数控数控机床刀具的选用及加工工艺和数控技术的发展方向.doc

1、25西安交通大学继续教育学院毕业论文目录摘要.1前言.3第一章 数控概述51.1.数控机床简介51.2.数控机床特点51.3.数控机床的组成51.4.数控机床发展趋势6第二章 数控刀具的选用9第三章 数控加工及工艺分析17 3.1.数控加工工艺概念173.2.数控加工工艺过程173.3.数控加工工艺内容173.4.工序与工布的划分17第四章 数控机床的技术发展19结 论21致 谢23参考文献2525 摘 要数控技术是先进制造技术的基础，它是综合应用了计算机、自动控制、电气传动、自动检测、精密机械制造和管理信息等技术而发展起来的高新科技。作为数控加工的主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品。数

2、控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。本文主要讨论数控车床的概述，数控机床刀具的选用及加工工艺和数控技术的发展方向。主要内容有关于数控机床的概述、数控机床的特点及组成和数控机床的发展趋势，数控机床刀具的特点及其选择、零件加工工艺分析过程及内容、工序及工步的划分以及数控机床的发展等。关键字：数控技术，机床，刀具，加工工艺前 言毕业设计（论文）是学生在导师指导下，就其某一学术课题在实验性、理论性或观察上具有新的科学研究成果或创新见解和知识的科学记录；或是某种已知原理应用于实际中取得新进展的科学

3、总结。毕业设计（论文）应能表明确已较好地掌握了本专业的基础理论、专门知识和基本技能，并具有从事科学研究工作 或者担负专门技术工作的能力。现代制造技术的发展及数控加工设备的广泛使用，极大地推动了切削技术的进步。随着生产加工过程数控化和自动化的需要，对金属切削刀具提出了高可靠度、高精度、长寿命、快速转位更换、断屑良好等更高要求。自80年代以来，可转位不重磨刀具已被各国广泛应用，但是可转位不重磨刀片及刀具CAD/CAM 技术的应用和发展，使刀具结构设计及切削部分的形状种类变得十分繁多，给机械加工和刀具设计人员合理选择刀具带来一定困难。同时，刀片型号的增加也给刀片采购和销售带来不便，为用户快速、高效及

4、正确选择刀具增加困难。为使企业对市场需求迅速做出响应，在切削加工中，快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。根据不同加工特征，自动选择所需刀具对实现高度自动化切削加工或无人加工具有十分重要的意义。第一章、数控概述1.1. 数控机床简介数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。数控机床种类繁多，由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具

5、有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。1.2.数控机床特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：1、加工精度高，具有稳定的加工质量；2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；4、机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）；5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。1.3.数控机床的组成数控机床一般由下列几个部分组成：1、主机，

6、他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。2、数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3、驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。4、辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、

7、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。5、编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。1.4.数控机床发展趋势高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在以下方面。1、机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工

8、机床发展正呈现多样化的态势。2、智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。3、机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔

9、性生产线已经开始应用。4、精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.05m左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05m左右，形状精度可达0.01m左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001m）。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。5、功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展

10、，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。 第二章、数控刀具的选用2.1 数控机床刀具的特点数控机床刀具的特点是标准化、系列化、规格化、模块化和通用化。为了达到高效、多能、快换、经济的目的，对数控机床使用的刀具有如下要求：（1）具有较高的强度、较好的刚度和抗振性能；（2）高精度、高可靠性和较强的适应性；（3）能够满足高切削速度和大进给量的要求；（4）刀具耐磨性及刀具的使用寿命长，刀具材料和切削参数与被加工件材料之间要适宜；（5）刀片与刀柄要通用化、规格化、系列化

11、、标准化，相对主轴要有较高位置精度，转位、拆装时要求重复定位精度高，安装调整方便。2.2 金属切削刀具的主要角度.从属切削刀具的种类繁多，但它们的切削部分都可以近似地用外圆车刀的切削部分来描述。确定刀具角度的正交平面参考系和车削刀具几何角度如图所示。图 正交平面参考系图 车削刀具几何角度车刀的五个基本角度：（1）前角o：是前刀面切削平面之间的夹角，表示前刀面的倾斜程度。（2）后角o：是主后刀面与切削平面之间的夹角，表示主后刀面倾斜的程度。（3）主偏角：是主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；（4）副偏角：是副切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角；（5）刃倾角0：是主切削刃与基面之

12、间的夹角。刀具主要角度的选择原则：前角。增大前角，切屑易流出，可使切削力减少，切削很轻快。但前角过大，刀刃强度降低。后角。增大后角可减少刀具后刀面与工件之间的摩擦。但后角过大，刀刃强度降低。主偏角。在切削深度和进给量不变的情况下，增大主偏角，可使切削力沿工件轴向力加大，径向力减小，有利于加工细长轴并减小振动。刃倾角。增大刃倾角有利于承受冲击。刃倾角为正值时，切屑向待加工方向流动；刃倾角为负值时，切屑向已加工面方向流动。通常，精车时取04；粗加工时取105。2.3 刀具常用材料刀具切削部分的材料应具备如下性能：高的硬度，足够的强度和韧性，高的耐磨性，高的耐热性，良好的加工工艺性。刀具材料：高速钢

13、(俗称白钢刀条)，硬质合金，陶瓷，立方氮化硼(CBN)，聚晶金刚石(PCD)。数控机床上常用高速钢刀具和硬质合金刀具。材料越硬就越脆，越耐磨，在使用时需要高速平稳，防止冲击和振动。碳素工具钢和合金工具钢的红硬性较差，已很少使用。2.3.1高速钢高合金工具钢，具有良好的工艺性，能制成复杂的刀具。高速钢刀具使用前需要使用者自行刃磨，因此，适合于特殊需要的非标准刀具。2.3.2 硬质合金比高速钢硬得多。允许的切削速度比高速钢高410倍，切削速度可达100m/min以上。国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：K类、P类、和M类，类似于国家标准中的YG类、YT类、和Y

14、W类。根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中组号数字越大，其耐磨性越低、韧性越高，因此，组号数字越大，可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。从另一个方面讲，组号数字越小，硬度越高，韧性越差，适用于精加工；反之，组号数字越大，适用于粗加工。硬质合金的常见类型：1.钨钴类钨钴类（WC+Co）硬质合金由碳化钨和钴组成。ISO标准代号是K类，常用牌号有国内代号为YG。常用牌号有YG3、YG6、YG8等。适合加工短切屑黑色金属（铸铁），有色金属以及非金属。2.钨钛钴类钨钛钴类（WC+TiC+Co）硬质合金由碳化钨、碳化钛和钴组成。ISO标准代号是P

15、类，国内代号为YT。常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30等。适合加工长切屑黑色金属（塑性好的材料低碳钢），常用于加工钢材。我们经常使用YT15。3.钨钛钴钽（铌）类钨钛钴钽（铌）类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）硬质合金由碳化钨、碳化钛、碳化钽（碳化铌）和钴组成。ISO标准代号是M类，国内代号为YW。常用牌号有YW1、YW2等。综合性能好，既可加工铸铁又可加工钢材及有色金属，常用于不锈钢。K、P、M类合金切削用量的选择规律K类K01K10K20K30K40P类P01P05P10P15P20P25P30P40P50M类M10M20M30M40进给量背吃刀量切削速度2.3.3 陶瓷

16、陶瓷特耐高温，在2000度条件下，仍具有高的硬度，非常耐磨，耐磨性是硬质合金的5倍，但是，韧性很低，不能承受冲击，适用于精加工和高速切削。2.3.4 立方氮化硼有极好的耐磨性，极高的热稳定性和优良的化学稳定性。是在高温、高压条件下人工合成的新型刀具材料，其性能与金刚石相似，能高速切削淬火钢和耐热钢，是高速切削的首选刀具材料。立方氮化硼刀具适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。2.3.5 聚晶金刚石即人工合成的金刚石，是在高温、高压下合成的新型刀具材料。硬度很高，耐磨性好(硬质合金的6080倍)，有

17、锋利的刀刃。缺点是耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。它与铁系材料有很强的亲和力，易使碳元素扩散而磨损，只适用于加工有色金属、非金属如陶瓷等极硬的材料。因此，金刚石刀具主要用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料，能实现超精密微量加工和镜面加工。在以车代磨加工淬火钢时，可用陶瓷、立方氮化硼刀具；加工有色金属和非金属材料，砂轮修磨时，可用聚晶金刚石刀片。2.3.6 表面涂层材料涂层材料是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。高速钢基体涂层刀具耐用度可提高210倍，硬质合金基体刀具提高13倍。加工材料硬度愈高，涂层效果愈好。在刀具寿命相同

18、的前提下，可提高切削速度25%30%。涂层刀具经过钝化处理，切削刃锋利程度减小，不适合进给量很小的精密切削。2.4 数控机床刀具分类按照刀具材料可分为：高速钢刀具，硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀具和金刚石刀具。按照刀具结构可分为：整体式，焊接式，机夹式(可转位和不转位)，内冷式和减振式。按照切削工艺分为：车削刀具，孔加工刀具（如钻头，丝锥和镗刀等），铣削刀具等。按照数控工具系统的发展可分为：由整体式工具系统向模块式工具系统发展。有利于提高劳动生产率，提高加工效率，提高产品质量。标准化数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。2.5 数控机床刀具的选择2.5.1

19、 选择刀具时应考虑的因素（1）被加工工件的材料类别（黑色金属，有色金属或合金）；（2）工件毛坯的成形方法（铸造，锻造，型材等）；（3）切削加工工艺方法（车，铣，钻，扩，铰，镗，粗加工，半精加工，精加工等）；（4）工件的结构与几何形状，精度，加工余量以及刀具能承受的切削用量等因素；（5）其他因数包括生产条件和生产类型。2.5.2 刀具的选择1.刀具的选择原则（1）尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸提高刀具的强度和刚度，减小刀具振动；（2）选择较大主偏角（大于75，接近90）；粗加工时选用负刃倾角刀具，精加工时选用正刃倾角刀具；（3）精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径；（4）尽可能

20、选择标准化、系统化刀具；（5）选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。2.选择车削刀具的考虑要点数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金等。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀、端面车刀、外螺纹刀、切断刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。首先根据加工内容确定刀具类型，根据工件轮廓形状和走刀方向来选择刀片形状(如图所示)。主要考虑主偏角，副偏角(刀尖角)和刀尖半径值。可转位刀片的选择：(1)刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石。(2)刀片尺寸选择：有效切削刃长度、主偏角

21、等。(3)刀片形状选择：依据表面形状、切削方式、刀具寿命等。(4)刀片的刀尖半径选择1)粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖半径值。2)精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖半径值。第三章 数控加工及工艺分析3.1.数控加工工艺概念数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程中。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。3.2.数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。3.3

22、.数控加工工艺内容1、选择并确定进行数控加工的内容。2、对零件图样进行数控加工工艺分析。3、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定。4、数控加工工艺方案的制定。5、工步、进给路线的确定。6、选择数控机床的类型。7、刀具、夹具、量具的选择和设计。8、切削参数的确定。9、加工程序的编写、校验与修改。10、首件试切加工与现场问题处理。3.4.工序与工布的划分3.4.1.工序的划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据图样，考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加工工作。若不能，则应决定其中那一部分在数控机床上加工，那一部分在其他机床上完成。一般工

23、序划分有以下几种方式： 1、按零件装卡定位方式划分工序：由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。2、按粗、精加工划分工序：根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。3、按所用刀具划分工序：为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次

24、装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法。3.4.2.工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。1、同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。2、对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。3、按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工生产率。

25、总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。第四章、数控机床的技术发展机械设备最早的控制装置是手动控制器。目前，继电器接触器控制仍然是我国机械设备最基本的电气控制形式之一。到了20世纪奶年代至50年代，出现了交磁放大机电动机控制，这是一种闭环反馈系统，系统的控制精度和快速性都有了提高。20世纪60年代出现了晶体管晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统不仅调运性能大为改善，而且减少了机械设备和占地面积，耗电少，效率局，完全取代了交磁放大机电动机控制系统。在20世纪的60年代出现丁一种能够根据需要方便地改变控制程序，结构简单、价格低廉的自动化装置顺序控制器

26、。随着大规模集成电路和微处理器技术的发展及应用，在20世纪70年代出现了一种以微处理器为核心的新型工业控制器可编程序控制器。这种器件完全能够适应恶劣的工业环境，由于它具备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前已作为一种标准化通用设备普通应用于工业控制。随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，井进一步推动了数控系统的发展，产生了自动编程系统、计算机数控系统、计算机群控系统和天性制造系统。计算机集成制造系统及计算机辅助设计、制造一体化是机械制造一体化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。 综上所述，机械设备控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术相互渗透的结果。它代

27、表了正在形成中的新一代的生产技术，已显示出并将越来越显示出强大的威力。生产技术的发展对产品性能要求越来越高，产品改型频繁，采用多品种小批量生产方式的企业越来越多，这就要求数控机床向高速化、高招度化、复合化、系统化、智能化发展。结 论通过这次毕业设计，使我对大学书本上所学的数控知识有了一次全面的综合了解，例如：数控技术概术、刀具的选择及工艺分析等，这些对今后工作都有很大的帮助。 根据加工内容要求、加工条件合理选择切削刀具是加工工艺的重要内容之一。合理选择刀具可考虑以下几点:根据加工结构合理选用刀型;根据加工对象和加工特点选择刀具材料;选择合理的刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效

28、途径。数控加工具有高速、高效和自动化程度高等特点，数控刀具逐渐系列化、标准化和通用化，数控刀具大量采用机夹可转位刀具。我们应熟悉可转位车刀的型号，熟练掌握可转位刀具的组装和刀片转位更换操作。我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！数控技术是未来制造业不可缺少的一部分，将在经济发展与社会进步的今天发挥重要作用，作为跨世纪的新一代，我们有理由相信，我国机械制造业会更加辉煌,祖国的明天也会更加美好。 致 谢三年的大学生活即将结束，

29、我们无法从容的挥手告别，因为我们心中充满依恋和怀念。时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。 三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语

30、致以最崇高的敬意。还要感谢我的朋友及同学，在最后的毕业论文时从百忙只中抽出的时间给予我的的帮助，滴水之恩没齿难忘；他们的帮助更是一种精神上的支持，让我今后的生活和工作中更加充满自信，在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜所有人对我的殷殷期望！还有，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢！在此，对老师表示我最真诚的尊敬和最诚挚的感谢，并向本文所参考的文献的作者们表示我们最真诚的谢意。在通过这次毕业设计，并结合自己的实践，我们把以前所学的知识都综合起来，感觉提高了很多，为以后从事技术工作打下良好的基础。最后，再一次由衷的祝愿各位老师和同学们在本文的完

31、成过程中所给予的极大鼓舞和支持。祝愿老师和同学们身体健康，工作顺利。共同祝愿母校明天更美好！ 参考文献1张超英,数控机床加工工艺、编程及操作实训,北京；高等教育出版社，2003，92王洪，数控加工程序编制，北京；机械工业出版社，2003.6 3董兆伟，数控机床编程技术，北京；机械工业出版社，2009.94胡占齐， 杨莉主编.机床数控技术.北京；机械工业出版社，20025王润孝， 秦现生主编.机床数控原理与系统.西安；西北工业大学出版社，20036卢小平.数控加工与编程.西安；电子科技大学出版社，19997古文生，数控机床及应用，北京；电子工业出版社，2002.38吴明有，数控机床加工技术，东南大学出版社，2011.5文档来源网络，版权归原作者。如有侵权，请告知，我看到会立刻处理。