CNC加工中刀具的選擇與切削用量的確定

1、CNC加工中刀具的選擇與切削用量的確定新聞?wù)?選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機(jī)窗的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成為可能，特別是微機(jī)與數(shù)控機(jī)窗的聯(lián)接，使得設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全部愉捌算機(jī)上完成，一般不需要輸出專門的工藝文件?，F(xiàn)在，許多CAD/CAM軟件包選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機(jī)窗的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成為可能，特別是微機(jī)與數(shù)控機(jī)窗的聯(lián)接，使得設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及編程的整個

2、過程全部愉捌算機(jī)上完成，一般不需要輸出專門的工藝文件?，F(xiàn)在，許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問題，比如，刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設(shè)定等，編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機(jī)窗完成加工。因此，數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成的，這與普通機(jī)窗加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn)。本文對數(shù)控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進(jìn)行了探討，給出了若干原則和建議，并對應(yīng)該注意的問題進(jìn)行了討論。一、數(shù)控加工常用

3、刀具的種類及特點(diǎn)數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機(jī)窗高速、高效和自動化程度高的特點(diǎn)，一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)窗動力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：整體式；鑲嵌式，采用焊接或機(jī)夾式連接，機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；特殊型式，如復(fù)合式刀具，減震式刀具等。根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：高速鋼刀具；硬質(zhì)合金刀具；金剛石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：車削刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種；鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；鏜削刀具；銑削刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)窗對刀具耐用

4、、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用，在數(shù)量上達(dá)到整個數(shù)控刀具的30%40%，金屬切除量占總數(shù)的80%90%。數(shù)控刀具與普通機(jī)窗上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點(diǎn)：剛性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及熱變形??；互換性好，便于快速換刀；壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間；刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇?，以利于切屑的排除；系列化，?biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。二、數(shù)控加工刀具的選擇刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)窗的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選

5、擇總的原則是：安裝調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。在進(jìn)行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很能密，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于

6、球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。鑿壩工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進(jìn)行選刀和換刀動作。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便使鉆、鏜、擴(kuò)、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)刀具，迅速、準(zhǔn)確地裝到機(jī)窗主軸或刀庫上去。編程人員應(yīng)了解機(jī)窗上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用TSG工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄（三種規(guī)格

7、）和錐柄（四種規(guī)格）兩種，共包括16種不同用途的刀柄。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則：盡量減少刀具數(shù)量；一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位；粗精加工的刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；先銑后鉆；先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)窗的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。三、數(shù)控加工切削用量的確定合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、

8、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)窗說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。切削深度t。在機(jī)窗、工件和刀具剛度允許的情況下，t就等愉壩工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留一定的余量進(jìn)行精加工。數(shù)控機(jī)窗的精加工余量可略小于普通機(jī)窗。切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中，一般L的取值范圍為：L=（0.60.9）d。提高v也是提高生產(chǎn)率的一個措施，但v與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著v的增大，刀具耐用度急劇下降，故v的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關(guān)系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2Mo

9、VA時，v可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，v可選200m/min以上。主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度v來選定。計(jì)算公式為：式中，d為刀具或工件直徑（mm）。數(shù)控機(jī)窗的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)，可鑿壩工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。進(jìn)給速度vF 。vF應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。vF的增加也可以提高生產(chǎn)效率。加工表面粗糙度要求低時，vF可選擇得大些。鑿壩工過程中，vF也可通過機(jī)窗控制面板上的修調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。隨著數(shù)控機(jī)窗在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，

10、數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機(jī)交互狀態(tài)下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)窗的優(yōu)點(diǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。高速銑削冷卻方式的合理選擇新聞?wù)?隨著綠色制造技術(shù)在切削加工中的應(yīng)用，在高速銑削加工中采用壓縮空氣冷卻取代切削液冷卻已成為一種不錯的選擇。但是，對于具體的高速銑削加工任務(wù)，選用何種冷卻方式更為恰當(dāng)，則應(yīng)根據(jù)不同的加工目的和被加工材料仔細(xì)加以權(quán)衡，以獲得最佳的加工效果。以下是選擇冷卻方式時需要考慮的四個主要工藝因素。 （1）工件材料的硬隨著

11、綠色制造技術(shù)在切削加工中的應(yīng)用，在高速銑削加工中采用壓縮空氣冷卻取代切削液冷卻已成為一種不錯的選擇。但是，對于具體的高速銑削加工任務(wù)，選用何種冷卻方式更為恰當(dāng)，則應(yīng)根據(jù)不同的加工目的和被加工材料仔細(xì)加以權(quán)衡，以獲得最佳的加工效果。以下是選擇冷卻方式時需要考慮的四個主要工藝因素。（1）工件材料的硬度如果工件材料的硬度42HRC，選擇壓縮空氣冷卻通常可獲得更佳的效果。高速銑削高硬度材料的加工特點(diǎn)為：切削溫度很高；切屑在冷作硬化作用下會變得比母體材料更硬。切削此類材料時，如果采用切削液冷卻，可能會使刀具承受間歇性升溫冷卻造成的熱沖擊，溫度的劇烈變化容易引起硬質(zhì)合金切削刃碎裂。反之，如果采用壓縮空氣冷

12、卻，不僅可使刀具溫度保持恒定，而且可將切屑吹離切削區(qū)，避免因高硬度切屑的二次切削（re-cutting）作用對刀具造成損壞。（2）工件材料的種類如果工件材料的硬度42HRC，則應(yīng)根據(jù)工件材料的種類確定選用何種冷卻方式。在高速銑削粘性材料（如鋁、軟性不銹鋼等）時，通常需要選用切削液冷卻。切削液可對刀具起到潤滑作用，且可使切屑易于向上滑出容屑槽并與刀具后角分離。而在高速銑削大多數(shù)模具鋼（如P20，H13，S7，NAK55，D2等）時，壓縮空氣冷卻可能是正確的選擇。如果鑿壩工中發(fā)現(xiàn)工件材料與刀具發(fā)生粘連現(xiàn)象，則可能提示需要采用切削液；但也可能提示需要選用不同的刀具涂層。（3）刀具涂層氮碳化鈦（TiC

13、N）涂層和氮鋁鈦（TiAlN）涂層是高速銑削模具鋼時最常用的兩種刀具涂層。球頭銑刀在低于800sfm的切削速度下銑削硬度小于42HRC的工件材料（或圓銑刀在低于600sfm的切削速度下銑削相同材料）時，刀具采用TiCN涂層較為合適。如果被加工材料的硬度或切削速度高于上述切削參數(shù)范圍，則最好選用TiAlN涂層。TiCN涂層對切削液冷卻具有很好的適應(yīng)性。雖然切削溫度的劇烈變化仍有可能引起硬質(zhì)合金切削刃碎裂，但在上述切削參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行加工，一般不會產(chǎn)生足以引起熱沖擊危險的切削高溫。反之，高溫切削性能較好的TiAlN涂層不太適合切削液冷卻。這種涂層在進(jìn)行高溫切削時，可在涂層外表面形成一層堅(jiān)硬而光滑的氧

14、化鋁層，有助于提高刀具的切削性能。（事實(shí)上，美國Millstar公司開發(fā)的“Exalon”TiAlN涂層的高溫切削性能更為先進(jìn)，這種TiAlN涂層的外面又增加了一層固體潤滑層，可使切屑更易于沿著刀究削刃滑離。）石墨電極工件的銑削加工對刀具涂層的要求一般不太嚴(yán)格，選用TiAlN涂層或金剛石涂層均可。雖然這兩種涂層采用壓縮空氣冷卻即可獲得很好的切削效果，但許多加工車間仍然愿意使用切削液，這是因?yàn)榍邢饕河兄谇宄庸ぶ挟a(chǎn)生的粉塵。（4）表面光潔度要求用球頭銑刀進(jìn)行高速銑削時，為了獲得較高的工件表面光潔度，可能需要采用切削液冷卻。由于球頭銑刀端部的切削速度為零，采用切削液可起到很好的潤滑作用。當(dāng)用典型

15、的球頭銑刀進(jìn)行微進(jìn)給精銑加工時，位于銑刀端部低速切削區(qū)域的工件材料可能會卡在“橫刃（web）”內(nèi)。處于紅熱狀態(tài)的殘留材料被刀具拖曳著劃過工件，并可能熔焊在工件表面，從而破壞工件的表面光潔度。（為解決這一問題，某些具有球形輪廓的機(jī)夾刀片式銑刀，如美國Millstar公司的“Super Finisher”刀片，可通過改進(jìn)刀片的設(shè)計(jì)消除這種“橫刃”。）切削液通過對刀具和工件的潤滑作用，可以減小切屑熔焊現(xiàn)象的影響，獲得較高的表面光潔度?；谶@種考慮，即使在使用TiAlN涂層刀具的加工場合，也應(yīng)采用切削液冷卻方式。雖然刀具壽命可能因此而縮短，但有時為了達(dá)到表面光潔度要求，有必要犧牲部分刀具壽命。摘自工具

16、展望機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開始的。產(chǎn)品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取決于零件表面層的質(zhì)量。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的就是為了掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工過程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。一、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響一個剛加工好的摩擦副的兩個接觸表面之間，最初階段只在表面粗糙的的峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的峰部有非常大的單位應(yīng)力，使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴(yán)重

17、磨損。零件磨損一般可分為三個階段，初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲存，接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個最佳值，其值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時，初期磨損量遇大，表面粗糙度最佳值也加大。表面冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬化使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，這是因?yàn)檫^分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。（二）表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的

18、影響金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面和表面冷硬層下面，因此零件的表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度影響很大。表面粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞底能力就愈差。殘余應(yīng)力、冷作硬化對疲勞強(qiáng)度的影響余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表面層殘余應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生表面冷硬一般伴有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，可以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴(kuò)展，對提高疲勞強(qiáng)度有利。（三)表面質(zhì)量對耐蝕性的影響零件的耐蝕性在很大程度上取決于

19、表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多。抗蝕性就愈差。表面層的殘余拉應(yīng)力會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開裂。（四）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對愉頒隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。對于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過盈量減小，降低了配合件間的連接強(qiáng)度。二、影響表面粗糙度的因素（一）切削加工影響表面粗糙度的因素刀具幾何形狀的復(fù)映刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時，鑿壩工表面留下了切削層殘留面積，其形狀時刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓

20、弧半徑，均可減小殘留面積的高度。此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時的塑性變形程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。工件材料的性質(zhì)加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而鑿壩工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。切削用量（二）磨削加工影響表面粗糙度的因素正像切削加工時表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也時由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決

21、定的。影響磨削表面粗糙的主要因素有：砂輪的粒度砂輪的硬度砂輪的修整磨削速度冷卻潤滑液磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量三、影響加工表面層物理機(jī)械性能的因素在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性能的變化會很大。（一）表面層冷作硬化冷作硬化及其評定參數(shù)機(jī)械加工過程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會

22、使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或稱為強(qiáng)化)。表面層金屬強(qiáng)化的結(jié)果，會增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)也會發(fā)生變化。被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只有一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時間的長短和強(qiáng)化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過程中同時受到力和熱的作用，因此，加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。評定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)，即表層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h和硬化程度N。影響冷作硬化的主要因素切削刃鈍圓半徑增大，對表層金屬的擠壓作用增強(qiáng)，塑性變形加

23、劇，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。刀具后刀面磨損增大，后刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。切削速度增大，刀具與工件的作用時間縮短，使塑性變形擴(kuò)展深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大后，切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短樂，將使冷硬程度增加。進(jìn)給量遇大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強(qiáng)。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。（二）表面層材料金相組織變化當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度后，表層金屬的金相組織將會發(fā)生變化。磨削燒傷當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)

24、象稱為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時，可能產(chǎn)生以下三種燒傷：回火燒傷如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織(索氏體或托氏體)，這種燒傷稱為回火燒傷。淬火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織(索氏體或托氏體)，這種燒傷稱為淬火燒傷。退火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退

25、火燒傷。改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷由兩個途徑：一是盡可能地減少磨削熱地產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生地?zé)崃可賯魅牍ぜ?。正確選擇砂輪合理選擇切削用量改善冷卻條件（三）表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因切削時鑿壩工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，使表面金屬的比容加大由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬的比容增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。切削加工中，切削區(qū)會有大量的切削熱產(chǎn)生不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容如果表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化

26、必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要，因?yàn)樽罱K工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機(jī)器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。在交變載荷作用下，機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋，會因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。機(jī)械加工精度的概念概述1. 加工精度與加工誤差加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理

27、想幾何參數(shù)的符合程度。實(shí)際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。2.加工經(jīng)濟(jì)精度由于鑿壩工過程中有很多因素影響加工精度，所以同一種加工方法在不同的工作條件下所能達(dá)到的精度是不同的。任何一種加工方法，只要精心操作，細(xì)心調(diào)整，并選用合適的切削參數(shù)進(jìn)行加工，都能使加工精度得到較大的提高，但這樣會降低生產(chǎn)率，增加加工成本。加工誤差與加工成本C成反比關(guān)系。某種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度不應(yīng)理解為某一個確定值，而應(yīng)理解為一個范圍，在這個范圍內(nèi)都可以說是經(jīng)濟(jì)的。3. 原始誤差由機(jī)窗、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)(簡稱工藝

28、系統(tǒng))會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴(kuò)大、或縮小)反映為工件的加工誤差。工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測量誤差等。4.研究機(jī)械加工精度的方法a) 研究機(jī)械加工精度的方法分析計(jì)算法和統(tǒng)計(jì)分析法。b) 采用滑動軸承時主軸的徑向圓跳動二、工藝系統(tǒng)集合誤差1.機(jī)窗的幾何誤差加工中刀具相對于工件的成形運(yùn)動一般都是通過機(jī)窗完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)窗的精度。機(jī)窗制造誤差對工件加工精度影響較大

29、的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動鏈誤差。機(jī)窗的磨損將使機(jī)窗工作精度下降。主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)窗主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。譬如，在采用滑動軸承結(jié)構(gòu)為主軸的車窗上車削外圓時，切削力F的作用方向可認(rèn)為大體上時不變的，見右圖，在切削力F的作用下，

30、主軸頸以不同的部位和軸承內(nèi)徑的某一固定部位相接觸，此時主軸頸的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響則不大；在鏜窗上鏜孔時，由于切削力F的作用方向隨著主軸的回轉(zhuǎn)而回轉(zhuǎn)，在切削力F的作用下，主軸總是以其軸頸某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸，因此，軸承內(nèi)表面的圓度誤差對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大。圖中的d表示徑向跳動量。產(chǎn)生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。在車窗上加工外圓和內(nèi)孔時，主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，

31、但對加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉(zhuǎn)誤差對加工外圓和內(nèi)孔的影響不大，但對所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車螺紋時，主軸向回轉(zhuǎn)誤差可使被加工螺紋的導(dǎo)程產(chǎn)生周期性誤差。適當(dāng)提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對高速主軸部件進(jìn)行平衡，對滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊等，均可提高機(jī)窗主軸的回轉(zhuǎn)精度。導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌是機(jī)窗上確定竿氟窗部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)窗運(yùn)動的基準(zhǔn)。車窗導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)。臥式車窗導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差1將直接反映在被加工工件表面的法線方向（加工誤差的敏感方向）

32、上，對加工精度的影響最大。臥式車窗導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差2可引起被加工工件的形狀誤差和尺寸誤差。但2對加工精度的影響要比1小得多。由右圖2可知，若因2而使刀尖由a下降至b，不難推得工件半徑R的變化量。當(dāng)前后導(dǎo)軌存在平行度誤差(扭曲)時，刀架運(yùn)動時會產(chǎn)生擺動，刀尖的運(yùn)動軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差。由右圖可見，當(dāng)前后導(dǎo)軌有了扭曲誤差3之后，由幾何關(guān)系可求得y(H/B)3。一般車窗的H/B2/3，車窗前后導(dǎo)軌的平行度誤差對加工精度的影響很大。臥式車窗導(dǎo)軌直線度誤差臥式車窗導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差對加工精度的影響臥式車窗導(dǎo)軌扭曲對加工精度的影響除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和

33、安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)窗精度下降的主要原因之一。傳動鏈誤差傳動鏈誤差是指傳動鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g相對運(yùn)動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。工件鑿靶具中裝夾示意圖2.刀具的幾何誤差刀具誤差對加工精度的影響隨刀具種類的不同而不同。采用定尺寸刀具成形刀具展成刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度；而對一般刀具(如車刀等)，其制造誤差對工件加工精度無直接影響。任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均

34、可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時還可采用補(bǔ)償裝置對刀具尺寸磨損進(jìn)行自動補(bǔ)償。3.夾具的幾何誤差夾具的作用時使工件相當(dāng)于刀具和機(jī)窗具有正確的位置，因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別使位置精度)有很大影響。如右圖鉆窗夾具中，鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的距離誤差，影響工件孔a至底面B尺寸L的精度；鉆套軸心線f至夾具定位平面c間的平行度誤差，影響工件孔軸心線a至底面B的平行度；夾具定位平面c與夾具體底面d底的垂直度誤差，影響工件孔軸心線a與底面B間的尺寸精度和平行度；鉆套孔的直徑誤差亦將影響工件孔a至底面B的尺寸精度和平行度。三、定位誤差定位誤差是指一批工件采用調(diào)整法加工時因定位不正確而引

35、起的尺寸或位置的最大變動量。定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差造成。a) 零件圖b) 加工f面c) 加工g面方案d) 加工g面方案基準(zhǔn)不重合誤差分析示例1.基準(zhǔn)不重合誤差在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。在機(jī)窗上對工件進(jìn)行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))，如果所選用的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，就會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。基準(zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動量。圖示零件

36、，設(shè)e面已加工好，今在銑窗上用調(diào)整法加工f面和g面。鑿壩工f面時若選e面為定位基準(zhǔn)，則f面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)都是e面，基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，尺寸A的制造公差為TA。加工g面時，定位基準(zhǔn)有兩種不同的選擇方案，一種方案(方案)加工時選用f面作為定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，沒有基準(zhǔn)不重合誤差，尺寸B的制造公差為TB；但這種定位方式的夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾緊力的作用方向與銑削力方向相反，不夠合理，操作也不方便。另一種方案(方案)是選用e面作為定位基準(zhǔn)來加工g面，此時，工序尺寸C是直接得到的，尺寸B是間接得到的，由于定位基準(zhǔn)e與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)f不重合而給g面加工帶來的基準(zhǔn)不重合誤差等于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)f面相

37、對于定位基準(zhǔn)e面在尺寸B方向上的最大變動量TA。定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時所產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差，只有在采用調(diào)整法加工時才會產(chǎn)生，在試切法加工中不會產(chǎn)生。a) 孔和定位心軸不存鑿頒隙時b) 孔和定位心軸存鑿頒隙時由定位副制造不準(zhǔn)確引起的誤差2.定位副制造不準(zhǔn)確誤差工件鑿靶具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準(zhǔn)確，它們得實(shí)際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動。同時，工件上的定位基準(zhǔn)面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準(zhǔn)確誤差。右圖

38、所示工件的孔裝夾在水平放置的心軸上銑削平面，要求保證尺寸h，由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，故無基準(zhǔn)不重合誤差；但由于工件的定位基面(內(nèi)孔D)和夾具定位元件(心軸d1)皆有制造誤差，如果心軸制造得剛好為d1min，而工件得內(nèi)孔剛好為Dmax(如圖示)，當(dāng)工件在水平放置得心軸上定位時，工件內(nèi)孔與心軸在P點(diǎn)接觸，工件實(shí)際內(nèi)孔中心得最大下移量ab(Dmaxd1min)/2，ab就是定位副制造不準(zhǔn)確而引起的誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差的方向和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差a) 車細(xì)長軸b) 磨內(nèi)圓受力變形對工件精度的影

39、響1.基本概念機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，使工件的加工精度下降。如右圖a示，車細(xì)長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的軸出現(xiàn)中間粗兩頭細(xì)的情況；又如在內(nèi)圓磨窗上進(jìn)行切入式磨孔時，右圖b，由于內(nèi)圓磨頭軸比較細(xì)，磨削時因磨頭軸受力變形，而使工件孔呈錐形。垂直作用于工件加工表面(加工誤差敏感方向)的徑向切削分力Fy與工藝系統(tǒng)在該方向上的變形y之間的比值，稱為工藝系統(tǒng)剛度k系 k系=Fy/y式中的變形y不只是由徑向切削分力Fy所引起，垂直切削分力Fz與走刀方向切削分力Fx也會使工藝系統(tǒng)在y方向

40、產(chǎn)生變形，故y=yFx+yFy+yFz2.工件剛度工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機(jī)窗、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按澳料力學(xué)有關(guān)公式估算。3.刀具剛度外圓車刀鑿壩工表面法線(y)方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計(jì)。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按澳料力學(xué)有關(guān)公式估算。4.機(jī)窗部件剛度機(jī)窗部件剛度機(jī)窗部件由許多零件組成，機(jī)窗部件剛度迄今尚無合適的簡易計(jì)算方法，目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來扳定機(jī)窗部件剛度。分析實(shí)驗(yàn)曲線可知，機(jī)窗部件剛度具有以下特點(diǎn)：變形與載荷不成線性關(guān)

41、系；加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后愉壩載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸變形功；第一次卸載后，變形恢復(fù)盎到第一次加載的起點(diǎn)，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合，殘余變形才逐漸減小到零；機(jī)窗部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們按實(shí)體估算的要小。影響機(jī)窗部件剛度的因素結(jié)合面接觸變形的影響摩擦力的影響低剛度零件的影響間隙的影響5.工藝系統(tǒng)剛度及其對加工精度的影響在機(jī)械加工過程中，機(jī)窗、夾具、刀具和工件在切削力作用下，都將分別產(chǎn)生變形y機(jī)、y夾、y刀、y工，致使刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生加工

42、誤差。工藝系統(tǒng)剛度的倒數(shù)等于其各組成部分剛度的倒數(shù)和。工藝系統(tǒng)剛度對加工精度的影響主要有以下幾種情況：由于工藝系統(tǒng)剛度變化引起的誤差由于切削力變化引起的誤差毛坯形狀誤差的復(fù)映加工過程中，由于工件的加工余量發(fā)生變化工件材質(zhì)不均等因素引起的切削力變化，使工藝系統(tǒng)變形發(fā)生變化，從而產(chǎn)生加工誤差。若毛坯A有橢圓形狀誤差(如右圖)。讓刀具調(diào)整到圖上雙點(diǎn)劃線位置，由圖可知，在毛坯橢圓長軸方向上的背吃刀量為ap1，短軸方向沙國內(nèi)的背吃刀量為ap2。由于背吃刀量不同，切削力不同，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的讓刀變形也不同，對應(yīng)于ap1產(chǎn)生的讓刀為y1，對應(yīng)于ap2產(chǎn)生的讓刀為y2故加工出來的工件B仍然存在橢圓形狀誤差。由于

43、毛坯存在圓度誤差毛ap1-ap2，因而引起了工件的圓度誤差工y1-y2，且毛愈大，工愈大，這種現(xiàn)象稱為加工過程中的毛坯誤差復(fù)映現(xiàn)象。工與毛之比值稱為誤差復(fù)映系數(shù)，它是誤差復(fù)映程度的度量。尺寸誤差(包括尺寸分散)和形狀誤差都存在復(fù)映現(xiàn)象。如果我們知道了某加工工序的復(fù)映系數(shù)，就可以通過測量毛坯的誤差值來估算加工后工件的誤差值。由愉靶緊變形引起的誤差工件在裝夾過程中，如果工件剛度較低或夾緊力的方向和施力點(diǎn)選擇不當(dāng)，將引起工件變形，造成相應(yīng)的加工誤差。其它作用力的影響6.減小工藝系統(tǒng)受力變形的途徑由前面對工藝系統(tǒng)剛度的論述可知，若要減少工藝系統(tǒng)變形，就應(yīng)提高工藝系統(tǒng)剛度，減少切削力并壓縮它們的變動幅值。提高工藝系統(tǒng)剛度提高工件和刀具的剛度提高機(jī)窗剛度采用合理的裝夾方式和加工方式減小切削力及其變化合理地選擇刀具材料，增大前角和主偏角，對工件材料進(jìn)行合理的熱處理以改善材料地加工性能等，都可使切削力減小。五、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%70%。機(jī)窗、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。1.工藝系