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第3章 数控加工工艺分析,【学习目标】,1了解数控机床加工工艺与普通机床加工工艺的不同点，明确数控加工前机床运动过程与零件工艺过程的联系2熟悉刀具和夹具选择，以及数控刀具路径的设计方法3熟悉数控加工切削用量的确定方法，以及典型数控零件的工艺分析,3.1 数控加工工艺性分析,3.1.1 数控加工工艺内容 1数控加工工艺的特点（1）数控加工的内容要求更加具体、明确（2）数控加工的工艺要求更精确、严密（3）数控加工工序相对集中（4）数控加工工艺的特殊要求,2数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺主要包括：选择并确定需要进行数控加工的零件及内容，数控加工工艺设计，对零件图形进行必要的数学处理，编写加工程序，程序校验与首件试加工，数控加工工艺技术文件的编写与归档等。,（1）选择并确定需要进行数控加工的零件及内容,数控加工较适应的零件包括以下几种。 形状复杂，加工精度要求高，通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件。 多品种、小批量生产的零件。 几何形状较复杂的零件。 需要频繁改型的零件。 需要最短周期的急需零件。,（2）数控加工工艺设计, 数控加工工艺分析：主要包括零件图分析、结构工艺性分析、零件安装方式的选择等内容。 工序的划分：工序划分主要考虑生产纲领、所用设备及零件本身的结构、技术要求等，数控工序的划分概念与普通机床工序划分有所不同。在数控机床上加工零件，工序划分方法有如下3种。 按所用刀具划分：以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适用于工件的待加工表面较多、机床连续工作时间过长、加工程序的编制和检查难度较大等情况，加工中心常用这种方法划分。 按定位方式划分工序：这种方法一般适合于加工内容不多的工件，加工完后就能达到待检状态。通常是以一次安装及加工作为一道工序。 按粗、精加工划分：即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。, 工步的划分：工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个数控加工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。工步划分的原则如下。 同一加工表面按粗加工、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。若加工尺寸精度要求较高时，考虑到零件尺寸、精度、刚性等因素，可采用前者划分工步。若加工表面位置精度要求较高时，建议采用后者。 对于既有铣面又有镗孔的零件，可以采用“先面后孔”的原则划分工步。 按所用刀具划分工步。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。工序与工步的划分要根据实际零件的结构特点、加工技术要求等情况综合确定。 加工顺序的安排：在确定了某个工序的加工内容后，要详细安排这些工序内容的加工顺序，如一般数控铣削采用工序集中的方式，通常按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工内腔、外形，最后加工曲面；先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。,数控切削加工工序通常按下列原则安排顺序：, 基面先行原则：用做精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。例如，轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。又如，箱体类零件加工时，总是先加工定位用的平面和两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。 先粗后精原则：先粗后精是指按照粗加工半精加工精加工的顺序进行加工，逐步提高加工精度。粗加工可在较短的时间内将工件表面上的大部分余量切除，一方面可提高金属切除率，另一方面可满足精加工的余量均匀性要求。若粗加工后所留余量不能满足精加工要求，则应安排半精加工。 先内后外原则：内表面加工散热条件较差，为防止热变形对加工精度的影响，应先安排加工。对于有内孔和外圆表面的零件加工，通常先加工内孔，后加工外圆。同样，对于内外轮廓加工，先进行内轮廓（型腔）加工工序，后进行外形加工工序。 先主后次原则：零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿插进行，放在主要加工表面加工到一定程度后、最终精加工之前进行。 先面后孔原则：对于有平面和孔加工的零件，应先加工孔，后加工平面。加工顺序的安排还应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的要求综合确定。, 确定走刀进给路线：走刀进给路线是指数控机床在整个加工工序中刀具相对于工件的运动轨迹和方向，即刀具从开始运动起，直至加工程序结束所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。可见走刀路线不但包括了工步的内容,也反映出工步顺序。,（3）对零件图形进行必要的数学处理在完成工艺设计的工作之后，下一步需根据零件的几何尺寸、加工路线和刀具补偿方式，计算刀具的运动轨迹，以获得刀位资料。（4）编写加工程序在完成工艺设计和数学处理的工作之后，编程人员应根据所使用的数控系统的程序指令的编程格式和编程方法，编写零件加工程序单。（5）程序校验与首件试加工程序须经过校验和首件试加工后才能正式使用。程序校验可通过数控系统图形显示功能，模拟工件的切削过程，以检验程序是否正确，但这只能检验运动是否正确，不能检查零件的加工精度，因此，还必须进行零件的首件试加工，检查零件加工精度能否达到要求，如加工有误差，应综合分析误差产生的原因，找出问题所在，并加以解决。,（6）数控加工工艺技术文件的编写与归档,编写（填写）数控加工工艺技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据,也是操作者遵守、执行的规程，同时还为产品零件重复生产积累了必要的工艺资料，进行技术积累。工艺文件主要包括如下内容。 数控加工工序卡片：数控加工工序卡与普通加工工序卡很相似，表述了数控加工工艺内容。它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺资料。工序卡应包括设备名称、工步名称、工序加工简图、定位装夹方式、本工序加工尺寸及精度、刀具名称及规格、切削用量、技术要求等内容。 数控加工刀具调整单：主要包括数控刀具卡片（简称刀具卡）和数控刀具明细表（简称刀具表）两部分。其主要反映刀具编号、刀具结构、尾柄规格甚至刀片型号材料等。它是组装刀具和调整刀具的依据。刀具表是调刀人员调整刀具、机床操作人员进行刀具数据输入的主要依据。 数控加工走刀路线图：设计好数控加工走刀路线是编制合理加工程序的重要前提。通过确定刀具运动路线，防止刀具在运动中与工件、夹具等发生碰撞。同时，根据走刀路线和走刀顺序正确编制加工程序。 数控加工程序单：是实现数控加工的主要依据，是记录数控加工工艺过程、工艺参数、位移资料的清单。不同的数控系统，程序单的格式可能不同。,3.1.2 零件数控加工工艺性分析1数控加工零件图的工艺性分析 数控加工零件的加工内容确定后，应对零件的数控加工工艺进行全面、仔细、认真的分析。主要是零件图分析、结构工艺性分析、零件安装方式的选择等内容。（1）尺寸标注方式分析 由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将局部的分散标注法改为同一基准标注或直接给出坐标尺寸的标注法。如图3-1所示，将图（b）所示分散的尺寸标注方式改为图（a）所示的坐标标注方式较为合理。,（a）同一基准标注 （b）较分散的标注 图3-1 尺寸标注方式,（2）轮廓几何要素分析 由于手工编程时，要计算每个基点的坐标，在自动编程时，要对构成轮廓的所有几何要素进行定义，在分析零件图时，要分析几何要素的给定条件是否充分。在零件图设计时，如果出现构成加工轮廓的条件不充分，尺寸模糊不清，将使编程存在困难。（3）精度及技术要求分析 在确定加工方法、装夹方式、刀具及切削用量之前，必须对零件的加工精度及技术要求进行分析。分析的主要内容有4个方面：一是分析精度及各项技术要求是否齐全合理；二是分析机床的加工精度能否达到加工要求；三是找出有位置精度要求的表面，这些表面应安排在一次安装中完成；四是对表面粗糙度要求较高的表面应采取恒线速度切削功能进行加工。,2零件的结构工艺性分析,零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工，因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。 零件的内腔和外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，尤其是加工面转接处的凹圆弧半径，一根轴上直径差不大的各轴肩处的退刀槽宽度最好统一尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，提高生产效率。对于零件上有多个外圆槽时，如图3-2所示。,图3-2 轴上槽宽, 内槽及缘板之间转接圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。对于图3-3所示零件，被加工轮廓低、转角圆弧半径的大则其结构工艺性好。,图3-3 内槽结构工艺性, 铣削零件槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。如图3-4所示，铣削平面的最大接触直径d=D2r（D为铣刀直径），当D一定时，r越大，铣刀端面刃与铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。当r大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。,图3-4 零件槽底平面圆弧的影响,3应采用统一的基准定位,在数控加工中若没有统一的定位基准，则会因工件的二次装夹而造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象。另外，零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。若没有，则应设置工艺孔作为定位基准孔。若无法制出工艺孔，也要用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。 此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证，有没有引起矛盾的多余尺寸或影响加工安排的封闭尺寸等。,3.2 数控加工刀具路径,刀具路径是指数控机床在整个加工工序中刀具中心（严格说来是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向。在确定刀具路径时，主要遵循以下原则。 应能保证零件具有良好的加工精度和表面质量。 应尽量缩短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。 应使数值计算简单，程序段数量少。 确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入距离和超越距离。,3.2.1 数控车削刀具路径,1进给路线的选择（1）最短的切削进给路线 选择最短的切削进给路线，直接缩短加工时间，可提高生产率，降低刀具磨损，因此，在安排粗加工或半精加工切削路线时，应综合考虑被加工工件的刚性和加工的工艺性等要求，制定最短的切削路线。图3-5所示为3种不同的切削路线，其中图（a）所示为利用复合循环指令沿零件轮廓加工的切削路线，图（b）所示为按“三角形”轨迹加工的切削路线，图（c）所示为利用矩形循环指令加工的切削路线。通过分析和判断，按矩形循环轨迹加工的进给路线的长度总和最短，因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）最短，刀具的损耗最小。,图3-5 不同粗车进给路线示意,（2）大余量毛坯的切削进给路线,图3-6所示为车削大余量的两种加工进给路线，其中图（a）所示的由“小”到“大”的切削方法，在同样的背吃刀量的条件下，所剩余量过大；而按图（b）所示由“大”到“小”的切削方法，则可保证每次的车削所留余量基本相等，因此，该方法切削大余量较为合理。,图3-6 大余量毛坯的切削进给路线,（3）车螺纹时的加工路线和轴向进给距离,车螺纹时，刀具沿轴向的进给应与工件旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态加速到指定的进给速度或从指定的进给速度降至零时，驱动系统有一个过渡过程，因此，刀具沿轴向进给的加工路线长度，除保证螺纹加工的长度外，还应增加1（25 mm）的刀具引入距离和2（12 mm）的刀具切出距离，如图3-7所示，以便保证螺纹切削时，在升速完成后才使刀具接触工件，在刀具离开工件后再开始降速。,图3-7 车螺纹时轴向进给距离,（4）循环切除余量,数控车削中应根据毛坯类型和工件形状确定切除余量的方法，以达到减少走刀次数，提高加工效率的目的。 轴类零件。轴套类零件安排走刀的原则是轴向走刀、径向进刀，这样可以减少走刀次数，如图3-8所示。 盘类零件。盘类零件安排走刀路线的原则是径向走刀、轴向进刀，与轴套类零件相反，如图3-9所示。,图3-8 轴套类零件循环切除余量,图3-9 盘类零件循环切除余量, 铸锻类零件。铸锻件毛坯形状与加工零件形状相似，留有较均匀的加工余量。循环去除余量的方式是刀具轨迹按工件轮廓线运动，逐渐逼近图纸尺寸。这种方法实质上是采用轮廓仿形车削的方式，如图3-10 所示。,图3-10 铸锻件毛坯零件循环切除余量,2退刀路径的确定 数控机床加工过程中，为了提高加工效率，刀具从起始点或换刀点运动到接近工件部位，以及加工完成后退回起始点或换刀点，是以快速运动方式完成的。 在快速运动中，首先应考虑运动过程的安全性，即在退刀过程中不能与工件发生碰撞；然后考虑缩短快速运动时间，使退刀路线最短。根据刀具加工零件部件的不同，退刀的路线确定方式也不同，数控车床加工中常见有3种退刀方式。 斜线退刀方式，适用于加工外圆表面的退刀。 径轴向退刀方式，适用于切槽等加工的退刀，这种退刀方式是刀具先径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀。 轴径向退刀方式，适用于镗孔等加工的退刀，轴径向退刀方式的顺序与径轴向退刀方式恰好相反。,3.2.2 数控铣削刀具路径1顺铣和逆铣的选择 在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。逆铣时切削力F的水平分力FH的方向与进给运动vf的方向相反；顺铣时切削力F的水平分力FH的方向与进给运动vf的方向相同。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求，工件材料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。通常，由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性优于逆铣。 图3-11（a）所示为采用顺铣切削方式精铣外轮廓，图3-11（b）所示为采用逆铣切削方式精铣型腔轮廓。,图3-11 顺铣和逆铣切削方式,2平面零件轮廓的刀具路径 对于平面轮廓的铣削，无论是外轮廓或内轮廓，铣刀在切入工件时应沿轮廓曲线的切向进入轮廓进行加工，而不应沿法线直接切入工件，以保证零件轮廓切入处的表面光滑。,图3-12 铣削平面零件轮廓的刀具路径,3型腔加工的刀具路径型腔加工是铣削中常见的加工，通常采用立铣刀铣削，图3-13所示为加工槽的3种进给路线，因进给路线不一致，加工结果也将各异。图3-13（a）和图3-13（b）所示分别为行切法和环切法加工内槽。,图3-13 型腔铣削加工进给路线,4铣削曲面的刀具路径 铣削曲面时，常用球头刀进行加工。图3-14所示为加工边界敞开的直纹曲面常用的两种进给路线。当采用图（a）所示方案加工时，每次直线进给，刀位点计算简单，程序较短，而且加工过程符合直纹面的形成规律，可以准确保证母线的直线度。而采用图（b）所示方案加工时，符合这类工件表面资料给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，因此，在实际生产中最好将以上两种方案结合起来。另外，由于曲面工件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以外延，为保证加工的表面质量，球头刀应从曲面边界外部进刀和退刀。当边界不敞开时，确定走刀路线要另行处理。,图3-14 加工直纹曲面的两种常用进给路线,5孔加工刀具路径孔加工时，一般是首先将刀具在xy平面内快速定位运动到孔中心线的位置上，然后沿z向运动进行加工，所以，孔加工进给路线的确定包括xy平面内和z向进给路线。（1）确定xy平面内的进给路线孔加工时，刀具在xy平面内的运动属于点位运动，确定进给路线时，主要考虑以下问题。 定位要迅速。例如，钻如图3-15所示零件的孔。,图3-15 最短加工路线的选择, 定位要准确。孔加工中，除了空行程尽量最短之外，在镗孔中，孔系之间往往还要较高的位置精度，因此，安排镗孔路线时，要安排各孔的定位方向一致，即采用单向趋近定位点的方法，以免传动系统的误差或测量系统误差对定位精度的影响。如图3-16所示。,图3-16 准确定位进给路线,（2）确定Z向（轴向）的进给路线刀具在Z向的进给路线分为快速移动进给路线和工作进给路线。刀具先从初始平面快速运动到距工件加工表面一定距离的R平面，然后按工作进给速度进行加工。如图3-17（a）所示为加工单个孔时刀具的进给路线。对多个孔加工而言，为减少刀具的空行程进给时间，加工中间孔时，刀具不必退回到初始平面，只要退回到R平面上即可，其进给路线如图3-17（b）所示。,图3-17 刀具Z向进给路线,3.3 工件定位和夹紧,3.3.1 零件的定位 根据数控加工的特点，工件的定位基准和夹紧方案的确定应遵循有关定位基准和工件夹紧的基本要求。1工件定位、安装的基本原则 力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。 尽量减少工件的装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。,2工件的定位基准应与设计基准保持一致 在工件定位方案制定时，工件定位基准应尽量与设计基准保持一致，注意防止定位干涉现象，且便于工件的安装，决不允许出现欠定位的情况。 箱体工件最好选择一面两削作为定位基准。定位基准在数控机床上要细心找正，否则加工出来的工件决不会是高精度的产品。为了找正方便，有的机床，如卧式加工中心工作台侧面，安装有专用定位板。对于形状不规则或测定工件原点不方便的工件，可在夹具上设置找正定位面，以便设置工件原点。同时，选择定位方式时应尽量减少装夹次数。有些工件需要二次装夹时，应尽量采用同一定位基准以减少定位误差。,3工件装夹 选择工件定位方法后，就应确定采用一定的夹紧方法和夹紧装置将工件压紧夹牢，以防止工件在加工过程中，因切削力、离心力、惯性力及重力等作用下发生位移和振动。与普通机床一样，通过选择合理的装夹方案，获得较高的定位精度和较好的夹紧方案。工件常用的装夹方法有如下3种。（1）直接找正装夹 用百分表、划针等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法。这种方法生产率低，精度取决于操作人员的技术水平和测量工具的精度，通常用于单件小批量生产或位置精度要求特别高的工件。（2）划线找正装夹 此法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后按照划好的线找正工件位置。这种装夹方法不仅划线费时，生产率低，精度低，而且对工人技术水平要求高。这种装夹方法通常用于单件小批量生产中加工形状复杂而笨重的工件，或低精度毛坯的加工。（3）用夹具装夹 此法是将工件直接安装在夹具的定位组件上。由于采用夹具装夹，不需要找正就能保证工件的装夹定位精度，因此，这种方法装夹迅速方便，定位精度较高且稳定，生产率高，但需要设计、制造专用夹具。这种装夹方法广泛用于中批量以上生产类型。,3.3.2 零件的夹紧,由于数控机床具有工序集中的使用特点，即工件通常一次装夹完全部加工工序，应防止工件因夹紧不当引起的变形造成对工件加工的不良影响。在设计工件的夹紧方案或设计夹紧装置时，应满足以下基本要求。 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。 夹紧应可靠和适当。夹紧机构要能自锁，保持工件在加工中不产生松动和振动。夹紧工件时不允许产生过大变形和表面损伤。 夹紧装置应操作方便、安全、省力。 夹紧方案或夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的生产批量和生产方式相适应，结构设计力求简单紧凑，尽量使用标准化组件。,3.3.3 夹具的选择,1选择夹具的基本要求 单件小批量生产时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。 成批生产时，可考虑采用专用夹具，但结构要力求简单。 数控机床夹具的精度要求更高。 零件在夹具上的装卸要快速、方便、可靠，实现夹具的高效自动化。,2常用数控夹具,（1）数控车床夹具数控车床的夹具通常使用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘（见图3-18）等，四爪卡盘用于非回转体或偏心件的装卡。大批量生产使用便于自动控制的液压、电动及气动夹具（如液压三爪卡盘），用于回转工件的自动装卡。数控车床加工中还有多种相应的夹具，主要分两大类，即用于轴类工件的夹具和盘类工件的夹具。,图3-18 四爪卡盘,（2）数控铣床上的夹具,数控铣床上的夹具一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样，如通用平口钳（见图3-19）、组合夹具、数控分度转台（见图3-20）等，根据工件加工情况也常用螺栓螺母、压板和垫铁夹紧（见图3-21）。 对于斜面零件可用正弦平口钳夹紧。正弦平口钳通过钳身上的孔及滑槽来改变角度，其外形结构如图3-22所示。,图3-19 平口钳,图3-20 数控分度转台,图3-21 螺栓螺母、压板和垫铁夹紧,图3-22 正弦平口钳,组合夹具适用于新产品研制、单件小批量生产和生产周期短的产品零件。使用组合夹具可节省夹具的材料费、设计费、制造费，方便库存保管；另外，其组合时间短，能够缩短生产周期，可反复拆装，不受零件尺寸改动限制，可以随时更换夹具定位易磨损件。但对于定型产品大批量生产时，组合夹具的生产效率不如专用夹具生产效率高。 组合夹具的类型分孔系组合夹具和槽系组合夹具。,图3-25 槽系组合夹具,图3-23 孔系组合夹具,图3-24 孔系组合夹具应用实例,（3）专用夹具 专用夹具指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。其结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批大量生产。图3-26所示为连杆加工铣槽专用夹具结构。,图3-26 连杆加工铣槽专用夹具,3.4 刀具与工件的相对位置,3.4.1 对刀点与刀位点 对刀点可以设置在被加工零件上，尽可能设在零件的设计基准或工艺基准上，也可以设在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置。对刀点的选择原则如下。 所选的对刀点应使程序编制简单。 对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。 对刀点的位置应检验方便、可靠。 对刀点的选择应有利于提高加工精度。,2刀位点,在使用对刀点确定工件原点时，就需要进行“对刀”，对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，常用刀具的刀位点规定：立铣刀、端铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点，球头铣刀刀位点为球心，镗刀、车刀刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心，钻头为钻尖，如图3-27所示。,图3-27 常用刀具刀位点,如图3-28所示，零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。,图3-28 对刀点和机床零点、工件零点的尺寸关系,3.5 刀具与切削用量的确定,3.5.1 数控加工刀具特点1数控刀具的种类（1）按刀具结构按刀具结构，分整体式、镶嵌式和特殊型式。（2）按刀具材料按刀具材料，分高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具和其他材料刀具（如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具）等。目前数控机床用的最多最普遍的是高速钢刀具和硬质合金刀具。（3）按切削工艺按切削工艺，分车削刀具、铣削刀具、钻削刀具、镗削刀具等。车削刀具有外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；铣削刀具有端铣刀、立铣刀、球头铣刀等；钻削刀具有麻花钻、铰刀、丝锥等。,2数控刀具的特点 为适应数控加工精度高、效率高、工序集中及零件装夹次数少等要求，数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，主要有以下特点。 高的切削效率。 刀具精度高，精度稳定。 刚性好，抗振及热变形小。 耐用度好，切削性能稳定、可靠。 刀具的尺寸调整方便，换刀调整时间短。 系列化，标准化。,3.5.2 数控加工刀具的选择,1刀具选择总的原则思路 刀具选择总的原则思路是：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。2车刀选择 数控车刀主要采用机夹可转位车刀。选择的主要问题是刀片的形状、角度、精度、材料、尺寸、厚度、圆角半径、断屑槽、刃口修磨等要能满足各种加工条件的要求，各种外圆车刀、螺纹车刀等及适应的工件表面如图3-30所示。,图3-30 车刀选择,3铣刀选择常见铣刀及适应加工表面，如图3-31所示。,图3-31 常见铣刀及适应加工表面,4孔加工刀具选择,（1）钻孔刀具选择 在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，钻孔深度为直径的5倍左右的深孔加工容易折断钻头，可采用固定循环程序，多次自动进退，以利冷却和排屑。 钻孔刀具较多，有普通麻花钻、喷吸钻、扁钻等，根据加工材料、加工尺寸及加工质量要求合理选择，普通麻花钻如图3-32所示。 加工30以下孔时多采用麻花钻，钻削大直径孔时，可采用刚性较好的硬质合金扁钻。,图3-32 普通麻花钻,（2）铰孔刀具选择 铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。对于较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。铰孔所用刀具是铰刀，铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高尺寸精度和孔表面质量。 铰刀大多是通用标准铰刀，用于对孔的精加工。通用标准铰刀有直柄、锥柄和套式3种。锥柄铰刀直径为1032 mm，直铰刀直径为620mm，小孔直柄铰刀直径为16mm，套式铰刀直径为2580mm，如图3-33所示。,图3-21 机用铰刀,（3）螺纹加工刀具选择在数控铣床和加工中心上加工各种中、小尺寸内螺纹一般使用丝锥，丝锥加工螺纹的过程叫攻螺纹。丝锥结构简单，使用方便，既可手工操作，也可以在机床上工作，在生产中应用广泛。丝锥工作部分是由切削部分和校准部分组成，切削部分齿形是不完整的，后一刀齿比前一刀齿高，当丝锥作螺旋运动时，每一个刀齿都切下一层金属，校准部分的齿形是完整的，它主要用来校准及修光螺纹廓形，并起导向作用，如图3-34所示。,图3-34 丝锥,（4）镗孔刀具选择当孔径大于3040mm时，一般用镗刀加工。镗孔刀具的选择主要问题是刀杆的刚性，要尽可能地防止或消除振动。目前，精镗时常用的镗刀有精镗微调刀，如图3-35所示。这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内调整，结构简单，通用性强，因此，在加工中心上得到较为广泛的应用。,图3-35 镗刀,5刀柄及工具系统加工中心所用的切削工具由两部分组成，即刀具和刀柄及拉钉，如图3-36所示。 刀柄。在加工中心上一般采用724锥柄，这是因为这种锥柄不自锁，换刀比较方面，并且与直柄相比有高的定心精度和刚性，刀柄和拉钉已经标准化，各部分尺寸参见相关标准。 工具系统。在加工中心上加工的部位繁多使刀具种类很多，造成与锥柄相连的装夹刀具的工具多种多样，把通用性较强的装夹工具标准化、系列化就成为工具系统，如图3-37所示。,图3-36 刀具的组成,图3-37 加工中心刀柄及工具系统,图3-37 加工中心刀柄及工具系统（续）,3.5.3 切削用量的确定,通常切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给量，最后确定切削速度。 1确定背吃刀量（ap）背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度允许的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。背吃刀量（ap）是指平行于铣刀轴线的切削层尺寸，端铣时为切削层的深度，周铣时为切削层的宽度，如图3-38所示。,图3-38 铣刀切削用量,当零件表面粗糙度Ra为12.525时，在周铣的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm时，粗铣一次进给就可以达到要求。但在加工余量较大，工艺系统刚度和机床动力不足时，应分两次切削完成。 当零件表面粗糙度Ra为3.212.5时，应分粗铣和半粗铣进行切削，粗铣时吃刀量按上述要求确定，粗铣后留0.51.0mm的加工余量，在半精铣时切除。 当零件表面粗糙度Ra为0.83.2时，应分粗铣、半精铣和精铣3步进行。半精铣的吃刀量取1.52.0mm；精铣时周铣侧吃刀量取0.10.3mm；端铣背吃刀量取 0.51.0mm。 为提高切削效率，端铣刀应尽量选择较大的直径，切削宽度取刀具直径的1/31/2，切削深度应大于冷硬层的厚度。,2进给速度的确定 进给速度F是刀具切削时单位时间内工件与刀具沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。对于多齿刀具，其进给速度F、刀具转速n、刀具齿数z和每齿进给量fz（多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量）的关系为 F= nzfz 进给速度是影响刀具耐用度的主要因素，在确定进给速度时，要综合考虑零件的加工精度、表面粗糙度、刀具、工件的材料等因素，参考切削用量手册选取。,粗加工时，主要考虑机床进给机构和刀具的强度、刚度等限制因素，根据被加工零件的材料、刀具尺寸和已确定的背吃刀量，选择进给速度。 半精加工和精加工时，主要考虑被加工零件的精度、表面粗糙度、工件、刀具的材料性能等因素的影响。工件表面粗糙度值越小，进给速度也越小；工件材料的硬度越高，进给速度也越低；工件、刀具的刚度和强度越低时，进给速度应选较小值。工件表面的加工余量大切削进给速度应低一些。反之，工件的加工余量小，切削进给速度应高一些。,3切削速度的确定 具体确定时，应根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。 在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时，应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。,4主轴转速的确定主轴转速n可根据切削速度和刀具直径按下式计算：式中：n主轴转速，单位为r/min； vc切削速度，单位为m/min； D刀具或工件直径，单位为mm。,5选择切削用量时应注意的几个问题 主轴转速。应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定，需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而全轴转速不能太低。根据切削速度可以计算出主轴转速。 车螺纹时的主轴转速。数控车床加工螺纹时，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴（多为Z轴）方向位移一个导程即可。 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。螺纹加工程序段中指令的螺距值，相当于以进给量f（mm/r）表示的进给速度vf。如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度vf（mm/min）则必定大大超过正常值。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为 n（1200/P）k式中：P被加工螺纹螺距，单位为mm； k保险系数，一般取为80。,3.6典型数控零件的加工工艺分析,3.6.1 数控车削加工工艺分析 例3-1 典型轴类零件如图3-40所示，零件材料为45钢，毛坯为 60 mm，试对该零件进行数控车削工艺分析。,图3-40 典型轴类零件,3.6.2 数控铣削加工工艺分析,例3-2 平面凸轮零件如图3-41所示，本工序数控铣削加工为铣凸轮槽，其他表面已加工。材料为HT200。数控铣削加工工艺分析如下。,图3-41 平面凸轮零件,本章小结,确定零件的工艺是编好加工程序的第一步，选择合适的加工路线，合理的切削用量，充分利用刀具材料的切削性能，既可以保证零件的加工精度和表面质量，又可以获得较高的生产率和降低生产成本。 通过本章的学习，了解数控加工工艺的特点，掌握数控加工路线的确定、工件的安装与夹具的选择、切削用量的选择及刀点与换刀点的确定。,