度越快,则插补精度越低,导致工件的轮廓形状精度越差。尤其在髙精度加工时这种影响非常明显, 5、强调刀具选择的重要性 复杂形面的加工编程通常采用自动编程方式,自动编程中必须先选定刀具再生成刀具中心运动 轨迹,因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说,若刀具预先选择不当,所编程序只能推倒重 来 6、数控加工工艺的特殊要求 (1)由于数控机床比普通机床的刚度高,所配的刀具也较好,因此在同等情况下,数控机床切削 用量比普通机床大,加工效率也较高 (2)数控机床的功能复合化程度越来越高,因此现代数控加工工艺的明显特点是工序相对集中, 表现为工序数目少,工序内容多,并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序,所以数控加工 的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂 (3)由于数控机床加工的零件比较复杂,因此在确定装夹方式和夹具设计时,要特别注意刀具与 夹具、工件的干涉问题 7、数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容 普通工艺中,划分工序、选择设备等重要内容对数控加工工艺来说属于已基本确定的内容,所以制 定数控加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析,关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹 复杂表面的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件,既是编程问题,当然也是数控加工工艺问题 这也是数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。 14数控加工与工艺技术的新发展 随着计算机技术突飞猛进的发展,数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就, 使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工技 术向着CIMS(计算机集成制造系统)方向发展 高速切削 受高生产率的驱使,高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。主要表现在 1、数控机床主轴高转速 作用:主轴高转速减少了切削力,也减少了切削深度,有利于克服机床振动,排屑率大大提高, 热量被切屑带走,故传入零件中的热量减低,热变形大大减小,提高了加工精度,也改善了加工面 粗糙度。因此,经过高速加工的工件一般不需要精加工 提高主轴转速的手段:采用电主轴(内装式主轴电动机),即主轴电动机的转子轴就是主轴部件 从而可将主轴转速大大提高 日本的超高速数控立式铣床:主轴最高转速达100,000min 2、工作台高快速移动和高进给速度 当今知名数控系统的进给率都有了大幅度的提高。目前的最高水平是 分辨率为1μm时:最大快速进给速度可达240m/min 当程序段设定进给长度大于lmm时:最大进给速度达80m/min (并且具有1.5g的加减速率)。 高精加 高精加工是高速加工技术与数控机床的广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要求在 0. plmm数量级,现在随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多,精整加工所需精度已 提高到0.1μm,加工精度进入了亚微米世界。 提高数控设备加工精度的方法: (1)提高机械设备的制造精度和装配精度 (2)减小数控系统的控制误差
度越快，则插补精度越低，导致工件的轮廓形状精度越差。尤其在高精度加工时这种影响非常明显。 5、强调刀具选择的重要性 复杂形面的加工编程通常采用自动编程方式，自动编程中必须先选定刀具再生成刀具中心运动 轨迹，因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说，若刀具预先选择不当，所编程序只能推倒重 来。 6、数控加工工艺的特殊要求 （1）由于数控机床比普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因此在同等情况下，数控机床切削 用量比普通机床大，加工效率也较高。 （2）数控机床的功能复合化程度越来越高，因此现代数控加工工艺的明显特点是工序相对集中， 表现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工 的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂。 （3）由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与 夹具、工件的干涉问题。 7、数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容 普通工艺中，划分工序、选择设备等重要内容对数控加工工艺来说属于已基本确定的内容，所以制 定数控加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。 复杂表面的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件，既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。 这也是数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。 1.4 数控加工与工艺技术的新发展 随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就， 使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工技 术向着 CIMS（计算机集成制造系统）方向发展。 高速切削 受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。主要表现在： 1、数控机床主轴高转速 作用：主轴高转速减少了切削力，也减少了切削深度，有利于克服机床振动，排屑率大大提高， 热量被切屑带走，故传入零件中的热量减低，热变形大大减小，提高了加工精度，也改善了加工面 粗糙度。因此，经过高速加工的工件一般不需要精加工。 提高主轴转速的手段：采用电主轴（内装式主轴电动机），即主轴电动机的转子轴就是主轴部件， 从而可将主轴转速大大提高。 日本的超高速数控立式铣床：主轴最高转速达 100,000r/min 2、工作台高快速移动和高进给速度 当今知名数控系统的进给率都有了大幅度的提高。目前的最高水平是 分辨率为 1μm 时： 最大快速进给速度可达 240m/min； 当程序段设定进给长度大于 1mm 时：最大进给速度达 80m/min （并且具有 1.5g 的加减速率）。 高精加工 高精加工是高速加工技术与数控机床的广泛应用结果。以前汽车零件的加工精度要求在 0.01mm 数量级，现在随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已 提高到 0.1μm ，加工精度进入了亚微米世界。 提高数控设备加工精度的方法： （1）提高机械设备的制造精度和装配精度 （2）减小数控系统的控制误差
提高数控系统的分辨率 以微小程序段实现连续进给 使CNC控制单位精细化 提高位置检测精度, 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制 (3)采用补偿技术:齿隙补偿、丝杆螺距误差补偿、刀具误差补偿、热变形误差补偿、空间误差 综合补偿等技术 (四)、新课小结: 1、由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床,使得数控加工具有加工自动化程度高、 精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点 2、随着计算机技术突飞猛进的发展,数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成 就,使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展 作业 1、数控加工工艺与普通加工工艺的区别在哪里,其特点是什么? 数控加工与工艺技术有哪些新发展动向? 3、实现高速切削有何优越性?如何实现数控机床主轴的高转速? 4、可以采用哪些方法实现高精加工?
提高数控系统的分辨率 以微小程序段实现连续进给 使 CNC 控制单位精细化 提高位置检测精度， 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制 （3）采用补偿技术：齿隙补偿、丝杆螺距误差补偿、刀具误差补偿、热变形误差补偿、空间误差 综合补偿等技术。 （四）、新课小结： 1、由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工具有加工自动化程度高、 精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。 2、随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成 就，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。 五、作业： 1、数控加工工艺与普通加工工艺的区别在哪里，其特点是什么？ 2、数控加工与工艺技术有哪些新发展动向？ 3、实现高速切削有何优越性？如何实现数控机床主轴的高转速？ 4、可以采用哪些方法实现高精加工？
课题三:数控刀具与应用( 标题:数控刀具概述 、教学目的 介绍并让学说懂得数控刀具的种类、要求与特点,数控刀具的材料、失效形式和可靠度分析, 为选用刀具作好知识的准备 、教学安排: (二)旧课复习内容 1、数控加工的概念 2、数控加工工艺过程 (二)新课教学知识点与重点、难点: 2.1数控刀具的类型与特点 数控刀具的分类(了解) 数控刀具的要求与特点(掌握)(中级数控车铣考证要求知识点) 22数控刀具的材料 数控刀具的材料(了解) 2.3数控刀具的失效形式及可靠性 数控刀具的失效形式、影响与对策(掌握)(中级数控车铣考证要求知识点) 数控刀具的可靠度(了解) (三)新课内容 2.1数控刀具的类型与特点 数控刀具的种类 (介绍、了解数控刀具的种类,以便选择先进、合适的数控刀具)(准备各式刀具) 1、从结构上可分为:整体式,镶嵌式,内冷式,减振式,机夹可转位刀具等。 2、从加工工艺上可分为:车刀,钻刀(钴头),镗刀,铣刀 3、数控“刀具”的发展趋势:由整体式工具系统冋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。 数控刀具的要求与特点 (让学生懂得数控刀具为什么要具备下述条件和特点,这是选择和评价刀具的依据) 1、要有很高的切削效率。提高切削速度致关重要,硬质合金刀具切削速度可达500-600m/min,陶 瓷刀具可达800-1000mmin 2、要有很高的精度和重复定位精度,一般3-5μ或者更高。 3、要有很高的可靠性和耐用度,是选择刀具的关键指标, 4、实现刀具尺寸的预调和快速换刀,缩短辅助时间提高加工效率 5、具有完善的模块式工具系统,储存必要的刀具以适应多品种零件的生产 6、建立完备的刀具管理系统,以便可靠、高效、有序的管理刀具系统 7、要有在线监控及尺寸补偿系统,监控加工过程中刀具的状态,提高加工可靠度 22数控刀具的材料 数控刀具的材料 (主要介绍材料的宏观力学性能,为选择刀具作知识准备 (学习刀具材料掌握其性能,以便依据工件材料、加工要求和机床等加工条件,选用先进、合适的 刀具) 1、高速钢( High speed steel),分W系和Mo系两大类,具有回火二次硬化功能高于淬火硬度又具 有较好的韧度,比普通工具钢耐磨、比硬质合金韧性高 2、硬质合金( Cemented carbide),分钨钴类(wC)、钨钛钴类(WC-TC)、钨钛钽(铌)钴类(WC
课题三：数控刀具与应用（一） 标题：数控刀具概述 03 一、教学目的： 介绍并让学说懂得数控刀具的种类、要求与特点，数控刀具的材料、失效形式和可靠度分析， 为选用刀具作好知识的准备。 二、教学安排： （二） 旧课复习内容： 1、数控加工的概念 ２、数控加工工艺过程 （二）新课教学知识点与重点、难点： 2.1 数控刀具的类型与特点 数控刀具的分类（了解） 数控刀具的要求与特点（掌握）（中级数控车铣考证要求知识点） 2.2 数控刀具的材料 数控刀具的材料（了解） 2.3 数控刀具的失效形式及可靠性 数控刀具的失效形式、影响与对策（掌握）（中级数控车铣考证要求知识点） 数控刀具的可靠度（了解） （三）新课内容： 2.1 数控刀具的类型与特点 数控刀具的种类 （介绍、了解数控刀具的种类，以便选择先进、合适的数控刀具）（准备各式刀具） １、从结构上可分为：整体式，镶嵌式，内冷式，减振式，机夹可转位刀具等。 ２、从加工工艺上可分为：车刀，钻刀（钻头），镗刀，铣刀。 ３、数控“刀具”的发展趋势：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。 数控刀具的要求与特点 （让学生懂得数控刀具为什么要具备下述条件和特点，这是选择和评价刀具的依据） １、要有很高的切削效率。提高切削速度致关重要，硬质合金刀具切削速度可达 500—600m/min,陶 瓷刀具可达 800—1000m/min ２、要有很高的精度和重复定位精度，一般 3—5µ或者更高。 ３、要有很高的可靠性和耐用度，是选择刀具的关键指标, ４、实现刀具尺寸的预调和快速换刀，缩短辅助时间提高加工效率 ５、具有完善的模块式工具系统，储存必要的刀具以适应多品种零件的生产 ６、建立完备的刀具管理系统，以便可靠、高效、有序的管理刀具系统 ７、要有在线监控及尺寸补偿系统，监控加工过程中刀具的状态，提高加工可靠度。 2.2 数控刀具的材料 数控刀具的材料 （主要介绍材料的宏观力学性能，为选择刀具作知识准备） （学习刀具材料掌握其性能，以便依据工件材料、加工要求和机床等加工条件，选用先进、合适的 刀具） １、高速钢（High speed steel）,分 W 系和 Mo 系两大类，具有回火二次硬化功能高于淬火硬度又具 有较好的韧度，比普通工具钢耐磨、比硬质合金韧性高。 ２、硬质合金（Cemented carbide）,分钨钴类（WC）、钨钛钴类（ＷC—TiC）、钨钛钽（铌）钴类（WC
TiC-TaC),按ISO标准分为 (1)K类,即国标YG,适合加工短切屑黑色金属(铸铁)和有色金属及非金属。 (2)P类,即国标YT,适合加工长切屑黑色金属(塑性好的材料低碳钢) 3)M类,即国标YW,综合性能好,既可加工铸铁又可加工钢材及有色金属 3、陶瓷( Ceramics),分为两大类,纯氧化铝类(白色陶瓷)和TiC添加类(黑色陶瓷),陶瓷特 耐高温,在2000度条件下,仍具有高的硬度,非常耐磨,但是,韧性很低,不能承受冲击,适用于 精加工和高速切削 4、立方碳化硼( Cubic boron nitride cBn),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 5、聚晶金刚石( Polymerize crystal diamond,PCD)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,硬度极髙,但是,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 23数控刀具的失效形式及可靠性 控刀具失效形式、原因、影响与控制失效对策 (结合实际,讲述数控刀具的各种主要失效形式、分析其原因、产生的影响、以及控制失效的办 法与对策) (结合实际,讲述数控刀具的各种主要失效形式、分析其原因、产生的影响、以及控制失效的办法 与对策) 失效失效 刀具失效 形式理念 的原因 产生的影响 控制失效方法 与对策 后刀面磨机械应力导1,刀具材料硬度不足降低加工尺寸精1、选用耐磨刀具材料 致摩擦磨损|2.后角偏小 度 2、降低切削速度 3切削速度过高 3、加大进给量 4进给量过大 4、增大后角 前刀面磨 1刀具材料硬度足影响排屑 1、1、降低切削速度 摩檫和扩散2切削速度过高降低主切削韧强2、2、降低进给量 导致前刀面3进给量过大 度 3、3、选用涂层硬质 磨损 4切屑与前刀面损 金刀具材料 5.发热区域扩散 边界磨损主切削韧上1.工件材料表面硬化影响切屑流向1、1、降低切削速度 的边界磨损2.锯齿状切屑 导致崩刃 2、2、降低进给量 3、3、选用耐摸刀剧 增大前角 屑瘤粘附堆积在1工件材料塑性太大1、1、引起振|1、1、改善工件材料 主切削刃旁2中速切削(5-50) 动导致崩刃 的切削加工性 的前刀面上mmin 2、2、降低表2、2、选用亲和力小 的工件材料3切削热 面质量 的涂层硬质合金和 的微粒 3、3、降低尺陶瓷刀具材料 寸精度3、3、使用合适的冷 却液
－TiC－TaC），按 ISO 标准分为 （１）Ｋ类，即国标 YG，适合加工短切屑黑色金属（铸铁）和有色金属及非金属。 （２）Ｐ类，即国标 YT，适合加工长切屑黑色金属（塑性好的材料低碳钢） （３）Ｍ类，即国标 YW，综合性能好，既可加工铸铁又可加工钢材及有色金属 ３、陶瓷（Ceramics），分为两大类，纯氧化铝类（白色陶瓷）和 TiC 添加类（黑色陶瓷），陶瓷特 耐高温，在 2000 度条件下，仍具有高的硬度，非常耐磨，但是，韧性很低，不能承受冲击，适用于 精加工和高速切削 ４、立方碳化硼（Cubic boron nitride ,CBN），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。 ５、聚晶金刚石（Polymerize crystal diamond,PCD）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，硬度极高，但是，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。 2.3 数控刀具的失效形式及可靠性 控刀具失效形式、原因、影响与控制失效对策 （结合实际，讲述数控刀具的各种主要失效形式、分析其原因、产生的影响、以及控制失效的办 法与对策） （结合实际，讲述数控刀具的各种主要失效形式、分析其原因、产生的影响、以及控制失效的办法 与对策） 失效 形式 失效 理念 刀具失效 的原因 产生的影响 控制失效方法 与对策 后刀面磨 损 机械应力导 致摩擦磨损 1.刀具材料硬度不足 2.后角偏小 3.切削速度过高 4.进给量过大 降低加工尺寸精 度 1、选用耐磨刀具材料 2、降低切削速度 3、加大进给量 4、增大后角 前刀面磨 损 摩檫和扩散 导致前刀面 磨损 1.刀具材料硬度足 2.切削速度过高 3.进给量过大 4.切屑与前刀面损 5.发热区域扩散 影响排屑 降低主切削韧强 度 1、 1、 降低切削速度 2、 2、 降低进给量 3、 3、 选用涂层硬质 合金刀具材料 边界磨损 主切削韧上 的边界磨损 1.工件材料表面硬化 2.锯齿状切屑 影响切屑流向 导致崩刃 1、 1、 降低切削速度 2、 2、 降低进给量 3、 3、 选用耐摸刀剧 材料 4、 4、 增大前角 积屑瘤 粘附堆积在 主切削刃旁 的前刀面上 的工件材料 的微粒 1.工件材料塑性太大 2.中速切削（5-50） m/min 3.切削热 1、 1、 引起振 动导致崩刃 2、 2、 降低表 面质量 3、 3、 降低尺 寸精度 1、 1、 改善工件材料 的切削加工性 2、 2、 选用亲和力小 的涂层硬质合金和 陶瓷刀具材料 3、 3、 使用合适的冷 却液
刃口剥落切削刃上出 降低加工表面质1、1、选用强度高的 现小缺口排屑不畅所致 刀具材料 降低尺寸精度2、2、改善刀具几何 崩刃 切削刃大片切削应力过大 切削不能进行1、1、选用强度刃度 崩落 刃口强度不足 高的刀具材料 刀具材料强度与韧度 2、2、降低切削负荷 3、3、适当减小前 热裂纹切削热不均进给量过大被吃刀量降低工件加工表选用合适的冷却方式 匀导致 过大 面质量 降低进给量 降低被吃刀量 刀具可靠性分析 1、刀具可靠性:在规定的切削条件和时间内完成额定工作的能力(具有统计特征和随机特征 2、刀具耐用度:在规定的条件和时间内完成额定工作的概率 R(t)+F(t)=1 3、靠耐用度:tr是指刀具能达到规定的可靠度r时的耐用度 即R(tr)=r则t=R"(t) 多齿刀具可靠度Rz(t)=R(tz因一齿损坏则刀具损坏,因此可靠度比单齿低 现行刀具的可靠度评价以长期生产经验为依据 (四)、新课小结 1、数控“刀具”的发展趋势: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。 数控刀具的要求与特点 五、作业 1、数控刀具的材料有那些?分别按硬度和韧性分析其性能。 2、分析刀具失效的主要形式及产生的原因和对策
刃口剥落 切削刃上出 现小缺口 排屑不畅所致 降低加工表面质 量 降低尺寸精度 1、 1、 选用强度高的 刀具材料 2、 2、 改善刀具几何 角度 崩刃 切削刃大片 崩落 切削应力过大 刃口强度不足 刀具材料强度与韧度 不足 切削不能进行 1、 1、 选用强度刃度 高的刀具材料 2、 2、 降低切削负荷 3、 3、 适当减小前、 后角 热裂纹 切削热不均 匀导致 进给量过大被吃刀量 过大 降低工件加工表 面质量 选用合适的冷却方式 降低进给量 降低被吃刀量 刀具可靠性分析 1、刀具可靠性：在规定的切削条件和时间内完成额定工作的能力（具有统计特征和随机特征） 2、刀具耐用度：在规定的条件和时间内完成额定工作的概率 R（t）+F(t)=1 3、靠耐用度：tr 是指刀具能达到规定的可靠度 r 时的耐用度 即 R(tr)=r 则 tr=R¯¹(t) 多齿刀具可靠度 Rｚ(t)=[R(t)]ｚ 因一齿损坏则刀具损坏，因此可靠度比单齿低。 现行刀具的可靠度评价以长期生产经验为依据。 （四）、新课小结： 1、数控“刀具”的发展趋势：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。 2、数控刀具的要求与特点 五、作业： １、数控刀具的材料有那些？分别按硬度和韧性分析其性能。 ２、分析刀具失效的主要形式及产生的原因和对策