刀具选用

刀具选用（共7篇）

刀具选用 篇1

加工中心是用数字代码形式的信息即程序指令, 控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的高效自动化机床, 目前被广泛应用于机械加工行业中。在汽车变速器行业中的主要应用是加工壳体类零件中精度较高的孔及端面, 如壳体的轴承孔、定位销孔、换挡拨叉轴孔、倒挡轴孔以及壳体的端面。

孔加工的主要方式是钻削、铣削、镗削和铰削, 刀具分别是钻头、立铣刀、镗刀和铰刀等。因加工情况不同, 刀具类型选用有所区别。

下面针对变速器壳体加工的实际情况, 介绍壳体类零件加工中遇到的问题和刀具选择方法。

1钻头的选择

钻头一般采用普通麻花钻 (如图1) 。麻花钻有高速钢和硬质合金两种。

刀具柄部分为直柄和锥柄两种。直柄工具的刀柄主要是弹簧夹头刀柄, 其具有自动定心、自动消除偏摆的优点, 所以小规格的刀具最好选用该类型。

麻花钻主要由工作部分和柄部组成。工作部分包括切削部分和导向部分。

麻花钻的切削部分有2个主切削刃、2个副切削刃、1个横刃。

麻花钻的导向部位起导向、修光、排屑和输送切削液作用。

麻花钻用于精度较低孔的粗加工, 例如壳体的螺栓过孔、螺纹底孔、定位销孔的预孔、轴承孔的预孔。加工中心在钻孔过程中常出现的问题是加工孔的位置尺寸不稳定。选用合适的刀具可避免此问题的产生。

刀具切削部分的几何参数对切削效率和加工质量有很大影响。增大前角可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形, 减小切屑流经前面的摩擦阻力, 从而减小切削力和切削热。但增大前角, 同时会降低切削刃的强度, 减小刀头的散热体积。

在选择刀具的角度时, 需要考虑多种因素的影响, 如工件材料、刀具材料、加工性质 (粗、精加工) 等, 必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度, 是指制造和测量用的标注角度。由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变, 实际工作的角度和标注的角度有所不同, 但通常相差很小。

加工中心所用夹具没有钻套定心导向, 钻头在高速旋转切削时受两切削刃上切削力不对称的影响, 会发生偏摆运动。而且钻头的横刃长, 在壳体面上钻孔时不能起到定心作用, 所以钻头在接触工件平面的瞬间极易出现打滑现象, 加工后易出现孔的位置尺寸不稳定、孔径大小不均匀的缺陷。

因此在平面钻孔时, 为了提高孔的形状及位置精度, 必须在钻孔前增加一道工序, 用中心钻头钻预孔。中心钻 (如图2) 的钻尖直径一般只有Φ3 mm, 没有横刃, 顶部是尖角, 在加工中直接定位钻削, 在平面上钻出定心点。定心点起到引导的作用。钻头靠定心点的引导就不会出现偏移现象。

在大批量生产中, 中心钻的增加会同时带来节拍上的增加, 因此此方法不适于批量大的生产。为减少节拍也可采用直接定心钻头 (如图3) 。该种刀具的材料是硬质合金, 钻头的钻尖直接定心, 能保证孔的位置精度。但这种刀具的二次刃磨技术要求较高, 需用专用机床刃磨, 生产成本大。

考虑到钻头没有钻套的导向及固定作用, 要注意钻头加工时受到的轴向切削力。钻头在切削过程中其轴向力占总钻削力的50%~60%。轴向力易使钻头钻孔偏斜。所以为了提高钻头的刚性, 应尽量选用较短的钻头, 但麻花钻的工作部分应大于被加工孔的深度, 以便排屑和输送冷却液。同时还应注意钻孔时进给量的选用, 应按照加工材料的硬度和刀具给定的参数选用合适的进给量。在加工直径大于30 mm的孔时, 应选用钻、扩工艺, 先用小直径尺寸钻头, 再用钻径尺寸相当的钻头。

钻远离端面的孔时, 应选用刚性好的接长杆, 而不用长钻头, 以避免钻头的摆差大而不能保证孔的形位尺寸精度。当接杆直径受到限制时, 接杆应选用重金属材料并带有防振装置。

因刀具旋转, 加工中心钻孔时切屑的流出方向在不断改变, 所以切屑的排出比较困难。特别是加工高硬度材料或加工盲孔、深孔、小直径孔时, 排屑困难, 以至于钻头的散热不好, 大大降低了刀具使用寿命和生产效率。但新技术的出现及时解决了这个问题。现在的钻孔加工一般都采用带有内冷却孔的钻头。刀具在高速旋转过程中有压力极高的冷却液从冷却孔内喷出, 可及时将热量带走, 保证了排屑通畅及表面加工质量稳定和良好的刀具寿命。

所以, 在大批量生产中, 选用直接定心的内冷却钻头或复合钻头可提高生产效率。小批量生产中, 选用中心钻与普通钻头组合加工, 可以降低生产成本。

钻削Φ20~Φ60 mm深径比小于3的浅孔时, 选用可转位浅孔钻。其结构是浅直排屑槽并带内冷却通道, 在刀体的头部装有一组刀片。这种钻头具有切削效率高, 加工质量好, 使用寿命长的优点, 广泛应用于大孔径浅孔加工。

对于深径比大于5小于100的深孔, 需要用钻模, 一般不在加工中心加工。

2铣刀的选择

在变速器壳体的加工中, 铣削主要用于粗、精铣壳体的端面及孔的粗加工。铣削加工时常遇到的问题是铣平面后, 表面粗糙度不能达到工艺要求, 因此就需要根据加工的具体情况选用合理的铣刀, 以避免问题的发生。

铣刀的种类很多, 加工中心常用的有面铣刀、立铣刀、键槽铣刀。

(1) 面铣刀的结构多为套式镶刀片结构, 圆周表面和端面上都有切削刃。刀片一般选用硬质合金材料, 铣削速度高, 加工效率高, 加工表面质量较好, 并可加工带有硬皮和淬硬层的工件。现多采用可转位式镶刀片结构的面铣刀。

在铣削壳体类零件的端面时, 因为壳体零件外壁薄, 刚性不好, 会产生振动, 因而影响工件表面质量, 同时产生较大噪声。对于此问题可采用密齿端面铣刀, 用小进给量让铣刀的多个切削刀刃同时在工件上切削, 达到冲击平稳, 减小工件振动, 降低表面粗糙度, 同时也降低噪声的目的。

当粗铣或铣不重要的加工平面时, 可使用粗齿铣刀, 因其可承受大的切削深度;当精铣时, 可选用密齿铣刀, 用小进给量达到低的表面粗糙度;当铣材料较硬的金属时, 必须选用密齿铣刀, 同时进给量要小, 以防止振动。

粗铣时铣刀直径要小些, 因为粗铣时加工余量大, 切削力大, 选小直径铣刀可减小切削扭矩。精铣时, 铣刀直径要尽量大些, 能够包容整个加工宽度, 以提高加工精度和加工效率, 减少接刀痕迹。

铣削时有冲击, 所以刀具前角应尽量小些。在加工强度和硬度都很高的材料时可以选择负前角刀片。

(2) 立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃, 它们可以同时进行切削, 也可单独进行切削。立铣刀的圆柱表面为主切削刃, 端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃为螺旋齿, 这样可增加切削的平稳性, 提高加工精度。普通立铣刀的端面中心无切削刃, 所以立铣刀不能做轴向进给, 但在扩孔时可以轴向进给。

在普通钻床上刀具只能做轴向进给运动, 被加工孔的孔径大小由刀具的外圆尺寸保证。而加工中心刀具的走刀路径不同于普通钻床, 加工中心的刀具既能轴向进给, 也可以像卧式铣床那样做横向进给, 所以刀具按设定的程序指令可随意行走。因此, 在加工中心上用螺旋插补指令, 采用立铣刀扩孔, 只选用一把刀具就可完成多个不同孔径的加工。

例如, 用Φ20 mm的立铣刀可以只做轴向进给直接扩出Φ20 mm的孔径, 也可以按螺旋插补指令进行扩孔铣削, 刀具的走刀路径是螺旋型的进给, 程序中给定的螺旋半径就是所需要扩孔的孔径尺寸。因此, 用Φ20 mm的立铣刀可进行Φ20 mm以上的孔径粗加工。孔径大小由机床工作台行程决定, 而不是靠刀具外型尺寸决定。从而避免了多种孔径刀具的选用, 大大降低了生产成本。

因此, 在加工中心小批量生产中, 立铣刀可以代替粗镗刀进行大孔径的粗加工。选用立铣刀而不用专用镗刀, 可以降低生产成本。

3镗刀的选择

镗削的主要特点是获得精确的孔的位置尺寸, 得到高精度的圆度、圆柱度和表面粗糙度。所以, 对精度要求高的孔可用镗刀来保证。

和其他孔加工相比, 镗孔加工属于一种较难的加工。因为加工中心机床是主轴带动刀具转动, 机床不具有加工直径调节功能, 所以在镗刀上必须安装具有微调机构的装置, 通过调整微调机构, 达到满足加工的目的。可加工出H7、H6精度等级的孔。

(1) 镗刀按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。

粗镗一般是双刃刀片, 每转进给量可提高1倍, 生产效率高;因为受力均匀, 同时可消除切削力对镗杆的影响。而精镗刀具是单刃刀片, 属于悬臂状态, 因此加工后孔径的稳定性和圆度误差成了镗孔常出现的问题。镗孔后孔的位置精度超差也是经常出现并难以解决的问题。

镗孔的位置精度主要由机床的系统刚性和工作台重复定位精度决定。但镗刀的选用对其也有一定的影响。选用镗刀先要考虑刀具系统刚性。镗刀的系统刚性是决定产品质量和生产效率的关键因素。镗刀系统的刚性包括刀柄、镗杆、镗头以及中间连接部分的刚性。镗刀的动平衡也属于系统刚性的范畴, 如果镗刀是质量较大的大孔径刀具, 必须要进行动平衡检测。镗刀自身动平衡量超差, 在转动时因不平衡离心力的影响容易导致振动的发生。特别是在高速加工时, 刀具的动平衡性对工件质量会产生很大的影响。

单刃镗刀切削时受力不均匀, 刚性差, 容易引起振动。所以, 镗刀系统中还应考虑刀片的形状、材质等细节问题。刀片的前角、后角、刀尖半径、断屑槽形状的不同所产生的切削抗力也不同。切削时振动的发生使孔径不稳定, 表面粗糙度不合格。在精加工铸铁类材料时, 镗刀片Kr取90°, 可加工出高质量的表面粗糙度;在粗镗钢件孔时, 刀片Kr取60°~75°, 可提高刀具使用寿命。

(2) 镗刀按结构分为一体式镗刀和模块式镗刀。

一体式镗刀主要用在批量产品的生产线或专用机上, 但实际上机床主轴与刀具连接方式的规格多种多样, 大小也有所不同。即使规格、大小都一样, 有可能拉钉形状、螺纹不一样, 或者法兰面形状不一样。这些都使一体式镗刀的选择受到机床的限制。特别是近年来, 市场结构、市场需要日新月异, 产品周期日益缩短, 这就要求加工机械以及加工刀具有更充分的柔性。所以, 一体式镗刀不适于现在的生产形式。

模块式镗刀分为主柄、加长杆、镗头、刀片等多个部分, 可根据具体加工要求用模块方式进行自由组合。这样不但大大减少了刀柄的数量, 降低了成本, 也可以迅速对应各种加工要求, 并延长刀具整体的寿命。所以, 在批量小的产品上刀具应该选用模块式镗刀。

4铰刀的选择

铰孔一般在加工的最后阶段, 大部分用于直径小于Φ25 mm孔的精加工。铰刀 (如图4) 是成型刀具, 不需要调整, 因此操作方便, 工作效率高。铰刀的齿数多、导向好, 容屑槽浅、刚性好, 加工后孔的精度可达到IT6~IT8, 粗糙度达Ra0.4~1.6μm。

铰刀的柄部分为直柄、锥柄两种。直柄工具的刀柄主要是弹簧夹头刀柄, 其具有自动定心、自动消除偏摆的优点, 所以小规格的刀具最好选用该类型。

铰刀不能修正孔的偏心, 无法获得精确的位置尺寸精度。如果铰刀加工后的孔位置尺寸不稳定, 应在其前序增加定心效果好的镗工序。

铰孔常遇到的问题是孔径圆度超差, 选用不等分铰刀可修正孔的圆度超差。

在实际加工中要注意铰孔前的底孔尺寸, 底孔尺寸公差要尽量小。底孔所留的加工余量直接影响铰孔的孔径。对于180~220 HBS的铸铁类材料, 加工Φ8~Φ20 mm的孔, 铰削留的余量控制在单边0.15~0.25 mm内效果较理想。如果孔的余量太大, 铰削时产生径向挤压, 加工后孔的实际尺寸会偏小, 不能达到工艺要求, 同时也降低了刀具使用寿命;如果单边加工余量过小只有0.01~0.03 mm, 铰刀只能起到修光的作用, 无法切削材料, 孔径同样达不到工艺要求。

在大批量生产中, 采用整体硬质合金铰刀抗振性好, 耐用度比高速钢镶齿刀高, 可提高生产效率。

因为铰刀是成型刀具, 铰刀刃磨后可以继续使用但会影响孔的精度, 所以大孔径的精加工尽量不采用铰刀, 而选用镗刀, 用更换刀片调整尺寸的方式来保证孔的尺寸精度, 这样会降低生产成本。

在加工IT5~IT7级、表面粗糙度Ra0.8μm的孔时, 可采用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀。该刀具结构如图5。

MAPAL公司生产的单刃铰刀应用效果较好, 适用于大批量生产。但刀具价格较高。

高速加工及其刀具选用实践 篇2

1 高速加工的特点

切削速度高, 由于切削线速度Vc=πDn/1000, 切削线速度Vc与转速n (铣床指铣刀的转速, 车床指工件的转速) 有关, 也与直径D (铣床指铣刀直径, 车床指工件直径) 有关;而进给速度vf=n×z×fz, n指主轴转速, z指齿数, fz指每齿进给量, 切削线速度和进给速度之间的线性关系导致了“进给速度与转速成正比”的关系。如果各个刀齿的进给速度以及刀齿的数量不变, 选用较小的刀具直径进行加工, 则进给速度会更高, 为了对刀具直径较小作出补偿, 必须提高转速, 以维持相同的切削速度, 而转速提高导致了进给速度vf较高。

切深较浅, 对于高速加工应用来说, 步距和最大切削深度ap以及每层下刀深度hm与常规机械加工相比要小。因此一般情况下材料去除率Q比较小。但在铝材和其他非铁材料的特形铣削加工中, 材料去除率Q会很大。

2 高速加工是制造业发展的必然趋势

市场竞争日益激烈, 商家对时间和成本效益的要求变得越来越高, 对零部件或产品质量提出较高要求, 迫使研发机构开发新的加工手段和生产技术, 高速加工提供了解决时间和成本效益的途径。

新型材料与复合难加工材料的应用更加突出新的加工手段、加工方法的必要性, 航空与航天工业采用特殊耐热和不锈钢合金材料, 汽车工业采用大量双金属复合材料、石墨铸铁以及铝合金, 模具企业面临50HRC以上高度淬火的工具钢加工, 对高速加工提出需求。

在当今的竞争中, 汽车产品的平均使用寿命周期为6年, 计算机及其配件为1年, 手机产品为6个月, 结构以及产品方面的升级换代需要高速加工技术的支持;在加工工艺上, 采用高速加工, 减少装夹次数和简化流程从而缩短加工时间, 甚至免除成本高昂而费时的电火花加工 (EDM) 过程。

在零部件方面, 多功能表面越来越多, 蜗轮叶片, 薄壁工件 (医疗设备、电子元件、国防产品和计算机零配件等) 结构具有优化功能和特殊用途, 以前采用手工或机器人进行抛光处理, 现代技术采用高速加工方式进行抛光。随着机床设备、工装夹具、控制器等方面的增强, 特别是CAD/CAM/CAE高端编程技术, 平面铣削、型腔铣削、多轴曲面铣削的应用, 同时在各工序间保证切削去除量恒定, 提供了高生产率和过程安全性的准则, 满足高速加工的应用条件。

3 高速加工刀具的选用

在模具制造行业, 高速加工技术适合粗加工和精加工, 合适的工件加工尺寸为500mm×500mm×200mm (长、宽、高) , 最大尺寸与高速加工中相对较小的材料去除率有关, 也与机床的刚性以及工作台尺寸、行程有关。模具的型腔建议比较浅, 并且不要太复杂, 编程时铣刀刀路路径设置为往复与顺铣相结合。在一次装夹加工过程中, 模具尺寸都比较小, 典型工序安排是粗加工、半精加工、精加工以及超精加工, 需要对工件进行拐角和陡峭边铣削加工, 以便为后面的清根加工预留恒定切屑去除率。

常用的清根刀具直径范围为1~2mm, 在大多数情况下采用具有较大拐角半径的整体硬质合金立铣刀或球头立铣刀, 整体硬质合金刀具具有加强的切削刃和负倾角, 保证刀具最大的粘接韧性;采用切削刃接触长度较短的球头立铣刀, 保证挖槽能力, 在沿陡峭边而具有较小的间隙壁部进行加工时效果明显。对粗加工和半精加工, 采用尺寸较小的、具有可转位刀片的切削刀具, 具有最大的刀柄稳定性和抗弯曲韧性, 同时采用高速锥度刀柄提高刀具刚度。

在采用高速加工方式对淬硬工具钢进行精加工或超精加工时, 切痕要较浅, 切深不要超出0.2mm, 避免过大的夹紧力和切削力使得刀具变形, 保证在模具加工过程中工件表面具备较高的公差等级和几何精度, 刀具每刃均匀分布的切屑去除率还可以保证恒定而比较高的生产率, 当ae/ap恒定时, 切削速度和进给速度将处于恒定水平, 在切削刃上将存在较小的机械变化和工作负荷, 从而提高刀具寿命。

4 结论

随着制造业的发展高速加工技术为新材料和难加工材料的应用、用户对零部件或产品质量的高要求、新产品更替、装备进步, 提供了希望和解决途径, 从而带动整个生产力提高。

参考文献

[1]论高速切削加工技术的应用[J].先进制造技术, 2013 (04) :26.

数控机床刀具及其正确选用 篇3

目前, 许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能, 这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题, 如刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等, 编程人员只要设置了有关的参数, 就可以自动生成NC程序, 并传输至数控机床完成加工。

因此, 数控加工中的刀具选择和切削用量确定, 是在人机交互状态下完成的, 这与普通机床加工形成鲜明的对比, 同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则, 在编程时充分考虑数控加工的特点, 能够正确选择刀具及切削用量。

一、数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点, 一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具, 并装在机床动力头上, 因此已逐渐标准化和系列化。

1.数控刀具的分类

根据刀具结构可分为:整体式、镶嵌式, 采用焊接或机夹式连接, 机夹式又可分为不转位和可转位两种;特殊型式如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:高速钢刀具;硬质合金刀具;金刚石刀具;其他材料刀具如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为:车削刀具, 分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;钻削刀具, 包括钻头、铰刀、丝锥等;镗削刀具;铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求, 近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用, 在数量上达到整个数控刀具的30%～40%, 金属切除量占总数的80%～90%。

2.数控刀具的特点

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:刚性好 (尤其是粗加工刀具) 、精度高、抗振及热变形小;互换性好, 便于快速换刀;寿命高, 切削性能稳定、可靠;刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间;刀具应能可靠地断屑或卷屑, 以利于切屑的排除;系列化、标准化, 以利于编程和刀具管理。

二、数控加工刀具的选择

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。在满足加工要求的前提下, 尽量选择较短的刀柄, 以提高刀具加工的刚性。

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 (模具) 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, 切削行距一般采用顶端密距, 故球头刀具常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀, 因此, 只要在保证不过切的前提下, 无论是曲面的粗加工还是精加工, 都应优先选择平头刀。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。

浅谈数控高速加工刀具选用 篇4

1 明晰数控高速加工含义, 明确其应用条件

1.1 明晰数控高速加工的含义

数控高速加工通常是指在合理的速度和较高的表面进给速度下进行的立铣加工。主要应用于金属和非金属工件材料的加工 (比如在飞机框架特形掏糟的铣削加工) 。随着长期的应用实践, 高速加工技术已有了很宽应用范围 (如拓扑结构零部件加工、高硬度材料加工等) 和溢利挖潜增值空间。

对于数控高速加工的原始定义, 德国索罗门理论指出:“在一定的切削速度 (比常规加工高5-10倍) 下, 在切削刃处的切屑温度将会开始降低……。”其实质是:“在高速切削作业环境条件下, 使切削刃上的温度有相对的降低, 且采用普通刀具进行加工, 从而实现降本提效的理想目标”。

由于切削速度与给进速度成线性函数关系, 这决定了“给进速度与转速成正比关系”, 真实的切削速度既与主轴的转速有关又与刀具的直径有关。在各个刀齿的给进速度、数量不变的条件下, 如果选用直径较小的刀具进行加工, 则给进速度会更高。为了对刀具直径较小作出补偿, 必须提高转速, 以维持相同的切削速度, 而转速提高又会导致Vf升高。此外较浅的切痕对于高速加工应用而言, 非常典型而必要, 它由切削深度ae、ap、平均切屑厚度hm因素所决定, 但与常规机加工相比要小得多, 加工材料去除率Q也要比常规机中小得多。当ae/ap恒定时, 切削速度和进给速度将处于恒定的比较高的水准。主参数切深不得超出0.2/0.2mm (ae/ap) 。这样可避免过高的夹具和切削刀具变形, 保证在加工中具有较高的公差水准和几何精度。并在切削刃上将保持较小的机械变化和工作负荷, 还可提高刀具寿命。

高速加工需要特定的方法和数控设备来完成。不一定是高主轴转速加工。更多的高速加工应用, 都是在采用中等主轴转速和大尺寸刀具情况下完成的。高速加工是指对小尺寸零件从粗加工到精加工进行加工以及对需要获得净形状的各种尺寸零件进行精加工和超精加工, 以求“低本高效”。因此高速加工必须具备一定的应用条件。

1.2 明确数控高速加工的应用条件

进行高速加工应用必须具备: (1) 具有特定结构和可选项刚性高、专门设计机床和控制器。 (2) 加工设备必须针对高速加工的特定过程而设计。 (3) 必须使用高级编程技术和具有最合适的刀具路径, 以确保各个工序和刀具的恒定切屑去除量。 (4) 具备特定的切削和夹紧刀具条件。

2 把握高速加工对数控刀具选用的原则

2.1 熟知数控高速加工刀具应具有的基本性能

由于金属切削时, 刀具切削部分直接和工件及切屑相接触, 承受着很大的切削压力和冲击, 并受到工件及切屑的剧烈摩擦, 产生很高的切削温度。也就是说, 刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作。因此, 刀具材料应具备以下六个方面的基本性能: (1) 高硬度:刀具材料的硬度必须更高于被加工工件材料的硬度。 (2) 足够的强度和韧性:刀具切削部分的材料在切削时要能承受很大的切削力和冲击力, 即具有抵抗脆性断裂和崩刃的能力。 (3) 高耐磨性和耐热性:即有抵抗磨损的红硬性。 (4) 良好的导热性:即要有耐热冲击和抗热龟裂的性能。 (5) 良好的工艺性和经济性:有较好的可加工性, 即锻压、焊接、切削加工, 热处理、可磨性等。 (6) 抗枯接性:在高温高压作用下, 刀具具有避免其材料分子与工件之间互相吸附产生粘接。 (7) 化学稳定性:在高温下, 不易与周围介质发生化学反应。

2.2 了解数控刀具材料的种类

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点, 目前一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。按刀具切削部分的材料可分为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。按其结构可分为:整体式、镶嵌式 (不转位和可转位两种) 、特殊型式 (如复合式刀具等) 。按其制造所用材料可分为:高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、其他材料刀具。以切削工艺可分为:车削刀具、钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具。按所使用机床的类型和被加工表面特征可分。

2.3 把握数控高速加工刀具的选择原则

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。在满足加工要求的前提下, 尽量选择较短的刀柄, 以提高刀具加工的刚性。

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, 切削行距一般取得很能密, 故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀, 因此, 只要在保证不过切的前提下, 无论是曲面的粗加工还是精加工, 都应优先选择平头刀。

在加工中心上, 各种刀具分别装在刀库上, 按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄, 以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具, 迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。在编程时正确确定刀具的径向和轴向尺寸。

在经济型数控加工中, 由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行, 占用辅助时间较长, 在合理安排刀具的排列顺序时应遵循以下原则: (1) 尽量减少刀具数量; (2) 一把刀具装夹后, 应完成其所能进行的所有加工部位; (3) 粗精加工的刀具应分开使用, 即使是相同尺寸规格的刀具; (4) 先铣后钻; (5) 先进行曲面精加工, 后进行二维轮廓精加工; (6) 在可能的情况下, 应尽可能利用数控机床的自动换刀功能。

选择好的刀具虽然会增加刀具成本, 但只要能明晰数控高速加工的真正含义、明确其应用条件;熟知数控刀具应具有的基本性能;了解数控刀具材料的种类;把握数控高速加工刀具的选择原则, 就一定会产生事半功倍的效果, 达到“降本提效”的理想目标。

参考文献

[1]谢晓红.数控机床编程与加工技术[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2008.3.1.

[2]张晓东, 王小玲.数控编程与加工技术[M].北京:机械工业出版社, 2008.1.1.

[3]杨志勇.数控编程与加工技术[M].北京:机械工业出版社, 2002.8.1.

先进刀具的选用及加工效率分析 篇5

1 加工的工艺分析

1.1 目前加工工艺分析

如图1所示,加工箱盖上的Φ98 J7和箱体上的Φ100 J7孔,箱盖上的Φ70 J7和箱体上的Φ80 J7孔,要保证两孔的同轴度。公司在箱盖和箱体合盖后,以H面为基准面,在立式加工中心上对Φ98 J7孔,Φ70 J7半精镗、精镗和孔口倒角进行加工,各需要3把刀具。加工箱体上的Φ100 J7、Φ80 J7孔时,由于箱盖上的孔口小,箱体上的孔口大,在加工下端箱体上的孔时,刀头穿过箱盖上的孔时遇到阻碍,因此需要把箱盖和齿箱体拆开。在拆开过程中,定位基准有变动,压紧工件后需要重新找正来保证两孔的同轴度,需要找正侧面跳动心、内孔圆心,这个过程需花费10～20 min (根据操作者的技术水平)。再加上半精镗、精镗Φ100 J7、Φ80 J7孔和孔口倒角各需要3把刀,共需要12把刀,那就需要12次换刀、调刀和对刀。在换刀过程中,由于受设备精度和重复定位的影响,容易影响加工质量,造成加工效率低、加工质量低的状况。

1.2 先进刀具设计及工艺分析

加工箱盖上的Φ98 J7孔,采用一把复合镗刀,半精镗、精镗复合在一起,刀具如图2所示。孔口倒角加工完成后,不用拆开箱体、箱盖,采用一把加长刀杆且刀杆长度为225 mm (箱体和箱盖合盖后的尺寸为140 mm)的复合镗刀,半精镗、精镗复合在一起加工Φ100 J7孔。由于Φ98 J7和Φ100 J7孔尺寸相差不大,所以不用设计成偏心刀杆,刀杆可以直接回到孔中心线上,刀具如图3所示。加工Φ70 J7时,半精镗、精镗复合在一起。在加工Φ80 J7时,由于必须采用H面为基准面加工Φ80 J7孔,所以只能通过Φ70 J7来加工Φ80 J7孔。由于箱盖的孔尺寸小,可设计一个偏心加长刀杆,刀杆长225 mm (保证刀杆的钢性),不用拆开箱体和箱盖,在穿过Φ70 J7时,刀杆发生一定位移,刀杆中心回到孔中心线上,有效保证了孔的同轴度,刀具如图4所示。此过程共需要8把刀具,减少了换刀次数,且加工孔时只需要一次调刀,加工时间短,质量有保证。

2 加工效率分析

2.1 国产刀具加工的切削参数对比

具体如表1所示。

2.2 进口刀具加工切削参数对比

具体如表2所示。

2.3 数据分析

通过表1、表2中数据分析可知,使用国产刀具在切削主轴转速、进给量和切削速度上明显比先进刀具落后,且普通刀具换刀、调刀和对刀次数多,二次找正辅助时间多。在实际加工过程中,刀具磨损快,作为大批量的生产用刀具其效率不高且加工成本高,每加工一件箱体、箱盖需40 min左右。而使用先进刀具,总加工时间约为8 min/件,表面粗糙度可达Ra1.6以上,不仅提高了加工质量,也大大提高了加工效率。这样能有效节约生产成本,缓解生产压力,对齿轮箱加工有积极的作用。

3 结束语

分析齿轮箱机械加工工艺和先进刀具设计可知,其在节约生产成本、提高加工效率、提高加工质量等方面的优势和在生产加工中的优势,引起了企业对先进刀具的重视,并获得了认可:先进刀具虽然购买成本高,但使用中有很好的经济性,在提升产品性能、增加企业效益方面起着积极的推动作用。

参考文献

[1]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京:机械工业出版社,2006.

铣削加工中心中刀具的选用分析 篇6

随着科技的发展, 电子计算机、原子能、激光、宇航和国防等技术部门对零件的加工精度和表面质量要求越来越高, 精密加工技术中的铣削加工更是得到了广泛的使用。所谓精密加工, 是指加工精度和表面质量达到极高程度的加工工艺。根据加工的特点, 精密铣削加工的刀具主要有天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具、CBN刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具等。金属切削过程, 本质是材料在刀具的作用下, 产生剪切断裂、摩擦挤压和滑移变形的过程, 这就对刀具的性能提出了更高的要求, 本文将就刀具的种类和加工中心刀具的选择来对精密铣削技术做一个简要介绍。

1 铣削的特点和刀具的分类

铣削的特点:铣刀是一种多刃刀具, 工作的齿数较多, 可以采用阶梯铣削, 也可以采用高速铣削因, 此生产率较高。铣削过程是一个持续切削的过程, 刀刃切入和切出工件的瞬间, 要产生冲击和振动, 当振动频率和机床固有频率一致时, 振动会加剧, 造成刀齿崩刃, 甚至损坏机床零部件。另外, 由于铣削厚度中期性的变化而导致铣削力的变化也会引起振动。刀刃参加工作时间短, 虽然有利于刀刃的散热和冷却, 但周期性的热变形又会引起切削刃的热疲劳裂纹, 造成刀齿剥落或崩刃。

数控刀具的特点刀片及刀柄高度的通用化、标准化、系列化;刀片或刀具的寿命及经济寿命的合理性;刀片或刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化;刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料应匹配;刀具应有较高的精度;刀柄的强度要高、刚性要高、耐磨性要好;刀柄或工具系统的装机质量有限度;刀片及刀柄切入的位置和方向有要求;刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化等特点。

数控铣加工刀的种类可以按下面几种分类:按结构分类:分整体式、镶嵌式、减振式、内冷式和特殊形式。按加工工艺分类:车削刀具、钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具。

按材料分类:高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和金刚石刀具。

2 加工中心刀具类型的选择

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。

2.1 铣削刀具的选用

刀具的选用要依据被加工零件的几何形状。

(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; (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; (3) 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀; (4) 铣键槽时, 为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀; (5) 孔加工时, 可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具。

2.2 数控刀具材料的合理选择

金刚石刀具的热稳定性比较差, 切削温度达到800℃时, 就会失去其硬度。金刚石刀具不适合与加工钢铁类材料, 因为, 金刚石与铁有很强的化学亲和力, 在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构, 刀具极容易损坏。金刚石刀具主要适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。PCBN刀具适合加工的工件材料有:硬度在45HRC以上的淬硬钢和耐磨铸铁、35HRC以上的耐热合金以及30HRC以下而其他刀片很难加工的珠光体灰口铸铁。陶瓷刀具主要用于硬质合金刀具不能加工的普通钢和铸铁的高速切削加工以及难加工材料的加工, 以提高效率的应用。陶瓷刀具工作时通常是干切削。硬质合金可以用于加工各种铸铁、有色金属和非金属材料, 也适用于加工各种钢材和耐热合金。高速钢 (HSS) 刀具在强度、韧性及工艺性等方面具有优良的综合性能, 在制造孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形复杂刀具上仍占据主要地位。按制造工艺不同, 高速钢可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 (PMHSS) 。按用途不同, 高速钢可分为通用型高速钢和高性能高速钢。通用型高速钢如:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2.高性能高速钢又分为:高碳高速钢 (95W18Cr4v) 、高钒高速钢 (W12Cr4V4Mo) 、钴高速钢 (W2Mo9Cr4VCo8M42) 、铝高速钢 (W6Mo5Cr4V2AL501) 。

3 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, 并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或侧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, 最大限度地提高生产率, 降低成本。

3.1 切削速度

切削速度的确定铣削的切削速度与刀具的耐用度T、每齿进给量、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比, 与铣刀直径d成正比。其中原因是fz、ap、ae、Z增大时, 使同时工作齿数增多, 刀刃负荷和切削热增加, 加快刀具磨损, 因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散热条件, 相应提高切削速度。下表列出了铣削切削速度的参考值。

铣削时的切削速度参考表

3.2 背吃刀量 (或侧吃刀量)

背吃刀量 (或侧吃刀量) 的确定在保证加工表面质量加工质量的前提下, 背吃刀量 (ap) 应据机床、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。工件表面粗糙度要求为Ra3.2~12.5μm, 分粗铣和半精铣两步铣削加工, 粗铣后留半精铣余量0.5~1.0mm;工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2μm, 可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工, 半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣侧吃刀量取1.5~2mm, 精铣时端铣背吃刀量取0.5~1mm, 圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm。

4 结束语

文章就数控加工中心的铣削特点进行了简要介绍, 着重介绍了铣刀在数控加工中心铣削过程中需要注意的问题, 为我们选择合适的铣刀来进行加工, 同时在加工的过程中注意切削速度和吃刀量有很大的帮助。保证加工精度, 延长铣刀的使用寿命, 节约成本。

摘要：数控加工中心在现今被越来越多的使用, 铣削加工中心是其中重要的组成部分, 在加工过程中, 刀具的选择正确与否能够极大的影响机械加工的加工精度, 同时正确的选用刀具, 正确的进刀速度和吃刀量能够延长刀具的使用寿命和提高加工精度。是编制加工程序时需要注意的问题。

关键词：加工精度,刀具,铣削

参考文献

[1]尹洁华.用新型刀具实现高效优质低成本生产[J].工具技术, 1995, (09) .

浅谈数控加工中刀具的选用 篇7

数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法, 它用数字信息化来控制零件和加工刀具移动的机械加工方法, 它用于解决零件样子多变、数量小、外形复杂、质量精度高等问题能够实现高的效益化、自动化加工的有效途径。目前, 数控加工技术的水平已成为衡量一个国家机械加工水平的主要标志, 同时也表现了一个机械加工企业的制造水平。想要解决这些问题, 那就是我们这篇论文的主题——数控刀具的选择。

2 数控刀具

数控加工相对传统加工具有速度快、效率高和自动化等特点, 数控刀具的选用直接影响数控加工的质量。为了适应数控加工的需要, 保证优质、高效地完成数控加工, 对刀具提出了很高的要求, 它不仅要求刀具具有高耐磨损性、高寿命、高加工精度、高刚性, 而且要求刀具精度高、安装和调整方便。数控加工对刀具提出的具体要求:

(1) 刀具材料的可靠性要高;

(2) 刀具材料的耐热性要高, 抗热冲击性要高, 还具有高温力学性能;

(3) 数控刀具的精度要高;

(4) 数控刀具更换速度要快;

(5) 数控刀具应能够实现系列化、标准化和通用化;

(6) 数控刀具应能应能实现连续的断屑或卷屑;

(7) 数控刀具的材料能够适应难加工材料和新型材料加工的需要。

数控刀具分类: (1) 根据制造刀具所用的材料可分为:高速钢、金刚石、立方氮化硼、硬质合金和陶瓷等; (2) 根据刀具结构可分为:整体式、焊接式式、机夹式和特殊型式; (3) 从切削工艺上可分为:钻削、镗削、车削和铣削等刀具。

3 数控刀具选择原则

数控刀具的选用是提高数控加工效率的重要手段, 刀具的选用跟加工零件的外形、材料、夹具和机床的刚性有关, 需考虑以下几点:

(1) 根据要加工零件材料的切削性能选择刀具。如车削或铣削硬度很高材料的零件时, 就需要选择相应的耐磨性较好的硬质合金刀具。

(2) 根据要加工零件的工序选择刀具。即粗加工时是以去除余量为主, 所以应选择刚性好、精度低的刀具, 半精加工、精加工时是以保证零件的加工精度和产品质量为主, 所以应选择耐用度高、精度高的刀具。换句话说, 粗加工时所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。

(3) 根据零件加工区域的特点来选择刀具。在被加工零件结构许可的情况时要选用大直径的刀具;根据曲面表面粗糙度的要求尽量选用平刀;依据被加工材料选用两刃, 三刃或四刃等其它刃数刀具。

4 结论

伴随着时代的发展, 数控加工的使用越来越广泛, 批量生产线的逐步建成, 合理、正确的选择数控刀具已是数控加工的首要问题之一。在数控程序的编制过程中, 要正确选用刀具以及刀具的切削参数。所以, 程序编制人员要掌握各类数控刀具的加工特性以及各类刀具切削参数的选择原则, 从而保证企业产品的质量和企业的加工效率, 充分发挥数控机床的优点, 提高企业的效益, 使企业的利益达到最大化。

参考文献

[1]刘镇昌主编.制造工艺实训教程[M].机械工业出版社.

[2]上海市金属切削技术协会编.金属切削手册第二版[S].