数控工艺员考试 教案讲解.docx

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数控工艺员考试教案讲解

第二章刀具材料

2-1刀具材料应具备的性能

一、硬度和耐磨性HRC60以上

二、强度和韧性

三、耐热性

碳素工具钢红硬性约3000C，高速钢约6000C，硬质合金8000C，

四、良好的工艺性

如锻造、焊接、热处理、磨削

2-2高速钢

一、普通高速钢

1、钨系普通高速钢W18Cr4v

2、钨钼系普通高速钢W6Mo5Cr4V2

二、高性能高速钢

1、高碳高速钢0.9%~1.05%

2、高钒高速钢

3、钴高速钢M42

4、铝高速钢

三、粉末冶金高速钢

四、高速钢的表面处理

2-3、硬质合金

一、硬质合金的种类与选用

1、钨钴类硬质合金（YG）YG8：

CO8%，WC92%

YG类硬质合金不适合加工钢料，因为用YG类硬质合金刀具切削时的温度约为6400C时，就会与钢发生粘结，使刀具产生粘结磨损，刀具耐用度下降

YG8：

刨刀

YG6X：

特殊的硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜、硬的耐磨的绝缘材料

YG10H：

高强度钢、耐热合金

2、钨钛类硬质合金（YT）：

WC+TIC+CO

YT5—5TiC%、CO10%、WC85%。

900-10000C，适合加工钢料。

但不适合加工含钛的不锈钢，

3、钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）

WC+TaC+NbC+CO适合加工冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工也可用于高锰钢、淬硬钢等的半精加工和精加工

4、钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）

WC+TIC+TaC+NbC+CO适用于钢、铸铁、有色金属进行粗、精加工，通用性好

5、碳化钛基硬合金（YN）

TiC+Ni+Mo——耐热1100~13000C、切削速度300~350m/min适用于对钢材、铸铁的精加工、半精加工、甚至间断切削是通用性能最好的刀具材料。

但对高碳合金钢、耐热合金、硬度高于HB300的硬质材料，均不宜采用YN类硬质合金。

二、涂层硬质合金的选用

5~12μm，涂层材料为晶粒极细的TiC、TiN、Al2O3

2.4、其它刀具材料或超硬度刀具材料

一、陶瓷

1、高纯度用陶瓷材料Al2O3+Mgo

2、复合氧化铝陶瓷Al2O++Ni+Mo

3、复合氮化硅陶瓷Si3N4+TiC+Co

二、金刚石

三、立方氮化硼

第三章金属切削的基本规律

§3-1切削变形

一、切削方式

1、直角切削：

Kr=900、λs=0、γ0切削刃的长度大于切削宽度aw

2、斜角切削

3、普通切削

二、切削变形概述

（一）、切屑的基本形态

1、带状切屑

切屑呈连续状、与前刀接触的底层光滑、背面呈毛茸状。

在显微镜下可观察到剪切面条纹。

一般在加工塑性材料（钢、铝）、采用较大的前角、小的切削厚度、高的切削速度时，会形成此类切屑。

带状切屑是在正常条件下，最常见的切屑形态。

2、挤裂状切屑

切屑背面呈锯齿形、内表面有时有裂纹。

其因是：

切削层变形和加工硬化大，使某一局部的应力达到材料的强度极限的结果，加工塑性材料、采用小的前角、大的切削厚度和小的切削速度时会形成此类切屑。

3、单元状切屑

切削塑性材料很大的材料，如铅、退火铝、紫铜时，容易在前刀面上形成粘结不易流出，产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成很大的变形，使材料很大的变形单元，而形成此类切屑。

4、崩碎状切屑

切削脆性材料，如铸铁、黄铜等时，形成片状或粒状切屑。

以铸铁为例，由于铸铁中含有石墨，强度较低。

当刀具切入时，在切削刃附近的铁素体未经充分塑性变形，就沿石墨边界处产生裂纹而断裂，形成不规则的崩碎状切屑。

工件材料硬度愈硬，刀具前角愈小，愈容易形成此类切屑。

§3-3切削温度

一、切削热

1、切削的产生：

Q=9.81*CFzapf0.75V0.85kFz

2、切削热的传散

产生的切削热传散到切屑、刀具、工件和周围的介质中去。

车削时，其各自的比例大体为：

切屑50%--86%，刀具10%--40%，工件3%--9%，介质（如空气）1%。

二、切削温度

切削温度一般是指切屑与前切面接触区域的平均温度。

§3-3刀具磨损

一、刀具磨损形态

1、前刀面的磨损

2、后刀的磨损

3、前后刀面的磨损

二、刀具磨损的原因

（一）、机械作用的磨损

（二）热—化学作用的磨损

1、粘结磨损

2、扩散磨损

3、氧化磨损或化学磨损

4、相变磨损

（三）、刀具耐用度

若用YT15刀具切削

=0.637GPar的碳钢时，

T（刀具耐用度）=

可见：

V对T的影响最大，f次之，ap而最小。

这一点与切削用量对切削温度的影响规律相同。

（四）、影响切削温度的因素

1、工件材料

2、切削用量：

在选择切削用量时，为使切削温度低：

应选用大的切削深度ap、较小的进给量和低的切削速度V。

第四章提高金属切削效益的途径

4-1、改善工件切削材料的切削加工性

一、衡量切削加工性的指标

1.工件材料的加工性，除主要决定于材料自身的化学成分、金相组织、机械物理性质外，还与切削条件和对切削过程的要求有关。

2.衡量工件加工性的指标包括：

1）刀具耐用度或在一定耐用度下允许的切削速度；

2）切削力；

3）表面粗糙度，或表面质量；

3.相对加工性用Kr表示Kr=V60/V060→大于1，可加工性好；或小于1可加工性不好。

二、改善材料可切削性的途径

1.材料中加入少量的添加剂Sn+黄铜

2.进行适当的热处理：

正火、退火、调质

三、几种难加工材料的切削加工性

1.高锰钢的切削加工性

2.不锈钢的切削加工性

对不锈钢切削应采取的措施

1）对马氏体不锈钢进行调质，对奥氏体不锈钢在850—950摄氏度退火。

2）在刀具方面，采用YG类硬质合金刀具材料。

以减少粘结；采用大前角250—300，以减少加工硬化；采用较小主偏角xr,以增强刀具的传热能力。

3）在切削用量方面，为减少粘结现象，可采用较高或较低的切削速度。

4-2、合理选择切削液

合理选用切削液，可以改善切削时摩擦面间的摩擦状况，降低切削温度，减少刀具磨损，抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高加工表面的质量。

一、切削液的作用

1.润滑作用

2.冷却作用

3.清洗与防锈作用

二、切削液中的添加剂

1.油性剂

降低油与金属的表面张力，使切削油能很快地渗透到切削区，并形成物理吸附膜，减少切屑、刀具、工件间的摩擦。

2.极压添加剂

可以在高温时与金属表面起化学反应，而生成硫化铁等化学吸附膜，可以防止金属界面完全直接接触，保持润滑，减少摩擦。

3.乳化剂（表面活性剂）

4.防锈剂

形成金属表面保护层，达到防锈作用

三、切削液的种类和选用

切削液可分为：

水溶液、乳化液、切削油三大类

4-3、刀具合理几何参数的选择

刀具的几何参数除刀具的几何角度外，还包括前刀面形式和切削刃形状等。

一、前角及前刀面型式的选择

1、前角

刀具前角大小主要和三方面因素有关

1）工件材料

加工塑性材料时应选择大的前角，加工脆性材料时应选择较小的前角。

2）刀具材料

抗弯强度和冲击韧性较大的刀具材料，如高速钢，选择较大的前角。

反之，如硬质合金钢的选小的前角。

3）加工性质

粗加工时选用较小的前角，精加工时选用较大的前角。

2、前刀面型式

1）正前角平面型

多用于切削脆性材料、精加工刀具、成型刀具和多刃刀具

2）正前角平面带倒棱型

倒棱可以提高切削刃的强度和增大传热能力，对于硬质合金刀，这时采用大的前角可以改善刀具切削性能。

3）正前角曲面带倒棱型

他可以增大前角，并且起到卷屑的作用。

多用于粗加工和半精加工。

4）负前角单面型和负前角双面型

切削高强度、高硬度材料时，采用负前角可以使硬质合金刀具承受较大的压应力。

3、卷屑槽与切屑控制

前刀面磨出卷屑槽可以使切屑卷曲，这样卷曲的切削就不容易绕在工件和刀具上，并且可以控制切屑按一定的规律排出或折断，这种措施称为切屑控制。

1）切屑的卷曲

为使切屑卷曲，需要在前刀面磨出卷屑槽，其型式有三种：

a）全圆弧型：

主要用于切削高塑性材料

b）直线圆弧型：

切削碳钢及合金钢

c）直线型：

切削碳钢及合金钢

2）切屑的折断

二、后角的选择

三、主、副偏角及过度刃的选择

1.主偏角

为减小切削量，主偏角选大值

为降低切削温度、提高刀具耐用度，主偏角选小值

2.负偏角

3.过度刃

过度刃能增加刀尖强度和散热能力、减少刀具磨损、提高刀具耐用度。

四、斜角切削与刃倾角的选择

1.斜角切削

1）切屑流出方向和流出角

斜角切削时，刃倾角=切屑流出角

2）有效前角

2.刃倾角λ

刃倾角主要起四个作用

1）控制切屑流向

当λ=0时，切屑垂直于切屑刃流出

当λ<0时，切屑向以加工表面流出

当λ>0时，切屑向待加工表面流出

2）控制切屑刃切入时首先与工件接触的位置

当λ<0时，首先与工件接触的是切削刃上离刀尖较远的点，可以起到保护刀尖的作用

当λ>0时，刀尖首先接触工件，可能引起崩刀

当λ=0时，整个切削刃与工件同时接触，冲击力大

3）控制切屑刃在切入和切出时的平稳性

有刃倾角可以使刀具与工件接触时切削力逐渐增加和逐渐减少，故切削过程平稳。

4）控制切深抗力和进给抗力的比值

五、典型车刀合理几何参数的综合分析

4-4、切削用量的合理选择与优化

一、切削加工的经济性

1.最大生产率

2.最低成本

3.最高利润

二、切削用量最优化

三、切削用量的选择

通常切削用量的选择按照切削用量手册，以及已给定的刀具的材料、类型、几何参数、耐用度等按照以下步骤选取：

1.粗加工切削用量选择

1）切削深度

在保留半精加工余量的前提下，尽量将粗加工一次切削完。

当余量过大或系统刚性太差时可二次切削。

2）进给量

当切削深度已经确定，粗车时进给量主要根据工件材料，刀杆尺寸、工件直径和切削深度选取。

3）切削速度和机床主轴转速

4）校验机床功率

2.半精、精加工切削用量选择

1）切削深度

半精、精加工的切削余量较小，其切削深度通常都是一次走刀切除全部余量。

2）进给量

为了保证表面粗糙度，进给量不能太大。

3）切削速度和机床主轴转速

半精、精加工时，一般不可校验机床功率。

钢的热处理分类

1）退火：

退火是指钢件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。

2）正火：

正火的将钢加热到A3或Acm以上300~500，经保温后从炉中取出置于空气中冷却的热处理工艺。

3）淬火：

淬火是的将钢加热到A3或A1以上300~500，经保温一段时间后，在水或油中迅速冷却下来，以获得高硬度的的热处理工艺。

4）回火：

工件淬火后，其性能硬而脆，并存在着由于冷却过快而造成的内应力，会引起工件变形和开裂。

经回火后，能降低脆性，降低内应力，使淬火组织趋于平稳，使工件获得适当的硬度和满意的综合力学性能。

5）调质：

淬火加高温回火，＞5000

金属材料　

常用金属材料的分类、性能、成分

（1）金属材料的分类

碳素钢

金属材料

钢铁

（黑色金属）

第六章钻削与孔加工刀具

1、麻花钻：

有高速钢和硬质合金。

精度IT11－IT12，表面粗糙度Rｚ100－50μm。

2、扩孔钻：

精度IT11－IT10，表面粗糙度Ra6.3－3.2μm。

3、锪钻

4、铰刀：

精度IT5－IT6，表面粗糙度Ra1.6－0.8μm。

1）直径公差：

铰刀直径公差的选取，直接影响铰孔后的尺寸精度、铰刀制造成本与使用寿命。

2）齿数：

一般为4－12齿。

齿数多、则导向性好、切削厚度薄、铰孔质量高。

但齿数过多，会降低刀齿强度和减少容屑空间。

铰刀齿数通常根据直径和工件材料的性质选取。

直径大取较多齿数；加工韧性材料取较少齿数，加工脆性材料取较多齿数。

为了测量方便，齿数取偶数。

3）齿槽：

直线齿背、制造简单，一般用于直径为1－20ｍｍ的铰刀。

圆弧齿背、容屑和强度较好。

一般用于直径为大于20ｍｍ的铰刀。

4）几何角度：

主偏角Kｒ机用150，脆性材料30－50，盲孔450。

前角γ0通常为0，粗铰时、韧性材料

后角α0通常为60－100。

刃倾角λS一般为00，韧性材料磨出150－250。

第七章铣削与铣刀

铣削是使用多齿旋转刀具铣刀进行切削的一种加工方法。

铣削时由于同时切削齿数多，并能采用较高的切削速度，因而生产力比较高

。

逆铣顺铣

逆铣与顺铣削方式

铣削方式

逆铣

顺铣

定义

铣刀旋转方向与工件进给方向相反

相同

特点

1、切屑由薄变厚

由厚变薄

2、水平力FH与进给方向相反

方向相同

3、垂直力FV向上

FV向下

逆铣时，切削厚度由零逐渐增大，由于铣刀刀齿具有刃口钝圆半径γβ，使刀齿要产生一段“滑行”才能切入工件，结果使已加工表面产生硬化，表面粗糙度值变大，铣刀磨损增大。

顺铣时，切削厚度由厚变薄，无“滑行”现象，加工表面粗糙度值小，铣刀磨损也小。

同时，垂直力FV向下作用，将工件压向工作台，避免铣削时的上下振动。

但PH力与进给方向一致，由于铣床工作台进给机构丝杠－螺母副间存在有间隙，在铣削力变动的过程中，由于FH的作用，可能使工作台带动丝杠发生空窜动，而影响铣刀的耐用度，甚至打刀。

因此，当要采用顺铣时，机床进给机构必须具有削除间隙机构。

第十二章　砂轮与磨削

1、烧伤：

磨削时，在工件表面有时会出现各种带色斑点，把这种现象称为烧伤。

2、磨粒溃落：

当采用较低硬度的砂轮、磨粒碎裂和脱落急剧发生，被磨削工件的尺寸和表面很快变坏。

但对重磨削或难加工材料来说，由于砂轮的，使磨削过程容易进行。

3、自砺作用：

磨粒变钝后，磨削力的作用下脱落，露出新的锋利的磨粒的过程叫做自砺作用。