主偏角、采用较大的进给量等。 3.采用新技术采用新的切削加工技术也是解决某些难加工材料切削问题的有效措施。 这些新加工技术是加热切削、低温切削、振动切削,在真空中切削等。例如,对 耐热合金、淬硬钢、不锈钢等难加工材料在切削部位加工工件上进行电阻、高 频感应、电弧加热切削,通过切削区中材料温度的增高,降低材料的抗剪切强度, 减小接触面间的摩擦系数,可减小切削力。另外,加热切削能减小冲击振动,使切 削过程平稳,从而提高了刀具的使用寿命。总之,确定了材料的切削加工性能,对合理选择刀具材料、刀具几何参

11、数、 切削用量以及改善材料切削加工性提供了重要依据。练习与思考1.了解材料切削加工性的目的何在?2.影响工件材料切削加工性的因素有哪些?根据不锈钢材料难加工的原 因给出针对性的措施。3.如何改善工具钢的切削加工性?第二节 数控车削加工工艺路线 的拟定2.2.1数控车削加工方案的确定（根据编程步骤从图样分析确定加工方案） 一般根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定零 件表面的数控车削加工方法及加工方案。1数控车削外表面及端面加工方案的确定：(1)加工精度为IT7IT8级、Ra0.81.6m的除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型 数控车床，按粗车、半精车、精车的方案加工

12、。(2)加工精度为IT5IT6级、Ra0.20.63m的除淬火钢以外的常用金属，可采用精密型 数控车床，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。(3)加工精度高于IT5级、Ra0.08m的除淬火钢以外的常用金属，可采用高档精密型 数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工。 (4)对淬火钢等难车削材料，其淬火前可采用粗车、半精车的方法，淬火后安排磨削加工。2数控车削加工内表面加工方案的确定(1)加工精度为IT8IT9级、Ra1.63.2m的除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数 控车床，按粗车、半精车、精车的方案加工。(2)加工精度为IT6IT7级、Ra0.20.63m的除淬火钢以外的常用

13、金属，可采用精密型 数控车床，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。(3)加工精度为IT5级、Ra0.2m的除淬火钢以外的常用金属，可采用高档精密型数控 车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工。(4)对淬火钢等难车削材料，淬火前可采用粗车、半精车的方法，淬火后安排磨削加工。 2.2.2数控加工工艺分析 1.对零件图进行数控加工工艺性分析 以统一基准标注方法或直接标注坐 往往在考虑装配等使用特性方面的 标尺寸的方法既便于编程,也便于尺寸之 问题,从而不得不采取局部分散的标注方 间的相互协调,同时又保持了设计基准、 法,如右图所示。然而，这样一来会给工 工艺基准、测量基准与工件原点设置的 序

14、安排与数控加工带来诸多不便。 一致性。从方便编程的角度考虑，同时考虑到数控机床加工精度及重复定位精度都 较高，所以宜将局部分散的标注方法改为统一基准标注方法。 分析构成零件轮廓的几何元素条件 （1）三角形角度（2）勾股定理a2+b2=c2（3）三角函数定位基准的选择 3.分析工件结构的工艺性图(a)所示零件,需用三把不同宽度的切槽刀切槽, 如无特殊需 要, 显然是不合理的, 若改成图(b)所示结构, 只需一把刀即可 切出三个槽。既减少了刀具数量, 少占了刀架刀位, 又节省了 换刀时间。2.2.3工序的划分 数控车削加工工序的划分方法：.以一次安装所进行的加工作为一道工序 .以一个完整数控程序连

15、续加工内容为一道工序 .以粗、精加工划分工序 .按加工部位划分工序.以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序数控经常以一个 完整的程序划分.以工 件上的 结构内 容组合 用一把 刀具加 工为一 道工序.以粗、精加工划分工序.按加工部位划分工序第一道工序第二道工序第三道工序 第四道工序非数控车削加工工序的安排(1)零件上有不适合数控车削加工的表面，如渐开线齿形、键槽、 花键表面等，必须安排相应的非数控车削加工工序。(2)零件表面硬度及精度要求均高，热处理需安排在数控车削加 工之后，则热处理之后一般安排磨削加工。(3)零件要求特殊，不能用数控车削加工完成全部加工要求，则 必须安排其他非数控车削加工工序，如喷丸、滚压加工、抛光等。(4)零件上有些表面根据工厂条件采用非数控车削加工更合理， 这时可适当安排这些非数控车削加工工序，如铣端面打中心孔等。数控加工工序与普通工序的衔接数控工序前后一般穿插有其他普通工序，如衔接得不好就容 易产生矛盾，最好的办法是相互建立状态要求，如：要不要留加 工余量，留多少；定位面的尺寸精度要求及形位公差；对矫形工 序的技术要求；对毛坯的热处理状态要求等。其目的是达到相互 能满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。数控以外的加工，为别的工序2.2.4加工顺序的安排加工顺序的安排应根据工件的