数控加工教材

數控加工教材1)刀具及材料2)加工基礎3)夾具車刀車刀角度前角後角余偏角刃傾角副偏角刀尖圓弧半徑前角前角前角对切削力、切屑排出、切削、刀具耐用度影响都很大。前角的影响1.正前角大，切削刃锋利。2.前角每增加1°，切削功率减少1％。3.正前角大，刀刃强度下降；负前角过大，切削力增加。4.大负前角用于5.切削硬材料6.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7.大正前角用于8.切削软质材料9.易切削材料10.被加工材料及机床刚性差时切削排出與前角的關係前角與壽命的關係,前角變化對切削速度、主切削力、溫度的影響後角后角后角使刀具后面与工件间摩擦减小，使刀尖具有自由切入工件的功能。后角的影响1.后角大，后刀面磨损小。2.后角大，刀尖强度下降。3.小后角用于4.切削硬材料5.需切削刃强度高时6.大后角用于7.切削软材料8.切削易加工硬化的材料刀具後角示意圖刀具後角的變化與磨損量的關係余偏角(1)余偏角等于90°减主偏角，其作用是缓和冲击力，对进给力，背向力，切削厚度都有影响。余偏角的影响1.进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑接触的长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长的刀刃上，刀具耐用度得以提高。2.余偏角大，分力a'也随之增加，加工细长轴时，易发生挠曲。3.余偏角大，切屑处力性能变差。4.余偏角大，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使切屑难以碎断。余偏角(2)小余偏角用于1.切深小的精加工2.切削细而长的工件3.机床刚性差时大余偏角用于1.工件硬度高，切削温度大时2.大直径零件的粗加工3.机床刚性高时余偏角與切削厚度的關係余偏角與切削力的關係余偏角與刀具耐用度的關係刃傾角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°；铣削时10°～15°刃倾角的影响1.刃倾角为负时，切屑流向工件；为正时，反向排出。3.刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切削背向力也增加，易产生振动。刃傾角示意圖刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径对刀尖的强度及加工表面粗糙度影响很大，一般适宜值选进给量的2～3倍。刀尖圆弧半径的影响1.刀尖圆弧半径大，表面粗糙度数值下降，表面质量提高。2.刀尖圆弧半径大，刀刃强度增加。3.刀尖圆弧半径过大，切削力增加，易产生振动。4.刀尖圆弧半径大，刀具前、后面磨损减小。5.刀尖圆弧半径过大，切屑处理性能恶化刀尖圆弧小用于1.切深削的精加工2.细长轴加工3.机床刚性差时刀尖圆弧半径刀尖圆弧大用于1.需要刀刃强度高的黑皮切削，断续切削2.大直径工件的粗加工3.机床刚性好时刀尖圓弧半徑與表面粗糙度的關係刀尖圓弧半徑與脆性損傷對刀具耐用度的影響刀尖圓弧半徑與刀具磨損车刀片磨损分析和改进办法–刃口磨損刃口磨损(如下圖示)提高进给量降低切削速度使用更耐磨的刀片材质应用涂层刀片材质车刀片磨损分析和改进办法–崩碎崩碎(如下圖示)使用更强韧的材质考虑对刃口强化的刀片检查工艺系统的刚性加大主偏角车刀片磨损分析和改进办法–热变形热变形(如下圖示)降低切削速度减少进给量减少切深(doc)使用更具热硬性的材质车刀片磨损分析和改进办法–切深处破损切深处破损改变主偏角考虑对刃口强化的刀片使用不同的刀片材质车刀片磨损分析和改进办法–热裂纹正确使用冷却液降低切削速度减少进给量应用涂层刀片材质车刀片磨损分析和改进办法–积屑使用更强韧的刀片槽型和材质减少进给量减少切深(doc)检查工艺系统的刚性车刀片磨损分析和改进办法–月牙洼磨损降低进给率降低切削速度应用涂层材质或金属陶瓷刀片使用冷却液车刀片磨损分析和改进办法–断裂提高切削速度提高进给量使用涂层材质或金属陶瓷刀片使用冷却液刃口锋利(更小的倒圆)平面铣刀切削刃各角度的功能名稱代號功能效果轴向前角A.R决定切屑排出方向正角时：切削性能良好径向前角R.R决定切削刃锋利程度负角时：切屑排出性能良好余偏角CH决定切削厚度角度大时：切削厚变薄,切削时冲击力小,但背向力大前角T决定实际切削刃锋利的程度正角大时：切削性能良好,切屑难熔附负角大时：切削性能差,但切削刃强度高刃倾角I决定切屑排出方向正角大时：排屑性能良好,但切削刃强度低平面铣刀切削刃各角度高速、超高速刀具材料高速鋼硬質合金金剛石立方氮化硼高速鋼(1)高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。高速鋼(2)高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5-3倍。粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%．耐用度可提高2-3倍。目前我国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少。硬質合金按GB2075—87(参照采用190标准)可分为P、M、K三类，P类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色作标志；M类主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作标志，又称通用硬质合金，K类主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，用红色作标志。P、M、K(后面的阿拉伯数字表示其性能和加工时承受载荷的情况或加工条件。数字愈小，硬度愈高，韧性愈差。P类相当于我国原钨钛钻类，主要成分为WC+TiC+Co，代号为YT。K类相当于我国原钨钻类，主要成分为WC+Co，代号为YG。M类相当于我国原钨钛钽钴类通用合金，主要成分为WC+TiC+TaC(NbC)+Co，代号为YW。金剛石(PCD)PCD聚晶金剛石20世纪50年代利用高温高压技术人工合成金刚石粉以后，70年代制造出金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石(PCD)。PCD晶粒呈无许许序排列状态．不具方向性，因而硬度均匀。它有很高的硬度和导热性，低的热胀系数。高的弹性模量和较低的摩擦系数，刀刃非常锋利。它可加工各种有色金属和极耐磨的高性能非金属材料，如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。金剛石(PCD)PCD焊接性、机械磨削性和断裂韧性最高，抗磨损性和刃口质量居中，抗腐蚀性最差。金剛石(CVD)CVD厚膜CVD金刚石膜中不含任何粘结剂，其多晶结构又使其在各个方向具有几乎相同的硬度，且没有解理面，因此其综合机械性能兼具单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点，而在一定程度上又克服了它们的不足，而且价格低廉。它不仅可代替天然金刚石、高压人造单晶金刚石和聚晶金刚石在机械领域应用而且大大拓宽了其应用范围：如制造各种适合拉制软硬丝的高性能拉丝模具；焊接型CVD金刚石工具(使用寿命超过PCD工具的1-3倍)；制作形状较为复杂的CVD金刚石涂层硬质合金刀具(使用寿命比涂层前提高10-50倍)；其低摩擦系数还可用于摩擦部件如轴承的耐磨涂层等。据国外专家统计，仅应用于超硬材料方面就可以开发、改造出二千多种新产品。CVD厚膜抗腐蚀性最好，机械磨削性、刃口质量和断裂韧性和抗磨损性居中，可焊接性差。金剛石(單晶金剛石)單晶金剛石人工合成单晶金刚石刃口质量、抗磨损性和抗腐蚀性最好，焊接性、机械磨削性和断裂韧性最差。總結金刚石刀具是目前高速切削(2500~5000m/min)铝合金较理想的刀具材料，但由于碳对铁的亲和作用，特别是在高温下，金刚石能与铁发生化学反应，因此它不宜于切削铁及其合金工件立方氮化硼(CBN)與聚晶立方氮化硼(PCBN)CBN立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料。它是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超硬材料——CBN微粉,CBN的烧结性能很差PCBNPCBN是由CBN微粉与少量粘结相(Co、Ni或TiN、TiC或Al2O3)在高温高压下烧结而成。CBN是氮化硼的致密相，有很高的硬度(仅次于金刚石)和耐热性(1300、1500度)，优良的化学稳定件(远优于金刚石)和导热性，低的摩擦系数。PCBN与Fe族元素亲和性很低，所以它是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。PCBN刀具在使用前有必要用油石轻轻对刃口倒角，以保护其刃口夹具1.机床夹具的概念机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。装夹:定位+夹紧2.机床夹具的分类（1）按专门化程度分类1）通用夹具通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。2）专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3）通用可调夹具和成组夹具其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。夹具4）组合夹具组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。5）随行夹具随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。（2）按使用的机床分类由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。（3）按夹紧动力源分类根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。3.机床夹具的组成(1)定位元件它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。如图6-1中的定位销6。夹具(2)夹紧装置用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。如图6-1中的螺母5和开口垫圈4。(3)对刀、引导元件或装置这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。如图6-1中的快换钻套1。图为用于钻轴套工件上φ6H7孔的钻床夹具，工件以内孔及端面为定位基准，在夹具的定位销6及其端面上定位，即确定了工件在夹具中的正确位置。拧紧螺母5，通过开口垫圈4可将工件夹紧，然后由装在钻模板3上的快换钻套1导引钻头进行钻孔。图6-1钻床夹具1—快换钻套2—导向套3—钻模板4—开口垫圈5—螺母6—定位销7—夹具体(4)连接元件使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。(5)夹具体用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图6-1中的夹具体7。夹具(6)其它元件及装置