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)設計

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1、 ......職業(yè)技術學院數(shù)控技術專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 姓名：_________ 專業(yè)級別：_________ 指導老師： ______ 答辯時間：_________ 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軟件進行數(shù)控編程的過程中,刀具的選擇和切削用量的確定是十分重要,它不僅對被加工零件的質量影響巨大,甚至可以決定著機床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進行。所以,在編制加工程序時,選擇合理的刀具和切削用量,是編制高質量加工程序的前提。 關鍵詞：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，它能夠進行外形輪廓銑削，平面或曲面型腔銑削及三維復雜型面的銑削，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，通過特定的功能指令可進行一系列孔的加工。如鉆孔，擴孔，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)劃的有關問題,比如,刀具選擇、加工路徑規(guī)劃 、切削用量設定等,編程人員只要設置了有關的參數(shù),就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此,數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的,這與普通機床加工形成鮮明的對比,同時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,在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點。眾所周知,在借助CAM軟件進行數(shù)控編程的過程中,刀具的選擇和切削用量的確定是十分

4、重要,它不僅對被加工零件的質量影響巨大,甚至可以決定著機床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進行。所以無論是手工編程或計算機輔助編程,在編制加工程序時,選擇合理的刀具和切削用量,是編制高質量加工程序的前提。本文對數(shù)控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了探討,給出了若干原則和建議,并對應該注意的問題進行了討論。 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,為了適應數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點,所用刀具正朝著標準化、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)刀具結構可分為:①整體式;②鑲嵌式,采用焊接或機夾式連接,機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種;③特殊型式,如復合式刀具,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)控銑加工對刀具的要求 為了保證數(shù)控銑機床的加工精度,提高數(shù)控銑機床的生產(chǎn)效率及降低刀具材料的消耗,在選用數(shù)控銑機床刀具和刀具材料時,除滿足普通機床應具備的基本條件外,還要考慮在數(shù)控銑機床中刀具工作條件等多方面因素,如

6、切屑的斷屑性能、刀具快速調整與更換,因此對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;二是為適應數(shù)控銑床加工過程中難以調整切削用量的特點。當工件各處的加工余量相差懸殊時,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,遇到余量大時無法象通用銑床那樣“隨機應變”,除非在編程時能夠預先考慮到,否則銑刀必須返回原點,用改變切削面高度或加大刀具半徑補償值的方法從頭開始加工,多走幾刀。但這樣勢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 尤其是當一

7、把銑刀加工的內容很多時,如刀具不耐用而磨損較快,就會影響工件的表面質量與加工精度,而且會增加換刀引起的調刀與對刀次數(shù),也會使工作表面留下因對刀誤差而形成的接刀臺階,降低了工件的表面質量。除上述兩點之外,互換性好,便于快速換刀;刀具的尺寸便于調整,以減少換刀調整時間; 刀具應能可靠地斷屑或卷屑,以利于切屑的排除; 系列化,標準化,以利于編程和刀具管理,等等這些是數(shù)控加工與普通機床加工對刀具的不同要求。 3、數(shù)控銑加工刀具類型的選擇 刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原

8、則是:安裝調整方便,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,為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切,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,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;銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀;銑鍵槽時,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)控機床孔加工一般無鉆模,由于鉆頭的剛性和切削條件差,選用鉆頭直徑D應滿足

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;精絞前可選用浮動絞刀,絞孔前孔口要倒角;鏜孔時應盡量選用對稱的多刃鏜刀頭進行切削,以平衡鏜削振動;盡量選擇較粗和較短的刀桿,以減少切削振動。在經(jīng)濟型數(shù)控加工中,由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行,占用輔助時間較長,因此,必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則:①盡量減少刀具數(shù)量;②一把刀具裝夾后,應完成其所能進行的所有加工部位;③粗精加工的刀具應分開使用,即使是相同尺寸規(guī)格的刀具;④先銑后鉆;⑤先進行曲面精加工,后進行二維輪廓精加工;⑥在可能的情況下,應盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能,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格關系極大,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,但由此帶來的加工質量和加工效率的提高,則可以使整個加工成本大大降低?？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量的前提。 二、切削用量的確定 數(shù)控編程時,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、背吃刀量或側吃刀量及進給速度等 數(shù)控銑床切削用量的選擇 如何選擇切削用量。在數(shù)控機床上加工零件時，切削用量都預先編入程序中，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．才通過速率調節(jié)旋鈕或電手輪調整切削用量。因此程序中選用的切削用量應是最佳的、合理的切削用量。只有這樣才能提高數(shù)控機床的加工精度、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：機床切削用量的選擇必須在機床主傳動功率、進給傳動功率以及主軸轉速范圍、進給速度范圍之內。機床—刀具—工件系統(tǒng)的剛性是限制切削用量的重要因素。切削用量的選擇應使機床—刀具—工件系統(tǒng)不發(fā)生較大的“振顫”。如果機床的熱穩(wěn)定性好，熱變形小，可適當加大切削用量。刀具材料是影響切削用量的重要因素。數(shù)控機床所用的刀具多采用可轉位刀片（機夾刀片）并具有一定的壽命。機夾刀片的材

12、料和形狀尺寸必須與程序中的切削速度和進給量相適應并存入刀具參數(shù)中去。標準刀片的參數(shù)請參閱有關手冊及產(chǎn)品樣本。 工件。不同的工件材料要采用與之適應的刀具材料、刀片類型，要注意到可切削性。可切削性良好的標志是，在高速切削下有效地形成切屑，同時具有較小的刀具磨損和較好的表面加工質量。較高的切削速度、較小的背吃刀量和進給量，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給量可以得到較高的加工精度。 冷卻液，冷卻液同時具有冷卻和潤滑作用。帶走切削過程產(chǎn)生的切削熱，降低工件、刀具、夾具和機床的溫升，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床導軌或其他零件，特別是水溶性冷卻液。 以上講述了機床、刀具、工件、冷卻液對切削用量的影響。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、進給速度、背吃刀量和側吃刀量。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吃刀量，其次選擇進給速度，最后確定切削速度。 1.背吃刀量ap或側吃刀量ae 背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為㎜。端銑時，ap為切削層深度；而圓周銑削時，為被加工表面的寬度。側吃刀量ae為垂直于銑刀軸線測量的切削

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

15、 ③ 當工件表面粗糙度值要求為Ra=0.8～3.2μm時，應分為粗銑、半精銑、精銑三步進行。半精銑時背吃刀量或側吃刀量取1.5～2㎜；精銑時，圓周銑側吃刀量取0.3～0.5 ㎜，面銑刀背吃刀量取0.5～1 ㎜。 2.進給量f進給速度Vf的選擇與 銑削加工的進給量f（㎜/r）是指刀具轉一周，工件與刀具沿進給運動方向的相對位移量；進給速度Vf（㎜/min）是單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移量。進給速度與進給量的關系為Vf= nf（n為銑刀轉速，單位r /min）。進給量與進給速度是數(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，參考切削用量手冊選取或通過選取每齒進給量fz，再根據(jù)公式f =Zfz（Z為銑刀齒數(shù)）計算。 每齒進給量fz的選取主要依據(jù)工件材料的力學性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強度和硬度越高，fz越??；反之則越大。硬質合金銑刀的每齒進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。每齒進給量的確定可參考表1-1選取。工件剛性差或刀具強度低時，應取較小值。 銑刀每齒進給量參考值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、每齒進給量、背吃刀量、側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fz、ap、ae和Z增大時，刀刃負荷增加，而且同時工作的齒數(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、參考有關切削用量手冊中的經(jīng)驗公式通過計算選取。 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，粗加工時一般以提高生產(chǎn)率為主，但也要考慮

19、經(jīng)濟性和加工成本。半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率和經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書，切削用量手冊，并結合經(jīng)驗而定。1。切削深度t。在機床，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)率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數(shù)控機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)率的一個措施。但V與刀具耐用度的關系比較密切。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系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時，v可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，v可選擇200m/min以上。4.主軸轉速n(r/min)。主軸轉速一般根據(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)控機床的控制面板上一般備有主軸轉速的修調開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數(shù)調整。進給速度Vf。應根據(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，Vf可選擇大些。在加工過程中，Vf也可以通過機床控制版面上的修調開關進行

21、人工調整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統(tǒng)性能的等的限制。隨著機床在生產(chǎn)實際中的廣泛運用，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在實際情況下進行。 三、總結及展望 綜上所述，數(shù)控銑床的刀具選擇與生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質量密切相關，它的選擇要根據(jù)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用。數(shù)控銑床切削量的控制關系到被加工工件的工藝及經(jīng)濟效益，所以適合的切削量選擇要在綜合條件下進行選擇，如加工成本，原材料性能等。數(shù)控銑床當前在機械加工尤其是模具制造加工業(yè)應用極其廣泛，因為它不僅可以加工平面還可以加工三維立體工件，是很多企

22、業(yè)正在廣泛應用的加工機床。數(shù)控加工是現(xiàn)代機械行業(yè)的基礎，在世界工廠正向中國轉移的時刻愿中國的數(shù)控領域更快的發(fā)展取得巨大突破，為機械行業(yè)乃至中國的制造業(yè)做出新的貢獻。 參考文獻： [1]張振國，數(shù)控機床的結構與應用[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2010 王愛玲，現(xiàn)代數(shù)控機床[M]，北京：國防工業(yè)出版社，2008