合理選擇數(shù)控銑加工中的刀具和切削用量重要性探討畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 ......職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 姓名：_________ 專業(yè)級(jí)別：_________ 指導(dǎo)老師： ______ 答辯時(shí)間：_________ 論文題目：合理選擇數(shù)控銑加工中的刀具和切削用量重要性探討 合理選擇數(shù)控銑加工中的刀具和切削用量

2、重要性探討 摘要: 在借助CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程的過(guò)程中,刀具的選擇和切削用量的確定是十分重要,它不僅對(duì)被加工零件的質(zhì)量影響巨大,甚至可以決定著機(jī)床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以,在編制加工程序時(shí),選擇合理的刀具和切削用量,是編制高質(zhì)量加工程序的前提。 關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床 ，刀具，切削量 數(shù)控銑床是主要采用銑削方式加工工件的數(shù)控銑床，它能夠進(jìn)行外形輪廓銑削，平面或曲面型腔銑削及三維復(fù)雜型面的銑削，如凸輪，模具，葉片，螺旋槳等。另外，數(shù)控銑床還具有孔加工的功能，通過(guò)特定的功能指令可進(jìn)行一系列孔的加工。如鉆孔，擴(kuò)孔，鏜孔和攻螺紋孔。適合銑削加工的類型有平面類零件，變斜角類

3、零件，曲面類零件，雕刻類零件。 現(xiàn)在,如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等許多CAD/CAM軟件包都提供自動(dòng)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(wèn)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(dòng)生成NC程序并傳輸至數(shù)控機(jī)床完成加工。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)床加工形成鮮明的對(duì)比,同時(shí)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(shí)充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn)。眾所周知,在借助CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程的過(guò)程中,刀具的選擇和切削用量的確定是十分

4、重要,它不僅對(duì)被加工零件的質(zhì)量影響巨大,甚至可以決定著機(jī)床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以無(wú)論是手工編程或計(jì)算機(jī)輔助編程,在編制加工程序時(shí),選擇合理的刀具和切削用量,是編制高質(zhì)量加工程序的前提。本文對(duì)數(shù)控編程中必須面對(duì)的刀具選擇和切削用量確定問(wèn)題進(jìn)行了探討,給出了若干原則和建議,并對(duì)應(yīng)該注意的問(wèn)題進(jìn)行了討論。 一、刀具的選擇 1、 數(shù)控銑加工常用刀具的種類 數(shù)控銑加工刀具種類很多,為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn),所用刀具正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化的方向發(fā)展,主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。為了滿足高效和特殊的銑削要求,又發(fā)展了各種特殊用途的專用刀

5、具。數(shù)控銑刀具的分類有多種方法,根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為:①整體式;②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;③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:①高速鋼刀具;②硬質(zhì)合金刀具;③金剛石刀具;④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:平端立銑刀、圓角立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等。 2、數(shù)控銑加工對(duì)刀具的要求 為了保證數(shù)控銑機(jī)床的加工精度,提高數(shù)控銑機(jī)床的生產(chǎn)效率及降低刀具材料的消耗,在選用數(shù)控銑機(jī)床刀具和刀具材料時(shí),除滿足普通機(jī)床應(yīng)具備的基本條件外,還要考慮在數(shù)控銑機(jī)床中刀具工作條件等多方面因素,如

6、切屑的斷屑性能、刀具快速調(diào)整與更換,因此對(duì)刀具和刀具材料提出更高的要求。 1)銑刀剛性要好 一是為提高生產(chǎn)效率而采用大切削用量的需要;二是為適應(yīng)數(shù)控銑床加工過(guò)程中難以調(diào)整切削用量的特點(diǎn)。當(dāng)工件各處的加工余量相差懸殊時(shí),通用銑床遇到這種情況很容易采取分層銑削方法加以解決,而數(shù)控銑削就必須按程序規(guī)定的走刀路線前進(jìn),遇到余量大時(shí)無(wú)法象通用銑床那樣“隨機(jī)應(yīng)變”,除非在編程時(shí)能夠預(yù)先考慮到,否則銑刀必須返回原點(diǎn),用改變切削面高度或加大刀具半徑補(bǔ)償值的方法從頭開(kāi)始加工,多走幾刀。但這樣勢(shì)必造成余量少的地方經(jīng)常走空刀,降低了生產(chǎn)效率,如刀具剛性較好就不必這么辦。2)銑刀的耐用度要高 尤其是當(dāng)一

7、把銑刀加工的內(nèi)容很多時(shí),如刀具不耐用而磨損較快,就會(huì)影響工件的表面質(zhì)量與加工精度,而且會(huì)增加換刀引起的調(diào)刀與對(duì)刀次數(shù),也會(huì)使工作表面留下因?qū)Φ墩`差而形成的接刀臺(tái)階,降低了工件的表面質(zhì)量。除上述兩點(diǎn)之外,互換性好,便于快速換刀;刀具的尺寸便于調(diào)整,以減少換刀調(diào)整時(shí)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,標(biāo)準(zhǔn)化,以利于編程和刀具管理,等等這些是數(shù)控加工與普通機(jī)床加工對(duì)刀具的不同要求。 3、數(shù)控銑加工刀具類型的選擇 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)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關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原

8、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。生產(chǎn)中,被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類型的主要依據(jù)。1)銑削刀具的選用:加工曲面類零件時(shí),為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點(diǎn)相切,而避免刀刃與工件輪廓發(fā)生干涉,一般采用球頭刀,粗加工用兩刃銑刀,半精加工和精加工用四刃銑刀;銑較大平面時(shí),為了提高生產(chǎn)效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀;銑小平面或臺(tái)階面時(shí)一般采用通用銑刀;銑鍵槽時(shí),為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀;2)孔加工刀具的選用:數(shù)控機(jī)床孔加工一般無(wú)鉆模,由于鉆頭的剛性和切削條件差,選用鉆頭直徑D應(yīng)滿足

9、L/D≤5(L為鉆孔深度)的條件;鉆孔前先用中心鉆定位,保證孔加工的定位精度;精絞前可選用浮動(dòng)絞刀,絞孔前孔口要倒角;鏜孔時(shí)應(yīng)盡量選用對(duì)稱的多刃鏜刀頭進(jìn)行切削,以平衡鏜削振動(dòng);盡量選擇較粗和較短的刀桿,以減少切削振動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中,由于刀具的刃磨、測(cè)量和更換多為人工手動(dòng)進(jìn)行,占用輔助時(shí)間較長(zhǎng),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:①盡量減少刀具數(shù)量;②一把刀具裝夾后,應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位;③粗精加工的刀具應(yīng)分開(kāi)使用,即使是相同尺寸規(guī)格的刀具;④先銑后鉆;⑤先進(jìn)行曲面精加工,后進(jìn)行二維輪廓精加工;⑥在可能的情況下,應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀功能,以提高生產(chǎn)效率

10、等。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)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(lái)的加工質(zhì)量和加工效率的提高,則可以使整個(gè)加工成本大大降低?？傊?根據(jù)被加工工件材料的熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量,選擇剛性好,耐用度高的銑刀,是充分發(fā)揮數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率和獲得滿意的加工質(zhì)量的前提。 二、切削用量的確定 數(shù)控編程時(shí),編程人員必須確定每道工序的切削用量,并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或側(cè)吃刀量及進(jìn)給速度等 數(shù)控銑床切削用量的選擇 如何選擇切削用量。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，切削用量都預(yù)先編入程序中，在正常加工情況下，

11、人工不予改變。只有在試加工或出現(xiàn)異常情況時(shí)．才通過(guò)速率調(diào)節(jié)旋鈕或電手輪調(diào)整切削用量。因此程序中選用的切削用量應(yīng)是最佳的、合理的切削用量。只有這樣才能提高數(shù)控機(jī)床的加工精度、刀具壽命和生產(chǎn)率，降低加工成本。 影響切削用量的因素有：機(jī)床切削用量的選擇必須在機(jī)床主傳動(dòng)功率、進(jìn)給傳動(dòng)功率以及主軸轉(zhuǎn)速范圍、進(jìn)給速度范圍之內(nèi)。機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)的剛性是限制切削用量的重要因素。切削用量的選擇應(yīng)使機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)不發(fā)生較大的“振顫”。如果機(jī)床的熱穩(wěn)定性好，熱變形小，可適當(dāng)加大切削用量。刀具材料是影響切削用量的重要因素。數(shù)控機(jī)床所用的刀具多采用可轉(zhuǎn)位刀片（機(jī)夾刀片）并具有一定的壽命。機(jī)夾刀片的材

12、料和形狀尺寸必須與程序中的切削速度和進(jìn)給量相適應(yīng)并存入刀具參數(shù)中去。標(biāo)準(zhǔn)刀片的參數(shù)請(qǐng)參閱有關(guān)手冊(cè)及產(chǎn)品樣本。 工件。不同的工件材料要采用與之適應(yīng)的刀具材料、刀片類型，要注意到可切削性?？汕邢餍粤己玫臉?biāo)志是，在高速切削下有效地形成切屑，同時(shí)具有較小的刀具磨損和較好的表面加工質(zhì)量。較高的切削速度、較小的背吃刀量和進(jìn)給量，可以獲得較好的表面粗糙度。合理的恒切削速度、較小的背吃刀量和進(jìn)給量可以得到較高的加工精度。 冷卻液，冷卻液同時(shí)具有冷卻和潤(rùn)滑作用。帶走切削過(guò)程產(chǎn)生的切削熱，降低工件、刀具、夾具和機(jī)床的溫升，減少刀具與工件的摩擦和磨損，提高刀具壽命和工件表面加工質(zhì)量。使用冷卻液后

13、，通?？梢蕴岣咔邢饔昧俊＠鋮s液必須定期更換，以防因其老化而腐蝕機(jī)床導(dǎo)軌或其他零件，特別是水溶性冷卻液。 以上講述了機(jī)床、刀具、工件、冷卻液對(duì)切削用量的影響。下面主要論述銑削加工的切削用量選擇原則。 銑削加工的切削用量包括：切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量。從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選擇背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次選擇進(jìn)給速度，最后確定切削速度。 1.背吃刀量ap或側(cè)吃刀量ae 背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時(shí)，ap為切削層深度；而圓周銑削時(shí)，為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量ae為垂直于銑刀軸線測(cè)量的切削

14、層尺寸，單位為㎜。端銑時(shí)，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時(shí)，ae為切削層深度。 銑削加工的切削用量 背吃刀量或側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對(duì)表面質(zhì)量的要求決定： ①當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=12.5～25μm時(shí)，如果圓周銑削加工余量小于5㎜，端面銑削加工余量小于6㎜，粗銑一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但是在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，可分為兩次進(jìn)給完成。 ② 當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=3.2～12.5μm時(shí)，應(yīng)分為粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量選取同前。粗銑后留0.5～1.0㎜余量，在半精銑時(shí)切除。

15、 ③ 當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra=0.8～3.2μm時(shí)，應(yīng)分為粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。半精銑時(shí)背吃刀量或側(cè)吃刀量取1.5～2㎜；精銑時(shí)，圓周銑側(cè)吃刀量取0.3～0.5 ㎜，面銑刀背吃刀量取0.5～1 ㎜。 2.進(jìn)給量f進(jìn)給速度Vf的選擇與 銑削加工的進(jìn)給量f（㎜/r）是指刀具轉(zhuǎn)一周，工件與刀具沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移量；進(jìn)給速度Vf（㎜/min）是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量。進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系為Vf= nf（n為銑刀轉(zhuǎn)速，單位r /min）。進(jìn)給量與進(jìn)給速度是數(shù)控銑床加工切削用量中的重要參數(shù)，根據(jù)零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等

16、因素，參考切削用量手冊(cè)選取或通過(guò)選取每齒進(jìn)給量fz，再根據(jù)公式f =Zfz（Z為銑刀齒數(shù)）計(jì)算。 每齒進(jìn)給量fz的選取主要依據(jù)工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強(qiáng)度和硬度越高，fz越??；反之則越大。硬質(zhì)合金銑刀的每齒進(jìn)給量高于同類高速鋼銑刀。工件表面粗糙度要求越高，fz就越小。每齒進(jìn)給量的確定可參考表1-1選取。工件剛性差或刀具強(qiáng)度低時(shí)，應(yīng)取較小值。 銑刀每齒進(jìn)給量參考值1-1 工件材料 粗銑（fz/ ㎜） 精銑(fz/ ㎜) 高速鋼銑刀 0.10～0.15 0.10～0.25 硬質(zhì)合金銑刀 0.02～0.05 0.10～0.

17、15 高速鋼銑刀 0.03～0.06 0.10～0.12 鋼 0.08～0.14 0.12～0.24 鑄鐵 0.12～0.20 0.15～0.30 3.切削速度Vc 銑削的切削速度Vc與刀具的耐用度、每齒進(jìn)給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量以及銑刀齒數(shù)成反比，而與銑刀直徑成正比。其原因是當(dāng)fz、ap、ae和Z增大時(shí)，刀刃負(fù)荷增加，而且同時(shí)工作的齒數(shù)也增多，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高。為提高刀具耐用度允許使用較低的切削速度。但是加大銑刀直徑則可改善散熱條件，可以提高切削速度。 銑削加工的切削速度Vc可參考表1-2選取，也可

18、參考有關(guān)切削用量手冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)公式通過(guò)計(jì)算選取。 表1-2 銑削加工的切削速度參考值 工件材料 Vc/（m.min）硬度（HBS）＜190 Vc/（m.min）硬度（HBS）＜225 高速鋼銑刀 21～36 66～150 18～42 66～150 硬質(zhì)合金銑刀 190～260 50～130 225～325 12～36 54～120 鋼 9～18 45～90b 325～425 6～21 鑄鐵 260～320 4.5～10 21～30 8～54 36～75 合理選擇切削用量的原則是，粗加工時(shí)一般以提高生產(chǎn)率為主，但也要考慮

19、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率和經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)，切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。1。切削深度t。在機(jī)床，工件和刀具剛度允許的情況下，t就等于加工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個(gè)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)床的精加工余量可略小于普通車床。2.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=(0.6~0.9）D。3.切削速度V。提高V也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)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

20、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的關(guān)系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時(shí)，v可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時(shí)，v可選擇200m/min以上。4.主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度v而定。公式為：n=1000*Vc p*d式中，d為工件直徑。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速的修調(diào)開(kāi)關(guān)，可在加工過(guò)程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。進(jìn)給速度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選擇。Vf的增加也可以提高生產(chǎn)率。加工表面粗糙度要求低時(shí)，Vf可選擇大些。在加工過(guò)程中，Vf也可以通過(guò)機(jī)床控制版面上的修調(diào)開(kāi)關(guān)進(jìn)行

21、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)性能的等的限制。隨著機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛運(yùn)用，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在數(shù)控程序的編制過(guò)程中，要在實(shí)際情況下進(jìn)行。 三、總結(jié)及展望 綜上所述，數(shù)控銑床的刀具選擇與生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量密切相關(guān)，它的選擇要根據(jù)根據(jù)機(jī)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關(guān)因素正確選用。數(shù)控銑床切削量的控制關(guān)系到被加工工件的工藝及經(jīng)濟(jì)效益，所以適合的切削量選擇要在綜合條件下進(jìn)行選擇，如加工成本，原材料性能等。數(shù)控銑床當(dāng)前在機(jī)械加工尤其是模具制造加工業(yè)應(yīng)用極其廣泛，因?yàn)樗粌H可以加工平面還可以加工三維立體工件，是很多企

22、業(yè)正在廣泛應(yīng)用的加工機(jī)床。數(shù)控加工是現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)的基礎(chǔ)，在世界工廠正向中國(guó)轉(zhuǎn)移的時(shí)刻愿中國(guó)的數(shù)控領(lǐng)域更快的發(fā)展取得巨大突破，為機(jī)械行業(yè)乃至中國(guó)的制造業(yè)做出新的貢獻(xiàn)。 參考文獻(xiàn)： [1]張振國(guó)，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010 王愛(ài)玲，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008