第一章 数控车床基础知识

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1、第一章数控车床基础知识1．1 车削原理概述1．1．1 车削加工原理金属切削加工，从其本质上来说，就是使用各种类型的金属切削刀具，把各种金属原材料（称为工件毛坯）上多余的金属材料（称为加工余量）从工件毛坯上剥离，得到图纸所要求的零件。金属切削加工的工艺过程大致可以分为三类：① 工件毛坯进行回转运动，切削刀具进行平动。主要为车削和镗削等。② 切削刀具进行回转运动，工件毛坯进行平动。主要为铣削、磨削、钻削等。③ 切削刀具和工件毛坯做相对运动（平动或转动）。主要为拉削、刨削等。 图1-1  车床的加工要素在车床（这

2、里指的是普通车床和一般的数控车床）上，可以进行工件的外表面、端面、内表面（内孔）以及内外螺纹的加工。对于高等级的数控车床（称为车削中心），除了上述各种加工以外，还可以进行铣削、钻削等加工。从以上介绍的对加工工艺过程的分析中，我们可以知道：在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动。根据切削运动在切削加工中的作用不同分为主运动和进给运动。主运动   主运动是指机床提供的主要运动。主运动使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具的前刀面接近工件并对加工余量进行剥离。在车床上，主运动是机

3、床主轴的回转运动，即车削加工时工件的旋转运动。这一点，对于普通车床和数控车床都是一样的。进给运动 进给运动是指由机床所提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动。进给运动与主运动相配合，就可以形成完整的切削加工。在普通车床上，进给运动是机床刀架（溜板）的直线移动。它可以是纵向的移动（沿机床主轴方向），也可以是横向的移动（与机床主轴方向相垂直），但只能是一个方向的移动。比如车削外圆时，车刀沿平行于工件轴线（也就是主轴轴线的方向）做纵向运动；而车削端面时，车刀就要沿垂直与机床主轴的方向做横向移动。在数控车床上，虽

4、然进给运动的形式可能有所不同，但基本原理是一致的。与普通车床不同的是：数控车床可以同时进行两个方向的进给，从而加工出各种具有复杂母线的回转体工件。   表1-1 各种机床的主运动和进给运动机床类型 主运动 进给运动（数控）车床 主轴（工件） 刀架（数控）铣床 主轴（刀具） 工作台（数控）磨床 主轴（砂轮） 工作台（或砂轮轴，视磨床种类而定）（数控）镗床 主轴（刀具） 工作台从以上的分析中，我们可以知道：在车削加工中，主运动要消耗比较大的能量，才能完成切削。与之相比，进给运动所要消耗的能量要小一些。在普通车床

5、中，主运动和进给运动的动力都来源于同一台电机。通过一系列的机械传动，把能量分配给主运动和进给运动，进而实现车削加工。在数控车床中，主运动和进给运动是分别由不同的电机来驱动的，分别称为主轴电机和坐标轴伺服电机。它们由机床的控制系统进行控制，完成加工任务。 图1-2车削原理图二、切削用量切削用量是说明机床在进行切削加工时的状态参数。不同类型的机床对切削用量参数的表述也略有不同，但其基本的含义都是一致的。1． 切削速度（Vc） 切削刃上的切削点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为米/分（m/m

6、in）。在各种金属切削机床中，大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动形成的，即都是回转运动。这样就需要在切削速度与机床主轴转速之间进行转换，两者的关系为：Vc= 式中：  Vc   切削速度（m/min）            d   工件直径（mm）            n   主轴转速（rpm）2． 进给量（f） 对于不同种类的机床，进给量的单位是不同的。对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过一转，刀具沿进给方向与工件的相对移动量，单位为mm/r；对于数控车床，由于其控制原理与普通车床不同，进给量

7、也可以定义为刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量（mm/min）。其他类型的机床则根据其结构不同，进给量的单位分别为刀具或工件每转的位移量（mm/min，车床等大部分机床；或mm/r，使用多齿刀具的机床）或每行程的位移量（mm/一个行程，刨床等机床）。3． 切深（ap） 已加工表面和待加工表面之间的垂直距离。对于车床而言，切深（ap）的计算公式为：ap=  式中： ap    切深（mm）           dw   待加工表面直径（mm）           dm   已加工表面直径（mm）

8、 图1-3 车削加工切削用量的示意图    在切削加工中，切削速度（Vc）、进给量（f）和切深（ap）这三个参数是相互关联的。在粗加工中，为了提高效率，一般采用较大的切深（ap）。此时切削速度（Vc）和进给量（f）相对较小；而在半精加工和精加工阶段，一般采用较大的切削速度（Vc）、较小的进给量（f）和切深（ap），以获得较好的加工质量（包括表面粗糙度、尺寸精度和形状精度）。三、切削刀具（车刀）切削加工离不开刀具。