数控加工大学.doc

35装订线 目 录摘要2第一章 数控加工与数控机床简述31.1数控加工概述31.2 数控机床的特点41.3 数控机床的发展趋势5第二章 数控机床加工分析72.1 表面粗糙度分析72.2 工艺系统集合误差分析7第三章 轴类零件的数控加工准备93.1 零件图样分析93.2 加工方案的确定93.3编制数控加工程序19第四章 仿真操作加工234.1 上海宇龙仿真软件介绍234.2 仿真操作加工23总 结31致 谢32参 考 文 献33 第35页 共33页摘 要：随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥越来越重要的作用。数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用，对零件进行编程加工之前，工艺分析具有非常重要的作用。本设计通过对螺纹连接轴工艺特点、数控加工工艺的分析，给出了对于螺纹连接轴数控加工工艺分析的方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。设计说明书以螺纹连接轴零件为例，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等，编写加工零件的程序。按照说明书要求将加工出零件，并对零件自检数据进行分析，说明在加工过程中应注意的事项。对于提高制造质量、实际生产具有一定的指导意义。关键词：工艺分析 参数选择 数控编程 数控加工 精度分析 螺纹连接轴第一章 数控加工与数控机床简述数字控制（Numerical Control）简称数控(NC)，是近代发展起来的一种自动控制技术,是用数字化信息实现机械设备控制的一种方法,在数控加工方面得到了广泛的发展。1.1 数控加工概述 数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求,编制成以数码表示的程序输入到机床的数控装置或控制计算机中,以控制工件和工具的相对运动,使之加工出合格零件的方法。1.1.1 数控加工的产生与发展图1-1 世界上第一台数控机床数控加工技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术。1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求较高，一般加工设备难以适用，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床TK6350 卧式数控铣镗床，如图1-1所示。揭开了数控加工技术的序幕。当时的数控系统采用电子管、继电器和模拟电路组成，体积庞大，价格昂贵，一般称之为第一代数控系统。1959年制成了晶体管和印刷电路的第二代数控系统 ，体积缩小，成本有所下降。1965年出现了第三代的集成电路数控系统，不仅体积小、功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。20世纪60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC,又称群控系统），及采用小型计算机控制的计算机数控（简称CNC）系统,使数控系统进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，以微处理器为基础的CNC系统问世，标志着数控系统进入了第五代。前三个阶段的数控系统主要是由电路的硬件和连线组成，称为硬件数控系统。它的特点是具有很多硬件电路和连接结点，电路复杂，可靠性不好。第四、五代的数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，称计算机数控系统。他最突出的特点是利用存储在存储器里的软件控制系统工作，因此也称软件数控系统。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。1.1.2 数控加工的特点与普通机床加工相比，数控加工具有如下的特点：1.自动化程度高在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都可由机床自动完成。在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都可由机床自动完成，这样大大减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。2.具有加工复杂形状零件的能力复杂形状零件在飞机、汽车、造船、模具、动力设备和国防工业等部门的产品制造中具有十分重要的地位，其加工质量直接影响整机产品的性能。数控加工运动的任意可控性使其能完成普通加工方法难以完成或者无法进行的复杂型面加工。3.生产准备周期短在数控机床上加工新的零件，大部分准备工作是根据零件图样编制的数控程序，而不是去准备靠模、专用夹具等工艺装备，而且编成工作可以离线进行。这样大大缩短了生产的准备时间，因此应用数控机床十分有利于产品的升级换代和新产品的开发。4.加工精度高、质量稳定数控机床是按预先编制好的加工程序进行工作的，加工过程中无须人的参与或调整，因此不受操作工人的技术水平或情绪的影响，加工精度稳定。另外，数控机床可以通过采用在线自动补偿（实时补偿）技术来消除或减少热变形、力变形和刀具磨损的影响，使加工精度的一致性得到保证。这在传统机床上则是无法做到的，因此采用数控加工技术可以提高零件的加工精度和产品质量。5.生产效率高数控机床的加工效率一般比普通机床高23倍，尤其在加工复杂零件时，生产率可提高十几倍甚至几十倍。一方面是因为其自动化程度高，具有自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，而且工序集中，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是加工中可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切削工时。数控机床在配有适当的刀库、工件毛坯库、上下料装置和多种传感器的条件下，不仅具有全自动的加工功能，而且具有对加工过程进行自动监控、监测、报警及修正误差等功能。因此数控机床可以实现白班有人看管和做好各种准备工作后，二、三班则可以在无人看管的条件下进行24小时乃至72小时的连续加工。这不仅改善了劳动条件，解决了晚上和节假日连续工作的问题，也大大提高了劳动生产率、设备利用率，缩短了生产周期，增加了企业的经济效益。6.易于建立计算机通信网络由于数控机床是使用数字信号，易于与计算机辅助设计和制造系统联机，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。另外，数控机床通过因特网、内联网、外联网现在已可实现远程故障诊断及维修，已初步具备远程控制和调度，进行异地分散网络化生产的可能，从而为今后进一步实现制造过程网络化、智能化提供了必备的基础条件。当然，数控机床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，对加工和编成要求较高，加工中难以调整，维修困难等。1.1.3 数控加工技术的主要应用对象数控加工是一种可编程的柔性加工方法，但其设备费用相对较高，故目前数控加工主要应用于加工零件形状比较复杂、精度要求较高，以及产品更换频繁、生产周期要求短的场合。具体地说，下面这些类型的零件最适宜于数控加工：1. 形状复杂、加工精度要求高或用数字方法定义的复杂曲线、曲面轮廓。2. 公差带小、互换性高、要求精度复制的零件。3. 用通用机床加工时，要求设计制造复杂的专用工装或需很长调整时间的零件。4. 价值高的零件。5. 小批量生产的零件。6. 钻、镗、铰、攻螺纹及铣削加工联合进行的零件。由于现代工业生产的需要，目前应用数控机床进行加工的部分典型行业及典型复杂零件如下：1. 电器、塑料制造业和汽车制造业等模具型面。2. 航空航天工业高压泵体、导弹仓、喷气叶片、框架、机翼、大梁等。3. 造船业螺旋桨。4. 动力工业叶片、叶轮、机座、壳体等。5. 机床工具业箱体、盘轴类零件，凸轮、非圆齿轮、复杂形状刀具与工具。6. 兵器工业炮架件体、瞄准陀螺仪壳体、恒速器壳件。1.2 数控机床的特点 图1-2 数控机床数控机床是采用数字技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，如图1-2所示。数控机床具有如下特点：1. 加工对象改型的适用性强利用数控机床加工改型零件，只需要重新编制程序就能实现对零件的加工。因此，数控机床可以快速地从加工一种零件转变为加工另外一种零件，这就为单件、小批量以及试制新产品提供了极大的便利。他不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量工艺装备费用。2. 加工精度高数控机床是以数字形式给出指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量一般达到了0.001mm，而进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度和质量稳定性。3. 生产效率高零件加工所需要的时间包括在线加工时间和辅助时间两部分。数控机床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生产率比一般机床高得多。4. 自动化程度高数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸工件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，其他的机床动作都是自动连续完成。5. 良好的经济效益在单件、小批量生产情况下利用数控机床加工零件，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等，因此能获得良好的经济效益。6. 有利于生产管理的现代化利用数控机床加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。1.3 数控机床的发展趋势 图1-3 万能加工中心新一代数控系统技术水平大大提高，大大促进了数控机床性能的提高。如图1-3所示为一高性能数控机床。当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。1. 高速、高效率2. 高精度化3. 高可靠性化4. 模块化、专业化与个性化5. 高柔性化6. 复合化7. 出现新一代数控加工工艺与装备第二章 数控机床加工分析随着工业技术的飞速发展,机器的使用要求越来越高,一些重要零件，如航空航天等精密零件需要达到很高的尺寸精度和较好的表面质量，否则不仅达不到理想的功用，有时可能造成重大事故。因而表面质量问题和误差问题越来越受到各方面的重视。要想获得较好的表面质量和较高的加工精度，必须找出影响其的原因。2.1 表面粗糙度分析 随着工业技术的飞速发展,机器的使用要求越来越高,一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作,表面层的任何缺陷,不仅直接影响零件的工作性能,而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象,将进一步加速零件的失效,这一切都与加工表面质量有很大关系。因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。影响表面粗糙度的因素的原因主要有以下几个方面：1. 切削加工影响表面粗糙度的因素在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。2. 工件材料的性质加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。3. 切削用量以较高的切削速度切削塑性材料，减小进给量可以提高表面光洁度。4. 磨削加工影响表面粗糙度的因素像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙的主要因素有：(1)砂轮的粒度；(2)砂轮的硬度；(3)砂轮的修整；(4)磨削速度；(5)磨削径向进给量与光磨次数；(6)工件圆周进给速度与轴向进给量；(7)冷却润滑液。2.2 工艺系统集合误差分析由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。2.2.1 机床的几何误差加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。1. 主轴回转误差机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。不同的加工方法，主轴回转误差所引起的的加工误差也不同。在车床上加工外圆和内孔时，主轴径向回转误差可以引起工件的圆度和圆柱度误差，但对加工工件端面则无直接影响。主轴轴向回转误差对加工外圆和内孔的影响不大，但对所加工端面的垂直度及平面度则有较大的影响。在车螺纹时，主轴向回转误差可使被加工螺纹的导程产生周期性误差。适当提高主轴及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。2. 导轨误差导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度(扭曲)。除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。3. 传动链误差传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。2.2.2 刀具的几何误差任何刀具在切削过程中，都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷却液等，均可有效地减少刀具地尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。总而言之，提高加工精度的途径如下：减小原始误差；转移原始误差；均分原始误差；均化原始误差；误差补偿。第三章 螺纹连接轴零件的数控加工准备螺纹连接轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。螺纹连接轴零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。本章以一典型螺纹连接轴零件为例，重点从工艺、切削参数选择等方面分析螺纹连接轴零件的编程过程。3.1 零件图样分析 本章所研究零件图如图3-1所示：技术要求未注倒角C1图3-1 螺纹连接轴件件图此零件为典型的螺纹连接轴零件，需要加工的内容包括：端面、孔、内外员表面、内外退刀槽、内外螺纹等。外表面粗糙度要求为3.2m，孔的表面粗糙度为6.3m有尺寸公差要求，未注倒角为C1。3.2 加工方案的确定加工方案的确定主要包括：零件材料和毛坯的选择、加工方法的确定、机床的选择、刀具的选择、夹具的选择、切削参数的选择等。正确的制定加工方案，不仅可以高效率的完成加工任务，合理的使用设备，而且还会减少不必要的浪费，为企业带来经济效益。3.2.1 材料和毛坯的选择材料和毛坯的选用要符合零件的力学性能要求，同时也要考虑经济合理性，在满足使用性能要求下，尽可能的降低制造成本。1. 材料的选择轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255等普通碳素钢。对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢，如40Cr合金钢可用于中等精度，转速较高的工作场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能；轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度和工作条件较差的情况工作的轴；若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢，这些钢经渗碳、淬火或渗氮处理后，不仅有很高的表面硬度，而且其心部强度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能，常在制造外形结构复杂的轴中采用。特别是我国研制的稀土镁球墨铸铁，抗冲击韧性好，同时还具有减摩、吸振，对应力集中敏感性小等优点，已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。图3-1所示零件，为一联接件，受中等载荷作用，精度要求中等，在满足力学性能前提下，考虑经济效益可以选择45钢。2. 毛坯的选择轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件，如内燃机中的曲轴，一般均采用铸件毛坯。各种毛坯如图3-2所示。图3-2 轴类零件毛坯样品a 型材b 锻件C 铸件型材毛坯分热轧或冷拉棒料，均适合于光滑轴或直径相差不大的阶梯轴。锻件毛坯经加热锻打后，金属内部纤维组织沿表面分布，因而有较高的抗拉、抗弯及抗扭转强度，一般用于重要的轴。这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。图3-1所示零件，力学性能要求不是很高，且各段阶梯直径相差不大，可以选择棒料毛坯。零件最大尺寸为3667，可选择4070的毛坯。3.2.2 加工方法的选择1. 外圆表面的加工方案轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求的合格零件。外圆表面各种加工方案和经济加工精度见表3-1。表3-1 常用外圆表面的加工路线序号加工路线加工精度Ra值/m适用范围1粗车-半精车-精车IT7IT80.81.6适用于淬火钢以外的各种金属2粗车-半精车-粗磨-精磨IT6IT70.10.4用于淬火钢和未淬火钢，但不宜加工有色金属3粗车-半精车-精车-金刚石车IT5IT60.0250.4主要用于加工有色金属加工4粗车-半精车-粗磨-精磨-精密加工（或光整加工）IT5以上0.0080.025极高精度的外圆加工图3-1所示零件，选用材料为45钢，外圆表面粗糙度为3.2m，表面加工可选择如下加工方案：粗车半精车精车。2. 孔的加工方案根据孔的精度等级和表面粗糙度的不同，孔的加工方法可根据表3-2选择。表3-2 常用的孔加工方案加工方案经济精度等级表面粗糙度Ra(m)适用范围钻IT11IT1212.5加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属，孔径小于1520mm钻铰IT91.63.2钻铰精铰IT7IT80.81.6钻扩IT10IT116.312.5同上，但是孔径大于1520mm钻扩铰IT8IT91.63.2钻扩粗铰精铰IT70.81.6钻扩机铰手铰IT6IT70.20.4钻扩拉IT7IT90.11.6大批大量生产（精度由拉刀的精度而定）粗镗(或扩孔)IT11IT126.312.5除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔粗镗(粗扩)半精镗(精扩)IT8IT91.63.2粗镗(扩)半精镗(精扩)精镗(铰)IT7IT80.81.6粗镗(扩)半精镗(精扩)精镗(铰)浮动镗刀精镗IT6IT70.20.4粗镗(扩)半精镗磨孔IT7IT80.20.8主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜用于有色金属粗镗(扩)半精镗粗磨精磨IT6T70.10.2图3-1所示零件的孔径为20mm，表面粗糙度为6.3m，加工可选择如下加工方案:钻孔扩孔。3.2.3 机床的选择轴套类、盘类零件的加工选择车床加工较为方便经济。对于数控车床和普通车床的选择，可按照如下原则：1. 普通车削 适用于各种批量的轴类零件外圆加工，应用十分广泛。单件小批量常采用卧式车床完成车削加工；中批、大批生产则采用自动、半自动车床和专用车床完成车削加工。 如图3-3a所示。2. 数控车削 适用于单件小批和中批生产。近年来应用愈来愈普遍，其主要优点为柔性好，更换加工零件时设备调整和准备时间短；加工时辅助时间少，可通过优化切削参数和适应控制等提高效率；加工质量好，专用工夹具少，相应生产准备成本低；机床操作技术要求低，不受操作工人的技能、视觉、精神、体力等因素的影响。如图3-3b所示。对于轴类零件，具有以下特征适宜选用数控车削：1) 结构或形状复杂，普通加工操作难度大，工时长，加工效率低的零件。 2) 加工精度一致性要求较高的零件3) 切削条件多变的零件，如零件由于形状特点需要切槽，车孔，车螺纹等，加工中要多次改变切削用量。4) 批量不大，但每批品种多变并有一定复杂程度的零件。表1-23-3b 数控卧式车床3-3a 普通卧式车床总上所述，对于图3-1所示零件的加工可以选用数控车床来完成。可选较常用的FANUC OI标准卧式数控车床。3.2.4 选择刀具1. 车刀类型的选择车刀按结构分类，有整体式、焊接式、机夹式和可转位式四种形式，如图3-4所示。a焊接式刀头c机夹式刀头式刀头b可转位式刀头图3-4 常用车刀形式它们的特点和用途见表3-3。表3-3 车刀结构类型、特点和用途名称特点适用场合整体式用整体高速钢制造，刃口可磨得锋利小型车床或车有色金属焊接式焊接硬质合金刀片，结构紧凑，使用灵活各类车刀机夹式避免焊接产生裂纹、应力等缺陷，刀杆利用率高，刀片可集中刃磨外圆、端面、镗孔、切断、螺纹车刀等可转位式避免焊接刀缺点，刀片可快速转位，断屑稳定可使用涂层刀片大中型车床、数控机床、自动线加工外圆、端面、镗孔等对于图3-1所示零件，使用数控车床加工，综合考虑可选用可转位式车刀。2. 车刀材料的选择常用的车刀材料有高速钢和硬质合金。它们的特点及应用场合如下：1) 高速钢（High Speed Steel，HSS）高速钢是一种含钨（W）、钼（MO）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的工具钢，它具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以承受较大的切削力和冲击。高速钢一般分为如下三种：a) 普通高速钢 不适于高速和硬材料切削。b) 高性能高速钢 添加Co、Al等合金元素，提高耐热性、耐磨性，热稳定性高，可用于制造出口钻头、铰刀、铣刀等。c) 粉末冶金高速钢 用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难加工材料；用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别是切削时受冲击载荷的刀具效果更好。2) 硬质合金（Cemented Carbide）硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物和金属相通过粉末冶金工艺制成的。切削效率是高速钢刀具的510倍。硬质合金按照化学成分和使用性能分为四类：a) WC+Co类（YG）：主要用于加工铸铁及有色金属与非金属材料及加工中有冲击载荷的表面。Co含量高，韧性好，适合粗加工；含Co量少用于精加工。b) TiC+WC+Co类（YT）：主要用于加工以钢为代表的塑性材料。含TiC量多，含Co量少，耐磨性好，适合精加工；含TiC量少，含Co量多，承受冲击性能好，适合粗加工。c) 钨钛钽（铌）钴类（YW）：添加 TaC 或 NbC，提高高温硬度、强度、耐磨性。用于加工难切削材料和断续切削。常用牌号：YW1、YW2。d) 碳化钛基类（YN）：TiC+Ni+Mo，硬度高、抗粘接、抗月牙洼磨损和抗氧化能力强。用于合金钢、工具钢、淬火钢的连续精加工。牌号：YN05、YN10。综上所述，对于45钢轴类零件的加工，硬度塑性适中，为避免粘刀和粗精加工刀具磨损严重而造成精度不够等因素，可选择YT类硬质合金刀具。3. 车刀几何角度的选择车刀几何角度的选择主要包括前角、主偏角、刃倾角等的选择。选择合适的车刀角度，有利于更好的保证加工质量。加工表面时为避免刀具干涉，可选择主偏角93的车刀。由于在粗加工阶段刀具的工作环境比较恶劣，用于粗加工切削的刀具一般采用05前角，1015后角，采用负的刃倾角，以增大工作前角和楔角，提高刀刃的锋利性和刀尖的强度。同时，在主切削刃上开有1mm左右宽的负倒棱、R2mm左右的刀尖圆角以提高刀刃的抗冲击性能。精加工阶段以保证产品精度为主要目标。刀具的锋利对切除微小的余量极为重要。这时选用的刀具角度一般为：前角10，后角15，刃倾角10；当用平刃刀片精光时，前角达2530，后角15，刃倾角20，属斜角切削。刀刃在刃磨后，应该用金刚石砂条或细目油石条进行研磨，去除微小毛刺及微裂，增强刀刃的锋锐性和强度，并用刀尺进行透光检查，保证刀刃的平直度。当然，这些角度还要根据实际加工情况进行调整。对于退刀槽车刀和螺纹车刀要综合选择，避免发生干涉。刀具的具体选择见表3-6工序卡片。3.2.5 选择切削用量削用量包括切削速度(主轴转速)、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工时切削用量的选择原则如下：粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。1. 确定背吃刀量ap(mm)背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。具体选择如下：粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，一般可一次去除剩余余量。一般精加工时，取ap=0.050.8mm；半精加工时，取ap=1.03.0mm。对于图3-1所示的零件的加工，工艺系统刚性适中，45钢材料硬度适中，粗加工背吃刀量选1.5mm，精加工背吃刀量选0.2mm。2. 确定进给速度F(mm/min或mm/r)进给量(进给速度)是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。粗加工时,由于对工件表面质量没有太高的要求,F主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的F；反之，适当降低F。粗车时，一般取F=0.30.8/r。精加工、半精加工时，F应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的，取较小的F，但又不能过小，因为F过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则F可选较大值。精车时常取F=0.10.3/r。一般在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。切断时F=0.050.2/r。还应注意零件加工中的某些特殊因素，比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。具体的选择可以查表3-4确定。表3-4 硬质合金车刀及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量参考值工件材料车刀刀杆尺寸（BH）/(mmmm)工件直径dw/mm背吃刀量3（3，5（5，8（8，1212进给量F（mm/r）碳素结构钢、合金结构钢及耐热钢16252040601004000.30.40.40.50.50.70.60.90.81.20.30.40.40.60.50.70.71.00.30.50.50.60.60.80.40.50.50.6203025252040601004000.30.40.40.50.50.70.81.01.21.40.30.40.50.70.70.91.01.20.30.50.50.60.60.80.40.50.50.60.40.6铸铁及铜合金162540601004000.40.50.50.80.81.21.01.40.50.80.71.01.01.20.40.60.50.70.81.00.50.70.60.82030252540601004000.40.50.50.90.91.31.21.80.50.80.81.21.21.60.40.70.71.01.01.30.50.80.91.10.70.9对于图3-1所示零件，材料为45钢，工件直径为40mm,粗加工时背吃刀量为1.5mm，选择刀杆尺寸为2525，则查表3-4得，进给量为0.40.5mm，取F=0.3mm；根据经验，精加工时进给量一般选粗加工时的一半，即0.2mm；车槽时进给量取0.1m。3. 确定切削速度Vc（m/min）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；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。切削速度的具体选择可根据表3-5确定。表3-5 硬质合金车刀切削速度参考值工件材料热处理状态ap/mm(0.3,2(2,6（6,10f（mm/r）(0.08,0.3(0.3,0.6（0.6,1）Vc（m/min）低碳钢、易切钢热轧1401801001207090中碳钢热轧130160901106080调质10013070905070合金结构钢热轧10013070905070调质8011050704060灰铸铁HBS1909012060805070HBS=1902258011050704060铝及铝合金300600200400150200对于图3-1所示零件，材料为45钢调质处理，粗加工时背吃刀量为1.5mm，进给量为0.3mm，切削速度可在100130 m/min之间选择，选100 m/min 。4. 主轴转速n(r/min)车削轮廓时，主轴转速一般根据切削速度Vc来选定。计算公式为:n=1000Vc/D （3-1）式中，D为工件或刀具直径（mm）。