数控加工与编程项目三圆弧加工教案

学习情境三带圆弧阶梯轴的加工

学习情境三：带圆弧阶梯轴的加工（详案）

件(检查) 2．零件加工质量评估；3．总结。

任务扩展1. 圆弧插补I、K编程方式；；

2．车床上孔的加工；

3．学习应用

教师讲授

课后自学

1.5课时

评价完成情况（60%）方法能力

（20%）创新意识（20%）

一、学习情景描述

给学生发放零件图，给出该零件的信息和加工要求。

图示零件为简单阶梯轴，结构要素有外圆柱面、倒角和圆弧面。毛坯为φ38mm的棒料，材料为45钢，要求完成零件的数控加工，车削尺寸至图中要求。

图3.1 零件图

图3.2 三维图

二、制订加工工艺

（一）引入新知识

1．数控车削刀具的分类

（1）．按车刀结构分类

①整体车刀：用整体高速钢制造。

②焊接车刀：焊接硬质合金或高速钢刀片。

③机夹车刀：硬质合金刀片用机械夹固的方法固定在刀杆上。

④可转位车刀：使用可转位刀片的机夹车刀。

图3.3 车刀按结构分类

（2）．按加工内容分类

按车削加工内容分为端面车刀、外圆车刀、内孔车刀、切槽刀、螺纹车刀等。

图3.4 车刀按加工内容分类

（3）按车刀的形状分类

①尖形车刀：以直线形切削刃为特征的车刀，刀尖由直线形成的主副切削刃构成。

②圆弧形车刀：以圆弧形切削刃为特征的车刀，车刀圆弧刃每一点都是车刀的刀尖。

③成形车刀：其刀形根据工件轮廓设计。

2．车刀材料

车刀材料是指刀头部分的材料，在数控车床上常采用高速钢、硬质合金或涂层刀具。

（1）．高速钢

高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的材料。高速钢刀具制造简单，

刃磨方便，韧性较好，能承受较大的冲击力。但其耐热性较差，因此不能用于高速切削。

（2）．硬质合金

硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，因此其常温硬度很高，热熔性、热硬性高，切削速度比高速钢提高4~7倍。其缺点是脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。

（3）．涂层刀具

涂层刀具是在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3 等。涂层刀具具有

较高的耐磨性，加工材料硬度越高，涂层刀具效果越好。

3．车刀切削部分的组成及几何参数

（1）．车刀切削部分的组成

车刀的构造如图12.4所示，其组成包含刀柄和切削部分，切削部分主要由以下几部分组成：

①前刀面：刀具上切屑沿其流出的表面。

②后刀面：刀具上与工件过渡表面相对的表面。

③副后刀面：刀具上与工件已加工表面相对的表面。

④主切削刃：前面与后面的交线，担任主要切削工作。

⑤副切削刃：前面与副后面的交线，担任少量切削工作。

⑥刀尖：主切削刃与副切削刃连接处的一小部分切削刃。

图3.5 车刀构造图

（2）．车刀几何参数

车刀的几何角度如图12.5所示，主要包括主偏角k r、副偏角kˊ、前角r0、刃倾角xxs、后角0、副后角0 。

图3.6 车刀几何角度

①前角：对切削难易程度有很大影响。增大前角使切削刃锋利，减小切削变形，

切削容易，提高表面加工质量。但前角过大，会使散热条件变差，切削温度升高，刀具磨损加剧，刀具寿命降低。

②后角：主要作用是减小后面与工件过渡表面之间的摩擦，减小后面的磨损。增大后角，可减少刀具后面与工件的摩擦，降低切削力和切削温度，改善加工表面质量。但后角过大，刀具易损坏，切削温度升高，刀具寿命降低。

③主偏角：影响刀具寿命、已加工表面粗糙度和切削力的大小。在背吃刀量和进给量不变的情况下，减小主偏角，可使刀尖角增大，对提高刀具寿命有利。但主偏角较小时，工件易变形及产生振动，切削厚度小，断屑效果差。

④副偏角：用来减少副切削刃与已加工表面之间的摩擦。减小副偏角，可显著减少已加工表面的残留面积，减小工件表面粗糙度，增大刀尖角，提高刀具寿命。但副偏角过小，使工件易产生振动，降低加工表面质量。

⑤刃倾角：影响切削刃的锋利性，刀头的强度和散热条件，切削力的大小和方向，切屑流出的方向。当刃倾角为正值时，切屑流向待加工表面，已加工表面不易被划伤，但刀尖强度较差；当刃倾角为负值时，切屑流向已加工表面，易被划伤，但刀尖强度提高。增大刃倾角可使切削刃锋利，降低切削力，提高刀具寿命。但过大会使散热不利，造成非正常损坏。

4．车刀的选用

（1）．按工件材料选择刀具

①铜、铝：这种材料比较软，比较好加工，一般各种刀具都能加工。

②钢料：对于软钢，如45钢、50钢，比较好加工，用高速钢车刀可方便加工；对于硬钢，如738、p20、S136、油钢及五金模用的合金钢等，可用合金刀具加工。

③淬火后的材料：一般不允许用高速钢刀具加工，应用合金刀具加工。

（2）．根据加工种类选择刀具

①外圆加工：一般选用外圆左偏粗车刀、外圆左偏精车刀、外圆右偏粗车刀、外圆右偏精车刀、端面车刀等类型。

②切槽：选择外（内）圆车槽刀。

③螺纹：选择外（内）圆螺纹车刀。

④内孔：主要选择麻花钻、粗镗孔刀和精镗孔刀、扩孔钻、铰刀。

（3）．选择刀具的大小

①尽可能选择大的刀具，可以采用大的切削用量，提高效率，加工质量有保证。

②根据加工的背吃刀量选择刀具，背吃刀量越大，刀具越大。

③根据工件大小选择刀具，工件大的选大刀具，反之选取小刀具。

（4）．机夹可转位车刀的选用

为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹可转位车刀。数控车床常用的机夹可转位车刀结构形式如图

3.7所示。

①刀片材质的选择

常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。

②刀片尺寸的选择

刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L。有效切削刃长度与背吃刀量ap 和车刀主偏角kr 有关，使用时可查阅有关刀具手册选取。

③刀片性质的选择

刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命及刀片的转位次数等因素选择。在机床刚性和功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角度较大的刀片；小余量、精加工时宜选用较小刀尖角的刀片。

图3.7 机夹可转位结构

2．圆弧常用加工方法

①阶梯法

图3.8为车圆弧的阶梯切削路线：先粗车阶梯，最后一刀精车圆弧。