零件的数控加工工艺分析

三．零件的数控加工工艺分析

（一）数控加工的基础知识

1．概述零件的数控加工过程

在数控机床上加工零件时，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化。先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具参数，再按数控机床规定采用的代码和程序格式，将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数(主轴转速、切削进给量、背吃刀量)以及辅助操作(换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关)等编制成数控加工程序，然后将程序输入到数控装置中，经数控装置分析处理后，发出指令控制机床进行自动加工。

数控车床工作过程：如图所示。数控车床工作大致分为下面几个步骤：

1）根据零件图要求的加工技术内容，进行数值计算、工艺处理和程序设计。

2）将数控程序按数控车床规定的程序格式编制出来，并以代码的形式完整记录在存储介质上，通过输入（手工、计算机传输等）方式，将加工程序的内容输送到数控装置。

3）由数控系统接收来的数控程序（NC代码），NC代码是由编程人员在CAM软件上生成或手工编制的，它是一个文本数据，表现比较直观，较容易地被编程人员直接理解，但却无法为软件直接利用。

4）根据X、Z等运动方向的电脉冲信号由伺服系统处理并驱动机床的运动结构（主轴电动机、进给电动机等）动作，使机床自动完成相应零件的加工。

2．切削加工必须具备的两种运动

1）主运动：主运动是切除工件多余金属层，形成工件新表面的必要运动。它是由机床提供的主要运动。主运动的特点是速度最高，消耗功率最多。切削加工中只有一个主运动，它可由工件完成，也可由刀具完成。如车削时工件的旋转运动、铣削和钻削时和钻头的旋转运动等都是主运动。

2）进给运动：进给运动是把切削金属层间断或连续投入切削的一种运动，与主运动相配合即可

不断切削金属层，获得所需的表面。进给运动的特点是速度小、消耗功率少。切削加工中进给运动可以是一个、两个或多个。它可以是连续的运动，如车削外圆时，

车刀平行于工件轴线的纵向运动；也可以是间断的运动，如刨削是工件或刀具的横向运动。

3．切削要素

4．金属切削过程的控制

5．切削用量及切削液的选择

（1）切削用量的确定

切削用量用来衡量切削运动量的大小。

在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。

1）切削速度vc

切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。单位为m/s或m/min.若主运动为旋转运动，切削速度一般为其最大的线速度。可按下式计算：

vc=πdn/1000m/s或m/min

式中：d—工件或刀具的直径，mm；

n—工件或刀具的转速，r/s或r/min。

若主运动为往复直线运动（如刨削、插削等），则常以其平均速度为切削速度，即：vc=2Lnr/1000m/s或m/min式中L—往复行程长度（mm）nr—主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s或str/min

2）进给量

刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行程，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以f表示，单位为mm/r或mm/st（图1-3）。

用多齿刀具（如铣刀、钻头等）加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以vf表示，单位为mm/s或mm/min。

刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量称每齿进给量，以fz 表示，单位为mm/z。

每齿进给量、进给量和进给速度之间有如下关系：

vf=fn=fzzn mm/s或mm/min

式中n—刀具或工件转速，r/s或r/min

z—刀具的齿数。

3）背吃刀量ap

在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量（图1-3）,单位mm。

车削时，可用下式计算：

dp=（dw-dm）/2mm式中dw—工件待加工表面（图1-4）直径（mm）；

dm—工件已加工表面直径（mm）。

（2）切削液的选择

首先要了解到油基和水基切削液的特性。一般来说，油基切削液的润滑性能好，而水基切削液冷却性能好，而乳化液即具有一定的润滑性和防锈性，又有一定的冷却性和清洗性，但是容易产生微生物而发生分解变质。

主要从下列几个方面考虑切削液的选择

1）根据工件材料选择

工件材料的可切削性对切削液的选择具有重要的意义。切削加工的具体情况和要求不同，切削加工的难易程度就不同。粗加工时，要求刀具的磨损慢和加工生产率高；精加工时，要求工件有高的精度和较小的表面粗糙度。

对于难加工的材料应选用活性高、含抗磨、极压添加剂的切削液；对于容易加工的材料则选用不含极压添加剂的切削液。

切削有色金属和轻金属时，切削力和切削温度都不高，可选用矿物油和高浓度乳化液。切削合金钢时，如果切削量较低、表面粗糙度要求较小（如拉削以及螺纹切削），此时需要优异润滑性能的切削液，可选用极压切削油和高浓度乳化液。切削铸铁与青铜等脆性材料时，切削中常形成崩碎切屑，容易随切削液到处流动，流入机床导轨之间造成部件损坏，可使用冷却和清洗性能好的低浓度乳化液。

2）根据工件方法选择

较高切削速度的粗加工中（例如：车削、铣削、钻削），要求切削液具有良好的冷却性能，这时应选用水基切削液以及低浓度乳化液。

在一些精密的高强度加工中（例如：拉削、攻丝、深孔钻削、齿轮加工），此时需要切削液具有优异的润滑性能，可选用极压切削油和高浓度乳化液。

a ．工具钢刀具：此类刀具的耐热温度在 200 — 300 o C ，耐热性能差，高温下会失去硬度，因此要求采用冷却性能好的切削液，以低浓度乳化液为宜。

b ．高速钢刀具：高速粗切削时，切削量大，产生大量的切削热，为避免工件烧伤而影响加工质量，应采用冷却性好的水基切削液；如果用高速钢刀具进行中、低速的精加工时，为减小刀具和工件的摩擦黏结，抑制切削瘤生成，提高加工精度，一般采取油基切削液或高浓度乳化液。

c ．硬质合金刀具：此类刀具熔点和硬度较高，化学和热稳定性较好，切削和耐磨性能比高速钢刀具要好的多。在一般的加工中可使用油基切削液。如果是重切削时，切削温度很高，容易极快磨损刀具，此时应使用流量充足的冷却润滑液，以 3% — 5% 的乳化液为宜（采用喷雾冷却，效果更好）。

d ．陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具：这些刀具硬度和耐磨性较高，切削时一般不使用切削液，有时也可使用水基切削液。

3）根据机床要求选择

选择切削液时，必须要考虑到机床结构是否适应。一般要按照机床说明书规定的切削液品种，如没有特殊理由不要轻易更改，以免导致机床损坏。

根据经济效益选择

选择切削液必须进行综合的经济分析，正确的评价切削液的经济效益。费用大致有：购买切削液的费用、切削液的管理费用、切削刀具的耗损费、生产效率的提高、切削液的使用周期、切削液的废弃处理费用等诸多方面。

在加工产品的总费用里，购买切削液的费用只占很小一部分，如果正确地选用了切削液而改善了产品质量和操作环境，提高了加工效率，延长刀具的耐用度，减少了切削液补充、管理的费用….. 从而带来显著的经济效益。如果选用不当，会产生相反的效果。所以需要进行综合的经济分析。

4）其他方面的考虑

如果选用了油基切削液，就需要强调防火安全性；如果选用了水基切削液，就应考虑切削液的排放问题，企业应具备废液处理设施和采取相应措施。