数控车削刀具

数控车削刀具（精选11篇）

数控车削刀具 篇1

摘要：在深入分析刀尖圆弧引起的误差和刀具补偿原理的基础上,提出了刀具补偿的具体措施。对数控车削加工中的刀具补偿技术进行了深入研究,认为正确采取刀具半径补偿措施可以有效地提高零件的加工质量和加工效率。

关键词：刀具半径补偿,加工轮廓,程序编制,数控车削

1刀具长度补偿

刀具长度补偿也称为刀具几何位置及磨损补偿。在车削加工过程中,经常使用多把刀具,如外圆车刀、切槽刀、螺纹刀、内孔刀等,编程原点通常取刀架中心,也就是把刀架中心作为程序的起点,刀具实际移动轨迹由刀具位置补偿值来控制。刀具位置补偿包括刀具几何补偿值和磨损补偿值两种,常将几何偏移量和磨损偏移量二者合起来补偿,即为总补偿,用“T xx xx”表示,如“T0101”前面的“01”表示刀具为1号刀,后面的“01”为刀具形状和磨损补偿号 。

2刀具半径补偿

2.1 刀尖圆弧引起的误差分析

在理想状态下,总是将尖形车刀的刀位点假想成一个点,该点即为假想刀尖(图1中的P点),在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。但是在实际加工中,刀尖一般情况下都不是一个点,而是一段圆弧,如图1中的弧AB。利用带有圆弧刀尖的外圆车刀加工工件时,圆弧车刀的对刀点分别是A点和B点,假想刀位点为P点。在实际加工时,刀具是利用圆弧刃来进行切削,切削点在刀尖圆弧上不断变动,因而会产生过切或欠切现象。

数控车削加工过程中,若不采用刀尖圆弧半径补偿功能,而直接利用圆弧刃车刀进行切削加工,则工件出现的误差主要有以下几种:

(1)加工圆柱面和端面。刀尖圆弧半径对加工工件表面的形状和尺寸没有影响,但是在台阶的清角位置和端面的中心位置会产生残留误差,如图2(a)所示。

(2)加工圆锥面。刀尖圆弧半径不会对圆锥的锥度产生任何影响,但对锥面的大小端直径尺寸影响很大,一般情况下,刀尖圆弧半径会使外圆锥面尺寸增大(见图2(b)),内圆锥面尺寸减小。

(3)加工圆弧面。刀尖圆弧半径对所加工圆弧的圆度和半径会产生非常大的影响。加工外凸圆弧会使加工后的圆弧半径减小,如图2(c)所示。加工内凹圆弧会使加工后的圆弧半径增大,如图2(d)所示。

2.2 刀具圆弧半径补偿原理

数控车床在进行连续轮廓加工时,通过数控装置的自动补偿功能可以解决刀尖圆弧半径所造成的过切或欠切问题。

数控系统采用直接转接或交角转接的方法进行刀具半径补偿,本程序段与下一程序段刀具中心轨迹的交点坐标值可被数控系统自动计算出来。前、后两段编程轨迹的连接方式不同,相应的转接方式也不同,包括直线与直线的转接、圆弧与圆弧的转接、直线与圆弧的转接、圆弧与直线的转接。

将程序段的轮廓轨迹、刀具半径都当作矢量,主要是为了便于计算刀具中心轨迹的交点坐标,正确地分析各种编程情况。直线段的矢量方向是从起点指向终点,圆弧起点和终点的半径为矢量,方向由圆心指向起点或终点;刀具半径的矢量方向是由工件加工程序段的轮廓指向刀具圆心,与刀具半径的大小是相等的,并且在加工过程中始终保持与程序轮廓轨迹相垂直。

2.3 刀具半径补偿技术

2.3.1 刀具半径补偿的方法

数控编程时,一般使用刀具半径补偿指令G41、G42和G40,按照零件的实际加工轮廓编制程序,在机床控制面板上手工输入刀具半径和刀尖圆弧方位号。机床加工工件时,数控系统就会根据程序、输入的半径值和刀尖圆弧方位号自动地计算出刀具中心的轨迹,并按刀具中心的轨迹进行运动。当刀具半径补偿功能生效后,刀具会自动偏离工件实际轮廓一个刀具半径值,从而加工出符合要求的工件轮廓。

2.3.2 刀补半径补偿方向的判断

G41为刀具半径左补偿,即从与插补平面垂直的坐标轴的正方向看向轮廓插补平面,沿着刀具前进的方向看,刀具在工件轮廓的左侧,如图3(a)所示。

G42为刀具半径右补偿,如图3(b)所示。

G40为刀具半径补偿取消,使用该指令后G41、G42指令无效。所以G40必须和G41、G42成对使用。

2.3.3 刀具半径的补偿格式

编程格式如下:

2.3.4 刀具半径补偿的建立和取消

刀具半径补偿的过程分为如下3步:

(1)刀补的建立:该过程从原来的假想刀尖过渡到始终与编程轨迹偏离一个刀具半径r的刀尖圆弧的圆心,如图4(a)所示。

(2)刀补进行中:当含有G41、G42指令的程序段被执行后,刀具中心与编程轨迹始终相距一个刀具半径。

(3)刀补的取消:当刀具离开工件时,刀位点应从始终与编程轨迹偏离一个刀具半径r的刀尖圆弧的圆心过渡回假想刀尖,如图4(b)所示。

2.3.5 刀尖位置的确定

在使用刀具半径补偿功能的过程中,正确地选择假想刀尖方位也是非常重要的,选择时要依据切削时刀具所处的位置,这样数控系统便可根据假想刀尖方位确定补偿量的大小。可供选择的假想刀尖方位有9种,如图5所示,其中箭头表示刀尖方向,“o”代表刀位点,“+”代表刀尖圆弧圆心。

2.4 刀尖圆弧半径补偿措施

为了避免出现过切或欠切现象,确保零件的加工精度,刀尖圆弧半径补偿的具体措施主要有:

①刀具半径补偿指令G41、G42和G40只有在G00、G01状态下才可以运用,否则会出现语法错误;②在起刀程序段中,不要切入工件轮廓,以免对工件产生误切;③必须把刀尖圆弧半径值在刀具补偿界面内(刀具偏置所在内存区)的刀尖半径处输入,系统会自动计算出刀具移动的补偿量;④刀尖圆弧半径的数值一定要小于G41或G42的过渡直线段长度,并且在X轴的切削移动量应大于2倍的刀尖圆弧半径;⑤假想刀尖方位号一定要在刀具补偿界面内的假想刀尖位置处正确填入,以作为刀尖圆弧半径补偿的依据,否则刀具轨迹会出现错误;⑥利用刀尖圆弧中心编程时,假想刀尖方位号设为0或9;⑦在若干个刀具半径补偿程序段内,如果其中有2个以上不运动的程序段时,刀具可能会对工件下一个轮廓产生过切。

3刀具半径补偿编程实例

编写如图6所示工件的精加工程序,采用了刀具半径补偿指令。其程序如下:

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4结束语

通过对数控车削加工中刀具补偿技术的研究可知,要在数控车床上加工出复杂和高精度的零件,提高零件的加工质量和加工效率,必须要进行刀尖圆弧半径补偿。实际加工中,由于数控系统种类繁多,采取的方法也各不相同,有些是在编程时就要考虑半径补偿,有些则是在机床操作中进行补偿。

参考文献

[1]方沂.数控机床编程与操作[M].北京:国防工业出版社,1999.

[2]杨有军.数字控制技术与数控机床[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]于春生.数控机床编程及应用[M].北京:高等教育出版社,2001.

[4]王军.数控加工编程与应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2009.

数控车削刀具 篇2

刀具是机械制造系统中重要的组成部分之一,机械工业的生产过程中涉及大量的金属切削加工。其中要采用各类标准与非标准刀具,其共性是规格多、品种杂、数量大、精度高,在实际加工中刀具的性能和质量直接影响到能否顺利加工出符合要求的产品,影响到加工工艺,影响到产品的精度;而能否按时保质保量地将调度或修磨好的刀具顺利地提供给生产线又将直接影响到生产能否正常持续地进行下去,特别是在实施高精益生产的CAM中,生产的中间环节是整个生产线的核心环节。因此,一把关键的刀具特别是非标准刀具如不能按时提供到位,将会造成整个生产线的停产作业,此时如没有完善的应急措施或迅速反应,可能会造成最后的装配线的停产作业,这将给整个企业带来大的经济损失。由此看来,刀具的管理无疑是影响其效率发挥的重要因素之一,刀具管理是否合理、科学,在很大程度上决定了CAM系统的可靠性和生产效率的高低。刀具管理的目标就是保证及时、准确地为指定的机床提供所需的刀具。一个合理有效的全面刀具管理系统必然会对整个系统生产力水平的提高、投资费用的减少起重要作用。

在开发数据库应用的软件项目中, 建立有效管理生产车间的刀具, 在利用刀具开发的系统中能否实现利用最小的刀具资源来达到企业的生产要求, 尽可能减少对刀具资源的占有, 使刀具的存取更便利, 刀具交换次数少, 准备时间短, 利用率更高, 为提高自动化生产效率奠定基础

二、国内外研究现状及存在问题：

自第一个切削数据库诞生以来，世界各工业发达国家大都开发了各自的金属切削数据库。据不完全统计，迄今已有德国、美国、瑞典、英国、日本、挪威、比利时和匈牙利等12个国家建立了30多个金属切削数据库，提供各种形式的信息服务。对世界各国切削数据库所作的调查情况，目前切削数据库中的数据来源于实验室、生产车间及文献，主要应用于车削、铣削、钻削及磨削。

在已建立的切削数据库中，当属CUTDATA与INFOS最为著名。1964年，美国金属切削联合研究公司和美国空军材料实验所联合建立了美国空军加工性数据中心(AFMDC)。该中心开发的CUTDATA切削数据库，是世界上第一个金属切削数据库，该数据库包含大量的切削试验数据，并且经过多次更新，比较全面、可靠，可以为3750种以上的工件材料，22种加工方式及12种刀具材料提供切削参数。德国1971年建立了切削数据情报中心(INFOS)。该中心存储的材料可加工性信息达二百多万个单数据，成为世界上存储信息最多、软件系统最完整和数据服务能力最强的切削数据库之一。

我国建立的切削数据库是从20世纪80年代开始的。目前，国内有成都工具研究所、南京航空航天大学、北京理工大学、西北工业大学、上海工业大学、山东大学、哈尔滨理工大学和天津大学等单位，在切削数据库方面开展了一些研究工作。

成都工具研究所在1987年建成了我国第一个试验性车削数据库TRN10，又于1988年从当时的联邦德国引进了INFOS车削数据库软件(在国内运行后，被称为ATRN90)，并加以改进，向国内推出其修订版的ATRN90E。随后又继续开发并推出了车削数据库软件CTRN90V1.0。CTRN90与原版INFOS比较，它改进、扩展了系统，增强了功能，增添了中国数据，应用了“可加工性材料组——切削材料副”的概念，实现了软件的汉语化和英语化。它在汉化VAX/CVMS操作系统环境中运行，用户界面为人机对话方式，采用多层菜单驱动。软件本身规模约为8MB，带有11个专用子程序库。采用了国内的机床、刀具和试验数据，同时也包含了部分国外数据。1991年推出了CTRN90V2.0，1992年又推出CTRN90V3.0。在上述基础上，1998年开发了在Windows环境下运行的数据库软件。

南京航空航天大学是研究金属切削数据库比较早的高校，早在1986年，南航的张幼桢教授就对建立金属切削数据库的若干问题进行了探讨，许洪昌等对金属切削数据库又进行了更深一步的研究，近年来，着重研究切削数据的优化和专家系统技术在切削数据库中的应用。1988年，开发了一个专用切削数据库软件系统NAIMDS，1991年进一步开发了KBMDBS切削数据库系统。

北京理工大学建立了一个主要面向硬质合金刀具材料和涂层刀具生产厂家的切削数据库系统。根据切削数据的不同来源和特点，将其分为三大类：即浓缩型切削数据、离散型切削数据和资料型切削数据。北京理工大学对切削试验曲线在切削数据库中的存储与绘制进行了研究，并在此基础上实现了刀具磨损、刀具寿命、断屑和切削力等六种试验曲线的存储和绘制，使金属切削数据库在功能上不仅能够存储数据，而且也能处理曲线。这对于丰富切削数据库的内容，扩大切削数据库的范围，以及工程数据库的建立都有积极的意义。除了各国均建立自己的切削数据库外，国际学术机构也开展了切削数据库的研究开发工作，如于1995年成立的国际生产工程学会(CIRP)切削加工模型研究小组，从事切削加工预报模型的研究，为机械制造业提供切削参数，自1998年开始邀请世界著名研究机构加盟其切削数据库的研究与建立。

建立切削数据库的根本目的是为生产实际服务，但已建立的切削数据库及工艺数据库，付诸实用的还不多，分析其原因是多方面的：①企业对切削数据库的重视不够；②数据的信息量还不够多，且尚未解决与CAPP、CAM等系统的联接问题；③关键的问题是现有切削数据库本身还存在一些问题，首先是切削数据的可靠性，由于数据的来源较多，有来自工厂的数据、实验室的数据，还有来自各种手册上的数据，这些数据应经过严格的分析、处理和评估，否则，其应用效果必然不佳。

三、主要研究内容：

1，了解刀具管理系统的国内外研究现状及其存在的问题。

2，根据系统总体的需求分析，思考系统需采用的一些相关技术，然后分析设计系统数据库，创建数据库。

3，构建刀具管理模型，应用数据库技术设计的原理和方法，建立刀具管理数据库系统。

四、研究方法：

利用网络资源查找相关资料，找到数控加工刀具数据库和切削参数数据库的建立方案，以Microsoft SQL Server 2000为后台，完成数据库的建立，并以VB为开发工具，创建了SQL数据库数据的连接和显示, 实现了多维数据影射技术。通过构建数据关联, 完成程序设计即可实现刀具数据库系统的登录和系统操作的应用，开发一个合理的刀具参数和切削参数查询软件。

五、研究步骤：

1，接触课题，利用学校图书馆资源查找相关文献，了解课题。2，学习课题所需的技术手段，如VB，SQL等。

3，分析有关资料，提出数控加工刀具数据库和切削参数数据库的建立方案。4，设计数据库。5，通过SQL、Excel等，构建刀具数据库，尽量使数据库结构合理，内容全面。6，利用VB软件，构建刀具管理系统，软件的界面友好，操作方便、可靠。7，测试完成的系统，使其能够根据所需刀具类型交互式地查询刀具参数、加工材料、切削参数等内容。

8，文档资料编写，完成课程设计所规定的内容。

六、参考文献: [1] 陈志同 陈五一 林东 《优化型切削参数数据库的数据结构》 2007.11 [2] 刘勇贤 刘红军 《数控加工工艺参数查询系统》 2007年第4期

数控车削手工编程探讨 篇3

要充分发挥数控车床的作用，关键是编程，即根据不同零件的特点和精度要求，编制合理、高效的加工程序。下面笔者以HNC-21/22T系统为例，就数控车削加工中手工编程技巧问题进行一些探讨。

1 正确选择程序原点

在数控车削编程时，首先要选择工件上的一点作为数控程序原点，并以此为基准建立一个工件坐标系。程序原点的选择要尽量满足程序编制简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。通常将程序原点设定在工件轴线与工件前端面的交点上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。

2 合理选择进给路线

2.1 尽量缩短进给路线，减少空走刀行程，提高生产效率

1）巧用起刀点。如在循环加工中，根据工件的实际情况，在确保安全和满足换刀的前提下，使起刀点尽量靠近工件，减少空走刀行程，缩短进给路线。

2）在编制复杂轮廓的加工程序时，通过合理安排“回零”路线，使前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量短，以缩短进给路线，提高生产效率。

3）粗加工或半精加工时，毛坯余量较大，可采用合适的循环加工方式，以最短的切削进给路线，减少空行程时间。

2.2 保证加工零件的精度和表面粗糙度要求

1）合理选取起刀点和切入方式，使切入过程平稳，没有冲击。精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀，连续加工出来；减少在轮廓处停刀而留下刀痕；沿零件表面的切向切入和切出，避免划伤工件。

2）选择工件加工后变形较小的路线。对细长零件，应分几次走刀加工到最后尺寸。在确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。

2.3 保证加工过程的安全性要避免刀具与非加工面的干涉，并避免刀具与工件相撞。如槽的加工，编程时进退刀点应与槽垂直，进刀不能用“G00”，退刀时避免“X、Z”同时移动。

2.4 减少程序段数目和编制程序工作量如有固定的加工操作重复出现，可编写子程序随时调用。对形状一样、尺寸不同或工艺一样、数据不同的零件，可用宏指令编程，精简程序量。

3 准确掌握并合理应用各种循环切削指令

在HNC-21/22T数控系统中，数控车床有十多种循环加工指令。每一种指令都有各自的特点，工件加工后的精度有所不同，各自的编程方法也不同。在选择的时候要仔细分析，合理选用。如螺纹循环加工有两种指令：G32和G76。G32采用直进式进刀切削，螺纹中径误差较大，但牙形精度较高，一般用于小螺距高精度螺纹的加工。G76采用斜进式进刀切削，牙形精度较差，但工艺性比较合理，编程效率较高，适用于大螺距低精度螺纹的加工。结合它们的特点及适用范围，并根据工件的精度灵活地选用这些指令。如需加工高精度、大螺距的螺纹，则可采用G32、G76混用的办法，即先用G76粗加工，再用G32精加工。

4 灵活使用特殊G代码，保证零件的加工质量和精度

4.1 返回参考点G28、G29指令参考点是机床上的一个固定点，主要用作自动换刀或设定坐标系。刀具能否准确地返回参考点，是衡量其重复定位精度的重要指标，也是数控加工保证其尺寸精度的前提条件。 实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品的精度。比如在加工主要尺寸之前，刀具可先返回参考点，再重新运行到加工位置，以保证加工的尺寸精度。

4.2 延时G04指令是人为地暂时限制运行的程序，实际加工中，G04指令可作一些特殊使用

1）大批量加工单件工时较短的零件时，启动按钮频繁使用，为减轻操作者由于疲劳或频繁按钮带来的误动作，用G04指令代替首件后零件的启动。延时时间按完成单个零件的装卸时间设定，在操作人员熟练地掌握数控加工程序后，延时的指令时间可以逐渐缩短。零件加工程序设计成循环子程序，G04指令就设计在调用该循环子程序的主程序中。

2）丝锥攻螺纹时，用弹性筒夹头攻牙，以保证丝锥攻至螺纹底部时不会崩断，并在螺纹底部设置G04延时指令，使丝锥作非进给切削加工，延时的时间需确保主轴完全停止，再反转后退。

3）主轴转速有较大变化时，可设置G04指令。目的是使主轴转速稳定后，再进行零件的切削加工，以提高零件的表面质量。

4.3 相对编程G91与绝对编程G90指令相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点，即坐标原点经常在变换，那么连续位移时，必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较小。数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高。在编制程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，轴向尺寸采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，也可以采用绝对编程。此外，为保证零件的某些相对位置，按照工艺要求，进行相对编程和绝对编程的灵活使用。

数控车削刀具 篇4

如图1所示, 实际数控车刀刀尖和理想数控车刀刀尖的是存在区别的, 理想刀具的刀尖处是一个点, 但在实际切削过程中使用的数控车刀的刀尖为圆弧形状, 主要是为了提高刀尖强度和刚性, 提高被加工零件的表面质量。因此, 数控车刀的刀尖一般设计为圆弧过渡刃。一般的机夹车刀刀片 (不重复磨削) 的刀尖处均设计为圆弧形状, 且将半径值标注在刀片上;即使是重复磨削的车刀, 其实际刀尖处还将是圆弧形状, 绝对的刀尖“尖角”是不可能存在的。因此, 所谓的刀尖只是一个“假想刀尖”, 实际车刀均有刀尖半径, 即在车刀刀尖部分存在一段圆弧, 构成假想圆的半径值。

在数控车削编程时, 主要是让刀具上的刀位点沿着工件轮廓形状进行程序编制。那么, 车刀的刀位点一般情况下指的是刀尖圆弧的圆心点或假想刀尖点 (理想状态下) 。但在实际加工中使用的车刀, 由于数控车削加工工艺和结构要求, 刀尖处是一个理想点是不可能存在的, 而是一段圆弧形状。当车削端面轮廓或车削与轴线平行圆柱面时, 零件尺寸和形状不会受到刀尖圆弧的影响;但若加工其他与轴线不垂直或不平行的轮廓时, 由于在车削过程中刀具的切削点是在刀尖圆弧上变动的, 这将使零件得加工尺寸和形状产生误差, 造成欠切削或过切削现象。这种由于车刀刀尖圆弧产生的尺寸及形状误差, 可以通过刀具半径补偿功能来补偿。在数控车削加工过程中, 编程人员一般按照零件的轮廓进行程序编制。由于刀具存在一定的半径是必然存在的, 在加工锥面或者圆弧面等零件零件时, 实际轮廓与刀具中心的运动轨迹将不完全相同, 而将根据刀尖半径尺寸在加工轨迹上进行相应的延伸或者缩短, 从而保证加工精度, 这就是所谓的数控车削刀具半径补偿。

二、数控车削刀具半径补偿指令

刀具半径补偿能实现在控制刀具中心的轨迹按照零件轮廓来编制程序, 同时在刀具半径发生变化时 (如刀具磨损) , 可对刀具半径作出相应的补偿, 而不需要调整程序从而保证零件的加工精度。刀具半径补偿指令有三个, 分别是G40、G41、G42。其中G40指的是:取消刀具半径补偿。其中G41指的是:刀具半径左补偿, 在车削时沿着走刀方向看, 刀具在零件左侧偏置进给。其中G42指的是:刀具半径右补偿, 在车削时沿着走刀方向看, 刀具在零件右侧偏置进给。

刀具左补偿 (G41) 和刀具右补偿 (G42) 的判断方法为:从与加工坐标轴构成的平面相垂直的坐标轴的正方向往负方向看, 沿着刀具的走刀方向, 刀具在工件轮廓轨迹的左边时, 用G41———刀具半径左补偿;从与加工坐标轴构成的平面相垂直的坐标轴的正方向往负方向看, 沿着刀具的走刀方向, 刀具在工件轮廓轨迹的右边时, 用G42———刀具半径右补偿。根据该判断方法, 在车削加工内轮廓时应使用刀具左补偿指令———G41;在车削加工外轮廓时应使用刀具右补偿指令———G42;在车削加工结束时应使用G40取消半径补偿。

三、刀具半径补偿流程

数控机床具有了刀具半径补偿功能, 既可以保证机床的高精度, 又可以极大地简化编程工作量。无论哪一类的刀具半径补偿技术, 在使用中都需要建立刀补、执行刀补、取消刀补三个步骤。建立刀具半径补偿:刀具在起刀点移动至加工工件时, G41 (刀具左补偿) 或G42 (刀具右补偿) 将确定刀具的补偿方向, 然后将伸长或缩短一个距离 (在原来程序产生的轮廓轨迹的基础上) , 这个距离的数值就等于车刀刀尖半径值。执行刀具半径补偿:刀具半径补偿被建立后, 这种状态将得到保持, 直到刀具半径补偿功能被取消为止。在执行刀具半径补偿期间, 被加工零件的轮廓将始终距离刀具的中心轨迹一个刀具半径值的距离。取消刀具半径补偿:在车削加工结束时, 刀具需要离开工件回到退刀点, 此时必须取消刀具半径补偿功能, 防止执行其他不需要半径补偿功能的程序时, 还留有半径补偿功能从而导致误差。同建立刀具半径补偿的过程相似, 取消半径补偿时的退刀点的位置一般设计在被加工零件轮廓之外, 同时还应距离被加工零件轮廓的退出点较近的位置或者设计在零件轮廓延长线上, 根据需要也可设置成与起刀点相同。

在数控车削系统自动进行刀具半径补偿时, 刀尖圆弧半径、刀位点的变化都不影响编程, 都是用同样的方法———按零件图纸上的轮廓轨迹直接进行编程, 在车削零件轮廓前加入刀具半径补偿指令;在车削加工结束后取消刀具半径补偿指令。在数控车削加工时, 数控系统将根据程序中的刀具半径补偿指令自动偏置相应的距离, 确保切削刃的轨迹与零件图纸的轨迹一致。数控车刀具补偿功能的建立需要输入两个参数, 分别是刀具号和刀具半径补偿值地址两项。在FANUC数控系统中T表示刀具调用, 格式为:T****。T后面用四个数字表示, 前两个**表示刀具号, 后两个**表示刀具补偿值地址号。如T0202表示使用第2号刀具, 和第2号刀具补偿值地址的值。当输入的刀具补偿号为00时表示取消刀具半径补偿。刀具半径补偿的主要内容包括如下。

1. 刀具半径补偿参数。

在数控车削刀具半径补偿中一共用到4个参数, 刀具半径补偿号对应刀具位置补偿坐标 (X和Z值) 和刀尖圆弧半径补偿值 (R:刀尖半径和T:刀尖位置号) 。这四个参数应在加工之前输入到相应的存储位置 (OFFSETTING/形状) 。在执行数控程序的过程中, 数控系统将自动补偿刀具移动的相关偏差 (具体补偿量由X、Z、R、T四个参数来确定) , 进行刀具半径补偿, 加工出合格的零件。

2. 刀具圆弧半径补偿;

在编写数控车削程序时, 车刀的刀尖被想象成一个点进行编程, 但实际上为了降低工件表面粗糙度值和提高刀具的使用寿命, 车刀刀尖被设计成半径不大的一个过渡圆弧, 这个过渡圆弧会导致被加工零件产生误差。同时数控车削加工时影响零件的加工尺寸的因素还有:刀尖圆弧所处的位置 (车刀刀尖指向) 、车刀的形状、尺寸等。车刀刀尖所指的方向称为刀尖方位, 用0~9的数字来表示。其中内孔车刀对应的刀尖位置号为2, 外圆车削时对应的刀尖位置号为3。因为有刀具半径补偿功能, 这些问题都能通过调整相关参数得到解决。

3. 刀具位置补偿。

在实际车削加工过程中, 当重新安装车刀或者长期使用刀具后将会使刀具的机械坐标值产生变动, 由于有了刀具半径补偿功能, 就不需要修改加工程序同样也能加工出合格的零件。具体操作步骤为先将每把刀具的机械坐标值测出, 然后在数控系统指定的存储位置存储机械坐标值, 这样, 在执行刀具补偿指令时刀具的实际坐标值将代替原来的机械坐标值。

四、小结

在进行数控车削刀具半径补偿时, 应注意如下几个事项:G41、G42不能与G02、G03写在同一个程序段, 可与G00、G01连用;在建立、取消刀具半径补偿的程序段内, G40、G41、G42数控指令必须与G00或G01指令写在一个程序段内;当输入刀具半径补偿值地址的值为负值时, G41和G42的功能发生转换;车削零件轮廓前应建立好半径补偿, 加工完零件后应取消半径补偿;G40、G41、G42都是模态代码, 可相互注销;在切入工件之前, 应建立好刀具半径补偿, 同时应保证直线移动的距离不为零;在切出工件之后应撤销刀具半径补偿。若需要改变刀具半径补偿值时, 应在撤销刀具半径补偿状态的情况下改变相关参数;G40与G41、G42必须成对使用;在刀补进行阶段避免刀具作Z轴运动。

参考文献

[1]许镇宇.机械零件[M].北京:高等教育出版社, 1983.

[2]雷宏.机械工程基础[M].哈尔滨:黑龙江出版社, 2002.

[3]王中发.实用机械设计[M].北京:北京理工大学出版社, 1998.

数控车床车削加工工艺分析 篇5

【关键词】数控车床;削加工;工艺

在当前，随着计算机技术传感技术的快速发展，数控加工技术已经成为机械加工现代化的重要基础和关键技术。数控车床加工工艺主要包含了精密机械、电子、电力拖动、自动控制以及故障诊断等多方面的技术，该项工程属于高精度、高效率的几点一体化产品，因此在加工过程中需要不断提高加工工艺，最终实现复杂零件的自动加工，并且结合CAD＼CAM技术等，使得机械加工的柔性自动化水平得到提升。

一、数控车削加工工艺

数控车削加工工艺在机械制造过程中采用的是数控车床加工零件中所运用的方法以及技术手段之和。其中主要包含着选择并确定零件的数控车削加工内容、图纸分析、工具以及夹具的选择和调整设计、具体制造工序;加工轨迹的计算和进一步优化;数控车削加工程序的编写、校证以及修改等;试加工与现场问题的处理状况;编制数控加工工艺的技术文件。针对以上加工工艺进行具体制造，提高数控车削加工的工作效率。

二、具体工艺分析

数控车削加工工艺在具体制造过程中，首先要做好工艺准备工作，然后编制合理的程序，进一步提高机床加工功率保证零件的精度。在编制过程中要结合数控车削加工的特点以及工作原理，掌握编程的语言及格式，最终确定合理的切削用量，在正确的操作下，逐步完成。具体的加工工艺内容是：明确图纸要求，对其进行分析并结合零件加工的要求具体实施;确定工件在数控车床上的装夹方式;选择合理的刀具以及切削用量具体实施加工如下：

1、数控车床车削加工的零件图加工工艺

零件图作为制定数控车削加工工艺的首要任务，要具体分析尺寸标注方法、轮廓几何要素以及精度等，具体表现在：（1）标注尺寸分析。由于标注尺寸分析与普通加工图纸的尺寸标注方法具有一定的差异性因此在具体标注尺寸过程中要按照统计基准来标注，促进编程的程序更加简单，并且保证设计基准、工艺基准以及编程基准相统一。在标注过程中一定要按照统一的工艺基准实施，简化编程程序，提高精度。（2）结构工艺性。为了确保结构更加合理，因此在编程中要对零件的鄂伦口进行几何点的定义，分析几何元素的给定条件，确保其数字处理有效。另外在分析过程中要审查零件的结构是否合理。在设计过程中要使得零件的机构能够满足数控车床的要求，提高加工效率。（3）确保技术和精度科学合理。数控车床车削加工工艺过程中，对零件的加工要确保其精度和技术合理，为加工方法、装夹方式以及刀具等选择提供重要保障。在具体实施过程中要严格按照图纸要求进行，确保工序有效进行。针对图纸位置上精度要求比较高的表面，应该采用一次装夹完成，另外针对图纸位置上精度比较粗糙的表面，要采用恒线速度切割，限制主轴的最高转速，提高加工的精度以及效率。

2、加工工艺中选择夹具和刀具

数控车床车削加工过程中应该尽可能地减少装夹次数，在对其进行定位时，对于轴类零件，一般情况下是以外圆柱面作为定位的基准位置，针对套類零件，要以内控作为定位的基准，具体的装夹要根据零件外形以及具体需要具体进行。在数控车床车削加工过程中针对刀具的选择是提高加工效率以及提高精度的重要保障，因此在加工过程中对于刀具的选择要求其具有：强度高、耐磨性好以及刚性好等特点，并且要选择新型优质材料，确保加工过程中的质量。

3、确定加工工序及其原则

通常数控车床车削加工中分为粗加工、半精加工以及精加工三个阶段，因此为了提高加工质量确保其精度，在具体加工工序中要遵循先粗后细的原则，逐步提高加工的精度;先近后远，根据刀点的距离具体进行;内外交叉的原则，先加工表面粗的地方，在进行精细加工;基面先行地原则，用作精基准的表面先进行加工，主要的目的是提高定位基准地精度，减小装夹的误差。在具体工序划分中，要按照工序集中的原则进行，确保零件加工集中尽可能地减少工序内完成，在进行一次装夹完成之后，表面大部分加工基本完成，确保加工的位置及其精度。

4、数控车床车削加工中的切削量选择

切削量的选择对于零件加工精度以及表明的粗糙程度有着之间的关系，在数控车削加工中切削用量直接影响着车床与刀具之间的配合程度。一般情况下，切削用量既要保证加工安全还需要提高零件的质量及其生产效率。因此在加工过程中需要遵循的原则是，遇到表面比较粗的车床，在刚度允许的范围内，尽可能地选择吃刀量以及进给量比较大的工具，来进一步提高加工的效率。在遇到车床表面比较精细时，应该选择背吃刀量和进给量比较小的工具，来确保加工质量及其精度。另外还需要确保合理的切削速度，为数控车床切削加工质量提供重要保障。

三、总结

综上所述，为了确保数控车床车削加工工艺水平，提高数控车床加工的效率、精度以及自动化程度，因此，要结合科学技术水平，选择合理地程序，以及具体刀具等，另外在加工过程中还需要掌握熟练的编程技巧，结合数控车床车削加工的特点，确保零件加工的精度和效率。另外在加工工艺中，按照施工图纸中的要求，根据车床表面的粗燥程度具体实施，确保零件的结构设计合理，车床车削加工效果明显，生产效率不断提高。该项加工工艺水平的研究，有助于推动我国数控车床加工制造业的不断发展。

参考文献：

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[3]李伟民，刁立新，于春晓，李鹏.面向虚拟车削的切削力分析与切削参数优化技术研究[J].科技与企业，2015（17）.

[4]侯国安，金敏伟，曹金党，魏志刚.流体静压支承对超精密金刚石车床动态特性影响的研究[J].科学资讯.科技管理，2014（38）.

[5]李旭，何佳龙，王菲.基于超磁致伸缩的非圆车削加工控制方法的研究[J].制造技术与机床，2013（06）.

蜗杆车削刀具设计 篇6

1 刀具使用现状及解决措施

蜗杆工件的齿形精度是靠刀具刃口轮廓精度保证的。通常采用的刀具刃口几何轮廓形状是唯一的, 即刀具每个水平截面上刃口几何轮廓形状不同。当刀具磨钝后需在高精度磨床上重新磨削刀具的成形部分, 需占用大量的时间且刀具的形状精度一致性难以保证, 带来刀具费用高、工件成本高、工件齿形精度一致性差、效率低等问题。

为解决上述问题, 设计了图2 所示的刀具。其特点为:刀具中与切削平面平行的任意位置截面的几何轮廓一致;刀具磨钝后可在平面磨床上磨削使刃口锋利;调整方便, 刃口磨一次仅需几分钟;保证了刀具形状精度的一致性;降低了成本并提高了工作效率。

2 刀具设计

2.1 刀具设计过程

由蜗杆齿形加工过程可以看出, 切削过程中刀具的3 个刃同时进行切削, 切削时由于热量大容易产生烧刀尖现象。为了降低切削热, 需降低摩擦力及切削力。刀具的两侧刃需有足够的后角γn, 根据切削条件γn应大于6°, 当侧刃后角γn、齿形角α确定后求解顶刃后角γ。

a.顶刃后角 (背后角) γ

由图2得出:

式 (1) 中, γ为顶刃后角;L1为顶刃后角投影长度;m为刀具高度。

式 (2) 中, L2为侧刃后角投影长度。

式 (3) 中, γn为侧刃后角。

将式 (2) 、式 (3) 代入式 (1) 得出:

设γn=6°, α=20°, 由公式 (4) 可得:

tgγ=tg6°/sin20°, 则γ=17.082 4°

按取整原则, 取γ=20°。对侧刃后角γn进行校核:

代入公式 (4) 可得γn=6.002°, 满足设计要求。

b.刀具齿形角α

式 (5) 中, αx为蜗杆轴向齿廓角。

c.刀具齿形深H

式 (6) 中, H为刀具齿形深度;De为蜗杆大径;Di为蜗杆小径。

d.刀具玄规尺寸 (h, s)

式 (7) 中, h为蜗杆齿底高度;D0为蜗杆分圆直径。

式 (8) 中, M为蜗杆模数;Δ为根据切削需要设置的齿厚减薄量;λ为蜗杆螺旋升角。

2.2 刀具齿计算及加工方法

为了设计及制造方便, 刀具应先按图2 中双点划线求解计算及加工齿形, 齿形加工正确后按图2所示β角方向磨出相互垂直、平行的四方体刀杆, 使β=λ, 前刀面留出尺寸B, 形成理论切削平面。

由于刀具齿形精度要求较高, 齿形加工通常采用在平面磨床上砂轮成形磨削加工或在高精度慢走丝线切割机床上切割加工, 加工方法见图3。

从2 种加工方法的调整位置可以看出, 刀具齿形应在法截面上加工, 加工前须求解刀具法截面角度。刀具计算过程如下:

由图4 可知:

式 (9) 中, L为刀具法截面齿形深, h0为刀具侧刃法截面宽度

将 (10) 、 (11) 代入式 (1) 可得:

3 结束语

按上述方法设计、制造的刀具经多次使用证明, 刀具具有精度高、耐用度高 (可达常规刀具的几十倍) 、修磨简单等特点。同时降低了蜗杆制造成本, 提高了工作效率和零件的加工精度。其为一项先进的技术方案。

摘要：为保证AMT变速器执行机构蜗杆的加工精度, 提出一种蜗杆加工用刀具的新设计方法。采用该方法设计的蜗杆车削用刀具, 能保证其与切削平面平行的任意位置截面的几何轮廓一致, 使刀具形状精度的一致性得到保证, 刀具磨削修整方便, 且降低了刀具的制造及使用成本。

加速缓解阀套车削刀具的研究 篇7

1 零件材质、结构分析

120B型加速缓解阀材质原为铅黄铜 (HPb59-1) , 具有良好的切削性能。由于有色金属比重大, 价格贵, 为了减轻阀的整体重量, 在设计120F型加速缓解阀时采用了防腐蚀能力强的不锈钢材质。改型后的120F型加速缓解阀套结构无重大改进, 材质改为马氏体不锈钢 (2Cr13) , 其特点有:加工硬化严重;切削温度高;切屑不易折断、易粘结;刀具易磨损;线膨胀系数大;切削力大难以加工。

R0.5×30°阀口是制动产品的一个特殊结构, 用于橡胶件的密封。要求尺寸精度高 (R过小会伤害胶阀, R过大使压力过大) , 表面粗糙度要求高。在试制过程中, 经过反复的试验, 对焊接刀具的各种角度进行了深入的研究, 得出了合适的工艺参数;并且运用可转位刀具的先进技术, 将刀具标准化, 从而将工艺过程标准化, 达到降低成本、提高效率之目的。

2 刀具的研究

因长期加工有色金属, 现场大量运用焊接刀具, 成本低且耐用。而同样用自制焊接刀具加工不锈钢件, 刀具的耐磨性显著下降, 费用明显上升, 质量还不易控制。经查阅《机械加工工艺手册》等资料, 并通过反复的工艺试验, 最终确定的刀具参数 (见表1) 可大大加强刀具耐用度, 刀杆选用45#调质钢, 刀片材质为YW2。

为了加强刀尖, 磨出0.5～1.0 mm的刀尖圆弧;刃倾角的大小和方向确定了流屑的方向, 通常以10°～20°为宜, 在精车时, 取45°～75°;所以采用了全圆弧形或直线圆弧形断 (卷) 屑槽, 如图2所示。

然而, 找到合适的刀具参数还不能满足精益制造的要求, 无法标准化, 不能实现对工艺过程的完全控制;且车间由于大量使用数控机床和焊接刀具, 需经常磨刀、换刀而严重影响了数控机床的效率。目前要做的就是找到一家合适的刀具品牌, 做出最好的性价配置。在对国内外众多知名品牌的刀具作了大量的研究和试验后, 确定了绝大多数标准特征的加工。比如普通的外圆、内孔、切槽、螺纹等, 都找到了最合适的标准可转位刀具, 不仅大大提高了加工效率 (切削速度Vc能达到150 m/min) , 最大限度地发挥机床能力, 相比焊接刀具也节约了大量费用。

对异型特征R0.5阀口的加工仍然是个关键问题。为此, 设计了非标可转位刀具, 并与刀具厂家合作解决了这一难题。

图3、图4是已设计定型的刀具加工方案。

方案1采用整体硬质合金磨制而成, 具有刚性好、强度高的优点, 耐磨性高, 价格也相对较高;方案2完全采用可转位刀具的原理将非标刀具标准化, 具有可转位刀具的一切优点, 使用方便, 完全能互换。

在研制过程中, 两种方案均耗费了大量的时间和金钱, 但因为制动产品采用类似阀口结构的零件大量存在, 使方案研究具有非常重要的意义。由于充分利用了刀具厂家先进的刀具生产设备和技术, 刀具能够做到精度高、一致性好, 两种刀具在运用中都表现出了优秀的耐用性, 为推进精益制造、标准化作业提供了技术保障。

3 结束语

数控车削刀具 篇8

通过上图可以看出, 切削速度 (vc) 对刀具寿命影响最大。为了获得最佳的刀具寿命, 通用原则是最大化ap——减少走刀次数;最大化fn——缩短切削时间;降低vc——减少刀具磨损。产品的组成材料种类繁多, 具体材料还需要具体分析。

1 针对不同材料, 在选择刀具 (刀片) 时, 需要注意的事项

1.1 钢 (ISO P)

1) 非合金钢 (含碳量在0.55% 以内的钢)

非合金钢在车削时断屑困难, 并且容易产生积屑瘤。为了控制切屑, 刀具 (刀片) 主偏角尽可能接近90°, 加工时切削深度 (ap) 要大于刀尖半径, 同时避免径向背车。积屑瘤对零件表面质量和刀具寿命都有不利的影响, 因此采用高的切削速度 (vc) 避免刀片产生积屑瘤。在小切深 (ap) 或低进给 (fn) 的情况下, 应该使用正前角槽形以及小刀尖半径的刀具 (刀片) 。

2) 低合金钢

合金含量和热处理 (硬度) 影响低合金钢的切削性能。车削过程中, 刀具 (刀片) 容易产生月牙洼磨损和后刀面磨损。因此, 刀具 (刀片) 要具有极高的抗后刀面磨损能力。

3) 高合金钢 (合金含量超过5% 的碳钢)

和低合金钢类似, 高合金钢的切削性能随着合金含量和硬度的增加而降低。当车削硬度达到HB450 的高合金钢时, 在会切削区域产生较多的热量, 容易引起塑性变形。因此, 刀具 (刀片) 要求具有很高的抗塑性变形性和切削刃强度。

1.2 不锈钢 (ISO M)

1) 铁素体和退火马氏体不锈钢

其切削性能和低合金钢类似。当加工硬化的马氏体钢, 对刀具 (刀片) 的抗塑性变形有很高的要求。

2) 奥氏体不锈钢 (含镍量超过20% 的不锈钢)

常见的刀具 (刀片) 磨损为月牙洼磨损、塑性变形以及积屑瘤, 同时在车削时会产生“加工硬化”现象, 这样又会产生沟槽磨损, 从而在零件上形成毛刺。因此, 刀具 (刀片) 要具有锋利的切削刃、正前角刀片的槽形、小的主偏角以及大的刀尖半径, 圆刀片也是一个不错选择。

3) 双相 (奥氏体/ 铁素体) 不锈钢

常见的刀具 (刀片) 磨损为后刀面磨损、月牙洼磨损、塑性变形、切屑冲击和沟槽磨损。因此, 刀具 (刀片) 要具有刃线强度高的槽形以及小的主偏角。

1.3铸铁 (ISO K)

1) 灰口铸铁

常见的刀具 (刀片) 磨损为研磨性后刀面磨损和热裂。所以刀具 (刀片) 要具有抗后刀面磨损能力。为了解决热裂问题, 通常采用干式加工, 所以建议使用厚涂层硬质合金刀具 (刀片) 。在车削灰口铸铁零件时, 工件会在刀具切出侧发生“崩碎”现象, 所以建议刀具 (刀片) 具有较大正前角的槽形。

2) 球墨铸铁

铁素体球墨铸铁切削性能和低合金钢相似, 而珠光体球墨铸铁磨蚀性较强, 可参照灰口铸铁进行刀具 (刀片) 选择。

3) 蠕墨铸铁 (珠光体含量低于90%)

刀具 (刀片) 选择参照灰口铸铁, 应该选择锋利并具有较大正前角刀片槽形的刀具 (刀片) 。

4) 等温淬火球墨铸铁

粗车时, 一般在非淬硬情况下进行, 切削性能和高合金钢相似。精车时, 由于磨蚀性很强, 要求刀具 (刀片) 对磨料磨损有高抵抗能力。

1.4 耐热合金HRSA和钛合金 (ISO S)

沟槽磨损是车削该类材料最常见的刀具 (刀片) 磨损, 所以要选择小主偏角、具有锋利切削刃的刀具 (刀片) , 而圆刀片也是一个不错选择。对于耐热合金HRSA车削加工, 在粗加工和半精加工阶段可采用陶瓷刀片, 这样可获得最佳的刀具寿命。

1.5 铝合金 (ISO N)

铝合金的切削性能根据其合金元素构成、热处理和制造工艺 (锻造、铸造等) 不同而不同, 但最常见的刀具 (刀片) 磨损是积屑瘤。因此, 应该选择具有正前角基本形状和锋利切削刃的刀具 (刀片) 。

1.6 硬零件 (ISO H)

硬度超过HRc45 的钢材 (常见硬度在HRc55-68 范围内) 被定义为硬零件。最常见的刀具 (刀片) 磨损是月牙洼磨损和后刀面磨损。其刀具 (刀片) 材料多采用陶瓷和立方氮化硼。

2 结论

随着科学技术迅速发展及新型材料的不断使用, 对刀具的性能提出不同的要求。目前, 一方面刀具制造商不断开发出性能更佳的刀具, 另一方面生产企业 (刀具使用者) 根据产品要求选择正确的刀具进行加工。所以, 如何合理选择刀具, 还需要在实践中不断的去试验, 去积累更多的经验, 将刀具的性能发挥到最好。

参考文献

[1]技术指南.SANDVIK公司, 2010.

[2]杨叔子.机械加工工艺师手册.机械工业学出版社, 2000.

[3]袁哲俊, 刘华明.刀具设计设计手册.机械工业学出版社, 1999.

数控车削刀具 篇9

为保证加工效率,车削自动化生产线需自行断屑,但有效断屑一直是金属加工中的难题。目前生产中主要采用带三维断屑槽的刀具以及合适的切削参数实现断屑,为获取有效断屑的断屑槽和切削参数,通行做法是试制刀具后进行车削试验,导致设计周期和成本大幅增加。相较之下,利用有限元模拟直接获得带断屑槽刀具在不同切削参数下的断屑情况是一种更有效的方法。切削( 包括车削) 模拟基础理论包括切屑形成、切屑运动、切屑折断等机理,切屑形成机理方面,日本学者中山一雄[1]提出的相关理论得到广泛应用; 切屑运动机理方面,陈永洁教授等[2]研究了切屑的三维流动过程; 切屑折断机理方面,李振加教授等[3,4,5,6]建立了不同的断屑槽基本单元对切屑折断的影响。由于切削过程速度快、动力学特性复杂,同时切屑温度、应力、应变等参量难以实时测量,导致理论研究中发现的微观机理难以用实验进行验证。为此,很多学者采用数值模拟法研究切削过程。Özel T[7]建立了AISI1045 钢的二维仿真模型,采用ALE方式研究带状切屑的形成过程; Haddag B[8]借助Deform 3D模拟了三维断屑槽刀具切削过程中刀具磨损状态; Arrazola P J[9]对二维切削仿真中主要影响因素进行了总结; 王文韬[10]和孙守慧[11]利用Advant Edge软件模拟2D和3D切削过程,通过切削行程模拟断屑过程。

现有研究中二维切削仿真对应实际则是切槽或切断加工,简化了一般加工的影响因素; 三维切削仿真则大多对应实际中斜角切削过程,较难与实际情况吻合。

为此,本研究将基于三种不同刀具的三维模型和45 钢材料建立三维切削模型,对车削中切屑形成及折断过程进行仿真,将仿真所得结果与试验结果对比,以验证本研究仿真模型应用于相关方面的有效性。

1切屑折断机理介绍

切屑由切削层金属与基体分离产生,流经刀具表面时发生横向卷曲、上向卷曲或复合卷曲,形成断屑或连续不断切屑。在流经带有断屑槽刀具表面时,切屑进入断屑槽区域而发生更大的变形。当切屑的应变达到了材料的断裂应变时,切屑会发生折断[1],所以带有断屑槽的刀具更易产生断屑。断屑方式分为3 种,第一种是切屑产生时由于材料塑性差发生断裂,常见于脆性材料的单元切屑; 第二种是切屑流经刀具表面过程中由于材料强度降低而折断; 第三种是切屑与刀具后刀面或工件表面发生碰撞而折断[12]。

切屑受刀具后刀面折断示意图如图1 所示。

三维复杂断屑槽能使刀具有更好的断屑效果,其示意图如图2 所示。

图2 中车削试验在沈阳第一机床厂产A5-T2 数控机床上进行,采用干式切削方式,如图2( a) 所示。由图2 可知,SANDVIK产的CNMM120416-PR刀具带有三维复杂断屑槽,如图2( b) 所示,其切削45 钢时的主要断屑形态包括螺旋状、宝塔形等,如图2( c) 所示,这些是理想的断屑形态。

2三维切削模型的建立

在建立刀具三维模型后,本研究通过选择合适的材料本构模型、材料韧性断裂准则等,借助Deform 3D软件建立仿真模型。

2. 1 刀具模型的建立

本研究选用的刀具分别为三维复杂断屑槽刀具、二维断屑槽刀具和平刀面刀具,所建立的刀具三维模型需以. stl三角形网格文件导入Deform 3D软件,3 种刀具实物及模型如图3 所示。

刀具模型的建立需用逆向工程( RE,Reverse Engineering) 原理[13,14],在测量刀具轮廓尺寸和断屑槽特征尺寸后借助Solid Works三维软件建立模型。

2. 2 材料本构模型

材料本构模型是影响切削仿真结果准确性的最主要因素,现有研究中材料本构模型有多种,其中Johnson-Cook模型综合了温度、应变、应变率对材料流动应力的影响,在切削仿真中使用较多,故本研究采用该模型。Johnson-Cook模型如下式所示:

式中:—流动应力;—等效塑性应变、应变率和参考应变率; T,Troom,Tmelt—材料温度、室温( 20 ℃)和熔化温度( 1 420 ℃) ; A—准屈服强度,MPa; B—硬化模量,MPa; C—应变率强化系数; m—热软化系数;n—应变硬化系数。

45 钢的Johnson-Cook模型参数[15]如表1 所示。

2. 3 材料韧性断裂准则

切屑折断的根本原因是材料韧性断裂,常见的材料韧性断裂准则是关于应力、应变或应变率的模型[16],以Cockcroft-Latham准则为例,其表达式如下式所示:

式中:— 断裂应变; σ*— 最大主应力,在 σ1> 0 时σ*= σ1,在 σ1≤ 0 时 σ*= 0; C— 断裂阈值。

由上式的物理意义可以发现C表示能量,根据材料最小能量原理,选用此种阈值更准确,该准则在现有研究中也应用较多,为此本研究也选用CockroftLatham准则[17,18]作为材料断裂准则。阈值C首先通过拉伸试验确定初始值,然后根据材料模型调整并进行仿真,将仿真值与试验值进行对比,当仿真结果能与试验结果吻合时确定阈值。

2. 4 其他说明

除刀具模型、材料本构模型和断裂准则外,仿真中其他参数设置也影响仿真结果,仿真模型相关设置如表2 所示。

采用表2 中参数设置能保证仿真模型计算效率与精度,如对本研究中模型( 切削行程为25 mm) 计算时间为3 天左右。

最终本研究建立的三维切削模型如图4 所示。本研究中刀具模型在刀屑接触区域进行了网格细化以保证断屑槽特征,工件模型采用了Deform 3D软件自带的相对网格重划分方式,从而保证切削时切削区域及所得切屑网格得到细化,从而获得准确的切屑形态。

3仿真结果及讨论

本研究仿真结果的讨论与分析基于切屑形态、断屑过程及主切削力进行,其中切屑形态与切削力数据是切削仿真中的主要表征量。

3. 1 切屑形态表征

在不同切削参数下,仿真所得切屑与实物对比如图5 所示,其中切屑实物由前述数控机床切削45 钢试验获得。仿真和试验结果都表明: 随着进给量增加,切屑越容易折断( 仿真中切屑折断与否的判断由图中箭头所示) ,如CNMG120408-EM刀具在进给量0. 10 mm/r时产生带状切屑( 如图5( a) 所示) ,从0. 20 mm/r开始产生节状断屑( 如图5( b ~ c) 所示) ( 本研究中,3 种刀具仿真模型在进给量0. 30 mm/r和0. 50 mm/r时都发生与0. 40 mm/r相似的断屑或卷屑,所以没有赘述) 。相比之下,CNMG120408 刀具在f = 0. 10 mm/r时产生带状切屑( 如图5( d) 所示) ,在f = 0. 20 mm/r时产生部分断屑( 如图5( e) 所示) ,大于0. 2 mm/r时开始产生断屑( 如图5( f) 所示) ; CNMA120408 刀具在整个进给量范围内无断屑产生( 如图5( g ~ i) 所示) ,在进给量0. 40 mm/r时切屑主区域产生锯齿状和毛刺( 如图5( i) 所示) 。

由图5 可知三维断屑槽刀具的断屑性能较另两种刀具好,仿真结果得出相同结论。另外,仿真获得的切屑形态与试验结果都吻合,说明此仿真模型能够有效模拟带断屑槽刀具,如带三维复杂断屑槽刀具CNMG120408-EM和带二维断屑槽刀具CNMG120408) 及普通刀具( 如平刀面刀具CNMA120408) 的切削过程。

仿真结果与试验结果也有一定差距,如图5( i) 中仿真获得的切屑有一定锥度,而实际切屑是平垫圈螺旋状,原因是仿真中的直线型工件模型产生的横向卷曲没有外圆切削时明显。另外,仿真中刀具模型与实物的误差、材料模型与实际材料的性能差距等对结果也有一定影响。

3. 2 断屑过程分析

仿真中带三维断屑槽刀具CNMG120408-EM在切深2. 0 mm、进给量0. 50 mm/r时切屑折断过程如图6所示,4 个不同时刻切屑形态及对应的刀具表面温度分布云图,分别如图6( a ~ d) 所示。

由于切屑流经刀具表面时发生摩擦,刀具表面的温度分布云图即能表示切屑与断屑槽的接触区域。由图6( a ~ d) 可以看出,随着切削进行,刀屑接触区域增大直至稳定,同时,该接触区域温度随着切削进行会升高,如温度云图中的红色区域所示,说明断屑槽的阻碍作用是切屑折断的主要原因。

为进一步说明切屑折断过程,本研究分别选择仿真中CNMG120408-EM刀具在f = 0. 20 mm/r和f =0. 50 mm / r下的切屑等效应变云图如图7 所示。等效应变云图表明切屑靠近主切削区域等效应变较大,靠近刀刃处等效应力较小( 如图7( a) 所示) ,结果即是切屑首先在主切屑区域产生断裂,而后向刀刃区域发展( 如图7( b) 所示) ,对应实际情况即是切屑部分连接在一起( 如图7 和图5 中切屑实物) ,在进一步受到外力作用时( 如切屑自由下落) ,连接部分便会被破坏形成细碎的切屑。

图7 表明仿真所得断屑效果与实际断屑效果吻合,进一步说明本研究的仿真模型在模拟三维断屑槽刀具断屑方面的有效性。

3. 3 切削力表征

本研究通过Deform 3D后处理过程,提取仿真所得主切削力数据与切削试验进行对比[19],结果如图8 所示,图8 中百分比为仿真值与试验值的相对误差[20]。

图8 表明仿真值大于实验值,这与仿真中理想材料模型有关,在与图5 对应的断屑范围内仿真值与试验值相对误差较小,如在f = 0. 50 mm/r时CNMG120408-EM刀具切削力相对误差为1. 7% ,CNMG120408 刀具为1. 0% 。

另外,由图8 可知在相同条件下,平刀面刀具的主切削力仿真值与试验值大于二维断屑槽刀具,三维断屑槽刀具最小,如在f = 0. 3 mm/r时,CNMA120408 刀具主切削力仿真值为2 184. 6 N、试验值为1 547. 1 N,CNMG120408 刀具仿真值为1 898. 3 N、试验值为1 391. 8 N,CNMG120408-EM刀具仿真值为1 777. 4 N、试验值为1 434. 4 N。原因是切屑流经平刀面刀具时在刀刃处发生更大的挤压变形并且难以折断,而断屑槽刀具在切削刃处有一定凹陷,刀具对切屑的挤压作用小,同时断屑能及时排除,刀具承受较小力的作用。二维断屑槽刀具由于其断屑能力较三维断屑槽刀具差,所以切削力较大。需要说明的是在进给量较小( 0. 10 mm/r和0. 20 mm/r) 时切削力相对误差较大,如图8( a ~ c) 所示,主要原因是本研究中仿真时工件模型最小网格尺寸为0. 075 mm,对进给量大时较合适,但对进给量小情况而言则偏大,进一步细化网格可以明显降低相对误差。

4结束语

本研究在建立三种刀具模型后,基于45 钢材料的本构模型和韧性断裂准则,在Deform 3D软件中对包括三维复杂断屑槽刀具在内3 种刀具建立了三维切削仿真模型,成功模拟出三维复杂断屑槽刀具和二维断屑槽刀具车削中断屑过程。3 种刀具在不同切削参数下仿真所得的切屑形态、断屑过程和主切削力与试验结果吻合,证明了本研究中仿真模型能有效应用于带断屑槽刀具和一般刀具的断屑仿真研究,同时能用于一般车削仿真研究,并为断屑槽设计及切削参数优化提供了一种新的方法。

数控车削刀具 篇10

一、教师精深的专业功底，是上好《数控车削加工》课的重要前提。

职业中学的教师要教好数控技术，除应具备很高的工作热情、很强的工作责任心以外，还必需具备很深的专业功底。一是教师对所授课程以及与本课程相关课程（机械制图、公差配合与量具使用、金属切削工艺）有较全面的掌握。教师在教学过程中要多参阅一些不同版本教材和相关资料；要对所授教材和教材所附练习提前准备，从而在教学及布置和订正作业时驾轻就熟。同时作为专业课教师还应不断实践，不断扩大知识面，了解新知识，掌握新情况。二是在课堂教学时能随时理论联系实际，丰富课堂教学内容，提高教学效果。笔者从事《数控车削加工》课程教学以来，不断进行形式多种多样的业务进修，先后参加了省级骨干教师和国家级骨干教师的数控培训。其中还结合到工厂给职工培训的机会，一边教学一边学习，利用带学生在车间实习的机会与老工人交流请教。自己还有意识的有目的地关注、观察。实践和指导水平得到很大的提高，学到了书本上学不到的知识和技能。

二、安全教育是学生学好《数控车削加工》的保障

机械加工操作是对安全有着极高要求的一项工作，人与机器打交道，一旦违章操作，稍不注意就会造成安全事故。一旦造成事故，后果将无法想象。

我们采取了如下措施保证学生实习安全。第一，在上理论课的时候就不断强调安全操作，始终把安全教育放在第一位，把实习过程中的安全操作规程和注意事项带领学生学好学透。第二、把安全操作规程形成文字，张贴在教室和实习车间醒目的位置，让学生时时都能学习。第三、在学生下车间之前与学生家长签订安全责任书，把实习过程中的责任和义务与家长学生交待清楚。第四、实习过程要精心组织安排、全程管理。我们学校开设数控加工专业已有六个年头了，培养了几百名学生，没有出现一起安全事故。

三、编写一套适合学生使用的校本教材是上好《数控车削加工》的基础

市场上有关数控加工方面的教材很多，但真正适合本校学生实际操作的教材很少。针对这种情况，我把这几年的教学过程中积累的经验，再参照相关的书籍，自己编写了数控车削校本教材。教材从安全教育入手，结合我校有仿真机房的资源，把数控仿真这部分内容也列入到教材中，让学生在计算机上就能学会机床的认识和基本操作。编写教材的宗旨是按照使学生能从简单的操作开始逐步望复杂的零件进行加工操作，程序也是按照这种方式与之适应。结合多媒体进行辅助教学，既能节约成本又能保证安全。加工零件的精度也是由低到高的设计。从加工一个零件的部分结构，到加工简单的整个零件，再到加工较复杂的零件。教材还添加了工厂对零件加工的常见编程方式，加工参数也做了相关介绍，帮助学生将来能快速顺利适应工作。教材最后又收集了数控考级的相关试题和资料，以帮助学生顺利参加有劳动部门举办的等级考试。

四、合理使用教具，是上好《数控车削加工》课的重要环节。

学生在实践操作的过程中要使用到的教具就是数控车床以及相关的辅助工具如刀具、量具等。机械加工设备不仅要正确合理使用，更重要的是保养维护。笔者在从事数控车间管理以来，严格按使用要求進行维护保养。每次使用前后都要对设备进行认真检查，从不让设备带病工作。在设备长时间不用时通电运行一段时间，驱散潮气和防止零件的锈蚀。设备使用过程中的故障尽可能自己维修，既能保证不影响学生实习，又能巩固教师的专业水平。多年来，我管理的数控设备至今完好无损，甚至连精度都能达到保证。

五、灵活而富有特色的教学方法，是上好《数控车削加工》课的重要保证

数控车削加工的教学要有自己的特色。针对学生文化基础比较薄弱现实，在进行程序（理论）教学的时候注重结合简单实用的内容，及时利用现代化的教学资源多媒体进行教学。把学生带到多媒体仿真机房上课，对写出的程序首先在计算机上进行验证。

我们还把教室和车间融合在一起，学生一边学到的理论及时地就可到机床上进行操作，操作中遇到问题也可再回到教室进行解决。实习的内容也安排的比较合理，加工的零件难度有简单到复杂，加工工序也是有少到多，加工精度也是逐步提高。在材料使用上我们也做了合理安排，先用硬度小成本相对较低的尼龙材料，在学生熟练掌握了加工技术后我们就及时改用实际生产中常用的钢件做材料，使学生学习后能很好的与社会需要对接。

六、组织学生积极参加各级大赛，是对教学成果的提升。

为了进一步提高学生的学习热情，提升学校在数控加工方面的教学水平。2011年起，我们积极准备参加省内数控车削大赛，把在校培训的有一定基础的学生送到外地训练，然后赛前再回校强化训练。第一年我们就收获成果，数控车两名学生参赛就有一名学生获得全省大赛三等奖。 2013年我们又组织两名学生参赛，又有两人都获得了省赛二等奖。目前，我校正大规模组织学生参加校级、市级大赛，有效地促进数控课程的教育教学。

七、采取校企合作模式是进一步完善《数控车削加工》课程教学的重要举措。

我们在满足学生实习的前提下还把一部分设备组织起来成立了能对外加工的校办加工厂，工厂采用外包的模式。充分发挥校办实习工厂作用，进一步满足学生实习和技能训练的要求，有效的解决了机械专业实习消耗问题，真正意义上实现校企无缝对接。更为重要的是让学生以产品加工代课题训练，强化了学生的产品质量意识，增强了学生的就业岗位适应能力。学校还与其相应的指导教师签订责任状，明确学生在实习期间师傅应完成的人才培训目标。在实际训练中，师傅大胆的放手让学生参与产品生产，锻炼其产品加工的基础能力和质量意识，确保学生获取的知识和技能与市场“零距离”接触。

数控车削加工工艺浅析 篇11

数控车削加工主要包括工艺分析、程序编制、装刀、装工件、对刀、粗加工、半精加工、精加工。而数控车削的工艺分析是数控车削加工顺利完成的保障。数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。

其主要内容包括以下几个方面:1) 选择并确定零件的数控车削加工内容;2) 对零件图纸进行数控车削加工工艺分析;3) 工具、夹具的选择和调整设计;4) 切削用量选择;5) 工序、工步的设计;6) 加工轨迹的计算和优化;7) 编制数控加工工艺技术文件。

观察很多数控车的技术工人, 阅读了不少关于数控车削加工工艺的文章, 发现大部分的使用者采用选择并确定零件的数控车削加工内容、零件图分析、夹具和刀具的选择、切削用量选择、划分工序及拟定加工顺序、加工轨迹的计算和优化、编制数控加工工艺技术文件的顺序来进行工艺分析。

但是我分析了上述的顺序之后, 认为加工步骤可以调整。因为整个零件的工序、工步的设计是工艺分析这一环节中最重要的一部分内容。工序、工步的设计直接关系到能否加工出符合零件形位公差要求的零件。工序、工步的设计不合理将直接导致零件的形位公差达不到要求。换言之就是工序、工步的设计不合理直接导致产生次品。

2 分析原因

目前, 数控车床的使用者的操作水平非常高, 并且能够独立解决很多操作上的难题, 但是他们的理论水平不是很高, 这是造成工艺分析顺序不合理的主要原因。造成工艺分析顺序不合理的另一个原因是企业的工量具设备不足。

3 解决问题

其实分析了工艺分析顺序不合理的现象和原因之后, 解决问题就非常容易了。需要做的工作只是将对零件的分析顺序稍做调整就可以。

我认为合理的工艺分析步骤应该是:1) 选择并确定零件的数控车削加工内容;2) 对零件图纸进行数控车削加工工艺分析;3) 工序、工步的设计;4) 工具、夹具的选择和调整设计;5) 切削用量选择;6) 加工轨迹的计算和优化;7) 编制数控加工工艺技术文件。

3.1 零件图分析

零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性, 选择工艺基准。

1) 选择基准

零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点, 以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程, 又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。

2) 节点坐标计算

在手工编程时, 要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。

3) 精度和技术要求分析

对被加工零件的精度和技术进行分析, 是零件工艺性分析的重要内容, 只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上, 才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。

3.2 工序、工步的设计

1) 工序划分的原则

在数控车床上加工零件, 常用的工序的划分原则有两种。

(1) 保持精度原则。工序一般要求尽可能地集中, 粗、精加工通常会在一次装夹中全部完成。为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响, 则应将粗、精加工分开进行。

(2) 提高生产效率原则。为减少换刀次数, 节省换刀时间, 提高生产效率, 应将需要用同一把刀加工的加工部位都完成后, 再换另一把刀来加工其他部位, 同时应尽量减少空行程。

2) 确定加工顺序

制定加工顺序一般遵循下列原则。

(1) 先粗后精。按照粗车—半精车—精车的顺序进行, 逐步提高加工精度。

(2) 先近后远。离对刀点近的部位先加工, 离对刀点远的部位后加工, 以便缩短刀具移动距离, 减少空行程时间。此外, 先近后远车削还有利于保持坯件或半成品的刚性, 改善其切削条件。

(3) 内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件, 应先进行内外表面的粗加工, 后进行内外表面的精加工。

(4) 基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来, 定位基准的表面越精确, 装夹误差越小。

3.3 夹具和刀具的选择

1) 工件的装夹与定位

数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面, 尽量减少装夹次数, 以提高加工效率、保证加工精度。对于轴类零件, 通常以零件自身的外圆柱面作定位基准;对于套类零件, 则以内孔为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外, 还有多种通用性较好的专用夹具。实际操作时应合理选择。

2) 刀具选择

刀具的使用寿命除与刀具材料相关外, 还与刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大, 能承受的切削用量也越大。所以在零件形状允许的情况下, 采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命, 提高生产率的有效措施。数控车削常用的刀具一般分为3类, 即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。

3.4 切削用量选择

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S (或切削速度υ) 及进给速度F (或进给量f) 。

切削用量的选择原则, 合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要。确定数控车床的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求, 以及刀具的耐用度去选择。也可结合实际经验采用类比法来确定。一般的选择原则是:粗车时, 首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap;其次选择较大的进给量f;最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度υ。增大背吃刀量可减少走刀次数, 提高加工效率, 增大进给量有利于断屑。精车时, 应着重考虑如何保证加工质量, 并在此基础上尽量提高加工效率, 因此宜选用较小的背吃刀量和进给量, 尽可能地提高加工速度。主轴转速S (r/min) 可根据切削速度υ (mm/min) 由公式S=υ1000/πD (D为工件或刀/具直径mm) 计算得出, 也可以查表或根据实践经验确定。

4 结论

数控机床作为一种高效率的设备, 欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点, 除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外, 还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺, 以得到最优的加工方案。

参考文献

[1]周鹏.数控车削加工工艺性分析.消费导刊:理论版, 2009 (1) .