数控加工技术提高途径

数控加工快速提高途径

根据图纸加工好一个工件必须掌握以下基础知识

1、理解表面粗糙度知识

2、理解公差与配合知识

3、掌握机械制图知识

4、理解金属材料与热处理知识

5、掌握机床夹具知识

6、了解切削原理，及刀具材料知识

说明：目前图纸上常用的是Ra（GB1031-1983）日本图纸用三角记号，一些老图还在用GB1031-1968标记。

图纸上表示方法及意义：

二、材料硬度表：

知道图纸材料的硬度是我们选择刀具及切削用量的根据，所以要掌握。

普通机床能达到的粗糙度Ra0.8

高精密机床可以达到粗糙度Ra0.2

普通车床加工硬度HRC45以下，超硬加工HRC45以上HRC62以下。

一、刀具材料简介：

1、高速钢材料：所谓高速是相对于早期的碳素工具钢的切削情况而言的，红硬性和切削速度提高非常大。分为钼系、钨系和钴系高速钢系列。现在自己刃磨特殊结构的刀具还是使用这种材料。

2、硬质合金：现在应用最多的是硬质合金材料的刀具。从车刀、铣刀各种刀片到整体的钻头丝锥镗刀都可以获得。尤其在小直径刀具上，应用效果显著，比如镗孔深度可以比普通镗刀深，很小的丝锥和深径比较大得孔也需要硬质合金材料刀具加工。其特点是：硬度高、刚性好、耐磨性好。是由合金颗粒将钴作为烧结剂通过粉末烧结而获得。现在的粒度可以达到0.4μm，属超细颗粒（颗粒直径在1μm以下）。

3、涂层材料：

现在涂层技术主要通过气相沉积的方法。有两种实现方法：化学气相沉积和物理气相沉积。涂层厚度一般均为2-3μm，因此沉积后不会影响到刀具的精度。涂层有单一涂层和多层涂层。

现在常用涂层有：

TiN----金黄色，摩擦系数小，很高的抗月牙洼磨损性；一般用作最表层；

Al2O3---白色，耐酸、耐磨、高温硬度好，但韧性差；

TiC---黑色，硬度最高，耐磨性好，与硬质合金粘接性好。一般用作多层涂层的底层。

4、陶瓷和金属陶瓷

陶瓷以Al2O3为主要成份，具有耐磨、高温硬度高、粘结磨损小、抗氧化、切屑不易粘附等突出优点。缺点是韧性太差，所以在高精度有色金属加工方面应用多一些，在其他方面应用则一直受到限制。目前，已发展至第四代。

金属陶瓷是金属和陶瓷的复合材料。硬度介于硬质合金和陶瓷之间，但韧性大为改善。陶瓷加工制作比较困难，金属陶瓷的可加工性能有比较大的改善，可以制作比较合理的刀具结构。耐用度、抗氧化性、抗月牙洼磨损性能较好，但热传导率低，适合较高速加工。

5、聚晶立方氮化硼PCBN

聚晶立方氮化硼PCBN，它可以直接焊接在硬质合金的刀片上，所以有时被称为复合刀片。一般以刀片形式提供。其硬度仅次于金刚石，但它的优点在于可以加工黑色金属（HRC40-70），而金刚石因为与黑色金属具有亲和力而不能使用。其突出特点还有：高硬度、耐高温、高的耐磨性、摩擦系数低。PCBN使得高速切削、以车代磨、硬切削、超高速切削成为可能。但不适合软材料的加工（HRC35以下），加工中不能存在振动。我们目前所说的硬车加工用的就是此刀具。

6、金刚石 PCD

聚晶金刚石PCD耐磨性能非常好，可以加工有色金属、非金属和复合材料。高硅铝合金只能用这种材料刀具加工。因为与黑色金属具有亲和力，故不能加工黑色金属。

单晶天然金刚石：导热率高、摩擦系数低、钝圆半径可以很小、自然界最硬的材料，耐磨性高。是进行精密和超精密加工的必备刀具。但是，刃磨非常困难（各向异性），刀尖圆角（即钝圆半径）的测量是当前的一个难题。

厚膜金刚石：是一种涂层技术，但是沉积速度快，并且厚度较大。尤其消除了单晶金刚石的各向异性，而是各向同性，硬度与天然金刚石一样，所以刃磨不需要选择方向，但速度要慢许多。现在纳米金刚石技术正在研究，如果成功，将可以取代超精密加工中使用的天然金刚石。

二、精密加工的概念

所谓精密加工是指在一定发展时期中，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺；而超精密加工则是指加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工技术。现在我国一般认为，以1μm为界，在0.01mm～1μm间的精度称精密加工，而小于1μm的就称为超精密加工。精密加工表面粗糙度<0.2μm，超精密加工表面粗糙度<0.025μm。与一般机械加工最主要的区别就在于精度和表面质量的高低。

进入精密超精密的领域，零件表面质量的评价不仅仅是表面粗糙度了，而是用表面完整性的概念来替代它。表面完整性内容包括：表面的残余应力、细微裂纹、晶相组织的变化、细微硬度等。在加工方面，设备、刀具、计量、环境、工艺方法和普通的机械加工有很大的区别。

三、精密加工对机床的要求

1、控制方面，精密的伺服系统反馈装置，高效的运算速度，纳米插补等。

2、驱动方面：丝杠螺母结构不可能满足很高的加工精度的要求，超精密方面其实提出了许多新的概念，比如摩擦驱动、生物驱动。

3、结构材料：对材料的要求主要在两个方面，一个是要求热膨胀系数低，稳定性要好；第二个是抗振性好，振动衰减性优越。现在的趋势向非金属方面发展较快，设备上用的多的为花岗岩，性能比铸铁和钢要好很多。

4、机床结构采用热稳定性好的材料。

5、机床设计采用热稳定性对称结构。

6、热源尽可能移离机床。

7、采取恒温罩、恒温液、恒温室等保持恒温的方法。

8、尽量减少外部热源的影响，加工检测等全部自动化等。

四、精密加工对设备安装的要求

1、机床本体或基础件选用抗振性能好的材料或振动衰减性优越的材料。

2、机床、电动机等回转零件应严格动平衡以减小本身振动。

3、机床采用分离结构形式，即将电动机、油泵、冷却泵等与机床本体分离。

4、机床结构采用短传动和柔性连接。

5、机床安装点远离振源地带

6、最好有隔振沟，隔振地基，隔振空气，弹簧垫等。在超精密加工和测量环境中，对振动

应加以严格控制，应当远离振源。精度高的设备用弹簧将其支撑或悬挂起来。

在精密加工中，是不是有好的机床，好的刀具就能加工出合格的工件呢？

不是，这些只是能加工合格工件的基础。切削用量的选择，夹具的选择、切削液的选择、加工工艺的选择对精密加工起关键作用。

例如：薄壁工件易变形，夹具的选择是关键。

细长工件加工易弯曲，辅助支撑是关键。

软铝加工切削液选择是关键。

我们在加工工件时，选择转速S ，吃刀深度T 走刀F感到十分纠结，无从下手。下面我就此问题进行探讨。

机床转速的选择根据是什么呢？

1、根据是工件直径D ，和线速度V.

S=1000*V/πD

工件直D径好确定图纸上标注有，那么线速度V呢？

这个要根据工件的材料选择刀具，再根据刀具的材料选择线速度，一般刀具厂家都会推荐合适他们厂家刀具的线速度。

还有根据刀具材料可以查表。如下图

注意：由于工件直径小，计算出的转速远大于机床最高转速怎么办？这是应根据机床震动情及表面粗糙度情况选择机床能承受的最高速度。

通过上表我们可以看出线速度选择的范围很大，例如涂层硬质合金在加工易切低碳钢时选择范围是170～410那么到底如何选择呢？请遵循以下原则。

1、开始试加工时选择最低线速度。

2、根据刀具断屑槽的大小选择。断屑槽大选底线速度，反之选高线速度。

3、根据吃刀深度选择。吃刀深度大选择底线速度，反之选高线速度。

4、根据走刀速度选择。走刀速度大选择低线速度，反之选高线速度。

5、根据机床刚性选择。机床刚性底选择底线速度，反之选高线速度。

6、根据冷却液的性能。油性冷却液一般比水性冷却液线速度底些。

7、根据刀具刃部是否产生积屑瘤改变线速度高低。

8、根据工件表面质量改变线速度高低。

9、根据刀具磨损情况改变线速度高低。

10、根据工件形状选择。薄壁件、细长件、断续件、线速度要底一些。

11、根据机床夹具选择。

以上只是基本原则实际情况要比这复杂的多，要考虑很多因素例如：

从切削加工的效率考虑，提高切削速度可使金属切除率加大，有利于切削加工效率的提高，但刀具寿命缩短，换刀次数增加，停机时间增加，却使切削加工效率降低。另一方面，从加工成本考虑，提高切削速度可降低机床折旧、人员工资及管理费在单件成本中的比例，有利于加工成本的降低，但刀具寿命的缩短会增加刀具采购的费用、换刀的停机费用及刀具重磨所发生的设备、人工、管理等费用，又会使单件成本增加。因此，较合理的切削速度需要在掌握详细的工时和费用数据的基础上，通过对单件工时的计算及单件成本的计算而得到，其值将随具体的机床和刀具而变化。

如果机床很贵重，分摊给零件的每分钟费用就高，在单件成本中所占比例大，则在加工时宜采用较高的切削速度。

相对而言，如果刀具很贵重，或重磨的费用很高，或每次换刀调试时间比较长，则宜采用较低的切削速度，延长刀具的寿命。 一般情况下，应用可转位刀具比焊接刀具可采用较高的切削速度，并且加工成本也较低。 根据刀具失效的主要原因对切削速度加以调整。在出现打刀的情况下，需要降低切削深度和进给量，与此同时可适当提高切削速度，当以月牙洼、后刀面磨损或塑性变形为刀具失效的主因时，应降低切削速度。

当通过增加切削深度或进给量改善断屑时，要降低切削速度。

总之切削度选择要考虑的因素很多，要在实践中慢慢总结。

2 走刀速度F 的选择

粗加工时：走刀速度F 的选择根据机床功率刀具厂家推荐的走刀速度选择。 精加工时：走刀速度F 的选择一般根据工件表面粗糙度要求计算选择 2

计算方法： Rz 表面粗糙度 F 走刀量mm/rev R 刀尖半径

例如：图纸粗糙度Ra1.6 刀尖R=0.2计算走刀F 值 查表：Ra=1.6 查的 Rz=6.3

计算：

=0.1003 取整F=0.1mm/rev

请注意：由于刀具刀尖半径有误差，实际加工的工件表面粗糙度会有出入，不是加大刀尖

半径就可以过多的提高表面粗糙度，刀尖半径过大会引起切削力过大，从而引发机床震动反而会降低表明粗糙度。

影响表面粗糙的的原因：

1、 刀具因素：刀具锋利程度，刀尖半径大小，排屑方向等。

2、 机床因素：机床震动，运动的平稳性等。

3、 材料因素：沙眼、气泡等，热处理软硬不一。

4、 冷却液因素：杂质过多，粘稠、变质等。

5、 切削用量因素：余量过多、过少不均等。 3、吃刀深度T 的选择

1、 粗加工时根据工件余量考虑机床的刚性及功率因素取最大值。

2、 精加工考虑粗糙度取小值。

机床功率验算公式： P K W 所需动力（KW ）

V 线速度m/min

d 切深mm

f 走刀速度mm/rev K S 比切削阻力值

N 机械效率（0.7~0.8）

Rz=8X R

X 1000F 8X R F=1000

Rz

P KW

=

X

k s X v X d X f

计算举例：材料：45# 切深d=3.5mm 走刀f=0.3mm/rev 效率n=0.8 请问选主轴功率3.5Kw 的机床能加工吗？

查表45#属于中碳钢K S=210 查表线速度选V=120米/分（刀具硬质合金） 效率选n=0.8

= 210*120*3.5*0.3/6120*0.8=5.404Kw

计算结果大于机床主轴功率所以此机床不可以加工，要选 5.5Kw 的机床才可以。

若是机床不能改变，那么切深d 由3.5改为2.0计算结果是3.08Kw 小于3.5就可以了，但这样就要分两次走刀了节拍增加了。

说明：切削用量里面（V 、d 、f ）改变任何一项都可以改变切削所需功率可根据实际情况合理选择。

粗加工吃刀深度的选择除了考虑机床功率还要考虑一下原则： 1、夹具样式能否满足所需的加持力

2、工件形状样式刚性是否足够（如细长件远离加持端会让刀震动等）

3、刀具样式（镗孔刀、仿形刀、等都不可大切深）

以上都是基础知识的掌握下面就要根据图纸来练习如何运用以上知识了 1、读懂图纸的要求（粗糙度，形位公差、尺寸公差） 2、夹具选择 3、刀具选择

4、切削用量的选择

5、工艺分析

6、排刀图绘制

7、节拍计算

8、程序编制

9、试加工 10、检测

P KW

=

6120X n

k s X v X d X f

材料是直径53的棒料。

1、工艺分析：是先加工左边还是先加工右边？内孔是先加工还是后加

工？分序吗？

2、刀具选择。

3、切削用量的选择

4、夹具选择，及绘制。

5、排刀图绘制

6、节拍计算

7、程序编制

以上各自分析完成，根据你们完成的情况分析你对对机械加工的掌握情况，以便更好的指导你们的学习。