数控机床加工工艺教案

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1、海南科技职业学院数控机床加工工艺教案机械工程系数控技术教研室 编数控机床加工工艺第一章 绪论一、数控加工在机械制造业中的地位和作用数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高自动化的特点。应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。目前应用数控加工技术的领域已从当初的航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造业，并已取得了巨大的经济效益。二、数控加工的发展1.数控机床的发展 数控机床的发展经历了电子管（195

2、2年）、晶体管(1959年)、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机(1974年)等五代数控系统 。由于现代数控系统的控制功能大部分由软件技术来实现，因而使硬件进一步得到了简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。 2.自动编程系统的发展 在本世纪50年代后期，美国首先研制成功了APT(Automatically Progammed Tools)系统。到了本世纪60年代和70年代又先后发展了APT和APT 系统。在西欧和日本，也在引进美国技术的基础上发展了各自的自动编程系统，如德国的EXAP

3、T系统、法国的IFAPT系统、英国的2CL系统等。我国的自动编程系统发展较晚，但进步很快，目前主要有用于航空零件加工的SKC系统以及ZCK、ZBC和用于线切割加工的SKG等系统。3.自动化生产系统的发展 在本世纪60年代末期出现了直接数控系统DNC(Direct NC)，1976年出现了由多台数控机床联接成可调加工系统，这是最初的柔性制造系统FMS（Flexible Manufcturing Cell)。自动化生产系统的发展，使加工技术跨入了一个新的里程，建立了一种全新的生产模式。我国已开始在这方面进行探索与研制，并取得了可喜的成果，已有一些FMS和CIMS成功地用于生产。三、数控加工的特点（

4、1） 自动化程度高（2） 加工精度高，加工质量稳定（3）对加工对象的适应性强（4）生产效率高（5） 易于建立计算机通信网络当然，数控加工在某些方面也有不足之处，这就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，维修困难。为了提高数控机床的利用率，取得良好的经济效益，需要确实解决好加工工艺与程序编制、刀具的供应、编程与操作人员的培训问题。四、数控加工工艺研究的内容及任务数控机床加工工艺的内容包括金属切削和加工工艺的基本知识和基本理论、金属切削刀具、典型零件加工及工艺分析等。数控机床加工工艺研究的宗旨是，如何科学地、最优的设计加工工艺，充分发挥数控机床的特点，实现

5、在数控中的优质、高产、低耗。通过本课程的学习，应基本掌握数控加工的金属切削及加工工艺的基本知识和基本理论；学会选择机床、刀具、夹具及零件表面的加工方法；掌握数控加工工艺设计方法；通过有关教学环节的配合，初步具有制订中等复杂程度零件的数控加工工艺和分析解决生产中一般工艺问题的能力。五、数控机床加工工艺的特点及学习方法数控机床加工工艺是一门综合性、实践性、灵活性强的专业技术课程。学习本课程应注意下列几点：本课程包含面广、内容丰富、综合性强。在学习时要善于将数控加工基础和数控机床等知识同本课程的知识结合起来，合理的综合运用。数控机床加工工艺同生产实际密切相关，其理论源于生产实际，是长期生产实践的总结

6、。数控机床加工工艺的应用有很大的灵活性。对具体问题要具体分析，优选最佳方案。 - 5 -第一章 数控加工的切削基础第一节 概 述一、切削运动及加工中的工件表面（一）切削运动在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动。按切削运动在切削加工中的功用不同分为主运动和进给运动。1.切削运动（1）主运动：主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件并切除切削层 。(图11) （2）进给运动：进给运动又称走刀运动，是由机床提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，即进给运动是切削过程中使金属层不断地投入切削，加上主运动从而加工出完整表面

7、所需的运动。 (图11) 总之，在各类切削加工中，主运动必须有一个，而进给运动可以有一个(如车削)、两个(如圆磨削)或多个，甚至没有(如拉削)。 由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动（图21）。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度。合成切削速度为同一选定点的主运动速度与进给运动速度的矢量和，即：Ve=Vc+Vf（二）加工中的工件表面切削过程中，工件上多余的材料不断地被刀具切除而转变为切屑，因此工件在切削过程中形成了三个不断变化的表面：（1）已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。 （图11） （2）待加工表面 工件上有

8、待切除切削层的表面称为待加工表面。 （图11） （3）过渡表面 过渡表面就是工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程（如刨削）、刀具或工件的下一转里(如单刃镗削或车削)将被切除，或者由下一切削刃(如铣削)切除。 （图11）。二、切削要素 切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。（一）切削用量（图12） 1、切削速度（vc） 切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。大多数切削加工的主运动是回转运动，其切削速度vc（单位为m/min)的计算公式见式（1-1）。2.进给量（f） 刀具在进给方向上相对于工件的位移量称为进给量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达或度量（图1-2

9、）。车削时的进给速度vf（单位为mm/min)与进给量之间的关系见式（1-2）。3.背吃刀量（ap)背吃刀量是已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，其单位为mm。外圆车削时见式（1-4）。（二）切削层参数1.切削厚度（h D） 切削厚度是在垂直于切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。直线切削刃上各点的切削层厚度相等（图1-3）。见式（1-5）。2.切削宽度（b D） 切削宽度是沿切削刃方向度量的切削层截面尺寸。对于直线主切削刃，见式（1-6）。3.切削面积（A D） 切削面积是指切削层在切削层尺寸平面里的横截面积，即图1-5中的ABCD所包围的面积。车削时切削面积A D可按式（1-7）计算。三

10、、刀具几何角度（一）刀具切削部分组成要素1、前刀面(A) 刀具上切屑流过的表面。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，它完成主要的金属切除工作。 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，负责最终形成工件已加工表面。 6、刀尖 主切削刃与副切削刃的连接处的一小部分切削刃。它分为修圆刀尖和倒角刀尖两类(图26)（二）刀具切削部分的几何角度 1、正交平面参考系(图27) 基面(Pr) 通过切削刃选定点并垂直于主运动方向的平面。 切削平面(PS) 通过切削刃选

11、定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。 正交平面(Po) 正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。 2、刀具的标注角度（图28） （1）在正交平面中测量的角度 前角(o) 前刀面与基面间的夹角。当前刀面与切削平面夹角小于90时，前角为正值；大于90时，前角为负值。它对刀具切削性能有很大的影响。 后角(o) 后刀面与切削平面间的夹角。当后刀面与基面夹角小于90时，后角为正值；大于90时，后角为负值。它的主要作用是减小后刀面与工件之间的摩擦和减少后刀面的磨损。楔角(o) 前刀面与后r刀面的夹角。 o = 90（o +o）（2）在基面中测量的角度主偏角（r） 主切削平面与假定进给

12、运动方向之间的夹角，总为正值。主偏角的大小影响切削条件和刀具寿命。车刀常用的主偏角有45、60、75和90四种。 副偏角(r) 副切削平面与假定进给运动反方向间的夹角。其大小主要影响表面粗糙度。刀尖角(r) 主切削平面与副切削平面间的夹角。r = 180（r +r） （3）在切削平面中测量的角度 刃倾角(S) 主切削刃与基面间的夹角。当刀尖相对于车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；当刀尖处于最低点时，刃倾角为负值；当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为0（4）在副正交平面中测量的角度在副正交平面中测量的角度有副后角，它是副后刀面与副切削平面间的夹角。3.刀具的工作角度现以横车为例说明刀具的

13、工作角度。如图1-11所示。四、刀具材料（一）刀具材料应具备的性能1.高的硬度和耐磨性2.足够的强度和韧性3.良好的耐性和导热性4.良好的工艺性5.经济性（二）刀具材料的种类1.高速钢 高速钢是含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢。(1)通用型高速钢 ：不适合高速切削和硬的材料切削。(2)高性能高速钢：加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。2、硬质合金常用的硬质合金有三大类（1）钨钴类硬质合金(YG)：适用于加工脆性材料(铸铁等)。（2）钨钛钴类硬质合金(YT)：适用于切屑呈带状的钢料等塑性材料。（3）钨钛钽(铌)类硬质合金(YW) ：既能加工钢、铸铁、有色金

14、属，也能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。3.其他刀具材料（1）涂层刀具材料：刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性（2）陶瓷材料：主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。（3）金刚石：一般不适宜加工黑色金属，主要用于有色金属以及非金属材料的高速精加工。（4）立方氮化硼(CNB) ：目前主要用于加工淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料第二节 金属切削过程基本规律及其应用一、切屑的形成及种类（一）切屑的形成过程从实践中可知，切屑的形成过程就是切削层变形的过程。在切削过程中把切削区域分为三个变形区，如图1-12所示。1.第变形区 即剪切滑移区，如图1-13所

15、示。2.第变形区 这一层滞缓流动的金属称为滞流层。3.第变形区 将影响到工件的表面质量及使用性能。（二）切削的种类根据切削过程中变形程度的不同，可把切削分为四种不同的形态，如图1-14所示。1、带状切屑2、挤裂切屑3、单元切屑4、崩碎切屑二、积屑瘤（一）积屑瘤的现象在中速或较低切削速度范围内，切削一般钢料或其它塑性金属材料而，又能形成带状切屑时，常在切削刃口附近粘结一硬度很高的楔形金属块，它包围着切削刃覆盖部分前刀面，这种楔形金属块称为积屑瘤， 如图（1-15）所示。（二）积屑瘤的形成过程在一定的切削条件下，切削底层与前刀面接触处发生粘结，使与前刀面接触的切削底层金属流动较慢，而上层金属流动较快。流动较慢的切削底层，称为滞流层。如果温度与压力适当，滞流层金属就与前刀面粘结成一体。随后，新的滞流层在此基础上逐层积聚、粘合，最后长成积屑瘤。