《數(shù)控加工工藝與編程》-教學(xué)單元二

2-1知識(shí)引入若要加工如圖２－１所示的零件，該如何著手？根據(jù)以前學(xué)過的機(jī)械加工知識(shí)，需要首先讀懂零件圖（包括裝配圖和零件圖），了解使用場(chǎng)合和要求，分析加工要求，明確加工內(nèi)容、重點(diǎn)加工部位，選擇適合數(shù)控加工的部分，選擇合適的機(jī)床、刀具、量具，采用正確的裝夾方式，還需要安排合理的加工順序等。這些知識(shí)都屬于數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容，在這個(gè)單元，就是重點(diǎn)介紹數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)知識(shí)。返回２－２概述數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)是數(shù)控加工技術(shù)的核心部分。數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的質(zhì)量主要取決于編程員的技術(shù)水平和加工經(jīng)驗(yàn)，這其中包含對(duì)數(shù)控技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的了解程度和熟練應(yīng)用能力，同時(shí)也需要一些具體的應(yīng)用技巧和操作技能。數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的水平原則上決定了數(shù)控程序的質(zhì)量，這是因?yàn)榫幊虇T在進(jìn)行數(shù)控編程的過程中，相當(dāng)多的工作內(nèi)容集中在加工工藝分析和方案設(shè)計(jì)，以及數(shù)控編程參數(shù)設(shè)置這兩個(gè)階段，因而在一定程度上決定了數(shù)控編程的質(zhì)量。數(shù)控加工工藝方案的設(shè)計(jì)應(yīng)該來源于生產(chǎn)實(shí)踐。設(shè)計(jì)者應(yīng)從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出一些綜合性的工藝原則，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)條件提出幾個(gè)方案，進(jìn)行分析對(duì)比，選擇經(jīng)濟(jì)合理的最佳方案。合理的工藝方案能保證零件的加工精度、表面質(zhì)量的要求。下一頁返回２－２概述１數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（１）零件加工工藝性分析對(duì)零件的設(shè)計(jì)圖和技術(shù)要求進(jìn)行綜合分析。（２）加工方法的選擇選擇具體的零件加工方法和切削方式。（３）機(jī)床的選擇選擇合適的機(jī)床，既能滿足零件加工的外廓尺寸，又能滿足零件的加工精度。（４）工裝的選擇數(shù)控設(shè)備盡管減少了對(duì)于夾具的依賴程度，但還不能完全取消，在滿足零件加工精度和技術(shù)要求的前提下，工裝越簡(jiǎn)單越好。（５）加工區(qū)域規(guī)劃對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行分析，按其形狀特征、功能特征及精度、粗糙度要求將加工對(duì)象劃分成數(shù)個(gè)加工區(qū)域。對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃可以達(dá)到提高加工效率和加工質(zhì)量的目的。上一頁下一頁返回２－２概述（６）加工工藝路線規(guī)劃合理安排零件從粗加工到精加工的數(shù)控加工工藝路線，進(jìn)行加工余量分配。（７）刀具的選擇根據(jù)加工零件的特點(diǎn)和精度要求，選擇合適的刀具以滿足零件加工的要求。（８）切削參數(shù)的確定確定合理的切削用量。（９）數(shù)控編程方法的選擇根據(jù)零件的難易程度，采用手工或自動(dòng)編程的方式，按照確定的加工規(guī)劃內(nèi)容進(jìn)行數(shù)控加工程序編制。２影響數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的主要因素?cái)?shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容非常具體、詳細(xì)。在確定工藝方案時(shí)，要考慮的因素較多，如零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、表面形狀、精度等級(jí)和技術(shù)要求、表面粗糙度要求等，毛料的狀態(tài)，切削用量以及所需的工藝裝備，刀具等。影響數(shù)控加工方案的主要因素如圖２－２所示。上一頁下一頁返回２－２概述以下是設(shè)計(jì)工藝方案必須考慮的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)：（１）加工方法的選擇盡管零件的結(jié)構(gòu)形狀是多種多樣的，但它們都是由平面、外圓柱面、內(nèi)圓柱面或曲面、成型面等基本表面所組成的。每一種表面都有多種加工方法，具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸及生產(chǎn)類型等選用相應(yīng)的加工方法和加工方案。例如，外圓表面的加工方法主要是車削和磨削。當(dāng)表面粗糙度要求較高時(shí)，還要進(jìn)行光整加工。（２）工藝基準(zhǔn)的選擇工藝基準(zhǔn)是保證零件加工精度和幾何公差的一個(gè)關(guān)鍵步驟，工藝基準(zhǔn)的選擇應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致。基于零件的加工性考慮，選擇的工藝基準(zhǔn)也可能與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不一致，但無論如何，在加工過程中，選擇的工藝基準(zhǔn)必須保證零件的定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定，加工測(cè)量方便，裝夾次數(shù)最少。上一頁下一頁返回２－２概述（３）確定加工步驟工序安排的一般原則是先加工基準(zhǔn)面后加工其他面，先粗加工后精加工，粗精分開。具體操作還應(yīng)考慮兩個(gè)重要的影響因素：一是盡量減少裝夾次數(shù)，既提高效率，又保證精度；二是盡量讓有位置公差要求的型面在一次裝夾中完成加工，充分利用設(shè)備的精度來保證產(chǎn)品的精度。（４）工藝保證措施關(guān)鍵尺寸和技術(shù)要求的工藝保證措施對(duì)設(shè)計(jì)工藝方案非常重要。由于加工零件是由不同的型面組成的，一個(gè)普通型面通常包括三個(gè)方面的要求———尺寸精度、幾何公差和表面粗糙度，必須在這些關(guān)鍵特征上有可靠的技術(shù)保障，避免如裝夾變形、熱變形、工件震動(dòng)導(dǎo)致加工波紋等因素影響到零件的加工質(zhì)量，進(jìn)行工藝方案設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮以上因素的影響，采取相應(yīng)的工藝方法和工藝上一頁下一頁返回２－２概述措施來保證，如預(yù)留工藝裝夾止口，精加工前先讓工件冷卻，精加工用較小的切削用量，以及在零件上加或纏減震帶等方法。３數(shù)控加工工藝制定的過程實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控加工工藝制定的過程比較靈活多變，需要設(shè)計(jì)者有比較寬泛的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，還要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件，沒有一成不變的步驟。圖２－３簡(jiǎn)要地概括了一般數(shù)控加工工藝制定的基本過程。上一頁下一頁返回２－２概述2-2-1數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理１數(shù)控機(jī)床的組成常見的數(shù)控機(jī)床主要由輸入／輸出裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋系統(tǒng)和機(jī)床組成，如圖２－４所示。（１）輸入／輸出裝置輸入裝置的作用是將數(shù)控加工信息讀入數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存存儲(chǔ)。常用的輸入裝置有光電閱讀機(jī)、手動(dòng)輸入（MDI）方式和遠(yuǎn)程通信方式等。輸出裝置的作用是為操作人員提供必要的信息，如各種故障信息和操作提示等。常用的輸出裝置有顯示器和打印機(jī)等。（２）數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心單元，通常由硬件和軟件組成。目前的數(shù)控系統(tǒng)普遍采用通用計(jì)算機(jī)作為主要的硬件部分；而軟件部分主要是指主控制系統(tǒng)軟件，如數(shù)據(jù)上一頁下一頁返回２－２概述運(yùn)算處理控制和時(shí)序邏輯控制等。數(shù)控加工程序通過數(shù)據(jù)運(yùn)算處理后，輸出控制信號(hào)控制各坐標(biāo)軸移動(dòng)，而時(shí)序邏輯控制主要是由可編程控制器（PLC）完成加工中各個(gè)動(dòng)作的協(xié)調(diào)，使數(shù)控機(jī)床有條不紊的工作。（３）伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置和機(jī)床本體之間的傳動(dòng)環(huán)節(jié)。它主要是接受來自計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制信息，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和定位運(yùn)動(dòng)，伺服系統(tǒng)的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性直接影響機(jī)床本體的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。伺服系統(tǒng)主要包括主軸伺服和進(jìn)給伺服兩大單元。伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件有功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。（４）輔助控制裝置輔助控制裝置是保證數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行的重要上一頁下一頁返回２－２概述組成部分。它主要是完成數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床之間的信號(hào)傳遞，從而保證機(jī)床的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)和加工的有序進(jìn)行。（５）反饋系統(tǒng)反饋系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)能識(shí)別的信號(hào)，以便數(shù)控系統(tǒng)能及時(shí)根據(jù)加工狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)償，保證加工質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床的反饋系統(tǒng)主要由速度反饋和位置反饋組成。（６）機(jī)床機(jī)床本體就是指的數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，它是最終的執(zhí)行環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床在布局、外觀、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)及操作機(jī)構(gòu)等方面都不同于普通機(jī)床。２數(shù)控機(jī)床的工作過程圖２－５所示為數(shù)控機(jī)床的一般工作原理圖。上一頁下一頁返回２－２概述數(shù)控設(shè)備是按照事先編制好的數(shù)控加工程序?qū)α慵M(jìn)行加工的高效自動(dòng)化設(shè)備。首先需要零件圖樣的技術(shù)特征、幾何形狀、尺寸和工藝等加工要求進(jìn)行系統(tǒng)的分析，確定合理正確的加工方案和加工路線，然后按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定采用的代碼和程序格式，根據(jù)加工要求編制出數(shù)控加工程序，數(shù)控加工程序可以記錄在信息載體上，也可以通過某種方式輸入數(shù)控設(shè)備，再由數(shù)控設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行譯碼和預(yù)處理，接著由插補(bǔ)器進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，逐點(diǎn)計(jì)算并確定各線段的起、終點(diǎn)之間一系列的中間點(diǎn)的坐標(biāo)及各軸的運(yùn)動(dòng)方向、大小和速度，分別向各軸發(fā)出運(yùn)動(dòng)序列指令，完成零件產(chǎn)品的加工。上一頁下一頁返回２－２概述２－２－２數(shù)控加工的特點(diǎn)數(shù)控加工和傳統(tǒng)的切削加工，基本加工方式是類似的。在傳統(tǒng)加工中，機(jī)床操作員用手操作機(jī)床來完成零件的加工，需要依賴各種手柄和刻度，加工的精度和工件的一致性在很大程度上取決于操作者的技術(shù)水平、身體狀況和工作態(tài)度，因而對(duì)操作者的操作技能要求較高。而數(shù)控加工是一種現(xiàn)代化的自動(dòng)控制過程，主要依賴各種先進(jìn)的控制系統(tǒng)和自動(dòng)檢測(cè)元件來代替手工操作，加工的精度和工件的一致性在很大程度上取決于機(jī)床的精度和程序的正確度。加工程序必須完整而正確的描述整個(gè)加工過程，對(duì)操作者的機(jī)床調(diào)整能力和程序編制能力要求較高；而加工過程中，人的參與程度較低。利用數(shù)控加工技術(shù)可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的準(zhǔn)確性和上一頁下一頁返回２－２概述精度都可以得到很好的保證。總體上說，和傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段相比數(shù)控加工技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（１）加工效率高傳統(tǒng)機(jī)床的切削時(shí)間主要根據(jù)加工操作人員的技能、經(jīng)驗(yàn)以及身體疲勞狀況等而易于變化，而CNC機(jī)床加工則受計(jì)算機(jī)控制的影響，少量的手工工作僅限于工件的裝卸，對(duì)大批量的運(yùn)行加工來講，這種非生產(chǎn)性的時(shí)間就顯得微不足道了。CNC機(jī)床這種相對(duì)固定的切削時(shí)間的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在重復(fù)性工作上，這樣，生產(chǎn)進(jìn)度和分配到每個(gè)機(jī)床上的工作就可以計(jì)算的很精確，既便于管理又能提高生產(chǎn)效率。（２）加工精度高同傳統(tǒng)的加工設(shè)備相比，數(shù)控系統(tǒng)優(yōu)化了傳動(dòng)裝置，提高分辨率，減少了人為誤差，因此加工的效率可以得到很大的提高。現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的精確性和重復(fù)性已成為數(shù)控技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一，零件程序一旦調(diào)試完成可以存儲(chǔ)在各種介質(zhì)上，需要時(shí)調(diào)用即上一頁下一頁返回２－２概述精度都可以得到很好的保證。總體上說，和傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段相比數(shù)控加工技術(shù)具有以下特點(diǎn)：可，而且程序?qū)C(jī)床的控制不會(huì)因操作人員的改變而變化，能極大地提高加工零件的精確性和一致性。（３）勞動(dòng)強(qiáng)度低由于采用了自動(dòng)控制方式，也就是說加工的全部過程是由數(shù)控系統(tǒng)完成，不像傳統(tǒng)加工手段那樣繁瑣，操作者在數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，只需要監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，所以勞動(dòng)強(qiáng)度很低。（４）適應(yīng)能力強(qiáng)數(shù)控加工系統(tǒng)就像計(jì)算機(jī)一樣，可以通過調(diào)整部分參數(shù)達(dá)到修改或改變其運(yùn)作方式，因此加工的范圍可以得到很大的擴(kuò)展。一旦零件程序編寫完成并驗(yàn)證無誤，就可以為今后再次使用做好準(zhǔn)備，即使零件在設(shè)計(jì)上作局部修改后，也只需對(duì)程序做相應(yīng)的修改就可以。因而大大提高機(jī)床的適用范圍。上一頁下一頁返回２－２概述（５）準(zhǔn)備時(shí)間縮短安裝時(shí)間是非生產(chǎn)性時(shí)間，但是它是必須的，是實(shí)際加工成本的一部分。任何機(jī)床車間的主管、編程人員、操作員都應(yīng)把安裝時(shí)間作為考慮的因素之一。由于數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：模塊化夾具、標(biāo)準(zhǔn)刀具、固定的定位器、自動(dòng)換刀裝置、托盤以及其他一些先進(jìn)的輔具，使得數(shù)控機(jī)床的安裝時(shí)間比普通機(jī)床更高效，從而大大縮短準(zhǔn)備時(shí)間。（６）適合復(fù)雜零件的加工數(shù)控機(jī)床能加工各種復(fù)雜的輪廓。在傳統(tǒng)的加工中，對(duì)復(fù)雜的零件輪廓，通常采用仿形加工或?qū)Ｓ脵C(jī)床加工，這樣加工周期和加工成本都很高，而且適用的零件很有限。如果采用數(shù)控機(jī)床加工就不同，只要機(jī)床的控制系統(tǒng)具備曲線加工功能，就可以完成外形復(fù)雜的輪廓加工，大大縮短加工周期和降低加工上一頁下一頁返回２－２概述成本，適用范圍很廣。在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的早期，大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床都是為復(fù)雜輪廓的加工而產(chǎn)生的。（７）易于建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，有利于生產(chǎn)管理。（８）設(shè)備初期投資大。（９）由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，增加了維修的技術(shù)難度和維修費(fèi)用。上一頁下一頁返回２－２概述２－２－３我國(guó)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)和使用現(xiàn)狀１我國(guó)數(shù)控技術(shù)現(xiàn)狀數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動(dòng)化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。我國(guó)數(shù)控車床從２０世紀(jì)７０年代初進(jìn)入市場(chǎng)，至今通過各大機(jī)床廠家的不懈努力，通過采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施，使得我國(guó)的機(jī)床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中占有較大的比例。目前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的品種、規(guī)格已經(jīng)較為齊全，質(zhì)量基本穩(wěn)定可靠，已進(jìn)入實(shí)用和全面發(fā)展階段。上一頁下一頁返回２－２概述制造業(yè)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的影響非常巨大。事實(shí)上，中國(guó)工業(yè)增加值在GDP所占的比重約50％（美國(guó)為16％，日本是20％）。所以說，制造技術(shù)和制造業(yè)的變化對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的影響要比對(duì)其他國(guó)家經(jīng)濟(jì)的影響更大，迫使中國(guó)的制造企業(yè)千方百計(jì)在日益變化的制造環(huán)境中增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。上一頁下一頁返回２－２概述裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過：“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)。”制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。因此，專家們預(yù)言：機(jī)械制造的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)手段，是國(guó)防現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略物資，是關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。上一頁下一頁返回２－２概述當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高、精、尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程的具體需求，設(shè)計(jì)制造“高、精、尖”重大數(shù)控裝備，打破國(guó)外封鎖，掌握數(shù)控裝備關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)出中國(guó)數(shù)控機(jī)床品牌，提高市場(chǎng)占有率是全面提升我國(guó)基礎(chǔ)制造裝備的核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在。上一頁下一頁返回２－２概述２數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展越來越快，數(shù)控機(jī)床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。但最主要的發(fā)展趨勢(shì)是智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化。（１）智能化智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：①?gòu)募庸ば屎图庸べ|(zhì)量方面的智能化，使加工過程自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成；②從提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，使用前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；③從簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，使用智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；④還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。上一頁下一頁返回２－２概述（２）開放化采用“PC＋運(yùn)動(dòng)控制器”的開放式數(shù)控系統(tǒng)，它不僅具有信息處理能力強(qiáng)、開放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制精確、通用性好等特點(diǎn)，而且還從很大程度上提高了現(xiàn)有加工制造的精度、柔性和滿足市場(chǎng)需求的能力。美國(guó)將其稱為新一代的工業(yè)控制器，日本稱其將帶來第三次工業(yè)革命。近幾年，許多國(guó)家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國(guó)的NGC（TheNextGenerationWork－Station/MachineControl）、歐共體的OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwith-inAutomationSystems）、日本的OSEC（OpenSystemEnvironmentforController），中國(guó)的ONC（OpenNumericalControlSystem）等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)未來必然的上一頁下一頁返回２－２概述發(fā)展趨勢(shì)。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。上一頁下一頁返回２－２概述（３）網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國(guó)際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak）公司展出的“CuberProductionCenter”（智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱CPC）；日本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出的“ITplaza”（信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱IT廣場(chǎng)）；德國(guó)西門子（Sie-ments）公司展出的OpenManufacturingEnviroment（開放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。上一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－１數(shù)控加工內(nèi)容確定對(duì)一個(gè)具體零件的機(jī)械加工過程而言，并非其全部加工過程都適合在數(shù)控機(jī)床上完成，往往可能只是零件加工工序中的一部分適合數(shù)控加工。因此，有必要對(duì)零件圖樣進(jìn)行仔細(xì)分析，立足于解決難題、提高生產(chǎn)效率，注意充分發(fā)揮數(shù)控的優(yōu)勢(shì)，選擇最適合、最需要的內(nèi)容和工序進(jìn)行數(shù)控加工。一般可按下列原則選擇數(shù)控加工內(nèi)容：（１）普通機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。（２）普通機(jī)床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容。（３）普通機(jī)床加工效率低，手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機(jī)床尚有加工能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。如數(shù)控車削加工的主要對(duì)象是：下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件、表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件、輪廓形狀特別復(fù)雜的零件、帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件等。相比之下，下列一些加工內(nèi)容則不宜選擇數(shù)控加工：（１）占機(jī)調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。如：以毛坯的粗基準(zhǔn)定位加工第一個(gè)精基準(zhǔn)，需用專用工裝協(xié)調(diào)的內(nèi)容。（２）加工部位分散，需要多次裝夾、設(shè)置原點(diǎn)。不能在一次裝夾中加工完成的其他部位加工，采用數(shù)控加工很麻煩，效果不明顯。（３）按某些特定的制造依據(jù)加工的型面輪廓。主要原因是獲取數(shù)據(jù)困難，與檢驗(yàn)依據(jù)易發(fā)生矛盾，增加了程序編制的難度。（４）必須按專用工裝協(xié)調(diào)的孔及其他加工內(nèi)容，因其采集編程用的數(shù)據(jù)困難，協(xié)調(diào)效果不一定理想。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析此外，在選擇數(shù)控加工內(nèi)容時(shí)，還要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等因素，要盡量合理使用數(shù)控機(jī)床，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率及綜合經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)都明顯提高的目的，要防止將數(shù)控機(jī)床降格為普通機(jī)床使用。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－２數(shù)控加工工序劃分１基本概念數(shù)控加工工藝過程是利用切削工具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對(duì)象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。需要說明的是：數(shù)控加工工藝過程往往不是從毛坯到成品的整個(gè)工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。而數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)所運(yùn)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個(gè)數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實(shí)踐的總結(jié)。數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的前提和依據(jù)，沒有符合實(shí)際的、科學(xué)上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析合理的數(shù)控加工工藝，就不可能有真正可行的數(shù)控加工程序。而數(shù)控編程就是將制定的數(shù)控加工工藝內(nèi)容程序化。數(shù)控加工工藝過程是由一個(gè)或若干個(gè)順序排列的工序組成的，而工序又可分為安裝、工位、工步和走刀。（１）工序指一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地對(duì)同一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。劃分工序的主要依據(jù)是工作地是否變動(dòng)和工作是否連續(xù)。工序是工藝過程的基本單元，也是制定勞動(dòng)定額、配備設(shè)備、安排工人、制定生產(chǎn)計(jì)劃和進(jìn)行成本核算的基本單元。（２）安裝指工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工序。在一道工序中，工件可能被裝夾一次或多次，才能完成加工。工件在加工中，上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析應(yīng)盡量減少裝夾次數(shù)，因?yàn)槎嘁淮窝b夾，就會(huì)增加裝夾時(shí)間，還會(huì)增加裝夾誤差。（３）工位指為了完成一定的工序部分，一次裝夾工件后，工件與夾具或設(shè)備的可動(dòng)部分一起相對(duì)刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個(gè)位置。為了減少工件的裝夾次數(shù)，常采用各種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)夾具或移動(dòng)夾具，使工件在一次裝夾中，先后處于幾個(gè)不同的位置進(jìn)行加工。（４）工步指在加工表面和加工工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序內(nèi)容。劃分工步的依據(jù)是加工表面和工具是否變化。為簡(jiǎn)化工藝文件，對(duì)在一次安裝中連續(xù)進(jìn)行的若干個(gè)相同的工步，通常都看作一個(gè)工步。在數(shù)控加工中，有時(shí)將在一次安裝中用一把刀具上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析連續(xù)切削零件上的多個(gè)表面劃分為一個(gè)工步。一道工序可包括幾個(gè)工步，也可以只有一個(gè)工步。（５）走刀指在一個(gè)工步內(nèi)，若被加工表面需切去的金屬層很厚，就可分幾次切削，每切削一次為一次走刀。一個(gè)工步可以包括一次或數(shù)次走刀。２數(shù)控加工工序劃分原則數(shù)控加工工序劃分通常需要遵循以下原則：（１）工序集中的原則。（２）先粗后精的原則。（３）基準(zhǔn)先行的原則。（４）先面后孔的原則。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析３數(shù)控加工工序劃分方法具體劃分?jǐn)?shù)控加工工序時(shí)可按照以下幾種方法劃分：（１）按加工設(shè)備劃分根據(jù)所用加工設(shè)備劃分工序，按數(shù)控加工設(shè)備的種類和數(shù)控加工內(nèi)容的不同劃分工序，有利于在數(shù)控加工中根據(jù)數(shù)控加工內(nèi)容的不同，合理地選擇數(shù)控加工設(shè)備，提高數(shù)控設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。可減少裝夾次數(shù)，減少不必要的定位誤差，縮短加工時(shí)間。（２）按粗、精加工方式劃分根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素，對(duì)于需要進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工的零件，先全部進(jìn)行粗加工、半精加工，最后再進(jìn)行精加工。即可劃分為粗加工工序、半精加工工序和精加工工序。考慮到粗加工時(shí)零件產(chǎn)生的變形較大，上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析需要一定的時(shí)間來恢復(fù)，在粗加工之后一般不能緊接著安排精加工，而是先加工其他的加工面，最后在安排一次精加工，如有必要，還可以在粗、精加工之間安排一次半精加工。只有當(dāng)數(shù)控機(jī)床的精度能滿足零件的設(shè)計(jì)要求時(shí)，才可以考慮粗精加工一次完成。（３）按所用刀具劃分工序?yàn)榱藴p少換刀次數(shù)，縮短空行程時(shí)間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－３數(shù)控加工方法的選擇數(shù)控加工方法的選擇應(yīng)以滿足加工精度和表面粗糙度的要求為原則。由于獲得同一級(jí)加工精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合零件的形狀、尺寸和熱處理要求等全面考慮。例如，加工ＩＴ７級(jí)精度的孔，采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達(dá)到精度要求，如果加工箱體類零件的孔，一般采用鏜削或鉸削，而不宜采用磨削加工。一般小尺寸箱體孔選擇鉸孔，當(dāng)孔徑較大時(shí)則應(yīng)選擇鏜孔。此外還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的要求，以及生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際情況。表２－１為孔加工精度與加工方法之間的相互關(guān)系，圖２－６所示為外圓加工的加工方法與加工精度的關(guān)系，圖２－７所示為平面加工方法的加工精度等級(jí)。詳細(xì)內(nèi)容可查閱有關(guān)工藝手冊(cè)。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析１加工方法的確定原則零件上比較精密的尺寸及表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。對(duì)這些加工部位僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的加工方法是不夠的，還應(yīng)正確地確定從毛坯到最終成型的加工方案。確定加工方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達(dá)到這些要求所需要的加工方法。例如，對(duì)于孔徑不大的ＩＴ７級(jí)精度的孔，最終的加工方法選擇精鉸孔，則精鉸孔前通常要經(jīng)過鉆孔、擴(kuò)孔和粗鉸孔等加工。２平面類零件斜面輪廓加工方法的選擇在加工過程中，工件按表面輪廓可分為平面類零件和曲面類零件。其中平面類零件中的斜面輪廓，分為有固定斜角的外形輪廓和變斜角的外形輪廓兩種。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析一個(gè)有固定斜角的斜面可以采用不同的刀具進(jìn)行加工。在實(shí)際加工中，應(yīng)根據(jù)零件的尺寸精度、傾斜角的大小、刀具的形狀、零件的安裝定位方法、編程的難易程度等因素，選擇一個(gè)較好的加工方案。具有變斜角的外形輪廓，若單純從技術(shù)上考慮，最好的加工方案是采用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，這樣不但生產(chǎn)效率高，而且加工質(zhì)量也好。但是這種機(jī)床設(shè)備投資大，生產(chǎn)費(fèi)用高，一般中小企業(yè)幾乎無力購(gòu)買，因此應(yīng)考慮其他可能的加工方案。例如可在兩軸半坐標(biāo)控制的數(shù)控銑床上用錐形銑刀或鼓形銑刀，采用多次行切的方法進(jìn)行加工，為提高零件的表面加工質(zhì)量，對(duì)少量的加工殘痕可用手工修磨。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－４數(shù)控加工刀具先進(jìn)的加工設(shè)備與高性能的數(shù)控刀具相配合，才能充分發(fā)揮其應(yīng)有的效能，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著刀具材料迅速發(fā)展，各種新型刀具材料，其物理、力學(xué)性能和切削加工性能都有了很大的提高，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容之一，不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響零件的加工質(zhì)量。由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通機(jī)床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，對(duì)數(shù)控加工刀具提出了更高的要求，包括精度高、強(qiáng)度大、剛性好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析１數(shù)控加工刀具的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化、模塊化和通用化。為了達(dá)到高效、多能、快換、經(jīng)濟(jì)的目的，對(duì)數(shù)控機(jī)床使用的刀具有如下要求：（１）具有較高的強(qiáng)度、較好的剛度和抗振性能；（２）高精度、高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)性；（３）能夠滿足高切削速度和大進(jìn)給量的要求；（４）刀具耐磨性及刀具的使用壽命長(zhǎng)，刀具材料和切削參數(shù)與被加工件材料之間要適宜；（５）刀片與刀柄要通用化、規(guī)格化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，相對(duì)主軸要有較高位置精度，轉(zhuǎn)位、拆裝時(shí)要求重復(fù)定位精度高，安裝調(diào)整方便。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２數(shù)控加工刀具材料的種類、性能、特點(diǎn)、應(yīng)用１）高速鋼刀具材料高速鋼（HighSpeedSteel，簡(jiǎn)稱HSS）是一種加入了較多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼刀具在強(qiáng)度、韌性及工藝性等方面具有優(yōu)良的綜合性能，在制造復(fù)雜刀具，尤其是制造孔加工刀具、銑刀、螺紋刀具、拉刀、切齒刀具等一些刃形復(fù)雜刀具時(shí)，高速鋼仍占據(jù)主要地位。高速鋼刀具易于磨出鋒利的切削刃。按用途不同，高速鋼可分為通用型高速鋼和高性能高速鋼。（１）通用型高速鋼刀具材料一般可分鎢鋼、鎢鉬鋼兩類。這類高速鋼含Ｃ為0.7％～0.9％。按鋼中含鎢量的不同，可分為含Ｗ為12％或18％的鎢鋼，含Ｗ為6％或8％的鎢鉬系鋼，含Ｗ為２％或不含Ｗ的上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析鉬鋼。通用型高速鋼具有一定的硬度（63～66HRC）和耐磨性、高的強(qiáng)度和韌性、良好的塑性和加工工藝性，因此廣泛用于制造各種復(fù)雜刀具。①鎢鋼通用型高速鋼鎢鋼的典型牌號(hào)為W18Cr4V（簡(jiǎn)稱W18），具有較好的綜合性能，在6000℃時(shí)的高溫硬度為48.5HRC，可用于制造各種復(fù)雜刀具。它有可磨削性好、脫碳敏感性小等優(yōu)點(diǎn)，但由于碳化物含量較高、分布較不均勻、顆粒較大，強(qiáng)度和韌性不高。②鎢鉬鋼指將鎢鋼中的一部分鎢用鉬代替所獲得的一種高速鋼。鎢鉬鋼的典型牌號(hào)是W6Mo5Cr4V2（簡(jiǎn)稱M2）。Ｍ２的碳化物顆粒細(xì)小均勻，強(qiáng)度、韌性和高溫塑性都比W18Cr4V好。另一種鎢鉬鋼為W9Mo3Cr4V（簡(jiǎn)稱W9），其熱穩(wěn)定性略高于Ｍ２鋼，抗彎強(qiáng)度和上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析韌性都比W6Mo5Cr4V2好，具有良好的可加工性能。（２）高性能高速鋼刀具材料指在通用型高速鋼成分中再增加一些含碳量、含釩量及添加Co、Al等合金元素的新鋼種，從而可提高它的耐熱性和耐磨性。主要有以下幾大類：①高碳高速鋼高碳高速鋼（如95W18Cr4V），常溫和高溫硬度較高，適于制造加工普通鋼和鑄鐵的耐磨性要求較高的鉆頭、鉸刀、絲錐和銑刀等或加工較硬材料的刀具，不宜承受大的沖擊。②高釩高速鋼典型牌號(hào)如W12Cr4V4Mo（簡(jiǎn)稱EV4），含Ｖ提高到３％～５％，耐磨性好，適合切削對(duì)刀具磨損極大的材料，如纖維、硬橡膠、塑料等，也可用于加工不銹鋼、高強(qiáng)度鋼和高溫合金等材料。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析③鈷高速鋼屬含鈷超硬高速鋼，典型牌號(hào)如W2Mo9Cr4VCo8（簡(jiǎn)稱M42），有很高的硬度，其硬度可達(dá)69～70HRC，適合于加工高強(qiáng)度耐熱鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料，M42可磨削性好，適于制作精密復(fù)雜刀具，但不宜在沖擊切削條件下工作。④鋁高速鋼屬含鋁超硬高速鋼，典型牌號(hào)如W6Mo5Cr4V2Al（簡(jiǎn)稱501），6000℃時(shí)的高溫硬度也達(dá)到54HRC，切削性能相當(dāng)于M42，適宜制造銑刀、鉆頭、鉸刀、齒輪刀具、拉刀等，用于加工合金鋼、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼和高溫合金等材料。⑤氮超硬高速鋼典型牌號(hào)如W12M03Cr4V3N（簡(jiǎn)稱V3N），屬含氮超硬高速鋼，硬度、強(qiáng)度、韌性與M42相當(dāng)，可作為含鈷高速鋼的替代品，用于低速切削難加工材料和低速高精加工。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析按制造工藝不同，高速鋼可分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。（１）熔煉高速鋼普通高速鋼和高性能高速鋼都是用熔煉方法制造的。它們經(jīng)過冶煉、鑄錠和鍍軋等工藝制成刀具。熔煉高速鋼容易出現(xiàn)的嚴(yán)重問題是碳化物偏析，硬而脆的碳化物在高速鋼中分布不均勻，且晶粒粗大（可達(dá)幾十個(gè)微米），對(duì)高速鋼刀具的耐磨性、韌性及切削性能產(chǎn)生不利影響。（２）粉末冶金高速鋼（PMHSS）粉末冶金高速鋼（PMHSS）是將高頻感應(yīng)爐熔煉出的鋼液，用高壓氬氣或純氮?dú)馐怪F化，再急冷而得到細(xì)小均勻的結(jié)晶組織（高速鋼粉末），再將所得的粉末在高溫、高壓下壓制成刀坯，或先制成鋼坯再經(jīng)過鍛造、軋制成刀具形狀。與熔融法制造的高速鋼相比，PMHSS具有優(yōu)點(diǎn)是：碳化物晶粒細(xì)小上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析均勻，強(qiáng)度和韌性、耐磨性相對(duì)熔煉高速鋼都提高不少。在復(fù)雜數(shù)控刀具領(lǐng)域PMHSS刀具將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展而占重要地位。典型牌號(hào)如F15、FR71、GF1、GF2、GF3、PT1、PVN等，可用來制造大尺寸、承受重載、沖擊性大的刀具，也可用來制造精密刀具。２）硬質(zhì)合金刀具材料硬質(zhì)合金刀具，特別是可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具，是數(shù)控加工刀具的主導(dǎo)產(chǎn)品，20世紀(jì)80年代以來，各種整體式和可轉(zhuǎn)位式硬質(zhì)合金刀具或刀片的品種已經(jīng)擴(kuò)展到各種切削刀具領(lǐng)域，其中可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具由簡(jiǎn)單的車刀、面銑刀擴(kuò)大到各種精密、復(fù)雜、成型刀具領(lǐng)域。（１）硬質(zhì)合金刀具的種類①按主要化學(xué)成分區(qū)分，硬質(zhì)合金可分為碳化鎢基硬質(zhì)合金和碳（氮）化鈦（TiC（N））基硬質(zhì)合金。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析碳化鎢基硬質(zhì)合金包括鎢鈷類（YG）、鎢鈷鈦類（YT）、添加稀有碳化物類（YW）三類，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要成分為碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）、碳化鈮（NbC）等，常用的金屬粘接相是Co。碳（氮）化鈦基硬質(zhì)合金是以TiC（TiN）為主要成分（有些加入了其他碳化物或氮化物）的硬質(zhì)合金，常用的金屬粘接相是Mo和Ni。②ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）將切削用硬質(zhì)合金分為三類：Ｋ類，包括K10～K40，相當(dāng)于我國(guó)的YG類（主要成分為WC、Co）。P類，包括P01～P50，相當(dāng)于我國(guó)的YT類（主要成分為WC、TiC、Co）。M類，包括M10～M40，相當(dāng)于我國(guó)的YW類（主要成分為WC、TiC、TaC（NbC）、Co）。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析各個(gè)牌號(hào)分別以01～50之間的數(shù)字表示從高硬度到最大韌性之間的一系列合金。（２）硬質(zhì)合金刀具的性能特點(diǎn)①高硬度硬質(zhì)合金刀具是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物（稱硬質(zhì)相）和金屬粘接劑（稱粘接相）經(jīng)粉末冶金方法而制成的，其硬度達(dá)89～93HRA，遠(yuǎn)高于高速鋼，在5400℃時(shí)，硬度仍可達(dá)82～87HRA，與高速鋼常溫時(shí)硬度（83～86HRA）相當(dāng)。硬質(zhì)合金的硬度值隨碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、粒度和金屬粘接相的含量而變化，一般隨粘接金屬相含量的增多而降低。在粘接相含量相同時(shí)，ＹＴ類合金的硬度高于YG類合金，添加TaC（NbC）的合金具有較高的高溫硬度。②抗彎強(qiáng)度和韌性常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度在900～1500MPa范圍上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析內(nèi)。金屬粘接相含量越高，則抗彎強(qiáng)度也就越高。當(dāng)粘接相含量相同時(shí)，YG類（WC－Co）合金的強(qiáng)度高于YT類（WC－TiC－Co）合金，并隨著TiC含量的增加，強(qiáng)度降低。硬質(zhì)合金是脆性材料，常溫下其沖擊韌度僅為高速鋼的1／30～1／8。（３）常用硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用YG類合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金（如YG3X、YG6X）在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度和耐磨性要高些，適用于加工一些特殊的硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、鈦合金、硬青銅和耐磨的絕緣材料等。YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐熱性好、高溫時(shí)的硬度和抗壓強(qiáng)度比YG類高、抗氧化性能好。因此，當(dāng)要求刀具有較高的耐熱上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析性及耐磨性時(shí)，應(yīng)選用TiC含量較高的牌號(hào)。YT類合金適合于加工塑性材料如鋼材，但不宜加工鈦合金、硅鋁合金。YW類合金兼具YG、YT類合金的性能，綜合性能好，它既可用于加工鋼料，又可用于加工鑄鐵和有色金屬。這類合金如適當(dāng)增加鈷含量，強(qiáng)度可很高，可用于各種難加工材料的粗加工和斷續(xù)切削。３）涂層刀具材料對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理是提高刀具性能的重要途徑之一。涂層刀具的出現(xiàn)，使刀具切削性能有了重大突破。涂層刀具是在韌性較好刀體上，涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物，它將刀具基體與硬質(zhì)涂層相結(jié)合，從而使刀具性能大大提高。涂層刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延長(zhǎng)刀具使用壽命、降低加工成本。新型數(shù)控機(jī)床所用上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析切削刀具中有80％左右使用涂層刀具。涂層刀具將是今后數(shù)控加工領(lǐng)域中最重要的刀具品種。（１）涂層刀具的種類根據(jù)涂層方法不同，涂層刀具可分為化學(xué)氣相沉積（CVD）涂層刀具和物理氣相沉積（PVD）涂層刀具。涂層硬質(zhì)合金刀具一般采用化學(xué)氣相沉積法，沉積溫度在1000℃左右。涂層高速鋼刀具一般采用物理氣相沉積法，沉積溫度在500℃左右；根據(jù)涂層刀具基體材料的不同，涂層刀具可分為硬質(zhì)合金涂層刀具、高速鋼涂層刀具以及在陶瓷和超硬材料（金剛石和立方氮化硼）上的涂層刀具等。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析根據(jù)涂層材料的性質(zhì)，涂層刀具又可分為兩大類，即“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具。“硬”涂層刀具追求的主要目標(biāo)是高的硬度和耐磨性，其主要優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐磨性能好，典型的是TiC和TiN涂層。“軟”涂層刀具追求的目標(biāo)是低摩擦系數(shù)，也稱為自潤(rùn)滑刀具，它與工件材料的摩擦系數(shù)很低，只有0.1左右，可減小粘接，減輕摩擦，降低切削力和切削溫度。最近開發(fā)了納米涂層（Nanoeoating）刀具。這種涂層刀具可采用多種涂層材料的不同組合（如金屬／金屬、金屬／陶瓷、陶瓷／陶瓷等），以滿足不同的功能和性能要求。設(shè)計(jì)合理的納米涂層可使刀具材料具有優(yōu)異的減磨抗磨功能和自潤(rùn)滑性能，適合于高速干切削。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析（２）涂層刀具的特點(diǎn)①力學(xué)和切削性能好涂層刀具將基體材料和涂層材料的優(yōu)良性能結(jié)合起來，既保持了基體良好的韌性和較高的強(qiáng)度，又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低摩擦系數(shù)。因此，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具可提高２倍以上，并允許有較大的進(jìn)給量。涂層刀具的壽命也得到提高。②通用性強(qiáng)涂層刀具通用性廣，加工范圍顯著擴(kuò)大，一種涂層刀具可以代替數(shù)種涂層刀具使用。③涂層厚度隨涂層厚度的增加刀具壽命也會(huì)增加，但當(dāng)涂層厚度達(dá)到飽和，刀具壽命不再明顯增加。涂層太厚時(shí)，易引起剝離；涂層太薄時(shí)，則耐磨性能差。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析④重磨性涂層刀片重磨性差、涂層設(shè)備復(fù)雜、工藝要求高、涂層時(shí)間長(zhǎng)。⑤涂層材料不同涂層材料的刀具，切削性能不一樣。如：低速切削時(shí)，TiC涂層占有優(yōu)勢(shì)；高速切削時(shí)，TiN較合適。（３）涂層刀具的應(yīng)用涂層刀具在數(shù)控加工領(lǐng)域有巨大潛力，將是今后數(shù)控加工領(lǐng)域中最重要的刀具品種。涂層技術(shù)已應(yīng)用于立銑刀、鉸刀、鉆頭、復(fù)合孔加工刀具、齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、成型拉刀及各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片，滿足高速切削加工各種鋼和鑄鐵、耐熱合金和有色金屬等材料的需要。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析４）陶瓷刀具材料陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能好、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良等特點(diǎn)，且不易與金屬產(chǎn)生粘接。陶瓷刀具在數(shù)控加工中占有十分重要的地位，陶瓷刀具已成為高速切削及難加工材料加工的主要刀具之一。陶瓷刀具廣泛應(yīng)用于高速切削、干切削、硬切削以及難加工材料的切削加工。陶瓷刀具可以高效加工傳統(tǒng)刀具根本不能加工的高硬材料，實(shí)現(xiàn)“以車代磨”；陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬質(zhì)合金刀具高２～１０倍，從而大大提高了切削加工生產(chǎn)效率；陶瓷刀具材料使用的主要原料是地殼中最豐富的元素，因此，陶瓷刀具的推廣應(yīng)用對(duì)提高生產(chǎn)率、降低加工成本、節(jié)省戰(zhàn)略性貴重金屬具有十分重要的意義，也將極大促進(jìn)切削技術(shù)的進(jìn)步。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析（１）陶瓷刀具材料的種類陶瓷刀具材料種類一般可分為氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、復(fù)合氮化硅一氧化鋁基陶瓷三大類。其中以氧化鋁基和氮化硅基陶瓷刀具材料應(yīng)用最為廣泛。氮化硅基陶瓷的性能更優(yōu)越于氧化鋁基陶瓷。（２）陶瓷刀具的性能、特點(diǎn)①硬度高、耐磨性能好陶瓷刀具的硬度雖然不及PCD和PCBN高，但大大高于硬質(zhì)合金和高速鋼刀具，達(dá)到93～95HRA。陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工的高硬材料，適合于高速切削和硬切削。②耐高溫、耐熱性好：陶瓷刀具在1200℃以上的高溫下仍能進(jìn)行切削。陶瓷刀具具有很好的高溫力學(xué)性能，A12O3陶瓷刀具的抗氧化性能特別好，切削刃即使處于熾熱狀態(tài)，也能連續(xù)使用。因此，陶瓷刀具可以實(shí)現(xiàn)干切削，從而可省去切削液。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析③化學(xué)穩(wěn)定性好陶瓷刀具不易與金屬產(chǎn)生粘接，且耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好，可減小刀具的粘接磨損。④摩擦系數(shù)低陶瓷刀具與金屬的親和力小，摩擦系數(shù)低，可降低切削力和切削溫度。（３）陶瓷刀具應(yīng)用陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具適用于切削加工各種鑄鐵（灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、冷硬鑄鐵、高合金耐磨鑄鐵）和鋼材（碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、淬火鋼等），也可用來切削銅合金、石墨、工程塑料和復(fù)合材料。陶瓷刀具材料性能上存在著抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差的問題，不適于在低速、沖擊負(fù)荷下切削。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析５）立方氮化硼刀具材料用與金剛石制造方法相似的方法合成的第二種超硬材料———立方氮化硼（CBN），在硬度和熱導(dǎo)率方面僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性極好，在大氣中加熱至10000℃也不發(fā)生氧化。CBN對(duì)于黑色金屬具有極為穩(wěn)定的化學(xué)性能，可以廣泛用于鋼鐵制品的加工。（１）立方氮化硼刀具的種類立方氮化硼（CBN）是自然界中不存在的物質(zhì)，有單晶體和多晶體之分，即CBN單晶和聚晶立方氮化硼（Polycrystallinecubicbornnitride，簡(jiǎn)稱PCBN）。CBN是氮化硼（BN）的同素異構(gòu)體之一，結(jié)構(gòu)與金剛石相似。PCBN（聚晶立方氮化硼）是在高溫高壓下將微細(xì)的CBN材料通過結(jié)合相（TiC、TiN、Al、Ti等）燒結(jié)在一起的多晶材料，是目前利用上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析人工合成的硬度僅次于金剛石的刀具材料，它與金剛石統(tǒng)稱為超硬刀具材料。PCBN主要用于制作刀具或其他工具。PCBN刀具可分為整體PCBN刀片和與硬質(zhì)合金復(fù)合燒結(jié)的PCBN復(fù)合刀片。PCBN復(fù)合刀片是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金上燒結(jié)一層0.5～1.0mm厚的PCBN而成的，其性能兼有較好的韌性和較高的硬度及耐磨性，它解決了CBN刀片抗彎強(qiáng)度低和焊接困難等問題。（２）立方氮化硼的主要性能、特點(diǎn)立方氮化硼的硬度雖略次于金剛石，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他高硬度材料。CBN的突出優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性比金剛石高得多，可達(dá)1200℃以上（金剛石為700℃～800℃），另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)惰性大，與鐵元素在1200℃～1300℃下也不起化學(xué)反應(yīng)。立方氮化硼的主要性能特點(diǎn)如下。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析①高的硬度和耐磨性CBN晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，具有與金剛石相近的硬度和強(qiáng)度。PCBN特別適合于加工從前只能磨削的高硬度材料，能獲得較好的工件表面質(zhì)量。②具有很高的熱穩(wěn)定性CBN的耐熱性可達(dá)1400℃～1500℃，比金剛石的耐熱性（700℃～800℃）幾乎高１倍。PCBN刀具可用比硬質(zhì)合金刀具高３～５倍的速度高速切削高溫合金和淬硬鋼。③優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性與鐵系材料到1200℃～1300℃時(shí)也不起化學(xué)作用，不會(huì)像金剛石那樣急劇磨損，這時(shí)它仍能保持硬質(zhì)合金的硬度；PCBN刀具適合于切削淬火鋼零件和冷硬鑄鐵，可廣泛應(yīng)用于鑄鐵的高速切削。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析④具有較好的熱導(dǎo)性CBN的熱導(dǎo)性雖然趕不上金剛石，但是在各類刀具材料中PCBN的熱導(dǎo)性僅次于金剛石，大大高于高速鋼和硬質(zhì)合金。⑤具有較低的摩擦系數(shù)低的摩擦系數(shù)可導(dǎo)致切削時(shí)切削力減小，切削溫度降低，加工表面質(zhì)量提高。（３）立方氮化硼刀具應(yīng)用立方氮化硼適于用來精加工各種淬火鋼、硬鑄鐵、高溫合金、硬質(zhì)合金、表面噴涂材料等難切削材料。加工精度可達(dá)IT5（孔為IT6），表面粗糙度值可小至Ra1.25～0.20μｍ。立方氮化硼刀具材料韌性和抗彎強(qiáng)度較差。因此，立方氮化硼車刀不宜用于低速、沖擊載荷大的粗加工；同時(shí)不適合切削塑性大的材料（如鋁合金、銅合金、鎳基合金、塑性大的鋼等），因?yàn)榍邢鬟@些金屬時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的積屑瘤，而使加工表面惡化。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析６）金剛石刀具材料金剛石是碳的同素異構(gòu)體，它是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導(dǎo)熱性能，在有色金屬和非金屬材料加工中得到廣泛的應(yīng)用。尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，金剛石刀具是難以替代的主要切削刀具品種。可實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命加工的金剛石刀具是現(xiàn)代數(shù)控加工中不可缺少的重要工具。（１）金剛石刀具的種類①天然金剛石刀具天然金剛石作為切削刀具已有上百年的歷史了，天然單晶金剛石刀具經(jīng)過精細(xì)研磨，刃口能磨得極其鋒利，刃口半徑可達(dá)0.002μm,能實(shí)現(xiàn)超薄切削,可以加工出極高的工件精度和極上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析低的表面粗糙度，是公認(rèn)的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。②PCD金剛石刀具天然金剛石價(jià)格昂貴，金剛石廣泛應(yīng)用于切削加工的還是聚晶金剛石（PCD），自20世紀(jì)70年代初，采用高溫高壓合成技術(shù)制備的聚晶金剛石（Polycrystauinediamond，簡(jiǎn)稱PCD）刀片研制成功以后，在很多場(chǎng)合下天然金剛石刀具已經(jīng)被人造聚晶金剛石所代替。PCD原料來源豐富，其價(jià)格只有天然金剛石的幾十分之一至十幾分之一。PCD刀具無法磨出極其鋒利的刃口，加工的工件表面質(zhì)量也不如天然金剛石，現(xiàn)在工業(yè)中還不能方便地制造帶有斷屑槽的ＰＣＤ刀片。因此，PCD只能用于有色金屬和非金屬的精切，很難達(dá)到超精密鏡面切削。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析③CVD金剛石刀具自從20世紀(jì)70年代末至80年代初，CVD金剛石技術(shù)在日本出現(xiàn)。CVD金剛石是指用化學(xué)氣相沉積法（CVD）在異質(zhì)基體（如硬質(zhì)合金、陶瓷等）上合成金剛石膜，CVD金剛石具有與天然金剛石完全相同的結(jié)構(gòu)和特性，性能也很接近，兼有天然單晶金剛石和聚晶金剛石（PCD）的優(yōu)點(diǎn)，又在一定程度上克服了它們的不足。（２）金剛石刀具的性能特點(diǎn)①極高的硬度和耐磨性天然金剛石是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最硬的物質(zhì)。金剛石具有極高的耐磨性，加工高硬度材料時(shí)，金剛石刀具的壽命為硬質(zhì)合金刀具的10～100倍，甚至高達(dá)幾百倍。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析②具有很低的摩擦系數(shù)金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數(shù)比其他刀具都低，摩擦系數(shù)低，加工時(shí)變形小，可減小切削力。③切削刃非常鋒利金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利，天然單晶金剛石刀具可高達(dá)0.002～0.008μｍ，能進(jìn)行超薄切削和超精密加工。④具有很高的導(dǎo)熱性能金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高，切削熱容易散出，刀具切削部分溫度低。⑤具有較低的熱膨脹系數(shù)金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍，由切削熱引起的刀具尺寸的變化很小，這對(duì)尺寸精度要求很高的精密和超精密加工來說尤為重要。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析（３）金剛石刀具的應(yīng)用金剛石刀具多用于高速下對(duì)有色金屬及非金屬材料進(jìn)行精細(xì)切削及鏜孔。適合加工各種耐磨非金屬，如玻璃鋼粉末冶金毛坯、陶瓷材料等；各種耐磨有色金屬，如各種硅鋁合金；各種有色金屬光整加工。金剛石刀具的不足之處是熱穩(wěn)定性較差，切削溫度超過700℃～800℃時(shí)，就會(huì)完全失去其硬度；此外，它不適于切削黑色金屬，因?yàn)榻饎偸ㄌ迹┰诟邷叵氯菀着c鐵原子作用，使碳原子轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，刀具極易損壞。３數(shù)控加工刀具材料的選用原則目前廣泛應(yīng)用的數(shù)控刀具材料主要有金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂層刀具、硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具等。刀具材料總上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析牌號(hào)多，其性能相差很大。如表２－２各種刀具材料的主要性能指標(biāo)。數(shù)控加工用刀具材料必須根據(jù)所加工的工件和加工性質(zhì)來選擇。刀具材料的選用應(yīng)與加工對(duì)象合理匹配，切削刀具材料與加工對(duì)象的匹配，主要指二者的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能相匹配，以獲得最長(zhǎng)的刀具壽命和最大的切削加工生產(chǎn)率。（１）切削刀具材料與加工對(duì)象的力學(xué)性能匹配切削刀具與加工對(duì)象的力學(xué)性能匹配問題主要是指刀具與工件材料的強(qiáng)度、韌性和硬度等力學(xué)性能參數(shù)要相匹配。具有不同力學(xué)性能的刀具材料所適合加工的工件材料有所不同。①刀具材料硬度順序?yàn)椋航饎偸毒撸玖⒎降鸬毒撸咎沾傻毒撸居操|(zhì)合金＞高速鋼。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析②刀具材料的抗彎強(qiáng)度順序?yàn)椋焊咚黉摚居操|(zhì)合金＞陶瓷刀具＞金剛石和立方氮化硼刀具。③刀具材料的韌度大小順序?yàn)椋焊咚黉摚居操|(zhì)合金＞立方氮化硼、金剛石和陶瓷刀具。高硬度的工件材料，必須用更高硬度的刀具來加工，刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，一般要求在６０ＨＲＣ以上。刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。如，硬質(zhì)合金中含鈷量增多時(shí)，其強(qiáng)度和韌性增加，硬度降低，適合于粗加工；含鈷量減少時(shí)，其硬度及耐磨性增加，適合于精加工。具有優(yōu)良高溫力學(xué)性能的刀具尤其適合于高速切削加工。陶瓷刀具優(yōu)良的高溫性能使其能夠以高的速度進(jìn)行切削，允許的切削速度可比硬質(zhì)合金提高２～１０倍。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析（２）切削刀具材料與加工對(duì)象的物理性能匹配具有不同物理性能的刀具，如，高導(dǎo)熱和低熔點(diǎn)的高速鋼刀具、高熔點(diǎn)和低熱脹的陶瓷刀具、高導(dǎo)熱和低熱脹的金剛石刀具等，所適合加工的工件材料有所不同。加工導(dǎo)熱性差的工件時(shí)，應(yīng)采用導(dǎo)熱較好的刀具材料，以使切削熱得以迅速傳出從而降低切削溫度。金剛石由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高，切削熱容易散出，不會(huì)產(chǎn)生很大的熱變形，這對(duì)尺寸精度要求很高的精密加工刀具來說尤為重要。①各種刀具材料的耐熱溫度：金剛石刀具為700℃～8000℃、PCBN刀具為13000℃～15000℃、陶瓷刀具為1100℃～12000℃、TiC（N）基硬質(zhì)合金為900℃～11000℃、ＷＣ基超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金為800℃～9000℃、HSS為600℃～7000℃。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析②各種刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)順序：PCD＞PCBN＞ＷＣ基硬質(zhì)合金＞TiC（N）基硬質(zhì)合金＞HSS＞Si3N4基陶瓷＞A1203基陶瓷。③各種刀具材料的熱脹系數(shù)大小順序?yàn)椋篐SS＞W(wǎng)C基硬質(zhì)合金＞TiC（Ｎ）＞A1203基陶瓷＞PCBN＞Si3N4基陶瓷＞PCD。④各種刀具材料的抗熱振性大小順序?yàn)椋篐SS＞W(wǎng)C基硬質(zhì)合金＞Si3N4基陶瓷＞PCBN＞PCD＞TiC（N）基硬質(zhì)合金＞A1203基陶瓷。（３）切削刀具材料與加工對(duì)象的化學(xué)性能匹配切削刀具材料與加工對(duì)象的化學(xué)性能匹配問題主要是指刀具材料與工件材料化學(xué)親和性、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散和溶解等化學(xué)性能參數(shù)要相匹配。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。①各種刀具材料抗粘接溫度高低（與鋼）為：PCBN＞陶瓷＞硬質(zhì)合金＞HSS。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析②各種刀具材料抗氧化溫度高低為：陶瓷＞PCBN＞硬質(zhì)合金＞金剛石＞HSS。③各種刀具材料的擴(kuò)散強(qiáng)度大小（對(duì)鋼鐵）為：金剛石＞Ｓｉ３Ｎ４基陶瓷＞PCBN＞A1203基陶瓷。擴(kuò)散強(qiáng)度大小（對(duì)鈦）為：A1203基陶瓷＞PCBN＞SiC＞Si3N4＞金剛石。（４）數(shù)控刀具材料的合理選擇一般而言，PCBN、陶瓷刀具、涂層硬質(zhì)合金及TiCN基硬質(zhì)合金刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的數(shù)控加工；而PCD刀具適合于對(duì)Al、Mg、Cu等有色金屬材料及其合金和非金屬材料的加工。表２－３列出了上述刀具材料所適合加工的一些工件材料。表２－４列出了硬質(zhì)合金類刀具選用與切削用量的關(guān)系。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析４數(shù)控加工刀具選用原則與影響因素（１）數(shù)控加工刀具的選擇原則①盡可能選擇大的刀桿橫截面尺寸，較短的長(zhǎng)度尺寸，提高刀具的強(qiáng)度和剛度，減小刀具振動(dòng)；②選擇較大主偏角（大于75°，接近90°）；粗加工時(shí)選用負(fù)刃傾角刀具，精加工時(shí)選用正刃傾角刀具；③精加工時(shí)選用無涂層刀片及小的刀尖圓弧半徑；④盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化刀具；⑤選擇正確的、快速裝夾的刀桿刀柄。（２）數(shù)控加工刀具選取的影響因素在選擇刀具的角度時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)（粗、精加工）上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測(cè)量用的標(biāo)注角度。在實(shí)際工作時(shí)，由于刀具的安裝位置不同和切削運(yùn)動(dòng)方向的改變，實(shí)際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同，但通常相差很小。制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），并不易變形。通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)在仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高１～３倍以上。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析由于在高溫、高壓、高速下和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來越多，切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來越高。為了適應(yīng)這種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料；進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)，在高韌性、高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－５數(shù)控加工順序安排１加工階段的劃分為了合理使用設(shè)備，安排熱處理工序，使冷熱加工工序配合得更好，及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，保證加工質(zhì)量，有必要對(duì)零件的整個(gè)加工過程進(jìn)行加工階段劃分。一般可分為：①粗加工：主要是去除各加工面的大部分余量。②半精加工：完成一些次要表面的加工，并為精加工作好準(zhǔn)備。③精加工：使各主要表面達(dá)到圖紙要求。④光整加工：提高工件的尺寸精度，降低表面粗糙度或強(qiáng)化加工表面。對(duì)位置精度提高不大。⑤超精密加工：使加工尺寸誤差和形狀誤差在0.1μｍ以下。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析將精加工、光整加工以及超精密加工安排在后，可保證精加工和光整加工過的表面少受磕碰損壞。注意：劃分加工階段是對(duì)整個(gè)工藝過程而言的，因而應(yīng)以工件的主要加工面來分析，不應(yīng)以個(gè)別表面和個(gè)別工序來判斷。２確定工序集中與分散的程度工序集中是將零件加工集中在少數(shù)幾道工序，而每道工序所包含的加工內(nèi)容卻很多。其特點(diǎn)是工藝路線短，安裝次數(shù)少，通常采用普通機(jī)床，也可采用高效設(shè)備提高生產(chǎn)率。一般單件小批量生產(chǎn)采用工序集中。工序分散是將零件加工分得很細(xì)，工序多，工藝路線長(zhǎng)，而每道工序包含的加工內(nèi)容卻很少。其特點(diǎn)是可采用通用設(shè)備、專用設(shè)備和工藝上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析裝備，對(duì)工人技術(shù)水平要求低，有利于選擇合理的切削用量。３數(shù)控加工順序的安排（１）數(shù)控加工工序安排的原則①基準(zhǔn)先行：為后續(xù)加工提供精基準(zhǔn)。②先主后次：即以主要表面的加工方案為框架，適當(dāng)穿插次要表面的加工。③先粗后精：有利于保證加工精度。④先面后孔：用平面定位加工孔，有利于安裝穩(wěn)定。（２）熱加工的安排熱處理分為預(yù)備熱處理和最終熱處理兩大類。①預(yù)備熱處理目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。一般安排在精加工之前。常用的方法有退火、正火、時(shí)效和調(diào)質(zhì)等。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析②最終熱處理目的是提高材料的強(qiáng)度和硬度。常用的方法有：淬火、滲碳淬火、滲氮淬火等。（３）輔助工序的安排包括：檢驗(yàn)、去毛刺、倒棱邊、去磁、清洗和涂防銹油等。一般零件的加工工藝路線為：毛坯—退火（正火、時(shí)效）—粗加工—調(diào)質(zhì)—半精加工—精加工—淬火（滲碳淬火）—粗磨—滲氮淬火—精磨。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－６數(shù)控加工路線確定１加工路線的定義加工路線是指數(shù)控機(jī)床在加工過程中刀具的刀位點(diǎn)相對(duì)于被加工零件的運(yùn)動(dòng)軌跡與方向。確定加工路線就是確定刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和方向。妥善地安排加工路線，對(duì)于提高加工質(zhì)量和保證零件的技術(shù)要求是非常重要的。加工路線不僅包括加工時(shí)的加工路線，還包括刀具定位、對(duì)刀、退刀和換刀等一系列過程的刀具運(yùn)動(dòng)路線。２加工路線的確定原則加工路線是刀具在整個(gè)加工過程中相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，包括了工序的內(nèi)容，反映工序的順序，是編寫程序的依據(jù)之一。在確定加工上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析路線時(shí)，主要遵循以下原則：（１）保證零件的加工精度和表面粗糙度在銑削加工零件輪廓時(shí)，因刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向不同，可分為順銑或逆銑，其不同的加工路線所得到的零件表面的質(zhì)量就不同。究竟采用哪種銑削方式，應(yīng)視零件的加工要求、工件材料的特點(diǎn)以及機(jī)床刀具等具體條件綜合考慮。數(shù)控機(jī)床一般采用滾珠絲杠傳動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)間隙很小，順銑優(yōu)于逆銑，所以在精銑內(nèi)外輪廓時(shí)，為了改善表面粗糙度，應(yīng)采用順銑走刀路線的加工方案。對(duì)于鋁鎂合金、鈦合金和耐熱合金等材料，建議采用順銑加工，這對(duì)于降低表面粗糙度值和提高刀具耐用度都有利。但如果零件毛坯為黑色金屬鍛件或鑄件，表皮硬而且余量較大，這時(shí)粗加工采用逆銑較為有利。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析（２）尋求最短加工路線，減少刀具空行程，提高加工效率以加工圖２－８（ａ）所示零件上的孔加工路線為例。按照一般習(xí)慣，總是先加工均布于同一圓周上的一圈孔后，再加工另外一圈孔，如２－８（ｂ）圖的走刀路線，這種走刀路線不是最好的。若改用２－８（ｃ）圖的走刀路線加工，可減少空刀時(shí)間，節(jié)省定位時(shí)間，提高了加工效率。三種方案中，圖２－８（ａ）方案最差，圖２－８（ｃ）方案最佳。（３）最終輪廓一次連續(xù)走刀完成為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應(yīng)安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來。比如型腔的切削，通常分兩步完成，第一步粗加工切內(nèi)腔，第二步精加工切輪廓。粗加工盡量采用大直徑的刀具以獲得較高的加工效率，但對(duì)于上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析形狀復(fù)雜的二維型腔，若采用大直徑的刀具將產(chǎn)生大量的欠切削區(qū)域，不便后續(xù)加工，而采用小直徑的刀具又會(huì)降低加工效率。因此，采用大直徑刀具還是小直徑刀具視具體情況而定；精加工的刀具則主要取決于內(nèi)輪廓的最小曲率半徑。圖２－９（ａ）為用行切方式加工內(nèi)腔的走刀路線，這種走刀能切除內(nèi)腔中的全部余量，不留死角，不傷輪廓。但行切法將在兩次走刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留下殘留高度，而達(dá)不到要求的表面粗糙度。所以采用２－９（ｂ）所示的走刀路線，先用行切法加工，最后再沿輪廓切削一周，使輪廓表面光整。圖２－９（ｃ）是采用環(huán)切法加工，表面粗糙度較小，走刀路線也較行切法長(zhǎng)。三種方案中，圖２－９（ａ）方案最差，圖２－９（ｂ）方案最佳。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析（４）選擇切入切出方式確定加工路線時(shí)首先應(yīng)考慮切入、切出點(diǎn)的位置和切入、切出工件的方式。切入、切出點(diǎn)的位置應(yīng)盡量選在不太重要的位置或表面質(zhì)量要求不高的位置，因?yàn)樵谇腥搿⑶谐鳇c(diǎn)由于切削力的變化會(huì)影響該點(diǎn)加工質(zhì)量。切入、切出工件的方式有法向切入、切出，切向切入、切出和任意切入、切出三種方式。因法向切入、切出在切入、切出點(diǎn)會(huì)留下刀痕，一般不用該法而推薦切向切入、切出和任意切入、切出的方法。對(duì)于二維輪廓的銑削，無論是內(nèi)輪廓或外輪廓，都要求刀具從切向切入、切出，對(duì)外輪廓，一般是直線切向切入、切出；而對(duì)內(nèi)輪廓，一般是圓弧切向切入、切出。如圖２－１０所示。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析另外應(yīng)避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕。（５）選擇使工件在加工后變形小的路線對(duì)橫截面積小的細(xì)長(zhǎng)零件或薄板零件應(yīng)采用分幾次走刀加工到最后尺寸或?qū)ΨQ去除余量法安排走刀路線。安排工步時(shí)，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞較小的工步。此外，確定加工路線時(shí)，還要考慮工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等情況，確定是一次走刀，還是多次走刀來完成加工以及在銑削加工中是采用順銑還是采用逆銑等。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－７數(shù)控加工余量１加工余量的概念加工余量泛指毛坯實(shí)體尺寸與零件（圖紙）尺寸之差。零件加工就是把大于零件（圖紙）尺寸的毛坯實(shí)體加工掉，使加工后的零件尺寸、精度、表面粗糙度均能符合圖紙的要求。通常要經(jīng)過粗加工、半精加工和精加工才能達(dá)到最終要求２加工余量的確定加工余量的確定應(yīng)根據(jù)下列條件完成：（１）應(yīng)有足夠的加工余量，特別是最后的工序，加工余量應(yīng)能保證達(dá)到圖樣上規(guī)定的精度和表面粗糙度要求。（２）應(yīng)考慮加工方法、裝夾方式和工藝設(shè)備的剛性，以及工件可能上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析發(fā)生的變形。過大的加工余量反而會(huì)由于切削抗力的增加而引起工件變形加大，影響加工精度。（３）應(yīng)考慮零件熱處理引起的變形，適當(dāng)?shù)脑龃蠹庸び嗔浚駝t可能產(chǎn)生廢品。（４）應(yīng)考慮工件的大小。工件越大，由切削力、內(nèi)應(yīng)力引起的變形也越大，加工余量也相應(yīng)增大。（５）在保證加工精度的前提下，應(yīng)盡量采用最小的加工余量總和，以求縮短加工時(shí)間，降低加工費(fèi)用。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析２－３－８數(shù)控加工切削用量１切削用量的含義數(shù)控機(jī)床加工的切削用量包括切削深度ap

、進(jìn)給量f和切削速度VC（或主軸轉(zhuǎn)速ｎ），其選用原則與普通機(jī)床基本相似，合理選擇切削用量的原則是：粗加工時(shí)，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率為主，選用較大的切削量；半精加工和精加工時(shí)，選用較小的切削量，保證工件的加工質(zhì)量。２背吃刀量背吃刀量通常是根據(jù)加工余量確定的。（１）在粗加工時(shí)，在機(jī)床功率和工藝系統(tǒng)剛度允許的條件下，背吃刀量盡可能取大些，一次走刀切除全部加工余量。上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析（２）下列情況可分幾次走刀：①加工余量太大，一次走刀切削力太大，會(huì)產(chǎn)生機(jī)床功率不足或工藝系統(tǒng)剛度不足時(shí)。②工藝系統(tǒng)剛性不足或加工余量極不均勻，引起很大振動(dòng)時(shí)，如加工細(xì)長(zhǎng)軸或薄壁工件。③斷續(xù)切削，刀具受到很大的沖擊而造成打刀時(shí)。在上述情況下，如分多次走刀，第一次走刀的ap也應(yīng)較大。一般情況是根據(jù)最后的加工要求，先留出半精加工和精加工的余量后，視情況確定走刀次數(shù)和ap值，通常在半精加工時(shí)，ap

＝0.5～2ｍｍ，在精加工時(shí)，ap

＝0.1～0.4ｍｍ。（３）切削表層有硬皮的鑄鍛件或切削不銹鋼等冷硬較嚴(yán)重的材料上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析時(shí)，應(yīng)盡量使背吃刀量超過硬皮或冷硬層厚度，以防刀刃過早磨損或破損。３進(jìn)給量粗加工時(shí)，對(duì)工件表面質(zhì)量沒有太高要求，這時(shí)切削力往往很大，合理的進(jìn)給量應(yīng)是工藝系統(tǒng)所能承受的最大進(jìn)給量。這一進(jìn)給量要受到下列一些因素的限制：機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、車刀刀桿的強(qiáng)度和剛度、刀片的強(qiáng)度及工件的裝夾剛度等。表２－５是硬質(zhì)合金及高速鋼車刀粗車外圓和端面時(shí)的進(jìn)給量，表２－６是按表面粗糙度選擇進(jìn)給量的參考。精加工時(shí)，最大進(jìn)給量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。然而，按經(jīng)驗(yàn)確定的粗車進(jìn)給量在一些特殊情況下，如切削力很大、上一頁下一頁返回２－３數(shù)控加工工藝分析工件長(zhǎng)徑比很大、刀桿伸出長(zhǎng)度很大時(shí)，還需對(duì)選定的進(jìn)給量進(jìn)行校驗(yàn)。４切削速度根據(jù)已選定的背吃刀量ap、進(jìn)給量ｆ及刀具耐用度Ｔ就可按下列公式計(jì)算切削速度v