数控切削（共10篇）
数控切削 篇1
数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺性分析中的重要内容, 它不仅影响数控机床的加工效率, 而且直接影响加工质量。随着CAD/CAM技术的发展, 使得在数控加工中可以直接利用CAD的设计数据加工 (即CAD生成最终工件的几何外形通过CAM转化为CNC控制器可以解读的NC码) , 特别是DNC系统微机与数控机床的对接, 使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成。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, 这与传统普通机床加工完全不同, 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, 能够正确选择刀刃具及切削用量。
(一) 数控加工常用刀具的种类与特点
数控加工常用刀具可分为常规刀具和模块化刀具。发展模块化刀具可以减少换刀停机时间, 提高生产加工时间, 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等。数控刀具的分类有多种方法。1.根据刀具结构可分为:1) 整体式;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) 减震式:4) 内冷式:5) 特殊型式, 如复合式刀具等。2.根据制造刀具所用的材料可分为:1) 高速钢刀具;2) 硬质合金刀具;3) 其他材料刀具, 如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、金刚石刀具等。3.从切削工艺上可分为:1) 车削刀具, 如外圆、内孔、内外螺纹、车槽等多种刀具;2) 钻削刀具, 如钻头、铰刀、丝锥等;3) 镗削刀具 (分粗、精镗) ;4) 铣削刀具, 如面铣、立铣、三面刃铣等。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%。
为了达到高效、多能、快速、经济的目的, 数控加工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) 通用化、系列化、标准化, 以利于编程和刀具管理;2) 强度高、刚性高、耐磨性好、精度高、抗振及热变形小;3) 互换性好, 便于快速换刀;4) 寿命高, 切削性能稳定、可靠;5) 刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间;6) 刀具应能可靠地断屑或卷屑, 以利于切屑的排除。
(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 (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。
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, 以便使铣削、钻、扩、镗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。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围, 以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统, 其刀柄有直柄 (3种规格) 和锥柄 (4种规格) 2种, 共包括16种不同用途的刀柄。
(三) 加工切削用量的确定
切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。选择切削用量时, 就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下, 充分发挥机床性能和刀具切削性能, 使切削效率最高, 加工成本最低。
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, 但也应考虑加工成本;半精加工和精加工时, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、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。
从刀具的耐用度出发, 切削用量的选择方法:先确定切削深度或切削宽度, 其次确定进给量或进给速度, 最后确定切削速度。具体要考虑以下几个因素:
1. 切削深度ap:
粗加工时, 在机床、工件和刀具刚度允许的情况下, 尽可能一次切除粗加工全部加工余量, 以减少进给次数, 这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度, 一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
2. 切削宽度L:
一般L与刀具直径d成正比, 与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中, 一般L的取值范围为:L= (0.6～0.9) d。
3. 进给量f或进给速度vf:
应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。f/vf的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时, vF可选择得大些。在加工过程中, f/vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整, 但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。在轮廓加工中, 在接近拐角处适当降低进给量, 切过拐角后再逐渐升高进给:以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角造成“超程”或“欠程式”现象。
4. 切削速度v:
适当地提高v也是提高生产率的一个措施, 但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v过分的增大, 刀具耐用度大幅度下降, 故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外, 切削速度与加工材料也有很大关系。
随着数控机床在生产实际中的广泛应用, 量化生产线的形成, 数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中, 要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此, 编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则, 从而保证零件的加工质量和加工效率, 充分发挥数控机床的优点, 提高企业的经济效益和生产水平。
摘要：现代刀具显著的特点是结构的创新速度加快。随着计算机应用领域的不断扩大, 机械加工也开始运用数控技术, 这对刀具选择与切削用量提出了更高的要求。文章就如何确定数控加工中的刀具选择与切削用量进行了探讨。旨在更好的发挥机床性能和刀具切削性能, 使切削效率最高, 加工成本最低。
关键词：特点,数控刀具,切削用量
参考文献
[1]赵长明.数控加工工艺及设备[M].北京:高等教育出版社, 2003.
[2]董献坤.数控机床结构与编程[M].上海:上海科技出版社, 1997.
数控切削 篇2
1.国内外加工中心切削水平的差异
目前先进国家的车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上;机床主轴转数在30000r/min(有的高达10万r/min)以上。例如：在铣削平面时，国外的切削速度一般大于1000～m/min，而国内只相当于国外的1/12～1/15，即国内干12～15个小时的活相当于国外干1个小时。据调查，许多加工中心的实际切削时间不到工作时间的55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现，普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光洁度低、工艺设备不配套等诸多问题。
2.提高切削效率的途径
(1)合理选择切削用量
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
实践证明，当切削速度提高10倍，进给速度提高20倍，远远超越传统的切削“禁区”后，切削机理发生了根本的变化。其结果是：单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，大幅度降低了留在工件上的切削热，切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看，要充分发挥先进刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积(材料切除率Q)。
在选择合理切削用量的同时，尽量选择密齿刀(在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3)，增加每齿进给量，提高生产率及刀具寿命。有关试验研究表明：当线速度为165m/min，每齿进给为0.04mm时，进给速度为341m/min，刀具寿命为30件。如果将切削速度提高到350m/min，每齿进给为0.18mm，进给速度则达到2785m/min，是原来加工效率的817%，而刀具寿命增加到了117件。
(2)选择性能好的刀具材料
在数控机床切削加工中，金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性
数控加工作为现代制造业先进生产力的代表，在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用。90年代以来，欧、美、日各国竞相开发和应用新一代高速数控机床，加快了机床高速化发展步伐。高速主轴单元中电机主轴转速15000～100000r/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60～120m/min，切削进给速度高达60m/min，高速加工中心进给速度可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，主轴转速已达60000r/min。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。而新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用与超高速切削紧密相关。
1.国内外加工中心切削水平的差异
目前先进国家的车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上;机床主轴转数在30000r/min(有的高达10万r/min)以上。例如：在铣削平面时，国外的切削速度一般大于1000～2000m/min，而国内只相当于国外的1/12～1/15，即国内干12～15个小时的活相当于国外干1个小时，
据调查，许多加工中心的实际切削时间不到工作时间的55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现，普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光洁度低、工艺设备不配套等诸多问题。
2.提高切削效率的途径
(1)合理选择切削用量
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
实践证明，当切削速度提高10倍，进给速度提高20倍，远远超越传统的切削“禁区”后，切削机理发生了根本的变化。其结果是：单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，大幅度降低了留在工件上的切削热，切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看，要充分发挥先进刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积(材料切除率Q)。
在选择合理切削用量的同时，尽量选择密齿刀(在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3)，增加每齿进给量，提高生产率及刀具寿命。有关试验研究表明：当线速度为165m/min，每齿进给为0.04mm时，进给速度为341m/min，刀具寿命为30件。如果将切削速度提高到350m/min，每齿进给为0.18mm，进给速度则达到2785m/min，是原来加工效率的817%，而刀具寿命增加到了117件。
(2)选择性能好的刀具材料
在数控机床切削加工中，金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性
(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。
目前国内外性能好的刀具材料主要有：金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具等。它们各具特点，适应的工件材料和切削速度范围各不相同。CBN适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等，如加工高硬钢件(50～67HRC)和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具，其中加工硬度60～65HRC以下的工件可用陶瓷刀具，而65HRC以上的工件则用CBN刀具进行切削;PCD适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等，加工铝合金件时,主要采用PCD和金刚石膜涂层刀具;碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具;硬质合金涂层刀具(如涂层TiN、TiC、TiCN、TiAIN等)虽然硬度较高，适于加工的工件范围广，但其抗氧化温度一般不高，所以切削速度的提高也受到限制，一般可在400～500m/min范围内加工钢铁件，而Al2O3涂层的高温硬度高，在高速范围内加工时，其耐磨性较TiC、TiN涂层都好。
此外，刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量有很大影响，高速切削时的刀具前角一般比普通切削时小10°，后角大5°～8°。为防止刀尖处的热磨损，主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，以增大局部刀尖角，增大刀尖附近切削刃的长度和刀具材料体积，以提高刀具刚性和减少刀具破损率。
(3)加快涂层技术的开发
刀具涂层技术自从问世以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，在刀具中所占比例已超过50%。在21世纪初，涂层刀具的比例将进一步增加，有望在技术上突破CBN涂层技术，使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用(包括精密复杂刀具和成形刀具)，这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外，纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快，涂层将成为改善刀具性能的主要途径。
(4)选择高精度刀片
刀片精度低，跳动量太大，面铣刀加工的平面光洁度将降低，甚至出现沟状。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2～5μm。随着数控机床的发展，相应出现刀片的表面改性涂层处理(基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷)，很大程度上提高了刀片精度。与此同时，出现了各种新型可转位刀片结构，如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段，可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能，开发出具有最佳加工效果的刀片，以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求。
(5)提高加工表面质量
数控切削 篇3
[关键词]隧道；数控加工； 切削用量； 合理选择
切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容， 切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响。现在，随着CAD/CAM技术的发展，许多CAD/CAM软件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，比如：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，数控加工中切削用量的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来合理的选择切削用量。文章对数控编程中必须面对切削用量的确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，且对应该注意的问题进行了讨论。
一、数控加工中切削用量的选择原则
切削用量包括切削速度（ 主轴转速） 、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工时切削用量的选择原则如下。
粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
半精加工和精加工时， 应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。 切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。
1.背吃刀量ap（mm）的选择。背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量， 这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。具体选择如下： 粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。
当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。
精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时，取ap=0.05～0.8mm；半精加工时，取ap=1.0～3.0mm。
2. 切削宽度L（mm）。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。在数控加工中，一般L的取值范围为： L=（0.6～0.9）d。
3.进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r）的选择。进给量（ 进给速度）是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具， 其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数Z 及每齿进给量fz的关系为： Vf=fn=fzzn。
粗加工时， 由于对工件表面质量没有太高的要求， f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的f；反之，适当降低f。
精加工、半精加工时，f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的，取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则f可选较大值。一般，精铣时可取20～25mm/min， 精车时可取0.10～0.20mm/r。还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。
4.切削速度Vc（m/min）的選择。根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时， 应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。
5.主轴转速n（r/min）。主轴转速一般根据切削速度VC来选定。
计算公式为： n=1000VC/πD 式中，D为工件或刀具直径（mm）。
数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
二、 结语
随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控加工程序的编制过程中，要在人机交互状态下合理的确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉数控加工中切削用量的确定原则，结合现场的生产状况，选择出合理的切削用量，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
参考文献 ：
[1] 赵长旭. 数控加工工艺. 西安：西安电子科技大学出版社，2006.1.
[2] 刘万菊. 数控加工工艺及编程. 北京：机械工业出版社，2006.10.
[3] 高勇等. UG NX 中文版数控加工基础教程.北京：人民邮电出版社，2006.4.
[4] 郑焕文. 机械制造工艺学. 北京：高等教育出版社，1994.
数控高速切削加工关键技术分析 篇4
1 数控高速切削技术的定义
所谓的数控高速切削技术, 它所指的也是切削加工技术的一种, 但是这种切削加工技术相比于传统的切削技术而言, 其切削的速度高出了很多倍。因此有的时候数控高速切削技术也被人们叫做高速切削。所以从数控高速切削技术的定义中我们不难发现, 实质上这里所说的“高速”只是一个相对的概念, “高速”这一概念往往会因为加工条件、加工材料等的不同而发生变化, 比如说在对于不同的材料进行切削加工时, 其切削的速度就有可能会不同。所以说对于切削速度的划分应该考虑多方面因素的影响, 而不能够一概而论, 比如说对于不同的切削条件而言, 则应该有一个对应的切削速度范围。就数控高速切削技术而言, 我们往往很难从整体上采用定量的方式来对其加以定义, 但是在这一技术的实际应用中, 这里的速度一般都是指的机器的主轴转速和进给速度。
2 数控高速切削加工技术的优势
对于数控高速切削加工技术而言, 它实质上整合了许多的制造技术, 因而也就具有更多的优势, 相比于传统的切削加工技术而言, 它在切削速度、进给速度以及切削机理等方面都发生了重大的改变, 其优势主要体现在以下几个方面:
2.1 有效提高加工效率
加工效率的提高是数控高速切削加工技术最重要的优势之一, 因为随着切削速度的加快, 加工效率的提高是必然的结果。一般通过该技术来进行切削加工, 在单位时间内, 材料的切除率往往能够达到传统切削技术的三到六倍。而且在应用该技术的过程中, 机床的快速空程速度也得到了有效的提高, 这样就可以使得非切削的空行程时间大大的减少, 对于提高产品加工效率也有着非常重要的意义。
2.2 适用于热加工
数控高速切削加工技术还适用于热加工, 这也是传统切削加工技术所不具备的优势。因为在应用该技术的过程中, 由于切削的速度非常快, 所以在切削的过程中虽然会产生一定的热量, 但是至少有98%的切削热都会因为切削速度过快而被切削直接带走, 这样就使得工件的温度保持在了一个相对稳定的状态。因而对于那些容易产生热变形的工件而言, 该技术是一种非常有效的加工技术。
2.3 适用于精密加工
在对一些刚性较差的零件进行加工的时候, 数控高速切削加工技术也有着非常大的优势, 因为在进行高速切削的时候, 如果切削速度达到了一定的值, 相应的切削力就会有所下降, 所以在对这些薄壁类刚性较差的零件进行精密加工时, 这一技术就有着非常大的优势。
2.4 可以加工各种难加工材料
在加工中我们通常会遇到一些比较难加工的材料, 这类材料往往具有强度大、硬度高以及切削温度过高等特征, 比如说镍基合金和钛合金等, 采用传统的切削方式对其进行加工, 往往十分容易对刀具造成损害, 而如果利用数控高速切削加工技术来对其进行处理, 往往就能够取得较好的加工效果。
3 数控高速切削加工的关键技术
3.1 提高切削效率
刃口钝化处理工艺对于提高切削效率有着重要的作用, 按照目前人们的认知情况, 在加工钛合金金属的时候, 使用刃口比较锋锐的刀具对于提高切削效率是有益的, 但是实际情况却是通过改变刀具的微观几何结构的设计参数, 同样可以提高切削效率, 为了更好地满足切削的要求, 并不只是要求切削的速度有所提升, 同时还需要在数控机床、刀具材料等方面取得一定的突破, 这样才能够使得切削效率得到更为显著的提高。
3.2 正确选择刀具
工欲善其事必先利其器, 在进行数控高速切削加工的过程中, 刀具对于切削的效率及质量都有着非常重要的影响, 所以如果对于刀具的选择不合理, 会使昂贵、复杂的机床或者加工系统完全不起作用。由于高速切削技术的高速运行, 而高速加工线速度只要是受到刀具的限制, 所以在目前数控机床可以达到的速度范围之内, 速度越快, 对刀具的磨损也就越严重。所以, 高速切削加工技术对刀具材料提出了更高的要求, 同时数控高速切削技术与普通的数控加工技术也有着更大的差别, 所以在对刀具进行选择时, 必须要依据该技术的实际要求, 合理地选择刀具的路径规格。比如说刀具的选择应该保证切削体积的相同, 同时还需要有利于维持稳定的切削速度, 最后刀具的运转还需要能够与进给速度保持一致。
3.3 合理选择切削用量
在进行数控编程的过程中, 工作人员必须要对于每一道工序的切削用量加以确定, 并且将其以指令的形式写入到相应的数控程序之中。针对不同的加工方法, 其所需要的切削用量往往也是不同的, 切削深度应该根加工余量来确定, 粗加工的时候, 除了留下精加工的余量外, 还应该尽可能的一次走刀切除全部粗加工余量。
4 总结
总而言之, 数控高速加工技术是现代先进制造技术的重要组成部分之一, 它在许多领域都得到了充分的应用, 并且体现出了其独有的优势, 数控高速切削加工技术为我国工业的发展做出了突出的贡献, 尤其是在航空航天、汽车以及模具制造等领域, 它的应用使得生产的效率得到了有效的改善。
参考文献
[1]徐向阳.数控机床中高速切削加工技术的应用分析[J].硅谷, 2013 (20) :16-16, 19.
[2]毛春明.数控高速切削加工关键技术探究[J].军民两用技术与产品, 2015 (18) :123-123.
数控切削 篇5
关键词：异型轧辊数控车床 切削进给系统 设计理论 关键技术
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0031-01
1 数控车床以及异型轧辊数控车床
所谓数控车床是一种用电子计算机或专用电子计算装置控制的自动化机床。数控车床是集多种技术为一体的高度机电一体化的产品，其具有加工速度快、精确度高、进行大批量生产等特点，促使其具有良好的应用性，尤其是应用于复杂的零件生产。而异型轧辊数控车床是在数控车床的基础上增加异型轧辊功能，使机床能够生产各种复杂截面零件。数控机床只能够进行直线插补和圆弧插补，而异型轧辊数控车床能够对零件轮廓进行精确的弧度调整，促使生产出来的零部件轮廓曲线几乎逼近设计图纸的要求，从而大大提高零部件使用效果。因此，异型轧辊数控车床具有良好的应用性，为生产出标准的零件创造有利条件。
2 异型轧辊数控车床切削进给系统的设计理论
异型轧辊数控车床对于零件截面形状的要求非常高，为到达生产要求，异型轧辊数控车床的切削进给系统发挥了重要作用，通过此系统的控制刀具能够精准的进行直线进给运动和径向进给运动，从而保证零件截面形状的标准和规范。异型轧辊数控车床切削进给系统之所以具有良好应用的原因是其以曲线拟合理论、机械运动学、动力学理论、优化方法及有限元方法等为设计理论，从而实现异型轧辊数控车床切削进给系统合理而有效的应用。
（1）曲线拟合理论的应用
所谓曲线拟合是指用连续曲线近似地刻画或比拟平面上离散点组所表述的坐标之间函数关系。为了实现异型轧辊数控车床切削进给系统能够进行环状孔型曲线加工，需要以曲线拟合理论为基础，进行轧制工艺设计，从而实现异型轧辊横截面外轮廓曲线拟合，实现零件外轮廓精确的加工。
（2）机械运动学的应用
机械运动学在异型轧辊数控车床切削进给系统设计中的应用是进行进给系统动态性能分析，异型轧辊数控车床能否有效的利用与进给系统的动态性能有很大关系。因此，需要运用机械运动学进行机械系统的时域响应分析、频率特性分析、稳定性分析，从而构建状态空间模型，对U向和X向的进给系统进行检测，从而分析出异型轧辊数控车床进给系统动态性能，为合理而有效的应用异型轧辊数控车床做铺垫。
（3）动力学理论
异型轧辊数控车床切削进给系统之所以能够进行有效的进给运动，其原因是结合了动力学原理，通过构建动力学模型，这个模型代表真实的动力系统，进而体现动力系统的动力学特征，能够进行各种精确的计算并有效的与仿真软件相结合，发挥动力系统的作用，实现对机床动力分析和动态设计。
（4）优化方法
产生于20世纪60年代的优化方法在当下的工程设计中越来越重要。在异型轧辊数控车床切削进给系统设计过程中应用的是机械优化方法，其以计算机为基本工具，从异型轧辊数控车床切削进给系统需求的角度出发进行具体的设计，并在此基础上以给定荷载为条件，进行设计优化，最大限度的保证切削进给系统具有良好的应用性、安全性、高效性、功能性、经济性，从而达到设计优化的目的。
（5）有限元方法
有限元方法的原理是从一个连续的无线自由度问题变成离散的有限自由度问题。有限元方法在异型轧辊数控车床切削进给系统设计中的应用是进行车削部件的受力分析，从而达到车削合理而有效应用的目的。在异型轧辊数控车床切削进给系统设计时主要是应用有限元算法建模。就异型轧辊数控车床切削进给系统的需求出发，应用静态力学进行分析，确定所建立的模型的作用和功能，从而进行具体的有限元算法建模，应用模型进行车削部分受力计算，实现合理应用车削的目的。
3 异型轧辊数控车床切削进给系统的关键技术
为了实现异型轧辊数控车床能够进行高精度、高效率、高效益的加工非圆截面零件的目的，在异型轧辊数控车床切削进给系统中应用了多种关键技术，尽量提高异型轧辊数控车床的应用效果。其中在进行轧制工艺方面应用曲线逼近方法对异型轧辊环状孔型曲线的优缺点进行分析，拟定出最为合适的异型轧辊环状孔型曲线。在异性轧辊车削方面应用的是仿真技术，对刀具径向进给运动进行仿真处理，最大限度的优化和完善刀具径向进给运动，确定车削异型轧辊零件所需的刀具进给参数值。总体来说，异型轧辊数控车床切削进给系统能够高效利用的主要原因之一是各种关键技术的综合应用，通过各种关键技术的应用，提高异型轧辊数控车床的应用性、有效性、高效性，促使其能够进行复杂截面零件生产。
4 结语
数控车床的出现为高效的、智能的进行零件生产创造条件，而异型轧辊数控车床的出现在数控车床的基础上还能够进行复杂截面零件的批量生产。异型轧辊数控车床本身就非常的复杂，是结合多种设计理论和关键技术构建而成的，才促使异型轧辊数控车床具有良好的应用性。尤其是异型轧辊数控车床切削进给系统，其是结合动力学理论、优化方法、有限元方法、机械运动学、曲线拟合理论等理论，并合理的应用仿真技术、曲线逼近方法等关键技术才构成的。可以说，异型轧辊数控车床是理论与技术有效结合的产物。
参考文献
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[2]陈艺，张子军，潘明.结构优化设计&有限元分析在机械设计中的应用—— ABAQUS分析桁架结构[J].现代农业装备，2007（5）.
[3]赵韩，徐林森，田杰，等.浅析数控机床技术发展[C]//2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集，2004.
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数控切削 篇6
1 切削用量的选择
1.1 切削用量的选择原则
切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控加工中选择切削用量时, 就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下, 充分发挥机床性能和刀具切削性能, 使切削效率最高, 加工成本最低。
粗、精加工时切削用量的选择原则如下:
1.1.1 粗加工时切削用量的选择原则
首先选取尽可能大的背吃刀量;其次要根据机床动力和刚性的限制条件等, 选取尽可能大的进给量;最后根据刀具耐用度确定最佳切削速度。
1.1.2 精加工时切削用量的选择原则
首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙度要求, 选取较小的进给量;最后在保证刀具耐用度的前提下, 尽可能选取较高的切削速度。
1.2 切削用量的选择方法
1.2.1 背吃刀量的选择
根据加工余量确定。粗加工 (Ra=10~80μm) 时, 一次进给量应尽可能切除全部余量。在中等功率机床上, 背吃刀量可达8~10mm。半精加工 (Ra=1.25~10μm) 时, 背吃刀量取为0.5~2mm。精加工 (Ra=0.32~1.25μm) 时, 背吃刀量取为0.2~0.4mm。
在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大, 或余量不均匀时, 粗加工要分几次进给, 并且应当把第一、二次进给的背吃刀量尽量取得大一些。
1.2.2 进给量、每齿进给量和进给速度的选择
进给量和每齿进给量是数控机床切削用量中的重要参数, 根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素, 参考切削用量手册选取。实际编程与操作加工时, 需要根据公式转换成进给速度。
粗加工时, 由于对工件表面质量没有太高的要求, 这时主要考虑机床进给机构的强度和刚性及刀杆的强度和刚性等限制因素, 可根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量。
在半精加工和精加工时, 则按表面粗糙度要求, 根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择进给量。如粗铣时可取20~25mm/min, 精车时可取0.10~0.20mm/r。
最大进给量受机床刚度和进给系统的性能限制。在选择进给量时, 还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中, 选择进给量时, 应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时, 应在接近拐角处适当降低进给速度, 在拐角后逐渐升速, 以保证加工精度。
此外, 还应充分考虑切削的自然断屑问题, 通过选择刀具几何形状和对切削用量的调整, 使排屑处于最顺畅状态, 严格避免长屑缠绕刀具而引起故障。
根据已选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算, 也可根据生产实践经验在说明书允许的切削速度范围内查表选取, 或者参考有关切削用量手册选用。
切削速度确定后, 计算出机床主轴转速n (r/min) , 并填入程序单中, 对有级变速的机床, 须按机床说明书选择与所计算转速n接近的转速。
在选择切削速度时, 还应考虑以下几点:
a.应尽量避开积屑瘤产生的区域;
b.断续切削时, 为减小冲击和热应力, 要适当降低切削速度;
c.在易发生振动的情况下, 切削速度应避开自激振动的临界速度;
d.加工大件、细长件和薄壁工件时, 应选用较低切削速度;
e.加工带外皮的工件时, 应适当降低切削速度。
2 切削液及其选择
在金属切削过程中, 合理选择切削液, 可改善工件与刀具之间的摩擦状况, 降低切削力和切削温度, 减轻刀具磨损, 减小工件的热变形, 从而可以提高加工效率和加工质量。
2.1 切削液的作用
2.1.1 冷却作用
切削液可降低切削区温度。切削液的流动性越好, 比热容、热导率和汽化热等参数越高, 则其冷却性能越好。
2.1.2 润滑作用
切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润滑薄膜, 可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接触, 减轻摩擦和粘接程度, 减轻刀具磨损, 提高工件的表面加工质量。
2.1.3 清洗作用
使用切削液可以将切削过程中产生的大量切屑、金属碎片和粉末, 从刀具、工件上冲洗掉, 从而避免切削粘附刀具、堵塞排屑和划伤已加工表面。这一作用对于磨削、螺纹加工和深孔加工等工序尤为重要。为此, 要求切削液有良好的流动性, 并且在使用时有足够大的压力和流量。
2.1.4 防锈作用
为了减轻工件、刀具和机床受周围介质 (如空气、水分等) 的腐蚀, 要求切削液具有一定的防锈作用。防锈作用的好坏, 取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的品种和比例。
2.2 切削液的种类
常用的切削液分为三类:水溶液、乳化液和切削油。
2.2.1 水溶液
水溶液是以水为主要成分的切削液。水的导热性能好, 冷却效果好。但单纯的水容易使金属生锈, 润滑性能差。因此, 常在水溶液中加入一定量的添加剂, 如防锈添加剂、表面活性物质和油性添加剂等, 使其既具有良好的防锈性能, 又具有一定的润滑性能。在配制水溶液时, 要特别注意水质情况, 如果是硬水, 必须进行软化处理。
2.2.2 乳化液
乳化液是将乳化油用95~98%的水稀释而成, 呈乳白色或半透明的液体。乳化液具有良好的冷却作用, 但润滑、防锈性能差。常加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂, 配制成极压乳化液或防锈乳化液。
2.2.3 切削油
切削油的主要成分是矿物油, 少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜, 润滑效果较差。实际使用中, 常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂, 以提高其润滑和防锈。
2.3 切削液的选用
2.3.1 粗加工时切削液的选用
粗加工时, 加工余量大, 切削用量大, 产生大量的切削热。采用高速钢刀具切削时, 使用切削液的主要目的是降低切削温度, 减少刀具磨损。硬质合金刀具耐热性好, 一般不用切削液, 必要时可采用低浓度乳化液或水溶液。但必须连续、充分地浇注, 以免处于高温状态的硬质合金刀片产生巨大的内应力而出现裂纹。
2.3.2 精加工时切削液的选用
精加工时, 要求表面粗糙度值较小, 一般选用润滑性能较好的切削液。例如, 高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。
2.4 根据工件材料的性质选用切削液
切削塑性材料时需用切削液。切削铸铁、黄铜等脆性材料时, 一般不用切削液, 以免崩碎切屑粘附在机床的运动部件上。加工高强度钢、高温合金等难加工材料时, 由于切削加工处于极压润滑摩擦状态, 故应选用含极压添加剂的切削液。切削有色金属和铜、铝合金时, 为了得到较高的表面质量和精度, 可采用10~20%的乳化液、煤油或矿物油的混合物。但不能用含硫的切削液, 因硫对有色金属有腐蚀作用。切削镁合金时, 不能用水溶液, 以免燃烧。
结束语
在金属切削加工中, 切削用量和切削液选择的是否合理, 关系到零件的加工质量和加工效率, 同时也关系到零件的制造成本, 是实际生产工作中不可忽视的内容, 也是我们今后进一步研究的课题。
参考文献
[1]王丽洁.数控加工工艺与装备[M].北京:清华大学出版社, 2006.
数控切削 篇7
国家科技重大专项课题验收组领导和专家日前莅临汉江工具有限责任公司, 对该公司承担的“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项中“航空能源汽车船舶用高效高性能精密复杂数控切削刀具”项目进行验收。
在听取课题汇报、现场实地考查和对课题研究情况的质询后, 专家组认为, “该课题组织管理规范, 研究队伍稳定;验收资料完整齐全、规范;各项考核指标达到了任务合同书的要求。”
精密复杂数控切削刀具课题项目的顺利通过验收, 表明了我国工具行业首批承担科技重大专项的汉江工具公司所具有的较强的自主创新能力和企业定位高端的实力。
数控加工中切削用量的合理选择 篇8
1 数控加工中切削的特点
数控机床属于机电一体化在机械加工领域中的典型设备。其原理是通过数字信号控制机床的机械动作, 当前数控机床能在机械加工中大力推广, 其切削特点如下:
1.1 对形状复杂的零件易于加工
近几年来, 数控机床技术日新月异, 插补功能与自动编程功能很强, 数控机床切削不受零件形状复杂程度影响, 能够对复杂轮廓进行自动编程与加工处理, 加工精度可达μm级。
1.2 工件加工周期短
数控机床切削的零件时, 对工模具、专用工装夹具、划线加工准备等各类要求很低, 同时, 数控机床切削重复精度高, 能够简化检验工作, 减少零件变更调整时间、刀具变更调整的时间, 工件加工周期大大缩短。
1.3 可实现精确的成本计算与科学管理
数控机床切削能够正确计算出加工工时与生产进度计划等成本和管理信息, 大大减轻了工模具管理及半成品储存工作量, 同时能够实现一机多用、多机看管工作模式, 适应性与灵活性强, 大大降低了成本, 提高了管理水平。
2 切削用量的合理选择
数控机床的切削用量主要包括三大要素, 即主轴转速、背吃刀量与进给速度, 工件的加工方法或者加工工艺的不同需要选用不同的切削用量。但其选择原则不变, 即必须保证零件加工精度和表面粗糙度与刀具耐用度, 充分发挥刀具切削性能, 最大限度提高生产率, 降低成本。
2.1 主轴转速的选择
数控机床主轴转速的确定原则是依据允许的切削速度和工件 (或刀具) 直径来选择。通常情况下由切削速度VC来来选定。其计算公式为:n=1000VC/πD, v表示切削速度, 其表示单位是m/min, 刀具的耐用度决定其切削速度;n表示主轴转速, 其单位是r/min;D表示加工工件直径或刀具直径, 单位为mm。主轴转速的确定要依据机床说明书选取机床有的或较接近的转速, 一般数控机床的控制面板上具备主轴转速修调 (倍率) 开关, 工作人员可以加工工件时可以对主轴转速进行整倍数调整。
2.2 进给速度的选择
进给速度f是数控机床切削用量中的重要参数之一, 其选取原则首先要与背吃刀量和主轴转速相适应, 然后依据加工工件所要求的加工精度与表面粗糙度以及刀具、工件的材料性质选取, 在保证工件加工质量的基础上, 尽大可能选择较高的进给速度。一是粗加工时, 在工件的质量得到保证基础上, 可选择较高的进给速度来提高生产率, 进给速度的受限因素主要是刀杆、刀片、机床、工件等的强度以及刚度的限制, 通常情况下的选取范围为100~200mm/min;二是在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时, 进给速度应该降低, 通常的选取范围在20~50mm/min之间;三是在精加工、半精加工时, 进给速度一般以加工工件的表面粗糙度要求选择。表面粗糙度要求低, 进给速度就小, 但不能过小, 过小会使切削厚度过薄, 表面粗糙度反而增大, 而且刀具磨损会更加严重, 刀具的副偏角愈大, 刀尖圆弧半径愈大, 则f可选较大值。通常情况下, 精铣时的选取范围是20~25mm/min, 精车时的选取范围为0.10~0.20mm/r。同时在进给量选择时, 要充分考虑零件加工中的一些特殊因素, 譬如在轮廓加工中轮廓拐角处的超程问题, 在拐角较大时应该适当降低进给速度以保证加工精度;四是在刀具空行程时, 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。
2.3 背吃刀量的选择
数控机床切削的背吃刀量是依据机床、工件的加工余量以及刀具的刚度来确定, 在刚度容许的前提下, 为确保加工工件的加工精度和表面粗糙度, 尽力让背吃刀量与工件的加工余量相同, 以便达到减少走刀次数, 提高生产效率的目的。具体措施如下:一是加工工件在粗加工时, 首先为精加工或者半精加工留下余量, 尽量一次走刀把剩下的余量切除, 如果数控机床的工艺系统刚性欠缺, 或者加工工件的余量太一次无法切除, 必须依照先多后少的不等余量法的程序加工。第一刀切削深度的选择尽量大, 让刀口处于里层切削状态, 防止加工工件产生表面不平或者有硬皮的铸锻件;二是当冲击载荷较大或者由于细长轴、镗刀杆以及机床陈旧等原因造成的工艺系统的刚度不足时, 应该适当降低切削深度, 减小切削力;三是精加工时, 切削深度要依据粗加工留下的余量来决定, 通常要采用逐步降低切削深度的措施, 不断提升加工精度与表面质量。精加工时切削深度一般取0.05~0.8mm;半精加工时, 切削深度一把为1.0~3.0mm。
2.4 其他注意事项
先进的高速数控机床在加工工件时其切削用量的确定要对加工工件效率、加工工件表面质量、刀具的磨损以及加工成本进行综合考虑。一是数控机床采用不一样的刀具以及加工工件材料差异, 会严重影响加工用量。当前数控机床的加工数据不完善, 但随着数控机床技术的快速发展, 切削速度会逐步加大, 加工效率会不断提升, 其加工的刀具磨损也会越来越严重, 因此, 除较高的每齿进给量外, 加工表面粗糙度与切削速度成反比。对于刀具的使用寿命, 每齿进给量与轴向切深均有最佳值, 最佳值的范围却很较窄。同时, 数控机床的切削深度与每齿进给量之间是交互的。通常情况下, 粗糙度的理想要确定每齿进给量时需结合切削深度进行选择。
3 结论
总之, 近几年来, 我国数控机床技术迅速提高, 数控机床在生产实际中的广泛应用。高档数控机床与基础制造装备专项将实现自主创新能力大力提升, 掌握一大批具有自主知识产权的核心技术。通过数控编程确定切削用量是数控加工中的重点, 编程人员应该掌握数控加工中切削用量的确定原则, 选择出合理的切削用量, 这样才能有效保障加工质量与加工效率, 大力提升企业的经济效益和生产水平。
摘要：当前数控加工技术逐步取代了普通机械被数控机, 成为现代制造技术的基础。在数控编程的过程中, 确定刀具的切削用量不但影响被加工零件的质量, 同时决定着机床功效的发挥。本文首先简单介绍数控加工中切削的特点, 然后对切削用量的合理选择原则进行探讨。
关键词：数控机床,加工,切削量,选择
参考文献
[1]王瑞.数控车削加工工艺研究[J].河南科技, 2010.
[2]乔西菊.数控车床车削加工工艺分析[J].中国科技信息, 2010.
数控加工中切削用量的合理选择 篇9
现在, 随着CAD/CAM技术的发展, 许多CAD/CAM软件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, 比如: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, 数控加工中切削用量的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来合理的选择切削用量。文章对数控编程中必须面对切削用量的确定问题进行了探讨, 给出了若干原则和建议, 且对应该注意的问题进行了讨论。
1 数控加工中切削用量的选择原则
切削用量包括切削速度 (主轴转速) 、背吃刀量、进给量, 通常称为切削用量三要素。数控加工中选择切削用量, 就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下, 充分发挥机床性能和刀具切削性能, 使切削效率最高, 加工成本最低。粗、精加工时切削用量的选择原则如下。
粗加工时, 一般以提高生产效率为主, 但也应考虑经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量;其次要根据机床动力和刚性的限制条件等, 选取尽可能大的进给量;最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
半精加工和精加工时, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙度要求, 选取较小的进给量;最后在保证刀具耐用度的前提下, 尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册, 并结合实践经验而定。
1.1 背吃刀量ap (mm) 的选择
背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下, ap就等于加工余量, 这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度, 一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。具体选择如下:
粗加工时, 在留下精加工、半精加工的余量后, 尽可能一次走刀将剩下的余量切除;若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除, 也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些, 使刀口在里层切削, 避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。
当冲击载荷较大 (如断续表面) 或工艺系统刚度较差 (如细长轴、镗刀杆、机床陈旧) 时, 可适当降低ap, 使切削力减小。
精加工时, ap应根据粗加工留下的余量确定, 采用逐渐降低ap的方法, 逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时, 取ap=0.05~0.8mm;半精加工时, 取ap=1.0~3.0mm。
1.2 切削宽度L (mm)
一般L与刀具直径d成正比, 与切削深度成反比。在数控加工中, 一般L的取值范围为L= (0.6~0.9) d。
1.3 进给量 (进给速度) f (mm/min或mm/r) 的选择
进给量 (进给速度) 是数控机床切削用量中的重要参数, 根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素, 参考切削用量手册选取。对于多齿刀具, 其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数Z及每齿进给量fz的关系为Vf=fn=fzzn。
粗加工时, 由于对工件表面质量没有太高的要求, f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制, 一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时, 可用大些的f;反之, 适当降低f。
精加工、半精加工时, f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的, 取较小的f, 但又不能过小, 因为f过小, 切削厚度h D过薄, Ra反而增大, 且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大, 刀尖圆弧半径愈大, 则f可选较大值。一般, 精铣时可取20~25mm/min, 精车时可取0.10~0.20mm/r。还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中, 选择进给量时, 应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时, 应在接近拐角处适当降低进给速度, 在拐角后逐渐升速, 以保证加工精度。
1.4 切削速度Vc (m/min) 的选择
根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算, 也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。在选择切削速度时, 还应考虑:应尽量避开积屑瘤产生的区域;断续切削时, 为减小冲击和热应力, 要适当降低切削速度;在易发生振动的情况下, 切削速度应避开自激振动的临界速度;加工大件、细长件和薄壁工件时, 应选用较低的切削速度;加工带外皮的工件时, 应适当降低切削速度;工艺系统刚性差的, 应减小切削速度。
1.5 主轴转速n (r/min)
主轴转速一般根据切削速度VC来选定。
计算公式为:n=1000VC/πD
式中, D为工件或刀具直径 (mm) 。
数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调 (倍率) 开关, 可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
2 结论
随着数控机床在生产实际中的广泛应用, 数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控加工程序的编制过程中, 要在人机交互状态下合理的确定切削用量。因此, 编程人员必须熟悉数控加工中切削用量的确定原则, 结合现场的生产状况, 选择出合理的切削用量, 从而保证零件的加工质量和加工效率, 充分发挥数控机床的优点, 提高企业的经济效益和生产水平。
参考文献
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[2]李鸿吉.模糊数学基础及实用算法.科学出版社.2005
数控车床刀具及切削用量的选择 篇10
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.