数控加工中刀具的选择

数控加工中刀具的选择（共12篇）

数控加工中刀具的选择 篇1

1 数控刀具的分类

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、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。

1.1 从结构上可分为

1) 整体式。

2) 镶嵌式, 可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同, 分为可转位和不转位。

3) 减振式, 当刀具的工作臂长与直径之比较大时, 为了减少刀具的振动, 提高加工精度, 多采用此类刀具。

1.2 从制造所采用的材料上分

1) 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。

2) 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——适于加工钢、长屑可锻铸铁 (相当于我国的YT类) 。

M类——适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、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——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——适于加工铝、非铁合金。

K-H类——适于加工淬硬材料。

2.3金刚石刀具

金刚石 (钎焊聚晶、单晶) 各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工及有色金属切削加工行业中。

1.3 从切削工序上可分为

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 (包括中心孔钻头、镗刀、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。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。

2 数控加工刀具的特点

数控刀具与普通机床上用的刀具实际没有多大区别, 为了达到高效、多能、快换、经济的目的, 数控加工刀具与普通金属切削刀具相比, 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求, 它们需具有以下特点。

2.1 刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性

目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。刀具耐用度愈大, 表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件, 由于使用的刀具材料及工件材质不可能完全相同, 再加上刃磨质量等一些不能完全严格控制的因素, 所以即使在相同条件下, 刀具耐用度仍随机变动。因此在数控上, 除应给出刀具耐用度的平均值指标外, 还应给出刀具的可靠指标Tp。它已成为选择刀具的关键性指标。通常是规定可靠度P≥0.9, 即9%时刀具切削时间为T0.9。研究表明, 当耐用度的随机变量接近于正态分布时, 如以耐用度的平均值T作为标准, 刀具的可靠性只有50%。

2.2 刀具或刀片便于切削控制

刀具必须能可靠地断屑或卷屑即切削控制。数控机床上每一工位设备上。装置着许多刀具, 切削量大, 切屑多, 因此, 在切削塑性金属时, 必须控制切屑不缠绕在刀具、工件及工艺装备上, 控制切屑不飞溅, 保证操作者安全, 不影响切削液喷注, 不影响零件的定位和输送, 不划伤已加工表面, 使切屑易于清理, 为此, 采用卷屑槽或断屑块的刀具, 或用间隙切削或振动切削措施提高断屑效果。

2.3 刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化

刀具应具有较高的精度, 包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。刀具切削部分的几何尺寸变化要小, 刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。

2.4 刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化

刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化, 使刀具应能快速或自动更换, 并需有控制和调整尺寸的功能或具有刀具磨损的自动补偿装置, 以减少换刀调整的停机时间。

3 数控刀具的选择

刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一, 不仅影响机床的加工效率, 而且直接影响零件的加工质量。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。

由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床, 而且主轴输出功率较大, 因此与传统加工方法相比, 对数控加工刀具的提出了更高的要求, 包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高, 而且要求尺寸稳定, 安装调整方便。这就要求刀具的结构合理, 几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一, 它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面。

1) 根据零件材料的切削性能选择刀具。

综合考虑金属、非金属, 其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件, 建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

2) 根据零件的加工阶段选择刀具。

即粗加工阶段以去除余量为主, 应选择刚性较好、精度较低的刀具, 半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主, 应选择耐用度高、精度较高的刀具, 粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具, 建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具, 因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损, 涂层磨损修光, 继续使用会影响精加工的加工质量, 但对粗加工的影响较小。

3) 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数

在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;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。

4) 根据工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标选择刀具

正前角刀片:对于内轮廓加工, 小型机床加工, 工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负前角刀片:对于外圆加工, 金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片;仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片;在考虑到刀具能承受的切削用量前提下综合机床刚性、功率等条件, 加工大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片, 反之选择刀尖角较小的刀片。

合理科学的选择数控刀具对数控加工生产效率、加工质量和加工成本影响极大, 因此应高度重视数控刀具的正确选择和合理使用, 让其更好的为数控加工服务, 充分发挥数控加工的优点。

参考文献

[1]邓建新, 赵军.数控刀具材料选用手册.

[2]徐宏海.数控机床刀具及其应用.

[3]袁锋.数控车床培训教程.

数控加工中刀具的选择 篇2

在选择刀具的类型和规格时，主要考虑以下因素的影响：

(1)生产性质

在这里生产性质指的是零件的批量大小，主要从加工成本上考虑对刀具选择的影响，

例如在大量生产时采用特殊刀具，可能是合算的，而在单件或小批量生产时，选择标准刀具更适合一些。

(2)机床类型

完成该工序所用的数控机床对选择的刀具类型(钻、车刀或铣刀)的影响。在能够保证工件系统和刀具系统刚性好的条件下，允许采用高生产率的刀具，例如高速切削车刀和大进给量车刀。

(3)数控加工方案

不同的数控加工方案可以采用不同类型的刀具。例如孔的加工可以用钻及扩孔钻，也可用钻和镗刀来进行加工。

(4)工件的尺寸及外形

工件的尺寸及外形也影响刀具类型和规格的选择，例如特型表面要采用特殊的刀具来加工。

(5)加工表面粗糙度

加工表面粗糙度影响刀具的结构形状和切削用量，例如毛坯粗铣加工时，可采用粗齿铣刀，精铣时最好用细齿铣刀。

(6)加工精度

加工精度影响精加工刀具的类型和结构形状，例如孔的最后加工依据孔的精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。

(7)工件材料

工件材料将决定刀具材料和切削部分几何参数的选择，刀具材料与工件的加工精度、材料硬度等有关。

2.数控刀具的性能要求

由于数控机床具有加工精度高、加工效率高、加工工序集中和零件装夹次数少的特点，对所使用的数控刀具提出了更高的要求。从刀具性能上讲，数控刀具应高于普通机床所使用的刀具。

选择数控刀具时，首先要应优先选用标准刀具，必要时才可选用各种高效率的复合刀具及特殊的专用刀具。在选择标准数控刀具时，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。

在选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几方面的问题：

(1)数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。

(2)切削性能好。为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时能采用大的背吃刀量和高进给量，刀具应具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。

(3)精度高。为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm，

(4)可靠性高。要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。

(5)耐用度高。数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。

(6)断屑及排屑性能好。数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。

3.刀具的选择方法

刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面：

(1)根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

(2)根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。

(3)根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。

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加工，常采用立铣刀;铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;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铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。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。

浅议数控机床刀具的选择与应用 篇3

【关键词】数控刀具；类型；选择；应用

1.数控刀具的分类

1.1数控刀具结构

（1）整体式：刀具为一体，由一个胚料制造而成，不分体。

（2）镶嵌式：采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种。

（3）特殊型式：如复合式刀具、减震式刀具等。

1.2制造刀具所用的材料

（1）高速钢刀具：有足够的强度和韧性，有较好的工艺性。目前高速钢作为主要的刀具材料已经被较为广泛的的应用于各种铣刀、丝锥、钻头等刀具的加工。

（2）硬质合金刀具：与高速钢刀具相比硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许的切削速度比高速钢高5-10倍。因此常用于高速的切削加工，例如加工中心中的大进给、小切深、无切削液的精加工。

（3）金刚石刀具：耐磨性好摩擦系数是目前最小的。但由于其硬度较高，不能加工成任意的形状，因此主要用于磨削类刀具，如金刚石砂轮等。同时由于金刚石会与某些材料发生化学反应，在加工中需特别注意。

（4）其他材料刀具：如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

（5）涂层刀具：通过化学或物理方法在表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物。如 TiC涂层、TiN涂层、Al2O3，涂层、TiN和TiC复合涂层。

2.刀具选择应考虑的主要因素

（1）被加工工件的材料、性能：金属、非金属，强度、刚度、塑性、韧性及耐磨性能等。

（2）加工工艺的类别。车削、钻削、铣削、磨削等。

（3）加工阶段粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。

（4）加工的几何形状、加工余量、零件的技术指标。

（5）刀具能承受的切削用量。

3.数控加工刀具的选择

3.1数控加工中，由于铣床、加工中心类机床工艺能力强大，刀具种类繁多，因此铣刀类型的选择非常重要

常用的铣刀种类有平底立铣刀、端铣刀、球头刀、环形刀，鼓形刀和锥形刀等，功能也各不相同。选取铣刀时要求刀具的尺寸与劝口工工件的尺寸和形状相适应。在铣刀选择时应注意以下几点：

（1）毛坯面加工为防止因毛坯表面硬化层和夹沙现象而引起刀具快速磨损，应选用合适的硬质合金刀具进行铣削加工，以提高生产效率。

（2）平面加工铣削平面时，常采用锒齿可转位硬质合金刀片的面铣刀和立铣刀。精铣平面时因加工表面材质不均匀，选择直径小些的铣刀，以减小切削扭矩；精铣时，铣刀直径应大些，最好能包容加工面的宽度，以提高切削效率和保证加工精度。加工余量较小且表面质量要求较高时，可采用立方氮化硼刀片的面铣刀。

（3）平面零件周边的轮廓加工常采用立铣刀，铣刀半径应小于工件轮廓的最小凹圆弧半径，以免造成铣不净的“死角”。

（4）凸台或凹槽的加工加工只有凹槽时，通常采用键槽铣刀。精度要求较高的凹槽内表面可使用直径比槽宽略小的键槽铣刀，先铣削槽的中间部分再采用刀具补偿 （如G41、G42）功能，铣削槽的两側。

（5）特殊成型面的加工对于一些批量生产的特定工件或加工内容，为提高成产效率，可专制造成型铣刀，如圆弧面、内凹槽、特形孔或台阶。

3.2进行刀具选择的时候，需要对刀具的尺寸以及加工工件表面尺寸进行筛选

进行生产时，用立铣刀来对平面零件的周围轮廓进行加工；用合金刀片铣刀来对平面加工，凹台和凹槽则是用速钢立铣刀来进行；使用合金刀片的玉米铣刀对毛坯表面进行加工；立体型面及变斜角轮廓需要用球头铣刀、环形铣刀等。

3.3球头刀具一般是在曲面精工的时候使用，在进行自由曲面加工的时候，可以借助球头刀具顶部的零切削速度来确保加工的精度

平头刀具具有较好的切割质量和效率，所以只要不会过切，在曲面的粗加工和精加工中，使用平头刀是比较好的选择。此外，刀具价值影响着刀具的闹用度和精度，通常价格高昂的刀具，其成本也比较高，加工质量比较好，可以提升加工效率和质量，间接的降低了成本。

3.4不同的加工阶段使用不同的刀具

在粗加工的时候，主要是进行去除余量的工作，所以要求刀具的刚性、精度比较高；半精加工和精加工的时候，就是一质量为主要的保证前提，所以要求刀具的精度较高。粗加工使用低精度刀具，精加工使用高精度刀具。要是粗加工和精加工都选择同样的刀具，可以使用精加工使用后淘汰的刀具，粗加工对精度要求不高，精加工的刀具在使用后会有一定的磨损，精度有所降低，这样一来就能够减少加工成本。

3.5一般的经济型数控机床，部分工作都是有人工完成的，像是磨刀刃、测量、刀具更换等等，需要比较多的时间来完成，所以需要对刀具的安排合理化

（1）刀具数量要少。

（2）没把刀具在安装后，都应该将其需要使用的部位加工完成。

（3）粗加工和精加工刀具要分开。

（4）先铣后钻，先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工。

（5）尽量减少手工换刀的工序，这样可以保证生产效率。

3.6选择刀具的时候要依照其寿命来进行挑选

（1）考虑成本、刀具复杂度、工艺需求。

（2）高精度和复杂的刀具其使用期限应该要高于单刃刀具。

（3）机夹刀具的寿命可以选择短一些的，确保生产效率。

（4）对于装刀、换刀、凋刀比较复杂的多刀机床、组合床与自动化加工刀具，刀具寿命应选高些，尤其要保证刀具可靠性。

（5）对于大件的精加工要尽量减少加工途中换刀的情况，选择刀具的寿命要考虑到零件精度和表面粗糙度。

4.数控刀具的要求比普通机床刀具要求有所区别

第一，数控刀具要求刀具的刚性好、精度高、具有抗振和稳定的抗热性，能够在生产中快速的进行更换。第二，使用期限长，刀具的切割稳定。第三，刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。第四，系列化、标准化，方便对其进行管理和编程。

5.数控机床对刀具的主要要求

首先，刀具具有良好的切削性。可以适应高速切削以及大荷载切削，刀具性能好，刚性高。其次，刀具的精度高，可以准确的进行重复定位，刀具的刀形精度高。再者，刀具种类要多，规格齐全，以适应不同的加工要求，满足生产需求。最后，工具系统完善，可以进行多种零件生产。

6.结束语

数控机床是目前制造的核心和基础，其应用范围广，在我国有着良好的发展前景，对于其刀具的正确使用研究具有非常重要的意义。进行数控编程的时候，要能够让刀具即时切换，并且定量进行切削。所以进行数控机床刀具的研究，选择正确的刀具，对于生产来说都是比较有意义的事情。 [科]

【参考文献】

[1]肖庆中.金属切削原理与刀具[M].北京：中国劳动社会保障出版杜，2001.

数控加工中刀具的选择 篇4

关键词：数控技术,机械加工,刀具选择

1 科学选择数控刀具

1.1 选择数控刀具的原则

刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时, 应首先选择合理的刀具寿命, 而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具, 由于换刀时间短, 为了充分发挥其切削性能, 提高生产效率, 刀具寿命可选得低些, 一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具, 刀具寿命应选得高些, 尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时, 该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时, 刀具寿命也应选得低些。大件精加工时, 为保证至少完成一次走刀, 避免切削时中途换刀, 刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。

1.2 选择数控车削用刀具

数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀, 其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中, 常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中, 应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成, 如900内外圆车刀、左右端面车刀、切槽 (切断) 车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数 (主要是几何角度) 的选择方法与普通车削时基本相同, 但应结合数控加工的特点 (如加工路线、加工干涉等) 进行全面的考虑, 并应兼顾刀尖本身的强度。

圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖, 应此, 刀位点不在圆弧上, 而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面, 特别适合于车削各种光滑连接 (凹形) 的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径, 以免发生加工干浅该半径不宜选择太小, 否则不但制造困难, 还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

1.3 选择数控铣削用刀具

在数控加工中, 铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀, 该刀具有关参数的经验数据如下:一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin, 一般取RD= (0.8一0.9) Rmin。二是零件的加工高度H< (1/4-1/6) RD, 以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时, 由于槽底两次走刀需要搭接, 而刀具底刃起作用的半径Re=R-r, 即直径为d=2Re=2 (R-r) , 编程时取刀具半径为Re=0.95 (Rr) 。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工, 常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。

目前, 数控机床上大多使用系列化、标准化刀具, 对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装置的机床, 刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定, 如锥柄刀具系统的标准代号为TSG-JT, 直柄刀具系统的标准代号为DSG-JZ, 此外, 对所选择的刀具, 在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据, 并由操作者将这些数据输入数据系统, 经程序调用而完成加工过程, 从而加工出合格的工件。

2 设置刀点和换刀点

刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始, 必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置, 这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点, 所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定, 所以, 该点又称对刀点。在编制程序时, 要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查;引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上, 也可以设置在夹具上或机床上, 为了提高零件的加工精度, 对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时, 可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上, 即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点, 车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点;球头铣刀是球头的球心, 钻头是钻尖等。用手动对刀操作, 对刀精度较低, 且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等, 以减少对刀时间, 提高对刀精度。加工过程中需要换刀时, 应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置, 换刀点应设在工件或夹具的外部, 以换刀时不碰工件及其它部件为准。

3 确定切削用量

数控编程时, 编程人员必须确定每道工序的切削用量, 并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法, 需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度, 充分发挥刀具切削性能, 保证合理的刀具耐用度, 并充分发挥机床的性能, 最大限度提高生产率, 降低成本。

3.1 确定主轴转速

主轴转速应根据允许的切削速度和工件 (或刀具) 直径来选择。其计算公式为:n=1000v/3.14D式中:v—切削速度, 单位为m/m动, 由刀具的耐用度决定;n一一主轴转速, 单位为r/min;D—工件直径或刀具直径, 单位为mm。计算的主轴转速n, 最后要选取机床有的或较接近的转速。

3.2 确定进给速度 (走刀速度)

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数, 主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时, 为提高生产效率, 可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时, 宜选择较低的进给速度, 一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度, 表面粗糙度要求高时, 进给速度应选小些, 一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时, 特别是远距离“回零”时, 可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

3.3 确定背吃刀量 (切削深度)

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定, 在刚度允许的条件下, 应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量, 这样可以减少走刀次数, 提高生产效率。为了保证加工表面质量, 可留少量精加工余量, 一般0.2一0.5m m, 总之, 切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

同时, 使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应, 以形成最佳切削用量。

数控加工中刀具的选择 篇5

目前,切削加工仍是机械制造行业应用广泛的一种加工方法。其中,集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技术已经成为机械制造领域的新秀和主要加工手段。

“高速切削”的概念首先是由德国的C.S~omom博士提出的,并于1931年4月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。该理论的核心是:在常规的切削速度范围内,切削温度随着切削速度的增大而提高,当到达某一速度极限后,切削温度随着切削速度的提高反而降低。此后,高速切削技术的发展经历了以下4个阶段:高速切削的设想与理论探索阶段(193l—l971年),高速切削的应用探索阶段(1972-1978年),高速切削实用阶段(1979--1984年),高速切削成熟阶段(20世纪90年代至今)。高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点:第一,生产效率提高3～1O倍。第二,切削力降低30%以上,尤其是径向切削分力大幅度减少,特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第三,切削热95%被切屑带走,特别适合加工容易热变形的零件。第四,高速切削时,机床的激振频率远离工艺系统的固有频率,工作平稳,振动较小,适合加工精密零件。

高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一,不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统形同虚设,完全不起作用。由于高速切削的切削速度快,而高速加工线速度主要受刀具限制,因为在目前机床所能达到的高速范围内,速度越高,刀具的磨损越快。因此,高速切削对刀具材料提出了更高的要求,除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外,还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削刀具材料有:聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C,N)基金属陶瓷、涂层刀具fCVD)~超细晶粒硬质合金等刀具材料。

二、高速切削刀具的发展情况

金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。然而,由于天然金刚石价格昂贵,加工焊接非常困难,除少数特殊用途外,很少作为切削工具应用在工业中。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术,使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单,因此在超精密镜面切削的高技术应用领域,天然金刚石起到了重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料,是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN 微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石,但其氧化温度高达1360℃ ,且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此,虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备,但仍是适合钢类材料切削,具有高耐磨性的.优良刀具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料,也是国内外公认的用于硬态切削,高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。

陶瓷刀具。与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍,其红硬性比硬质合金高2～6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差,制约了它的应用推广,而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

涂层刀具。涂层材料的发展,已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层,经历了TiC-112o3-TiN 复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段,现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元复合薄膜材料,使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中,工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材料,横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金,化学稳定性和抗氧化性好,耐剥离磨损,耐氧化和扩散,具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。

三、高速切削刀具的具体应用情况

理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性,与工件有较小的化学亲和力,高的热传导系数,良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最后成型工艺,达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性,但由于较低的硬度和较差的高温稳定性,使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后,硬质相尺寸变小,粘结相更均匀地分布在硬质相的周围,提高了硬质合金的硬度与耐磨性,在硬切削中获得较广泛应用。

陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性,使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比,CBN刀具拥有更高的断裂韧性,因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度,高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此,具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具,但即使在低温下,其对黑色金属中铁的亲和力也很强,易引起化学反应,因此不能用于钢的硬切削。

一般而言,PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工;而CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工。故在模具加工中,特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工,CBN刀具性能最好,其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。

结论

高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式,极大提高了加工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合,改变了传统模具加工的工序流程。高速切削刀具作为高速切削技术的关键,随着技术的不断完善,将为模具制造带来一次全新的技术革新。

参考文献

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[2] 周纯江 叶红朝 高速切削刀具相关关键技术的研究[J] 机械制造2008

[3]范炳良 林朝平基于高速切削刀具锥柄系统的分析与研究[J] 机械设计与制造 2008

[4]马向阳 李长河 高速切削刀具材料[J] 现代零部件2008

[5]李鹏南 张厚安 张永忠 胡忠举 高速切削刀具材料及其与工件匹配研究[J] 工具技术2008

浅谈数控加工中刀具的特点及选用 篇6

关键词：数控加工；刀具；特点；选用

引言

在数控机床加工中，数控加工工艺的重要内容是数控刀具的选择和切削用量的确定，数控机床使用的刀具必须具有较高硬度和高耐磨性、足够的强度与韧性以及高的耐热性，还需要较好的工艺性与经济性，因为它不但会对数控机床的加工效率产生影响，还会直接影响加工质量。

1.数控加工刀具的特点

1.1车刀的种类和用途

按不同的用途可将车刀分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、内孔车刀、成型刀和螺纹刀等（见图1）。

1.2车刀切削部分的材料

在车削过程中，车道的切削部分是在较大的切削抗力、较高的切削温度和剧烈的摩擦条件下进行工作的。车刀寿命的长短和切削效率的高低首先决定于车道切削部分的材料是否具备优良的切削性能。常用刀具材料如下：①高速钢刀具。②硬质合金刀具。③陶瓷刀具。④涂层刀具。

1.3车刀的几何形状

车刀由刀柄和刀体组成。刀柄是刀具的加持部分；刀体是车刀的切削部分，它又由“三面两刃一尖”一般的刀具（即前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖）组成，具体结构如图2所示。

前刀面是切屑流经过的表面。

主后刀面是与工件切削表面相对的表面。

副后刀面是与工件已加工表面相对的表面。

主切削刃是前刀面与主后刀面的交线，担负主要的切削工作。

副切削刃是前刀面与副后刀面的交线，担负少量的切削工作，起一定的修光作用。

2.数控刀具的选择

刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。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。

因为数控机床与普通机床相比，其主轴转速及范围比较高，并且主轴输出功率较大，所以对数控加工刀具的提出了更高的要求，与传统加工方法相比，要求精度高、刚性好、强度大、耐用度高，而且要求安装调整方便，尺寸稳定。这就要求刀具的几何参数标准化、系列化，结构合理。

刀具的几何参数除具有几何角度外，还包括前刀面形式和切削刃形状等。刀具切削部分的主要角度如图3所示。

（1）前角和前刀面形状的选择。前角的选择应考虑“锐中求固”的原则。工件材料的强度、硬度较低时，选用较大前角；反之，选用较小的前角。车削脆性材料时，为了避免崩刀一般应选用较小的前角，但不宜选用负前角。

（2）后角的选择。粗加工时以确保刀具强度为主，应取较小的后角（4°～6°）；精加工时以保证加工表面质量为主，一般取8°～12°。工件材料硬度高、强度大或者加工脆性材料时取较小后角，反之后角可取大点。

（3）主偏角的选择。加工高硬度的材料宜取较小的主偏角；工艺系统刚性较好时，减小主偏角可提高刀具寿命；刚性不足时，应取较大的主偏角，以减小径向阻力，减少振动。

（4）负偏角的选择。负偏角的合理数值首先应满足加工表面质量要求，在考虑刀尖强度和散热体积。一般刀具的负偏角在不引起振动的情况下可选取较小的数值。

（5）过渡刃的选择。刀尖处磨有过渡刃后，则能显著地改善刀尖的切削性能，提高刀具寿命。

4.结束语

数控机床在生产实际中的应用越来越广泛，已经形成了量化生产线，数控加工刀具的选择已经成为数控加工中的关键问题之一。所以，操作人员必须熟悉刀具的选择方法，充分发挥数控机床的优点，从而保证零件的加工质量和加工效率，提高企业的经济效益和生产水平。

参考文献：

[1]于淑芹.简析数控刀具的合理选用[J].科技与企业，2014，（6）：296-296

[2]祁捷.数控加工的刀具选择[J].价值工程，2011，30（13）：72

数控加工中刀具的选择 篇7

随着机械加工技术的不断进步, 数控机床应用日益广泛, 在编制数控程序的环节, 合理确定刀具以及切削用量有重要影响, 有利于提高加工效率并且确保加工质量。

1 数控铣加工过程当中的刀具选择

第一, 加工刀具常见种类。机械加工当中应用数控技术, 可以显著改进加工效率[1]。同传统加工比较而言, 数控加工更加强调加工的质量以及速度, 需要使用计算机来调整刀具位置, 这样才可以保证加工过程当中持续快速加工。当前数控铣加工当中的刀具包括铣削刀具以及孔加工刀具[2] (图1) 。

第二, 加工刀具的具体选择。首先是确保加工精度。要想确保加工精度就需要使用耐用性以及锋利度比较高的刀具, 同时断屑能力良好。其次是要确保加工强度。数控铣加工对强度的要求更严格, 需要使用符合加工强度需求的刀具[3]。加工刀具应当满足两个方面的条件, 一方面是使用计算机来调整加工的方向、强度还有刀片的具体位置, 另一方面是需要能够长时间进行切削。具体选择的时候, 应在数控程序提供的界面来进行。工作人员应当根据机床性能、加工顺序以及加工要求等方面的因素综合考虑选择合适的刀具, 与此同时还需要考虑加工材料的影响, 保证加工刀具同机床规格匹配。在选择刀具之后还需要进一步选择刀柄, 通常应避免刀柄过长, 避免其给机床的运行带来不良影响。在具体加工环节, 刀具既需要符合机床规格, 还需要材料形状符合加工形状。例如在加工曲线或者是球类材料的时候需要使用球头刀, 而封闭键槽加工的时候需要使用键槽刀具[4]。

2 数控铣加工过程当中切削用量确定

数控铣加工环节的切削用量受加工方法影响, 因此在确定切削用量的时候, 需要重点考虑切削的速度、深度还有进给量等影响因素。通常情况下, 粗加工环节需要尽量提高加工速度, 从而提高单位时间的产量, 所以在此过程当中的切削用量往往比较大[5]。精加工环节需要提高加工精度从而保证加工质量, 这就需要降低切削用量。

第一, 确定切削深度。因为机床类型还有加工材料存在着明显的区别, 在确定切削深度的时候也需要做好匹配工作。工作人员确定切削深度的时候, 应当根据具体条件比如加工材料、机床类型以及加工刀具等进行切削。通常情况下, 粗加工的时候可以加深切削深度, 这样就能够通过一次切削切掉更多的材料, 前提条件是要保证刀具刚度满足标准, 避免因为刀具的刚度太低或者是材料厚度过厚而发生切不断的问题。切削的时候需要让刀口朝里, 防止刀刃同机床的金属物直接接触。如果刀具刚度降低、材料太厚或者是冲击荷载较大, 应当恰当减少切削深度, 从而准确地改进切削, 并且最大限度避免切削环节造成刀具损伤问题。除此之外, 还应当根据加工余量来合理确定切削深度, 如果余量越少就需要减少切削深度, 从而防止浪费资源, 同时也能够保证加工效率以及加工质量。通常情况下切削深度为0.05~1.0 mm, 半精加工的深度是1~3 mm。工作人员应当在此范围当中结合具体条件来灵活调整。

第二, 确定切削进给量。最为主要的给量影响因子包括材料类型、加工精度还有刀具等。在粗加工环节, 需要重点分析刀具刚度以及加工质量, 如果刀具刚度比较高, 可以合理提高进给量, 如果刀具的刚度比较小, 可以合理降低进给量。精加工环节则需要综合分析材料质量例如粗糙度等。1) 当工件的质量要求能够得到保证时, 为提高生产效率。可选择较高的进给速度, 一般在100~200 mm/min范围内选取。2) 在切断、加工深孑L或用高速钢刀具加工时, 宜选择较低的进给速度。一般在20~50 mm/min范围内选取。3) 当加工精度, 表面粗糙度要求高时, 进给速度应选小些, 一般在20~50 mm/min范围内选取。

第三, 确定切削速度。通常情况下, 在确定转速的基础上, 铣刀直径越大就能够加快切削速度。不过如果切削速度过快, 容易导致刀具生成的热量上升, 从而严重磨损刀具。在此情况下, 切削深度加深之后也会影响到切削效率。所以工作人员应当科学确定切削速度, 避免速度太快磨损刀具并影响质量。与此同时, 工作人员还应当考虑其他影响因素, 例如材料拐角位置需要降低速度, 曲线材料加工的时候需要坚固半径产生的影响, 外圆弧的切削速度往往较小, 而内圆弧的切削速度往往较大, 需要工作人员灵活确定速度。

数控技术是制造业的核心技术之一, 数控铣加工的过程当中科学确定加工刀具以及切削, 有利于提高综合效益, 需要引起相关工作人员的重视。

参考文献

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[2]李子明.数控铣加工的刀具与切削用量研究分析[J].科技创新与应用, 2015, 20 (17) :136-139.

[3]苗德忠.数控铣加工中的刀具和切削用量合理选择浅析[J].科技信息, 2014, 15 (12) :302-305.

[4]耿慧莲, 韩江.起重支架的数控铣工艺处理及工装设计[J].机床与液压, 2014, 3 (2) :99-101.

发动机加工中先进刀具的选择 篇8

集团公司最近推出一款新型发动机, 采用直列四缸、单缸四气门结构, 双顶置凸轮轴, 平底挺柱 (无摇臂, 凸轮轴直接作用在挺柱上带动气门工作) , 排气量为1.3L和1.5L两个系列。此发动机性能优良, 技术在国内同款发动机中处于先进水平。为缩短生产周期, 降低加工成本, 该新款发动机金属切削加工中广泛采用高速切削加工技术以及最新工艺、最先进刀具。

刀具材料的选择

为了满足高速切削, 新款发动机加工刀具材料广泛采用先进刀具材料——硬质合金、金刚石 (PCD) 和CBN材料。

由于P C D刀具与非铁金属的摩擦系数非常小, 切削中不会产生积屑瘤, 加工的表面粗糙度值小, 而且刃口可以做得很锋利, 刀具的出口处几乎没有飞边毛刺, 因此特别适合于新款发动机铝制缸盖。

钻头、涂层丝锥广泛采用硬质合金材料, 其高硬度、高耐磨性和红硬性则为高速切削提供了保证。

由于铁系金属高温时对碳元素有着很强的亲和作用, 因此, 由纯碳元素组成的金刚石不宜用作加工铁系金属的刀具材料。而C B N由硼、氮两种元素组成, 高温时不容易和铁系金属发生化学反应, 故新款发动机缸体、曲轴以及凸轮轴广泛采用CBN刀具和磨具。

刀柄选择

在切削加工中, 刀柄是刀具与机床之间的关键性接口。在各个加工场合, 刀柄会影响很多因素, 如尺寸精度、表面质量、换装时间和刀具磨损, 都会最终影响到所加工工件的质量和成本。正确选用与高速运转的主轴相配合的刀柄是关键因素之一。机床主轴的高速运转如果没有合适的刀具、刀柄相配合, 则会损坏机床主轴的精密轴承, 降低机床的寿命。

1.先进的刀柄接口

一般切削最常用的刀具是7∶24锥度接口刀柄, 而高速切削用的比较多的是先进的HSK接口刀柄。

7∶24锥度接口刀柄是靠锥面与主轴连接, 转速高于10 000r/min时, 由于离心力的作用, 主轴系统的端部将出现较大变形, 其径跳急剧增加到15μm左右。刀柄与主轴锥孔间将出现明显的间隙, 严重影响刀具的切削特性, 因此7∶24锥度接口刀柄一般不能用于高速切削。

H S K刀柄是一种新型的高速锥型刀柄, 采用锥面与端面双重定位的方式, 在足够大的拉紧力作用下, H S K1∶10空心锥柄和主轴1∶10锥孔之间在整个锥面和支承平面上产生摩擦, 提供封闭结构的径向定位。平面夹紧定位防止刀柄的轴向窜动, 其径向圆跳动不超过5μm, 轴向重复定位精度高达1μm。H S K短锥柄部长度短 (约为7∶24锥度接口锥柄长度的1/2) 、重量轻, 因此换刀时间短。在整个加工速度范围内, H S K锥柄比7∶24锥度接口锥柄具有更大的动、静径向刚度和良好的切削性能。新款发动机缸体、缸盖和曲轴全部采用先进的H S K接口刀柄。

2.先进的刀具夹持

在夹持刀具方面, 新款发动机缸体、缸盖刀柄绝大部分采用了液压刀柄。静压膨胀式刀具夹头具有优良的技术性能:夹持回转精度不大于3μm, 重复夹紧精度不大于2μm;稳定可靠的夹紧力;能够传递很高的转矩;极优的阻尼减振性能;夹紧系统具有全封闭结构、无磨损、经久耐用的特点, 能够有效地提高切削加工的精度和工件表面质量, 可以显著改善刀具在切削加工中的受力状态, 成倍提高刀具使用寿命, 且装、卸简单方便。

新款发动机曲轴加工采用了许多热胀刀柄。此种刀柄具有液压刀柄的精度, 具备较高的径向刚度, 在大切削量的情况下能够平稳地加工。通过热胀冷缩法夹紧的刀具几乎成为受力非常均匀的一体式刀具。

3.优良的冷却功能

新款发动机切削加工, 绝大多数刀具采用了内冷功能。高压切削液通过机床主轴从刀具内部冲出, 浇到切削刃上, 然后带着切屑从刀具的排屑槽排出, 可以起到很好的冷却、润滑、排屑功能。

4.高精度的动平衡

高速旋转的刀柄如果不平衡量太大, 不仅会引起主轴及其部件的额外振动, 还会引起刀具的不规则磨损, 缩短刀具寿命, 降低零件的加工质量。

新款发动机切削加工刀柄, 在15 000r/min下, 平衡质量等级为G6.3 (相当于2kg刀柄, 不平衡量小于16g·mm) 。

座圈孔和导管孔加工刀具的选择

缸盖是内燃机的重要部件, 它的加工精度直接影响到发动机的工作性能。发动机工作时, 由于可燃气体是在缸盖燃烧室压缩后点燃, 致使气门座圈承受很高的热负荷和机械负荷。这既要求座圈有很高的耐磨性, 还要有很好的密封性。如果气门杆工作时中心发生偏移, 除了会导致有害的热传导和气门杆及导管孔很快磨损外, 还会造成耗油量的增加。因此, 对气门座圈和导管孔的加工精度提出了很高的要求, 特别是对气门座圈工作锥面与导管孔相互间的同轴度规定了很严的公差。

新款汽油发动机, 气门座圈工作锥面圆度0.015m m, 工作锥面和导管孔的同轴度公差规定为φ0.04m m。在大批量生产中, 要稳定地保持这样的公差, 除需要优化加工工艺、合理选择、定位基准外, 专用刀具和精镗头的合理结构及其精度均具有重要意义。

采用一把专用刀具同时加工气门座圈和导管孔有利于提高同轴度。加工座圈的工作锥面, 一般是采用锪削和车削两种成形工艺。锪削的刀刃倾斜角要与气门座圈工作锥面的半锥角相等。加工时, 由于座圈是粉末冶金压制烧结而成, 材料硬度高 (新款发动机座圈硬度为48～64H R C) , 刀刃的磨损较快, 锪削的刀刃磨损的轮廓会复制在密封锥面上, 从而影响到座圈工作时的密封性。

采用车削工艺加工座圈工作锥面可避免锪削时出现的缺陷。加工座圈时, 一般需加工座圈的150°、60°和90°的工作锥面。前两锥面的加工是为了保证90°的工作锥面有恒定的带宽 (1.2±0.2) mm。

新款发动机缸盖就是用专用刀具同时加工气门座圈和导管孔。此刀具在倾斜布置滑板刀架上的两把刀片 (刀片1和刀片2) 用来粗、精加工座圈的150°、60°和90°的工作锥面。刀片1为粗加工刀片, 刀片2为精加工刀片。由装在两把刀片前端导向套对加工导管孔的铰刀进行导向。倾斜布置滑板刀架上的导轨是精确按座圈工作锥面的角度90°制造的, 所以可保证工作锥面的加工精度和重复精度。

加工150°锥面时, 倾斜布置滑板刀架向内运动, 主轴向后运动。加工90°锥面时, 倾斜布置滑板刀架向内运动, 主轴旋转但轴向不运动。加工60°锥面时, 倾斜布置滑板刀架向内运动, 主轴向前运动, 以上三个合成运动。

用于终加工导管孔的刀具既可用单刃铰刀, 也可采用多刃铰刀。由于单刃铰刀在铰削过程中是由布置在刀体上的两根导向条来导向和支承切削力, 因此, 它对加工余量的不均匀敏感程度较低, 这有利于提高气门座圈工作锥面与导管孔加工的同轴度。

而采用多刃铰刀, 由于可采用较高的进给速度, 导管孔的加工时间一般可比单刃约缩短75%, 但这种铰刀对不均匀的加工余量比较敏感, 会影响到座圈工作锥面与导管孔加工的同轴度。新款发动机缸盖采用单刃铰刀来确保加工精度。

刚性加工丝锥刀具的选择

在加工中心上, 一般加工瓶颈多在攻螺纹作业上, 经常造成加工中心效率的低下, 产品成本上升。现新款发动机缸体、缸盖加工中心机体刚性、重复性及精度都很高, 刀具是硬质合金带涂层丝锥。所以, 攻螺纹都采用刚性加工, 效益大大提高。

曲轴外铣刀和曲轴车-车拉刀的选择

新款发动机曲轴连杆颈粗、半精加工采用外铣刀加工, 曲轴主轴颈粗、半精加工采用车-车拉刀加工。

外铣刀可进行大背吃刀量、大进给量铣削。通过切削刃的切向和径向布置可获得极高的齿数、切削刃数和刀具刚性。一次加工就可接近最终轮廓尺寸。该工艺的优点是切削速度高 (可高达350m/min) 、切削时间较短、工序循环时间较短、加工效率高。切削力较小、工件温升较低、刀具寿命高、换刀次数少, 加工质量好、柔性好。外铣主要用于加工大量中小型汽车曲轴。

车-车拉是车削与车拉的组合, 其中车削和车拉刀具径向固定在一个圆盘刀塔上, 圆盘刀塔沿主轴颈径向进入曲轴, 随曲轴旋转进行加工。这种方法用于大多数类型的曲轴。车削工序主要是粗加工切削, 刀塔不旋转, 切削刃处于工件的中心线。车拉刀具进行精加工切削, 通过缓慢旋转的刀塔对着旋转曲轴的主轴颈切向移动。生产效率高、加工精度好、柔性强、自动化程度高、换刀时间短, 特别适合有沉割槽曲轴和平衡块侧面不用加工的加工。加工后曲轴可直接进行精磨, 省去粗磨工序。因此, 曲轴车-车拉加工工艺是目前国际上曲轴粗加工中流行的加工工艺之一。

CBN砂轮的选择

新款发动机曲轴磨具大量采用C B N砂轮。立方氮化硼 (C B N) 砂轮的主要特点是硬度高、导热率高、锋利度高由此带来高的磨削率。适用于现代工业金属切削加工中的高效、强力磨削。

C B N磨料制作的砂轮, 根据不同的加工工艺和所用不同成分的结合剂可分以下四种:电镀C B N砂轮、烧结式C B N砂轮、树脂C B N砂轮和陶瓷结合剂的CBN砂轮。

1.连杆颈粗精磨

粗精磨连杆颈采用数控C B N磨床。为了曲轴磨床的高精度、高效磨削加工。连杆颈采用随动磨削的工艺。这种随动磨削工艺可显著提高曲轴连杆颈的磨削效率、加工精度和加工柔性。在对连杆颈进行随动磨削时, 曲轴以主轴颈为轴线进行旋转, 并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中, 磨头实现往复摆动进给, 跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。要实现随动磨削, X轴除了必须具有高的动态性能外, 还必须具有足够的跟踪精度, 以确保连杆颈所要求的形状公差。而C B N砂轮的应用是实现连杆颈随动磨削的重要条件。由于C B N砂轮耐磨性高, 在磨削过程中砂轮的直径几乎是不变的, 一次修整可磨削600～800条曲轴。C B N砂轮还可以采用很高的磨削速度, 在曲轴磨床上一般可采用高达120～140m/s的磨削速度, 磨削效率很高。

2.曲轴法兰外圆磨削

曲轴法兰外圆和端面、发信轮外圆和端面需要同时磨削, 属于成形磨削。以前的刚玉砂轮要经常修磨以保证工件精度, 此必影响生产效益。而新款发动机曲轴采用陶瓷结合剂C B N砂轮, 损耗非常小, 成形磨削的精度容易保证。

3.凸轮轴凸轮磨削

汽车发动机上的凸轮轴具有多个凸轮, 淬火后的凸轮粗磨及精磨是影响凸轮质量的关键工序。以前, 一般都是采用靠模仿形磨削, 磨削速度的提高受到限制 (60m/s以下) , 工件易产生磨削烧伤裂纹。采用靠模仿形磨削, 其凸轮表面的轮廊曲线要受砂轮直径大小的影响, 所以很难保证凸轮轮廊曲线的正确。

新款发动机粗精磨凸轮采用数控C B N磨削技术, 砂轮使用速度高达80～125m/s, 使传统凸轮轴磨削过程中的难题迎刃而解。加工效率是普通砂轮的2～3倍。

C B N砂轮价格昂贵, 但由于加工效率和寿命高, 分摊到每个工件上的刀具费用反而比采用价格低廉的普通砂轮要低。

结语

数控车床刀具及切削用量的选择 篇9

机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼 (CBN) 、金刚石、陶瓷等。由于切削温度高, 尽管积屑瘤发生中速切削速度区, 但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态, 减小了摩擦力, 抑制了积屑瘤的生成, 所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击, 刀具涂层后硬度可达80HRC, 具有高的抗氧化性能和抗粘结性能, 因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数, 可降低切削时的切削力及切削温度, 可以大大提高刀具耐用度 (涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍) 等优点, 但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片, 故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。陶瓷类刀具硬度高, 但抗弯强度低, 冲击韧性差, 不适用于余量不均的重型切削。硬质合金分为钨钴类 (YG) 、钨钛钴类 (YT) 和钨钛钽 (铌) 钴类 (YW) 。加工钢料时, 由于金属塑性变形大, 摩擦剧烈, 切削温度高, YG类硬质合金虽然强度和韧性较好, 但高温硬度和高温韧性较差, 因此在重型切削中很少应用。与之相比, 钨钛钴类 (YT) 类硬质合金刀具适于加工钢料, 由于钨钛钴类 (YT) 合金具有较高的硬度和耐磨性, 尤其是具有高的耐热性, 抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好, 在加工钢料时刀具磨损较小, 刀具耐用度较高, 因此钨钛钴类 (YT) 类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。然而在低速切削钢料时, 由于切削过程不太平稳, 钨钛钴类 (YT) 类合金的韧性较差, 容易产生崩刃, 而且在加工一些高强度合金材料时, 它的耐用度下降很快, 无法满足使用要求。如电站用机械产品工作于高温、高压、高转速的环境中, 对材料 (如26Cr2Ni4MoV、Mn18Cr18) 机械性能的要求非常高;而一些高硬度轧辊, 表面硬度在淬火后可达HRS90, (YG) 类刀具在加工此类产品时就无法胜任, 在这种情况下应选用YW类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具等。细晶粒合金的耐磨性好, 更适用于加工冷硬铸铁类产品, 效率较YW类刀具可提高一倍以上。而且在加工一些高强度合金材料时, 它的耐用度下降很快, 无法满足使用要求。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:

1.1 刚性好 (尤其是粗加工刀具) , 精度高, 抗振及热变形小;

1.2互换性好, 便于快速换刀;1.3寿命高, 切削性能稳定、可靠;1.4刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间;1.5刀具应能可靠地断屑或卷屑, 以利于切屑的排除;1.6系列化, 标准化, 以利于编程和刀具管理。

在实际加工中发现涂层刀具比较适合切削的精加工, 刀具的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦, 减少了积屑瘤的发生, 降低了刀具的磨损, 延长了刀具的寿命。

精加工阶段同样要求刀具耐磨损, 但是精加工阶段的磨损形式是以粘蚀磨损为主, 这时的切削速度虽然有了很大提高, 但由于工件材质等原因, 仍然会产生积屑瘤, 当积屑瘤增长到一定高度时会从刀具上剥离, 将接触部位的刀具材料带走一部分, 形成刀具的磨损, 同时, 剥离的积屑瘤会扎进工件表面, 形成硬点, 降低加工表面质量。因此, 如果精加工时仍然采用普通硬质合金刀具, 则刀具磨损非常快, 换刀次数增多, 不仅影响加工效率, 也易在工件表面形成接刀痕迹, 影响外观质量。解决这个问题的办法就是改变刀具材料。在实际加工中发现涂层刀具比较适合高速切削的精加工, 刀具的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦, 减少了积屑瘤的发生, 降低了刀具的磨损, 延长了刀具的寿命。

2 刀具角度的选择

外圆的粗、半精车刚度高的工件时, 由于粗加工或半精加工主要是切除多余金属层, 为了减少走刀次数, 减少切削时间, 提高生产效率, 切削力较大, 故应选择稳固的刀片夹紧方式, 为了增加刀尖强度, 承受较大的切削力, 刀尖角尽可能选择大一些。由于减小主偏角会导致径向分力Fy增大, 当工艺系统的刚度较强时, 可适当减小刀具主偏角。在一般加工条件下, 用硬质合金车刀车碳钢和合金钢, 在进给量和切削深度相同的条件下, 减小主偏角能使切削厚度减小, 切削宽度增大, 使参与切削的切削刃长度变长, 减少单位长度切削刃的负荷, 刀具强度高, 散热条件好, 从而提高刀具的使用寿命。

3 刀具结构的选择

根据粗加工加工余量大、切削余量大的特点, 用于粗加工的刀具应该具有很好的强度和刚性。一般来讲, 整体刀具的刚性较好, 但重型刀具的结构笨重, 装卸比较困难, 所以发展方向应该是机夹刀具。机夹刀具的刀片夹持结构及加工精度对于刀具的选择很重要, 实际加工中发现, 常用的机夹刀的夹紧形式可分为上压式、杠杆式和偏心销、楔块式等。对机夹刀具的制造精度要求也很高, 因为即使微小的误差, 也会使定位机构变成承力机构, 由于切削的加工过程中切削力巨大, 就会造成刀具的损坏。可采取的应对措施包括:减小切削速度以降低切削刃温度;减小进给率以减小刀片承受的应力;选用涂层刀具牌号以加强对前刀面的保护;改进刀具几何形状以减小直接作用于前刀面上的切削力。

粗车时, 要选强度高、耐用度好的刀具, 以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。精车时, 要选精度高、耐用度好的刀具, 以保证加工精度的要求。为减少换刀时间和方便对刀, 应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

4 切削用量的选择

对于高效率的金属切削加工来说, 被加工材料、切削工具、切削用量是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。

切削用量的三要素:切削速度、进给量和背吃刀量直接引起刀具的损伤。

切削速度;Vc=πDn/1000;

背吃刀量;ap= (D-d) /2;

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度vc和进给量f。

选择切削用量时, 应该在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率, 最大地发挥刀具的切削性能。所选取的数值要在机床给定的切削参数允许范围内, 同时要使主轴转速、背吃刀量和进给量三者都能相互适应, 形成最佳的切削效果。具体的原则是:粗车时, 在考虑加工经济性的前提下以提高生产率为主, 半精车和精车时, 在保证工件加工精度和表面粗糙度的前提下兼顾提高加工效率。

4.1 背吃刀量的确定。

根据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统刚度来确定背吃刀量ap。在工艺系统刚度允许的情况下, 应以最少的进给次数切除加工余量, 以提高加工效率。当零件的加工精度要求较高时, 需要保留0.2～0.5mm的单边精车余量。

4.2 主轴转速的确定。

依据机床的性能、被加工零件的材料和刀具允许的切削速度, 查阅相关的数控加工切削用量资料, 选取切削速度。在确定了切削速度vc (m/min) 之后, 根据工件直径D用下面的公式便可计算出主轴转速n (r/mim) 。

式中, D是工件直径, 单位为mm。

4.3 进给量 (进给速度) 的确定。

在确定进给量时, 要考虑被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求、刀具及工件的材料等因素, 在保证加工表面质量要求的前提下, 可选择较大的进给量以提高加工效率。

粗加工时, 一般切削用量选择较大, 车削时首先应该考虑选择较大的背吃刀量, 以减少走刀的次数;其次, 选择较大的进给量, 最后才是选择较高的切削速度, 伴随着切削速度的提高, 刀尖温度会上升, 会产生机械的、化学的、热的磨损, 刀具磨损不仅影响加工质量, 也会增加车床的负荷。切削速度提高20%, 刀具寿命会减少1/2。

精加工时, 如果机床及刀具性能允许, 应尽可能提高切削速度, 相应的可以采用较小的进给量, 以利于表面质量的提高 (一般可取0.1～0.2mm/r) 。如果刀片有修光刃, 则可根据修光刃的宽度, 适当加大进给量。当采用精车外圆表面时, 进给量可以达到每转0.1毫米, 精加工时, 加工余量较小, 从而切削深度也较小, 对于形状精度较高的表面, 应分多次去除余量, 这样可以有效消除残留的形状误差, 这一点对于易变形的工件尤其重要。

5 结论

综上所述, 数控车削同普通车削相比, 数控车削加工与普通车床切削加工大致相同。目前, 数控车削的很多工艺及刀具资料都是以普通机械加工为依据, 并不完全适用于数控机械加工, 因此需要进一步专门深入研究。

摘要：数控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业, 如何高效、合理、按质按量完成工件的加工, 是每个从事该行业的工程技术人员所关心的问题。数控车削加工与普通车床切削加工大致相同, 但刀具的选择、刀具的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等工艺问题也有各自的特点。对数控车床切削加工工艺作如下论述。

关键词：刀具,切削用量,效率

参考文献

[1]机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2004, 6.

[2]周济, 周艳红.数控加工技术[M].北京:国防工业出版社, 2003, 9.

数控加工中刀具的选择 篇10

数控铣床具有高效率、高精度、高柔性的性能,是现代机械加工的先进工艺装备,在数控加工中占据了重要地位,加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基础上发展而来的。随着我国机械加工的飞速发展,数控机床的使用日益增多,为了保证数控机床能正常运行,只有配置了与数控机床性能相适应的刀具和切削用量,才能使其性能得到充分的发挥[1]。尤其是CAD/CAM的发展,使得加工刀具和切削用量发展成为了编程人员在人机交互状态下进行选择的模式,最后通过编程软件自动生成加工代码,这就要求编程人员必须懂得刀具选择和切削用量确定的方法和原则。

1 数控铣削刀具的选择

数控铣床和加工中心需要加工能力和通用性更强的铣刀,在过去的几年中,对更先进的铣削刀具的开发就是源于这种需求。过去,特别是面对大批量的生产时,专用刀具往往是唯一有效的解决方案。而如今,需要的则是更为灵活的生产方式,新的铣刀概念提供了具备更广泛加工能力的刀具。现代刀具的设计及制造,能够实现更为复杂的刀具概念,利用CNC机床提高产出,加工过程也变得更加可靠了。

数控铣削加工的刀具按铣刀形状可分为:平刀、球刀、牛鼻刀、异形刀等;按铣刀用途可分为:立铣刀、端铣刀、键槽铣刀等;按铣刀材料可分为:高速钢铣刀、硬质合金铣刀、金刚石铣刀、立方氮化硼铣刀、陶瓷铣刀等。编程人员应该根据数控铣床的加工能力、工件的材料性能、几何形状、表面品质要求、热处理状态、加工工序、切削用量、加工余量等,选择刚性好,耐用度高的刀具。选择刀具的一般原则是:尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具;尽量采用机夹或可转位式刀具;尽量采用高效刀具。其中被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。

1) 加工曲面类零件时,为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切,避免刀刃与工件轮廓发生干涉,一般采用球头刀,粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀,如图1所示。

2) 铣较大平面时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀,如图2所示。

3) 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀,如图3所示。

4) 铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀,如图4所示。

5) 孔加工时,可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具,如图5所示。

2 数控铣削加工切削用量的确定

切削用量由切削速度、进给量和背吃刀量三要素组成。在切削加工中,切削用量将直接影响加工工件的品质、刀具的磨损限度、机床的功率、生产率、加工成本等。因此切削用量的选择显得特别重要。

合理选择切削用量的原则是: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,应在保证加工品质的前提下,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[1]。

a) 背吃刀量ap的选择:应该根据机床和刀具的刚度、加工余量多少而定。除留给下道工序的余量外,其余的粗铣余量尽可能一次切除,以使走刀次数最少、提高生产效率;当粗铣余量太大或工艺系统刚性较差时,则其加工余量应分两次或数次走刀后切除。当切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等加工硬化严重的材料时,应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度,以防刀尖过早磨损。一般立铣刀粗铣时,背吃刀量以不超过铣刀半径为原则,但一般不超过7mm; 半精铣时,背吃刀量取为0.5～1mm; 精铣时,背吃刀量取为0.05～ 0.3mm。端铣刀粗铣时,背吃刀量一般为2～5mm;精铣时,背吃刀量取为0.1～0.5mm。

b) 进给量f的选择:进给量是数控铣床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙要求、以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给量受机床刚度和进给系统的性能限制。当工件的品质要求能够得到保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给量。一般在100～200mm/min 范围内选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时,进给量应选小些,一般在20～50mm/min范围内选取。生产实际中多采用查表法、经验法确定合理的进给量。粗加工时,根据工件材料、铣刀直径、已确定的背吃刀量来选择进给量。半精加工和精加工时,则按加工表面粗糙度要求,根据工件材料,切削速度来选择进给量。

c) 切削速度Vc的选择:铣削中主轴转速的确定就是通过确定切削速度来得到的。生产中经常根据实践经验和有关手册资料选取切削速度,然后算出主轴转速。选择切削速度的一般原则是:粗铣时,ap和f较大,故选择较低的Vc;精铣时,ap和f均较小,故选择较高的Vc。工件材料强度、硬度高时,应选较低的Vc。刀具材料的切削性能愈好,切削速度也选得愈高。主轴转速的计算公式为:

n=1000Vc/πD

式中:Vc为切削速度(m/min),由刀具的耐用度决定;n为主轴转速(r/min);D为铣刀直径(mm)。

根据加工材料不同以及所用刀具直径不同,现以高速钢立铣刀为例将铣削的进给速度和主轴转速总结如表1所示。

3 总结

随着数控机床的普及,CAD/CAM技术得到了越来越多的应用,这也就使得刀具的选择和切削用量更多地是在人机交互状态下即时确定的。因此,数控编程人员必须掌握刀具和切削用量选择的基本方法和原则,这对于保证零件加工的品质和生产效率,发挥数控铣床的优越性具有重大的意义。

参考文献

[1]朱淑萍.机械加工工艺及装备[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]李斌.数控加工技术[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3]徐衡.FANUC系统数控铣床和加工中心培训教程[M].北京:化学工业出版社,2006.

[4]王维.数控加工工艺及编程[M].北京:机械工业出版社,2001.

数控加工中刀具的选择 篇11

关键词：高速加工；超硬材料刀具；性能；进展

中图分类号： TG711 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-167-2

0 引言

超硬材质制作出来的刀具含有氮化硼的聚晶刀具、金刚石的刀具、其他多类的刀具。针对超硬刀具，若要用作常态加工那么有必要辨析这类刀具拥有的本身特质。结合行业现状，解析了更高水准的高速加工[1]。相比传统加工，超硬刀具加工表现出独有的新优势，可节能耗费的总体成本并提快了加工速率。解析刀具性能，为日常加工提供了必备参照，依照不同状态下的自动加工筛选不同特质的可用刀具。

1 自动性高速加工

自动化范围内的高速加工依托于设备本体高速的转动，选取超硬刀具从根本入手增添了切除率，加工可得更为优质的各类构件。对比常规加工，高速性的自动加工可缩减超出30%的切削作用，提升了40%总体去除率。从现有趋向看，高速加工针对于复合类的新型材质、石材及塑料、有色金属及强化性的纤维都是合适的。有些材质较难被加工，例如不锈钢及高锰钢、耐磨性的铸铁合金、强度较优的钢合金，这些材质也适合于超硬刀具[2]。

超硬材料可用于制备多样刀具，但要慎重调控至最佳的几何形态、刀柄系统及镀层，选取平衡技术以便于加工独特的某些材质。针对于切削性的高速刀具也要增添原先的抗弯及耐磨性，高温状态下应能更加耐磨，工艺性能优良。超硬刀具更适宜制作毛坯、焊接或磨削零配件。现存刀具多采纳了立方聚晶性的、金刚石的超硬刀具，也可选取其他原材制备刀具。

2 超硬刀具本身的性能

2.1 氮化硼的聚晶刀具

立方的氮化硼被归入超硬材质，在上世纪中期，高压高温状态下的氮化硼合成被创设出来。相比来看氮化硼表现出偏低的本身硬度且没能超出金刚石。单晶氮化硼表现出微粒的较小形态，直接用作常态的切削仍是较难的。到了70年代，多国协作创设了烧结体新式的氮化硼材质，即立方聚晶性的氮化硼。聚晶立方材质增添了固有的总硬度，内部排列着无序且细微的晶粒，微粒排列呈现同一方向。立方聚晶形态的氮化硼拥有了优良的耐磨属性，延长了可运转的年限。相比合金刀具，氮化硼制备成的刀具拓展至10倍的坚硬度，现存切削速度可达 1um/r。同时立方氮化硼被置于偏热环境下也可维持着稳定，可耐住1400摄氏度超高温。导热系数良好，立方材质也有着0.3较低的摩擦系数。在这些优势下，氮化硼刀具被看作最佳范围内的可选材质，在最大幅度内，干式切削也提升了总的成效。

2.2 金刚石的刀具

金刚石制备成的刀具整合了优良的耐磨及硬度，膨胀性及摩擦系数都是较低的。针对于非铁性的金属都减低了亲和力，可加工范围覆盖了高耐磨性的材质、石墨复合材质、硅铝性的合金、有色的韧性金属。设定了精密的日常加工流程，金刚石刀具现存类别是较多的且刀具彼此表现为繁复的差异。金刚石刀具有着不同的本体架构，制作步骤也并不相同[3]。从现存加工看，常用天然性的、聚晶人造性的、涂层沉淀的金刚石。从原理视角看，加工要增设必备的催化剂，在设定好的压力及温度下都可合成人工石墨或者碳。针对人工合成，最近几年创设了硬质的基体及薄膜状的金刚石。单晶金刚石超出了80%总的产能，然而加工得出的产品仍聚集于偏低层次，未来还应摸索涂层刀具更成熟的新形态。

从导电性及强度来看，各方位的石墨都是匀称的且强度也很高。在高速铣削中，切削得出较小深度的石墨材质。金刚石材质可用作加工石墨，金刚石优于合金刀具且延长了寿命。相比模压性的普通石墨，同性石墨提升了固有的物理及机械属性。此外，钛合金构件含有梁板、侧壁板及大型框。通常来看，铣削各类配件都应留出必备的余量。铣削可去除冗余的构件偏差，企业可选合金材质的加工性刀具，最好选取钛合金。这样做，即便提快了原先的加工速率也不会磨损刀具。相比来看，PCBN可制作的合金刀具将延长总的年限，涂层也更加优质。

3 未来刀具性能的发展

首先，高速铣削可选的刀具未来应能用作加工缸盖及发动机缸体。在发动机架构内，缸体是不可缺失的一类构件，曲柄衔接着连杆活塞、飞轮及配气性的装置。缸体内壁构架是较复杂的，铸铁原材耗费的总成本偏低且设定了简易的多步骤工艺。切削得出的构件拥有更强敏锐性且减低了磨损。加工缸体经常注重于孔系及表层，配套工序含有粗铣得出的缸体。铸铁在切削时刀刃承受了最大的压力应变及最高温度，冲击韧性及本体的强度都要确保最佳。可选氮化硼制作出来的刀片，提升至每分钟800转的切削速率[4]。

其次，超硬刀具应当加快现存的加工速度，适合各类的加工领域。现今制造业及配备的加工技术都符合了新式刀具的性能，超硬刀具更适合用作加工陶瓷及金属。在加工石材等较硬性的原材时，配备的刀具也要选取硬性的。高速加工各类的构件都可选取硬性的原材，自动化趋向的高速加工经常选取超硬性的刀具。有待加工的工业材质多为耐磨性的高强度钢材或者复合纤维，还包含各类的铸铁材质。相比来看超硬性的刀具更能缩减总的切削作用并且提升了加工实效。超硬材料可用作制备多样性的刀具，例如金刚石及硬性氮化硼制作出来的刀具。

最后，超硬刀具未来的加工要凸显独特的节省成本优势，加快了日常加工的总体效率。对于各类构件的加工都不可随便选取较硬刀具，应当结合真实的加工性质予以搭配刀具。例如加工石墨电极选取的金刚石刀具提升了综合范围内的石墨优良性质，对于加工中的偏差可借助于铣削步骤予以调整。这样做从根本上延长了构件的运转时限，构件也拥有了更均匀的材料质地。

4 结语

相比于传统加工，高速切削可选取的刀具应能拥有更优的材质，严格调控至合适的几何形态并增设外在镀层。同时，刀具配备的平衡调控及刀柄系统都应吻合设定的规格。刀具可选的超硬材质增添了原本的耐磨及硬度，冲击韧性及抗弯的总强度也由此而提升。超硬刀具被用作磨削及制作毛坯，不易扭曲变形。加工业进步中还应采纳并推广超硬刀具配备的加工方式，获取综合范围内的更优加工质量。

参 考 文 献

[1] 王成勇，周玉海，余新伟.高速加工中超硬材料刀具性能及进展[J].机电工程技术，2013（04）：8-14+4.

[2] 陈泉.硬脆材料加工中超硬刀具的应用[J].中国新技术新产品，2014（09）：152-153.

[3] 高建红，李文辉，刘伦伦等.钛合金和镍合金加工用新型刀具材料的研究进展[J].机械工程材料，2014（12）：1-5+108.

数控加工中刀具的选择 篇12

数控加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹称为走刀路径。走刀路径反映了工序的加工过程,确定合理的走刀路径是保证铣削加工精度和表面品质的重要工艺措施之一,也是确定数控编程的前提［1］。

影响走刀路径的因素很多,有工艺方法、工件材料及状态、加工精度及表面粗糙度要求、工件刚度、加工余量、刀具的刚度及耐用度、机床类型、工件的轮廓形状等。对于薄壁框类铝合金零件,其弹性模量为70 GPa左右,约为钢的三分之一。由于弹性模量较小,屈强比大,在铣削加工过程中极易产生回弹,特别是大型薄壁工件,让刀和回弹更为严重［2］。因此在相同外载荷作用下,铝合金材料工件比相同结构钢件变形大。不同的走刀路径对加工过程中残余应力的产生和分布趋势会产生不同的作用效果,加工路径的选择主要考虑被加工材料尽可能对称分布,以达到减小加工变形的效果［3］。

文中引入有限元中的单元生死技术［4］来仿真材料的去除,通过单元生死时机的不同来实现走刀路径的变化,研究不同走刀路径下,铣削力对零件造成的变形。

1 铣削力有限元分析

1. 1 分析方法

仿真采用的材料为航空材料7050T7451 铝合金,其杨氏模量E和泊松比v分别为71 GPa和0. 33 为了便于进行分析,对工件的材料模型作如下约定:

1) 忽略铣削热对变形的影响。一方面是为了简化分析模型,突出铣削力对加工变形的影响,另一方面从生产实践来看,在采用数控铣削时,大量使用冷却液,降低了铣削热对变形的影响。

2) 假设铣削过程中,工件材料不发生粘塑性变形。实际铣削过程中,铣刀经过的地方是会发生塑性变形的,但其只影响局部变形,相对要考虑的初始残余应力、装夹引起的弹性形变而言是较小的。不考虑粘塑性变形的另外一个原因是为了减少运算时间。

3) 假设刀具是刚性的且始终保持锋利。

4) 铣削时材料的去除过程采用单元生死技术来模拟。

5) 通过对装夹接触面限制位移和旋转的方式对模型施加装夹约束。

在生产实践中,铣削方形槽时铣刀的加工状态是不同的,首次进刀时,所有的刀齿都参与切削,亦称为满刀加工,如图1( a) 中深色单元一类的单元; 第一刀走过以后,基体上拟去除材料层一侧成为自由面,此时工作刀齿断续参与切削,如图1( b) 中深色单元一类的单元。在有限元模拟过程中,要视加载单元所处的状态确定其加载模式。

文中主要研究的是四周侧壁的加工变形,铣削力模型可以简化。铣削力可以看为二维,分解为沿刀具前进方向和垂直指向侧壁方向［5］。ANSYS中的施加方式为先选取作用单元,然后用分布力命令SFE实现,SFE有一参数指明施加力的方向。当单元处于首次加工位置时的受力状态如图1( a) 所示,单元处于二次加工位置的受力状态如图1( b) 所示。在有限元分析中,通过如图2 所示的单元杀死顺序来实现不同走刀路径的模拟。

使用ANSYS自带的参数化设计语言APDL编制程序,然后导入ANSYS中运行。程序基本流程图如图2所示。

1. 2 模型的建立

仿真将陀螺台体的薄壁铣削加工分解为3 个部分如图3 所示。图3( a) 为三角槽铣削、图3( b) 为圆形孔铣削、图3( c) 为三角形孔铣削。

图3( a) 是在一块高23 mm,带圆弧的体上铣出20 mm深的三角槽,装夹约束为限制周围4 面、底面的位移和旋转为0,它的铣削走刀路径有顺时针和逆时针。

图3( b) 是在一块60×60×5 mm方形板中心上铣出一个直径50 mm的圆孔,装夹约束为限制板4 面的位移和旋转为0,铣削走刀路径有由里到外顺时针和由里到外逆时针。

图3( c) 是在一块86×60×5 mm长方形板上铣出2 个镜像对称的三角形孔,装夹约束为限制板4 面的位移和旋转为0,2 个三角各有由里到外顺时针和由里到外逆时针两种走刀路径,因此该模型共有4 种走刀路径。

图3( a) 存在弧面不能划出图所示的正方体网格,图3( b) 圆形孔不能通过杀死正方体网格获得,对于这两种模型,通过建立局部柱坐标系的方法选取要杀死的单元,并使模型最终形状接近实际铣削后形状。

2 仿真结果与分析

2. 1 三角槽铣削加工变形仿真

图4 分别显示了顺时针走刀路径和逆时针走刀路径下,图3( a) 在x向、y向、z向的变形云图。可以看出,各方向变形最大处均为三角槽斜边与模型圆弧边之间的薄壁处,其他区域变形分布十分均匀。对于顺时针走刀,x、y、z向最大变形为: -0. 402 μm、0. 253 μm、-0. 037 μm; 对于逆时针走刀,x、y、z向最大变形为: 0. 097 μm、-0. 064 μm、0. 011 μm( 负号代表方向) 。

从各云图的最大变形值可以看出,两种走刀路径下,最大变形值从大到小均为: x向、y向、z向,同时z向的变形值明显远小于x向。这表明铣刀在内槽铣削过程中,变形主要发生在走刀平面内( xy平面) ,铣刀主轴方向( z向) 受到的变形影响较小。

比较相同轴向下不同走刀路径的变形云图,可以看出逆时针走刀时,各轴向的变形值均小于顺时针走刀路径,变形分布也更为均匀,因此逆时针走刀路径相比于顺时针更优。

2. 2 圆孔铣削加工变形仿真

图5 是图3( b) 在由里到外顺时针和由里到外逆时针两种走刀路径下各轴向的变形云图。从图5 中可以看出,两种走刀路径下,变形主要聚集在铣削过程的最后一刀,其余区域变形分布均匀,变形值均为最小。对于顺时针走刀,x、y、z向最大变形为: 0. 105 μm、- 0. 104 μm、-0. 023 μm; 对于逆时针走刀,x、y、z向最大变形为:0. 108 μm、-0. 099 μm、0. 021 μm。

同图3( a) 类似,两种走刀路径下,z向变形值最小,分布也最均匀,表明变形主要发生在铣削力作用的xy面,对于z轴影响较小。从最大变形的数值上看,两种铣刀路径下的变形接近,从最小变形的数值上看,顺时针x轴最小变形小于逆时针,y轴最小变形又大于逆时针,即顺时针走刀路径下,x轴变形分布较均匀,而逆时针走刀路径下,y轴变形分布较均匀,同时,两者在x、y轴变形数值上的差距并不是很大。

可以看出,两种走刀路径对于变形的影响类似,并没有明显的优劣。

2. 3 三角孔铣削加工变形仿真

对于图3( c) 的变形分析,应重点关注两镜像对称的三角孔竖边之间的直壁面。由于两个三角孔各有由里向外顺时针和由里向外逆时针两种走刀路径,所以模型一共有4 种走刀方式: 顺-顺、顺-逆、逆-顺、逆-逆,其中2 个三角孔的加工顺序均为先左后右。图6 显示了这4 种走刀路径下的x、y轴向变形云图,z向由于受铣削力影响较小,变形不明显而不再考虑,云图中三角孔内的三角是模型切除掉的部分。

从图6 可以看到,当右三角是都是顺时针走刀时,图6( a) 、图6( c) 的云图相同,同样,当右三角都是逆时针走刀时,图6( b) 、图6( d) 的云图相同。这表明,对于整个模型的变形,后加工三角孔的走刀路径至关重要。

针对两镜像对称的三角孔竖边之间的直壁面,右三角孔为逆时针走刀时,x向变形出现了明显的波动( 云图出现不同的色块) ; 右三角为顺时针走刀时,x向、y向变形都分布均匀。从数值上看,各种铣削路径下,右三角采用顺时针,各轴向变形的最小值及最大值都要小于逆时针加工。

因此后加工三角孔的铣削采用顺时针走刀路径将更有利于变形的均匀分布,而先加工的三角孔的走刀无论是顺时针还是逆时针,对变形的影响不大。

3 结语

将陀螺台体的薄壁铣削分解成三个模型,通过对这三种模型的有限元仿真以及对仿真结果的分析,得到以下结论:

1) 对于三角槽铣削模型,逆时针走刀时,各轴向的变形值均小于顺时针走刀路径,变形分布也更为均匀,因此逆时针走刀路径相比于顺时针更优。

2) 对于圆孔铣削模型,由内到外顺时针、由内向外逆时针这两种走刀路径对于变形的影响类似,并没有明显的优劣。

3) 对于两个三角孔铣削模型,后加工三角孔的铣削采用顺时针走刀路径将可获得较小的变形值以及更均匀的变形分布,而先加工的三角孔的走刀无论是顺时针还是逆时针,对加工变形的影响不大。

摘要：确定合理的走刀路径是保证铣削加工精度和表面品质的重要工艺措施之一,也是确定数控编程的前提。针对高速铣削过程中四周侧壁的加工变形,提出了一种基于ANSYS仿真的分析方法;将陀螺台体的薄壁铣削加工分解为3个部分,分别创建仿真模型进行ANSYS变形仿真分析;比较了不同加工路径对零件变形的影响规律,获得了较优的加工路径。