机械设计制造及自动化毕业设计-1.8万字论数控的发展.docx

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1、郑州信息科技职业学院毕业论文题目：论数控的发展姓名：李闪闪教育层次：专科学号：223001077专业：机械设计与制造指导教师程改兰引言现代数控技术集机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础，它的发展和应用，开创了制造业的新时代，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段，它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计；数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CADCA

2、MsFMS.CIMS等，都是建立在数控技术之上。数控技术是国际商业贸易的重要构成，发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的重要出口产品，世界贸易额逐年增加。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。因此数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化是当今制造业的发展方向，机械制造的竞争其实质是数控的竞争。摘要世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了

3、发展初期，正处于重化工业发展中期。未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程关键词：历史机床刀具发展趋势AbstractAsthe

4、worldsmanufacturingindustryshifts,Chinaisgraduallybecomingtheworldsprocessingplant.TheUnitedStates,Germany,SouthKoreaandothercountrieshaveenteredtheeraofhigh-techintensiveindustrializationandtheeraofmicro-electronics,andheavyindustriessuchassteel,machineryandchemicalindustryaregraduallymovingtodevel

5、opingcountries.Chinascurrenteconomicdevelopmenthaspassedtheinitialstageofdevelopmentzisinthemiddleofthedevelopmentofheavychemicalindustry.Thenext10yearswillbethebestperiodforthedevelopmentofChinasmachineryindustry.ThedevelopmentperiodofheavychemicalindustryintheUnitedStatesandGermanylastedmorethan18

6、years,andthedevelopmentperiodofheavychemicalindustryintheUnitedStates,GermanyandSouthKorealastedanaverageof12years.WeestimatethatthedevelopmentperiodofChinasheavychemicalindustrywilllastatleast10yearsuntil2015.Therefore,inthenext10yearszwiththeadvancementofChinasheavyandchemicalindustryprocess,thesc

7、aleofChineseenterprises,producttechnology,qualityandsoonW川begreatlyimproved,domesticmachineryproductsenhancetheinternationalcompetitiveness,graduallyreplaceimports,andaccelerateexports.Atpresent,themiddlepartsofthemachineryindustry,suchasshipping,railway,containerandcontainercranemanufacturing,haveb

8、enefitedfromtheinternationalindustrialtransfer,andwillcontinuetobenefit;Powerplantequipment,constructionmachinery,bedsandsoonW川benefitfromindustrialtransferandacceleratetheexportprocessKeywords:historymachinetooltldevelopmenttrend数控的历史数控(英文名字：NumericalControl简称:NC)技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控

9、制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(ComPUterNumericalControl),简称CNC1国外一般都称为CNC,很少再用NC这个概念了。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机

10、械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术(ComPUterNUmeriCalControl),目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。车、钱、包k磨、键、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，

11、数控的意思就是数字控制。给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铳床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铳、锋、钻的功能。我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。数控机床的分类按加工工艺方法分类1、金属切削类数控机床与传统的车、铳、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铳床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。在普

12、通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铳、锋、钻加工中心，它是在数控铳床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铳、锋、钻、扩、较以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。2、特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数

13、控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。3、板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。按控制运动轨迹分类1、点位控制数控机床位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标键床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。2、直线控制数控机床

14、直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铳床，有三个坐标轴，可用于平面的铳削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻锋加工，它也可算是一种直线控制数控机床。数控镀铳床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。3、轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的

15、控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移,将工件加工成要求的轮廓形状。常用的数控车床、数控铳床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。按驱动装置的特点分类1、开环控制数控机床这类控

16、制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。

17、开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。2、闭环控制数控机床接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控制电路

18、，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。3、半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来

19、实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。4、混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制,机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式：（1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的

20、直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。（2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件（如测速发电机），B是角度测量元件，C是直线位移测量元件。数控机床运动坐标的电气控制数控机床一个运动坐标的电气控制由电流（转矩）控制环、速度控制环和位置控制环串联组成。（1）电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。（2）速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是

21、比例积分（PD调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统（导轨、传动机构）的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。（3）位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终

22、影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作：一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲mm,数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm,则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配.二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了KV值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并

23、非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式：Kv=v式中V坐标运行速度，m/min跟踪误差，mm注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。例如，坐标运行速度的单位是m/min,则Kv值单位为m/(mmmin),若V的单位为mms,则Kv的单位应为三/(mms)o其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以KV值最低的坐标轴为准。位置反馈(参见上节“位置测量”)有三种情况：一种是没有位置测量元件，为位置开环控制即无位置反馈，步进电机驱动一般即为开环；一种是半闭环控制，即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上，也就是说

24、还有部分传动环节在位置闭环控制之外，这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度，加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后，可以得到很高的位置控制精度；第三种是全闭环控制，即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上，理论上这种控制的位置精度情况最好，但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低，如若不然，则会严重影响两坐标的动态精度，而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题，千万不可轻视。(4)前馈控制与反馈相反，它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路，其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数

25、机床没有设此功能，故本文不详述，只是要注意，前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。数控机床的伺服系统数控机床一般由NC控制系统、伺服驱动系统和反馈检测系统3部分组成。数控机床对位置系统要求的伺服性能包括：定位速度和轮廓切削进给速度；定位精度和轮廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说，总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，机床移动部件会迅速反应。下面就位置控制系统影响数控机床加工要求的几个方面进行论述。1加工精度精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度

26、上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。可以说，数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。位移检测系统能够测量的最小位移量称做分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。在设计数控机床、尤其是高精度或大中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制

27、系统必须有高精度的检测元件作为保证。例如，数控机床中常用的直线感应同步器的精度已可达0.OOOInInb即0.1Nm,灵敏度为0.05即1,重复精度0.2Mm；而圆型感应同步器的精度可达0.5N,灵敏度的05度重复精度0.1N。2开环放大倍数在典型的二阶系统中，阻尼系数x=l2(KT)-1/2,速度稳态误差e()=1/K,其中K为开环放大倍数，工程上多称作开环增益。显然，系统的开环放大倍数是影响伺服系统的静态、动态指标的重要参数之一。一般情况下，数控机床伺服机构的放大倍数取为2030(lS).通常把K20的系统称为高放大倍数或硬伺服系统，应用于轮廓加工系统。假若为了不影响加工零件的表面粗糙度和

28、精度，希望阶跃响应不产生振荡,即要求是取值大一些，开环放大倍数K就小一些；若从系统的快速性出发，希望X选择小一些，即希望开环放大倍数增加些，同时K值的增大对系统的稳态精度也能有所提高。因此，对K值的选取是必需综合考虑的问题。换句话说,并非系统的放大倍数愈高愈好。当输入速度突变时，高放大倍数可能导致输出剧烈的变动，机械装置要受到较大的冲击，有的还可能引起系统的稳定性问题。这是因为在高阶系统中系统稳定性对K值有取值范围的要求。低放大倍数系统也有一定的优点，例如系统调整比较容易，结构简单，对扰动不敏感，加工的表面粗糙度好。3提高可靠性数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大

29、，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。平均故障(失效)间隔时间(MTBF)是指发生故障经修理或更换零件还能继续工作的可修复设备或系统，从一次故障到下一次故障的平均时间，数控机床常用它作为可靠性的定量指标。由于数控装置采用微机后，其可靠性大大提高，所以伺服系统的可靠性就相对突出。它的故障主要来自伺服元件及机械传

30、动部分。数控加工刀具的种类数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度;提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能;有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和像铳刀具系统。1、从结构上可分为整体式镶嵌式可分为焊接式和机夹式C机夹式根据刀体结构不同，分为可转位和不转位；减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的

31、振动，提高加工精度，多采用此类刀具；内冷式切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部；特殊型式如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。2、从制造所采用的材料上可分为高速钢刀具高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。硬质合金刀具硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。硬质合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。硬质合金刀片按国际标准分为三大类：P类，M类，K类。P类一一适于加工钢、长屑可锻铸铁（相当于我国的Y

32、T类）M类一一适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高铸钢、合金铸铁等（相当于我国的YW类）M-S类适于加工耐热合金和钛合金K类一一适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于我国的YG类）K-N类一一适于加工铝、非铁合金K-H类一一适于加工淬硬材料陶瓷刀具立方氮化硼刀具;金刚石3、从切削工艺上可分为车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断等。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、涂层硬质合金以及高速钢。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻

33、头、键刀、丝锥等）。机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。常规车削刀具为长条形方刀体或圆柱刀杆。方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定C圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定C它们与机床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的。在模块化车削工具系统中，刀盘的联接以齿条式柄体联接为多，而刀头与刀体的联接是“插入快换式系统”。它既可以用于外圆车削又可用于内孔锋削，也适用于车削中心的自动换刀系统。数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。钻削刀具分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、较孔等。钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数

34、控镣铳床和加工中心。因此它的结构和联接形式有多种。有直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹联接、模块式联接（圆锥或圆柱联接）等多种。锋削刀具分粗锋、精镂等刀具。键刀从结构上可分为整体式镶刀柄、模块式键刀柄和键头类。从加工工艺要求上可分为粗镣刀和精锤刀。铳削刀具分面铳、立铳、三面刃铳等刀具。面铳刀（也叫端铳刀）面铳刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铳刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40C。立铳刀立铳刀是数控机床上用得最多的一种铳刀。立铳刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬

35、质合金是铳刀工作部分的常用材料。模具铳刀模具铳刀由立铳刀发展而成，可分为圆锥形立铳刀、圆柱形球头立铳刀和圆锥形球头立铳刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铳刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。键槽铳刀鼓形铳刀成形铳刀4、特殊型刀具特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。（一）刀具的选用与其使用刀具的选用与其使用条件，式件材料和尺寸，断屑及刀具和刀片的生产供应等许多因素有关。如选用适当不但能使机床发挥出应有的效率，同时能提高加工质量，降

36、低生产成本。而且，刀具的结构形式有时对工艺方案的拟定也起着决定性影响，因此必须慎重对待，综合考虑。一般选择原则如下：为了提高刀具的耐用度和可靠性。应尽量选用各种高性能，高效率，长寿命的刀具材料制成的刀具，如使用各种超硬材料人造聚晶金刚石，金刚石压层刀片，立方氮化硼cNB,cNB硬质合金复合片等，高性能复合陶瓷，涂层刀具,硬质合金层压刀片是一种耐磨性，强度及冲击韧性等综合性能较好的硬质合金刀片，它是在韧性较好的YG8合金基础上，再压一层厚度为O.20.5mm含TiC和Tac等稀有金属碳化物的刀片和各种超硬高速钢等。必须指出，基于目前我国现实防情况，有些新型刀片还处于过渡试制阶段，性能不够稳定，所

37、以通用型高速钢wl8Cr4V和W6M05Cr4V2与硬质合金仍是我国制造数控刀具与自动线刀具的主要材料，但应尽量选用涂层牌号。而且使用之前刀片须经过严格检验，以避免一把刀具损坏而造成停机，甚至使整条自动线不能工作。应选用机夹可转位刀具的结构。现行的可转位车刀国家标准GB5343-85中的规定的刀具品种，因其刀尖位置精度要求较低刀尖到侧基面允差和刀尖高度允差为一0.33-0.39mm,刀尖到后基面允差为一2.5-2.9mm,因此只适用于普通车床及带有快换刀夹的数控车床。这是因为刀具上刀尖位置过大的制造误差,可通过快换刀夹和刀具一起在机外预调时得到补偿。如要求刀具不经过预调使用如使用圆盘形或圆锥形

38、刀架，则应选用精密级可转位车刀的刀尖位置精度可达0.08mmX方向和Y方向，换刀后经过试切补偿修正，可满足一般车削加下精度的要求。由于带沉孔和后角刀片的刀具结构简单，通常只需用一个沉头螺钉就可直接将刀片3压紧在车刀刀杆上。它具有夹紧元件少，制造方便断屑可靠，刀头部分尺寸小，刀头上无凸出部分，切屑流出不受阻碍等优点，因此应优先采用，这可广泛用于制造各种小尺寸的外圆车刀和端面车刀、内孔径刀和键刀头、可转位钻头、叫转位铳刀和三面铳刀等刀具上。为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具。其中以孔加工复合刀具的使用最为普遍。精加工孔时可采用镣孔或较孔工艺。由于镣刀结构简单，刃磨和调整方

39、便，因此只要在镇杆刚性足够的条件下，应尽量采用镇刀。尤其是孔径在大于80Cm的孔，过小的孔不宜用键刀加工，不然由于锋杆过细，会引起振动而影响加工精度和表面粗糙度C应尽量采用各种高效刀具。如高刚性麻花钻，钻扩四刃钻，硬质合金单刃钱刀，精密微调镶刀，波形刃立铳刀和热管式刀具等。3几种高效率数控自动线刀具在数控机床和自动线上，为提高钻头耐用度和生产率，国外大量使用高刚性麻花钻。这种钻头在如下特点：螺旋角大，可增大到35。-45o以降低切削力。钻芯厚度厚。可将钻芯厚度由标准钻的0.125-0.15D提高到0.3D,D为钻头直径，以提高钻头的强度与刚性。采用新的容屑槽形状。钻头的刚性与容屑是两个相互矛盾

40、的问题，如用增加钻芯厚度的方法来提高刚性，容屑的断面就要减小，这样会使排屑困难。所以必须采用新的容屑槽形状，由于较京iii孔更能保证孔的位置和形状精度。所以数控机床和自动线上广泛使用尺寸可微调和镶装刃头的各种锤刀杆。（二）刀具安全使用1、请不要在不合适的切削条件下使用。请将产品目录中所记载的切削条件表内的参数作为新的加工工作开始时的大致标准。因为切削而出现异常的震动或响声时，请调整切削条件。2、请不要使用磨损严重，有缺口的刀具。连续地使用磨损严重、有缺口的刀具，会引起破损，在装上刀具之前请先确认刀具的损伤情况，并在合适的时候更换刀具或重新研磨。3、请不要进行反向使用刀具通常是在向右旋转的状态下

41、使用。如为向左旋转，则会在包装上加以提示，故请予确认。数控机床如何正确选用刀具及编程数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。目前，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控

42、机床完成加工。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。一、数控加工刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的

43、加工，常采用立铳刀；铳削平面时，应选硬质合金刀片铳刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铁刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铳刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铳刀、环形铳刀、锥形铁刀和盘形铳刀。在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了

44、刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、键、扩、钱削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以

45、下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铳后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。二.数控刀具的特点数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。三、加工过程中切削用量的确定合理选择切削

46、用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素：切削深度ap在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：L=(0.60.9)d.切削速度V。提高V也是提高生产率的一个

47、措施，但V与刀具耐用度的关系比较密切。随着V的增大，刀具耐用度急剧下降，故V的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铳刀铳削合金刚30CrNi2MoVA时，V可采用8mmin左右；而用同样的立铳刀铳削铝合金时，V可选200mmin以上。主轴转速n(rmin)o主轴转速一般根据切削速度V来选定。计算公式为：V=pnd1000o数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。进给速度VfoVF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。Vf的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，Vf可选择得

48、大些。在加工过程中，Vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整,但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则,从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。数控机床发展趋势1、高速、高精密化20世纪90年代以来，欧、美、日各国数控机床特别是高速加工中心的开发应用新一代的高速数控机床，加快机床高速化的发展步伐。(1)、主轴转速：高速主轴单元(内装式主轴电机)，主轴转速15000-100000rmin;(2)、高速且高加/减速度的进给运动部件快移速度60-120mmin,切削进给速度高达60mmins高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。(3)、运算速度：微处理器的