刀具几何参数（共6篇）
刀具几何参数 篇1
1 刀具几何角度的概念
刀具角度选择是否合理, 直接影响刀具强度、加工精度、刀具使用寿命、生产成本及效率。刀具主要角度有:前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角。如下图1所示:
从图示1可以看出前角是前刀面与基面之间的夹角;后角是主后刀面与切削平面之间的夹角;主偏角是主切削刃与进给方向之间的夹角;副偏角是副切削刃与进给方向反方向之间的夹角。刃倾角是主切削刃与基面之间的夹角。每个角度作用不同, 加工条件不同, 其选择要求也不一样。
2 刀具各角度作用
刀具前角大小直接影响刀头强度、切削刃锋利程度、散热能力、切屑形状及已经加工表面精度。前角增大, 其刀具刀头强度减弱、散热能力降低、不利于切屑变形、不便于排屑。前角减小, 利于切屑变形、利于排屑。但是, 前角减小会使切削抖动严峻、影响已加工表面质量。因此, 要合理慎重选择刀具前角对切削加工有着重要影响。
刀具后角大小直接影响到后刀面与工件待加工表面摩擦, 影响切削锋利程度, 影响刀头散热性能。后角增大, 便减少与待加工表面的摩擦, 切削锋利, 但强度低, 影响刀具使用寿命。因此, 综合考虑后角大小是非常重要的。
主偏角与副偏角有着相同的功能 (图2所示) 。都影响切削力的三个分力。主偏角增大, 可减小切削分力Fc和Fp, 但会增大Ff。同理, 增大副偏角, 也可使Fp减小。但Fp的减小, 有利于减小工艺系统的弹性变形和振动 (如图3所示) 。各切削力之间的关系如下:
副偏角增大, 切削锋利, 同时可以提高已加工表面精度。增大主偏角、副偏角减小了刀尖角、削弱了刀头强度、降低了刀具散热能力, 但有利于切削也便于排屑。因此, 选择刀具角度要综合加工阶段, 确保加工正常。
刃倾角直接影响刀头强度和切屑排向。当刀尖位于刀面最顶端, 则切屑向待加工表面排出。当刀尖位于刀面最低端, 则切屑向已加工表面排出。当刃倾角等于零时, 切削排向垂直于主切削刃。因此, 可以根据加工情况确定刃倾角的选择。
3 刀具各角度的选择
1) 前角的选择 (图4所示)
前角的大小直接决定切削刃的锋利程度及刀头的刚度。增大前角可以提高刀具的锋利程度, 减小切削变形。有利于排屑。同时减少切削力和切削温度。从而大大提高刀具的使用寿命。但是, 过分增大前角会减少刀具强度, 降低散热能力。降低刀具的使用寿命。甚至造成崩刃。因此, 前角不能太大, 也不能太小。故必须合理选择一个前角。刀具前角的合理选择与刀具材料、工件材料、加工精度有关系。
刀具材料的韧性和强度高时, 前角适合选择较大的前角。例如:高速钢韧性好, 强度大, 可以选择较大的前角。硬质合金钢硬度高, 属脆性材料, 冲击韧度低, 前角适合选择较小。而陶瓷刀硬度比硬质合金材料的硬度更高, 韧性更低, 适合选择更小的前角。
工件材料属塑性材料时, 为使切削较顺畅, 切屑易排出, 应选择较大前角。当工件材料属脆性材料时, 硬度高, 切屑易附在刀具刀尖上和刀面上, 为了提高刀具刃口强度。应选择较小的前角。
加工阶段不同, 加工精度等级不同。粗加工时, 切削深度较大, 切削力大, 为保证刀具使用寿命。这时, 前角选较小。当断续切削高强度钢材时, 前角选负角。当工艺系统刚度较差, 而机床的功率不足时, 为减少株洲因为刚度不够, 切削力太大导致的变形而降低精度时, 应选择较大的前角。建议前角一般为5°~20°。
2) 后角的选择 (图4所示)
后角选择是否恰当直接影响到工件表面质量。刀具材料对后角的影响类似于前角。一般硬质合金刀具的后角较高速钢刀具的后角选择小2°-3°。
工件材料硬度、强度高时, 为加强刀具切削刃的强度, 要选取比较小的后角。当工件材料为塑性材料时, 应选择较大的后角。当工艺系统刚度差易变形, 为了保证加工精度, 后角应选小点。加工阶段不同, 后角选择不同。粗加工时, 切削深度大, 切削力大, 切削速度小时, 应选择小的后角。精加工时, 切削深度大, 进给力大切削速度大, 后角应选大。建议后角一般为6°~12°。
3) 主偏角
主偏角的大小直接影响切削力、切削热和刀具使用寿命。一般选择原则如下:
加工硬度高的工件时, 为保证刀具使用寿命, 应选择小的主偏角。粗加工与半精加工时, 切削深度大时, 为了减小颤抖, 提高刀具使用寿命, 应选择较大的主偏角。当工艺系统刚度低, 易变形宜选择较大的主偏角。车刀常用的主偏角有45°、60°、75°90°, 其中75°和90°最常用。
4) 副偏角
副偏角的大小直接影响已加工表面精度。副偏角减小, 加大了副后刀面与已加工表面的摩擦。消弱了刀具到头强度而减少了刀具使用寿命。因此, 建议粗加工时, 副偏角取10°到15°, 精加工时, 副偏角取5°到10°。
5) 刃倾角
刃倾角直接影响刀具刀头强度和切削刃的锋利程度, 并决定切屑流向。
当刃倾角负值时, 切屑排向已加工表面, 合适粗加工选择角度。当刃倾角为正直时, 切屑排向待加工表面, 合适精加工阶段。建议刃倾角一般取-5°~+5°。
4 总结
总之, 刀具各角度的选择是相互关联的。因此, 刀具角度的合理选择应综合考虑各加工情况的相互关联再决定。
摘要：刀具几何角度的选择是否合理, 直接影响到切削工作时金属变形情况、切削力的分配、切削热及刀具使用寿命、工件表面加工精度及加工成本等问题。为充分利用刀具的切削性能, 不仅要正确选择刀具材料, 而且要合理选择刀具几何参数。
关键词：前角,后角,主偏角,副偏角,刃倾角,加工精度
参考文献
[1]鲁昌国, 机械制造技术[M].3版.大连:大连理工大学出版社, 2005.
刀具几何参数 篇2
金属切削加工中, 利用刀具与工件材料之间的相对运动, 将工件上多余的金属材料去除, 使工件达到图纸规定的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。当然金属切削过程是个非常复杂的运动过程, 尤其是涉及到刀具角度的几何参数的选择, 它受到很多因素的影响, 如切削力大小不同, 工件材料不同, 以及不同的加工情况, 甚至包括冷却情况是否良好, 机床系统刚性、刀具刚性、工件刚性是否足够等, 刀具角度的几何参数就会相应不同。就算是工件材料相同, 加工性质不同, 如粗加工或精加工, 刀具的几何角度也不同。因此, 为了掌握刀具角度的变化规律, 确定合理的刀具几何参数, 必须认真分析影响刀具角度变化的各种因素。在一般情况下, 影响刀具角度变化的主要因素其实还是加工工件材料。
2 刀具几何参数与工件材料的关系
2.1 加工灰铸铁材料时刀具几何参数的选择
由于灰铸铁材料的硬度低 (一般为170~241HB范围内) , 抗拉强度低, 塑性变形小的特点, 因此加工灰铸铁材料时, 切削变形和切削抗力较小。另外, 由于灰铸铁组织结构内部分布了大量的片状石墨, 而石墨本身又有润滑作用, 所以灰铸铁本身还具有良好的切削加工性能。
但是由于铸铁本身表面常常存在带型砂的硬皮和氧化层, 局部的白口铁、砂眼、气孔和缩松等缺陷, 使整个切削带有比较大的冲击性, 这些不利因素会降低刀具的耐用度。根据铸铁表面的缺陷, 必须增加刀具切削部分的强度, 前角应选得小些, 通常前角宜取0°~5°范围内, 但不宜选用负前角。为了增强刀具切削部分的强度, 通常在刀刃上磨出0.2~1.2倍走刀量的斜向负倒棱。
又因为灰铸铁组织结构里的石墨割裂了金属基体, 从而使灰铸铁在切削过程中易于形成崩碎状切屑, 冲击性的切削阻力全部集中在切削刃口附近, 刀尖区域内散热性差。为了增加散热面积, 减轻单位长度切削刃上的负荷, 改善刀头散热条件和增加刀尖处的强度, 提高刀具寿命, 应选择较小的主偏角 (在工件加工形状允许情况下宜取45°~75°范围内) 。在不影响刀具强度的情况下, 应适当加大后角 (宜取4°~10°范围内) , 以减少后刀面的摩擦。但后角过大会削弱刀具强度, 散热体积减少, 磨损反而增加。
2.2 加工铸钢件时刀具几何参数的选择
(1) 切削加工铸钢件的特点:由于铸钢件中的锰、铬、镍造成切削加工时刀具不耐磨, 特别是一些大型铸钢件, 很多刀具未加工完一个工件就已经破损, 造成接刀痕或“扎刀”, 轻则影响加工效率和加工质量, 重则造成工件报废。尤其是有夹砂、白口等铸造缺陷或者有间断车削, 容易崩刀, 造成刀具使用成本居高不下。
(2) 切削加工铸钢件刀具选用。因为铸钢是短屑材料, 不同于锻钢件, 特别是粗加工或者间断车削铸钢件时, 如果采用YT类合金刀头, 一般会崩刀。因此在加工时必须跳出“钢件就用YT类硬质合金刀头加工, 铸铁件就用YG类硬质合金刀头”的误区。通常情况下可选用YG类硬质合金或者YW类硬质合金, 当然也可选用立方氮化硼整体聚晶刀片或者涂层硬质合金刀片。
(3) 切削加工铸钢件时刀具几何参数的选择。刀具主偏角的大小主要根据加工工艺和机床系统的刚性进行选择, 如果系统刚性不足, 主偏角采用83°或者90° (具体根据端面和台肩加工需求而定) ;如果机床刚性好且夹持力好, 尽量采用45°左右的主偏角车刀;后角的磨刀角度和加工铸铁件相仿。
2.3 加工铸造黄铜材料时刀具几何参数的选择
黄铜材料加工特点是:强度硬度低, 塑性小, 切削力很小。由于黄铜材料强度低, 硬度低, 塑性小, 材料表面硬而光滑, 加上内部组织粗松, 在切削过程中, 当选用较大的前角, 切削刃锋利时, 容易产生"扎刀"现象, 因此刀具前角应选得小些 (10°~-3°)
黄铜材料的导热性较好, 热量大部分由切屑和工件传递出去, 所以刀具主偏角可选择大些 (60°~90°) 。
因为导热系数好, 在切削加工过程中如果刀具角度太小或者是负角, 那么工件的发热量会根据角度的大小产生不一样的温度, 公差尺寸就比较难保证, 特别是大型铜件的加工。如果为了使工件降温而使用切削液冷却的话, 工件颜色会变黑, 因为内部组织疏松, 比较容易吸入水分, 所以加工铜件最好不要使用切削液。
2.4 加工铝合金材料时刀具几何参数的选择
切削加工铝合金材料时可选用YG8硬质合金刀具。
(1) 加工铝合金材料时, 根据有利条件选择刀具几何参数主要考虑: (1) 由于铝合金材料的强度和硬度低, 因此切削抗力很小, 又因其塑性变形小, 延伸率低, 因此可以选择较大的前角 (选择范围20°~30°) 。前刀面磨成圆弧形, 无倒棱, 刃倾角为0°。 (2) 导热性能好, 可降低切削温度。主偏角可选得较大些 (选择范围60°~90°) 。刀尖圆弧R0.5~R1, 使刀头有相应的强度。
(2) 虽然加工铝合金的材料有利条件比较多, 但绝不能忽略它的不利条件。加工铝合金材料时, 选择刀具几何参数主要考虑: (1) 在切削刃处有局部高压高温区域, 又加上铝合金熔点低 (659℃) , 因此在切削过程中容易产生刀瘤, 影响零件表面粗糙度。因此在加工铝合金材料时刀具的前角应选得大一些, 同时刀具前刀面, 后刀面的表面粗糙度值要求控制在Ra0.8以下, 以减少切屑的粘附, 防止刀瘤的发生。 (2) 铝合金中含有硅, 而硅的化合物是硬度很高的质点, 会加剧刀具的磨损。为了减少后刀面与零件之间的摩擦和减少刀具磨损, 应选择较大的后角 (选择范围8°~12°) 。
切削加工铝合金材料时, 粗加工使用乳化液;精加工使用煤油为冷却液。
另外, 切削加工铝合金材料时切削用量比加工钢类材料高, 其切削速度可达150~200m/min (可比钢类材料高出2~3倍) , 进给量0.15~0.5mm/r, 切削深度0.5~5mm。
2.5 加工奥氏体不锈钢 (典型钢种是1Cr18Ni9Ti) 材料
时刀具几何参数的选择
奥氏体不锈钢属于一种特殊材料, 物理、机械性能与一般的金属材料有显著的区别, 所以车削时对刀具材料、刀具角度、切削用量以及切削液都有特殊的要求, 必须根据具体情况进行选择。
(1) 奥氏体不锈钢的切削加工特点
奥氏体不锈钢的特点归纳起来就是既粘又韧, 且导热性差。因此加工奥氏体不锈钢时必须清晰掌握奥氏体不锈钢的特点, 以便找出解决、消除由于工件材料自身不利因素带来的困难。奥氏体不锈钢的特点具体体现在: (1) 奥氏体不锈钢的强度高, 特别是高温强度和高温硬度高, 所以切削力较大。 (2) 奥氏体不锈钢的塑性大, 韧性高, 切削变形大, 相应的切削力、切削热也大。 (3) 奥氏体不锈钢的导热率低, 仅约为普通碳钢的1/2~1/3, 由工件和切屑带走的热量很少, 因此, 刀具上的切削温度较高, 使刀具磨损加快。 (4) 奥氏体不锈钢的韧性好, 切屑不容易卷曲、折断, 在切削过程中容易堵塞, 使表面粗糙度值增大和刀刃损坏。 (5) 奥氏体不锈钢的粘附性强, 在切削过程中产生的粘附性切屑, 容易产生积屑瘤, 不易获得表面粗糙度值小的工件表面, 刀刃也容易磨损。 (6) 奥氏体不锈钢的加工表面易产生冷作硬化现象, 使刀具磨损加剧。
(2) 刀具材料选择
加工不锈钢的刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性, 且不锈钢的粘附性要小。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类, 形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高, 因此影响生产效率的提高。对于较简单的车刀类刀具, 刀具材料应选用强度高导热性好的硬质合金。如YG类硬质合金, 最好不要选用YT类硬质合金, 尤其是在加工1Cr18Ni9Ti不锈钢应绝对避免选用YT类硬质合金, 因为不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用, 切屑容易把合金中的Ti带走, 促使刀具磨损加剧。生产实践表明, 选用YG3X、YG6X、YW1、YW2硬质合金刀具材料加工不锈钢具有较好的加工效果。并且YG类硬质合金的韧性和导热性较好, 不易与切屑粘结, 因此适用于不锈钢粗加工;而YW硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好, 适用于不锈钢的精加工。另外, 现在新型的CVD、PVD涂层刀具在加工奥氏体不锈钢时有着优越的加工性能, 其摩擦系数小, 硬度高, 耐磨性好, 耐热性高。在加工奥氏体不锈钢时效率可提高1~3倍, 高者甚至可达5~10倍。
(3) 刀具几何角度的选择
由于奥氏体不锈钢材料的塑性大, 因此切削变形大, 切削力也大, 为了减少塑性变形, 减少切屑切离和清出过程中所遇到的阻力, 降低切削温度和减少加工硬化, 便于切削加工, 应在保证切削刃强度前提下尽量选用较大前角粗加工前角宜取10~20°范围内;精加工前角宜取20°~30°范围内。为了防止前角加大导致削弱刃口强度, 主刀刃应进行负倒棱, 通常采用如图1所示的断屑槽。尤其对于外圆粗车刀应该使主刀刃低于刀面0.15~0.25mm, 以保证切屑向前卷曲时碰到主后刀面上自动断屑。
图1中, bn表示棱边宽度, bn≈0.05~0.3mm;Wn表示卷屑槽槽宽, Wn=2~7mm;Rn表示卷屑槽槽底圆弧半径, Rn≈1.5~7.5mm;γ0表示前角;α0表示后角;γ0′表示负倒棱前角。
后角的选择:对于奥氏体不锈钢这种易出现加工硬化的材料, 其后刀面摩擦对加工质量及刀具磨损影响加大, 因此为了减少后刀面与加工表面间的摩擦, 又不影响刀具强度, 粗加工时后角应选在4°~6°范围内;半精加工及精加工时后角应选在6°~12°范围内。
主偏角及副偏角和刀尖圆弧半径的选择:奥氏体不锈钢冷硬性强, 塑性变形大, 因此在机床、工件及刀具系统刚度允许条件下应尽量取较小的主偏角, 一般主偏角宜取45°~90°范围内, 具体可根据加工余量选择, 加工余量大时, 主偏角小些, 加工余量小时, 主偏角大些。副偏角宜取8°~15°范围内, 刀尖圆弧半径常取0.5~1mm。
刃倾角可控制切屑流向, 影响刀尖强度。合理的刃倾角应为:连续车削奥氏体不锈钢时, 刃倾角应选在-2°~-6°之间;断续车削时, 刃倾角应选在-5°~-15°之间;精加工车削时, 刃倾角应选在0°~3°之间。在实际生产加工中也可采用如图2所示的双刃倾角断屑车刀, 既增强了刀尖强度和散热性能, 同时又部分增大了切屑变形, 加宽了断屑范围, 在实际应用中取得了良好效果。
奥氏体不锈钢材料粘结磨损比较严重, 因此必须降低刀具切削部分的表面粗糙度值 (即刃磨后进行研磨) , 以减少切屑形成卷曲时的阻力, 提高刀具耐用度。选用合适的润滑冷却液, 原则是选用抗粘附性和散热性好的润滑冷却液, 如硫化油或硫化油加四氯化碳, 以降低切削热和切削力, 防止刀瘤的产生, 减少刀具磨损, 延长刀具使用寿命。
当然在技术要求允许的条件下, 可将工件进行适当的热处理, 以改善材料的切削加工性。
2.6 加工淬火钢材料时刀具几何参数和切削用量的选择
淬火钢突出的特点:硬度高, 脆性较大。因此切削力很大, 切削热也很大, 刀具磨损和崩刃现象比较多。为了改变这种不利状况, 应增加刀具的强度。采取下列方法:
(1) 选择适合于加工淬火钢的刀具材料:YG8、YW1、YW2、YM201。
(2) 选用较大的负前角 (选择范围-5°~-2°) ;为了增加刀具散热面积, 应减小刀具主偏角 (选择范围20°~60°) ;刀尖圆弧角120°, 刀尖圆弧半径1.5mm。主后角 (2°~5°) , 副后角 (6°~8°) 。这样刀尖强度好, 散热快, 提高了刀具耐用度。
(3) 淬火钢硬度高, 加工困难, 所以转速要低 (切削速度一般选择25~30m/min) , 吃刀小 (吃刀深度一般选择0.5~4mm) , 走刀慢 (进给量一般选择0.1~0.3mm/r) , 而且还存在加工硬化。如果刀具钝了还继续切削, 工件表面更容易出现挤压硬化, 刀具挤压力一旦大于工件表面淬火后的屈服强度, 工件的加工层就会出现崩块现象, 无法保证工件的加工质量。
2.7 加工橡胶材料时刀具几何参数的选择
(1) 车削橡胶材料的特点与刀具几何参数的选择。橡胶材料除了具有一般非金属材料所共有的导热性差、强度低等特点外, 还有弹性极好的特点。因此在车削时, 材料的弹性变形很大。为了确保车削顺利, 所选用的刀具应尽量锋利, 因此前角一般选择40°~60°, 后角一般选择10°~15°, 从而使楔角减少, 进一步增强刀具的锋利, 达到减少切削变形的目的, 否则切削时不易达到要求的加工精度和表面粗糙度。为了减少后刀面与工件的摩擦, 并分散切削力和切削热, 可适当加长车刀的过渡刃和修光刃。为了使排屑流畅, 车刀前刀面磨成大前角平面型和圆弧型组成的排屑槽。
(2) 车削橡胶材料时刀具材料与加工工艺
加工橡胶材料时刀具材料一般选用高速钢, 但在车削含杂质较多的硬橡胶时, 由于高速钢耐磨性较差, 也可用硬质合金车刀。
由于橡胶材料在车削中容易产生弹性变形, 因此应特别注意工件的装夹方法, 如在卡盘上装夹平整的木板钉住橡胶板, 或用木质心轴装夹套、圈类工件, 以增加橡胶抵抗切削的能力。
切削用量应根据切削形式、车刀角度和橡胶种类的不同来选择。切削速度一般可选择大些。车削时不能用油类作切削油, 以防油类腐蚀橡胶导致工件变形。如有特殊情况要求时, 可以用水冷却。
3 结语
由于不同材料的物理性能、机械性能有显著的区别, 所以加工时刀具材料、刀具角度、切削用量以及切削液都各有不同的要求。因此加工时应该根据具体材料进行具体分析, 从提高加工效率、保证零件加工质量、延长刀具使用寿命等方面考虑, 选择合适的刀具材料、比较合理几何角度以及工艺参数。
摘要：针对灰铸铁、铸钢、铝合金、铸造黄铜、不锈钢、淬火钢和橡胶等材料, 采用常用的高速钢以及YG类、YT类、YW类硬质合金刀具材料进行加工, 分析了刀具角度变化情况, 给出了刀具角度的变化规律, 确定合理的刀具几何参数, 从而延长了刀具的使用寿命, 提高了工件加工质量和加工效率。
关键词：工件材料,刀具几何参数
参考文献
[1]北京第一通用机械厂.机械工人切削手册[M].北京:机械工业出版社, 1977.
[2]许兆丰.车工工艺学[M].北京:劳动人事出版社, 1986.
刀具几何参数 篇3
一、刀具几何参数的简介
一般的车刀是由两部分组成,分别是刀头和刀体,刀头负责切削工作,而刀体则是机床连接刀片的夹持部分,从而把刀片安装在机床上。刀具的几何参数是一个有机整体,各个参数之间既相互联系,同时又相互制约,不同的几何参数对于刀具切削性能都有两面性的影响。而合理的刀具几何参数,是指在满足刀具加工质量和工作寿命的前提下,能够有效提高刀具生产效率,降低生产成本的刀具几何参数。所以在选择合理几何参数的时候,要根据刀具的主要作用进行选择,避免出现几何参数不合理导致刀具加工反作用的情况。下列是刀具进行机械加工时所应用的主要几何参数:
(一)主副刀刃的刃形
主副刀刃的刃形是指切削刀刃的形状,我国常用的刃形有直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃等。主副刀刃不同的切削刃形会导致切削层横断面形状、切削面积以及刀刃各点角度的数值不同,从而满足不同要求的切削工作要求。随着我国机械加工行业的发展,我国近年来刃形发展趋势是增强刀具刀尖处的强度,提高刀具的抗震能力,同时降低切削加工的负荷,促进刀具热量传散,保护刀具,延长刀具的工作寿命。
(二)切削刃的剖面型式
我国常用切削刃的剖面型式主要有锋刃、负倒棱、倒圆刃、消振棱和刃带等,其中应用面较为广泛的是锋刃,而在实际应用过程中最容易被混淆的是负倒棱和消振棱,所以在选择切削刃的剖面型式时,应该注意两者之间的作用和区别,并综合刀具的主要作用,避免因选择错误的剖面型式而导致刀具工作寿命大大降低。
(三)刀具的几何角度
刀具的几何角度主要分为主刀刃和副刀刃的几何角度,主刀刃的几何角度有前角、后角、刃倾角以及主偏角,而副刀刃则主要有副后角和副偏角。刀具完整的形状和结构是由刀具几何参数决定的,不同的几何参数之间有着隐形的内在联系,令不同参数既能够相互依赖,又可以相互制约,从而形成一个有机的整体。
二、在机械加工中合理应用和选择刀具几何参数
(一)根据切削条件合理选择刀具的几何参数
在选择刀具几何参数的时候,需要根据进行切削过程中所需要的机床、夹具、刀具以及工件的类型和种类,同时整个机械加工工艺系统的切削用量、功率和刚性都会影响刀具几何参数的影响。举个例子,当机械加工工艺系统的刚性较差的时候,刀具几何参数应选择较大的前角和主偏角,能够有效降低切削力度,同时还可以预防工件受到冲击和振动而降低刀具的工作寿命。
(二)加工工件的具体条件
工件的加工条件主要包括了工件的精度和质量、工件毛坯的制作方法以及工件的切削加工性、耐热性、硬度等多种物理力学性质,根据这些具体条件合理应用刀具几何参数,能够有效提高刀具的加工质量和效率,合理延长刀具的工作寿命。
(三)合理选择刀具几何角度的原则
在进行切削工作的时候,是否能够顺利完成切削与刀具的几何角度有极大的关系。在各种刀具几何角度中,前角、后角、主偏角以及刃倾角对切削效果的影响尤其明显,所以必须要合理选择刀具几何角度,才能够确保刀具的加工质量和效率。在选择刀具几何角度的时候,应该根据不同几何角度之间的优缺点、切削工作的要求以及工件的加工要求进行选择。举个例子,前角变大,刀具的切削能力、切削所产生的热量和功率就会相对地降低,提高刀具的工作寿命,但同时刀具的切削强度也会相应地降低。当工件的硬度、强度较高的时候,为了确保刀具的切削强度,应该适当降低刀具的前角,当工件属于塑性材料的时候,前角应该增加,从而降低刀具的切削能力。除了前角,在选择其他的几何角度的时候同样需要根据加工的实际情况进行选择,才能够为刀具选择合理的几何参数。
随着我国机械加工行业的不断发展,企业必须要提高自身的生产效率和加工精准度,并降低自身的加工成本才能够在社会中生存并不断发展下去,合理选择刀具几何参数能够帮助加工企业完成以上目标。机械加工操控人员在加工的时候,必须要对刀具几何参数有深刻的理解,同时熟练掌握选择合理刀具几何参数的原则,灵活地在实际的加工中应用,提高刀具的加工质量,合理延长刀具的工作寿命,降低企业的加工成本,同时还可以提高我国机械加工行业的技术水平。
参考文献
[1]关波.刀具几何参数图像测量技术研究[D].中北大学,2015.
刀具长度补偿参数的设定方法 篇4
刀具长度补偿是数控铣床或加工中心的一项重要功能, 一直是数控加工中较难掌握的内容, 刀具补偿参数如何进行设置, 设置的正确与否, 直接影响到零件的加工精度。若设置不好, 很容易造成撞车和废品事故, 给安全生产带来隐患。所以掌握刀具长度补偿的设定方法显得尤为重要。
1刀具长度补偿的原理 (以FANUC系统为例)
图1为刀具长度补偿原理图。数控铣床或加工中心上用来控制各轴移动坐标的基准点称为坐标测位点[1], 即机床坐标系中标示各轴坐标位置的动点, 如图1中位于主轴端面与主轴轴线的交点E。当机床开机后返回参考点时它与机床坐标系原点重合。数控系统实际控制的是坐标测位点的位移, 如果不进行刀具长度补偿, 执行下列语句:G90 G54 G00 Z0, 则刀具到达位置①, 即E点和工件坐标系的Z0面重合, 这样刀具全部进入工件内部, 会造成撞车事故, 故必须对刀具长度进行补偿。位置②是执行语句G90 G54 G00 G43/G44 Z0 H01, 即长度补偿有效时数控系统控制坐标测位点离开工件一个刀具长度的距离, 使刀位点走程序要求的运动轨迹所到达的位置。所以刀具长度补偿的实质就是把刀具相对于工件的坐标由坐标测位点移到刀位点位置。
2刀具长度补偿参数的设定
2.1 刀具长度补偿的方法
长度补偿建立的格式为:
取消格式为:
(G00/G01) G49 (Z___) 。
其中:G43表示刀具长度正补偿或离开工件补偿, 刀具实际执行的Z坐标移动值Z′=Z-+ (Hxx) , 即程序中的Z值加上长度补偿偏置寄存器中设定的值;G44表示刀具长度负补偿或趋向工件补偿, 刀具实际执行的Z坐标移动值Z′=Z-- (Hxx) , 即程序中的Z值减去长度补偿偏置寄存器中设定的值;使用非零Hxx代码选择正确的刀具长度偏置寄存器号[2]。
2.2 刀具补偿参数的设定方法
刀具补偿参数 (即刀具长度补偿偏置寄存器Hxx中设定的值Hxx) 与零点偏置建立工件坐标系G54～G59中的Z值密切相关。刀具补偿参数的确定有3种方法, 见表1。
2.2.1 方法1
这种方法用刀具的实际长度作为刀长的补偿, 这在有对刀仪的情况下使用较为方便, 用对刀仪测量出每把刀具的长度, 然后把这个数值输入到对应刀具长度补偿寄存器中。使用这种方法有两个好处:其一是可以让机床一边加工运行, 一边在对刀仪上进行其他刀具的长度测量, 而不必因为在机床上对刀而占用机床运行时间, 这样可以充分发挥加工中心的效率;其二, 可以避免同一把刀在不同的工件加工中不断地修改刀长偏置。许多大型机械加工型企业对数控加工设备的刀具管理都采用这种办法。给每一把刀具建档案, 用一个小标牌写上每把刀具的相关参数, 包括刀具的长度、半径等资料, 使用时只需根据标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而不需再进行测量[3]。其执行以下3条程序段:
G00 G54 G90 Z5;
G00 G54 G90 Z5 G43 H01;
G00 G54 G90 Z5 G44 H01;
任选一把刀具, 假设刀具长度为15, 把刀具装到主轴上, Z向返回机床参考点后, 测出工件零点相对于机床原点的Z向坐标值, 假设该值为-200。根据表1, 刀具长度补偿值, 如果用G43调用, 则应为H01=15;如果使用G44调用, 则应为H01=-15。刀具运行情况见图2。
2.2.2 方法2
这种方法在没有对刀仪的情况下最常用。分别把加工刀具装进主轴, Z轴返回机床参考点后, 以手动方式使刀具的刀位点重合于工件坐标系Z0平面。把此时机床坐标系的Z轴值 (即刀具Z轴返回参考点后, 刀位点相对于工件基准面Z0的距离, 此值为负) 直接作为每把刀的刀具长度补偿值。不足之处是当用同一把刀加工其他工件时就需要重新设置刀具长度补偿值。其仍然执行方法1中的程序段。
假设刀具长度为15, 把刀具装到主轴上, Z向返回机床参考点后, 刀具刀位点相对于工件基准面Z0的距离为185。根据表1, 刀具长度补偿值, 如果用G43调用, 则应为H01=-185;如果使用G44调用, 则应为H01=185。刀具运行情况见图3。
2.2.3 方法3
多把刀具中以其中任意一把刀具作为基准刀, 以其他刀与基准刀的长度差值作为该刀具的长度补偿值。其执行以下3条程序段:
G00 G54 G90 Z5;
G00 G54 G90 Z5 G43 H02;
G00 G54 G90 Z5 G44 H03;
假设基准刀具长度为15, 把基准刀具装到主轴上, Z轴返回机床参考点后, 以手动方式使刀具的刀位点重合于工件坐标系Z0平面。把此时机床坐标系的Z轴值 (即基准刀具Z轴返回参考点后, 刀位点相对于工件基准面Z0的距离, 此值为负) 输入工件坐标系G54的Z中, 假设该值为-185。第二把刀具长度为20, 与基准刀长度差值为5。第三把刀具长度为10, 与基准刀长度差值为5。根据表1, 基准刀的长度补 偿值为H01=0;第二把刀的长度补偿值, 如果用G43调用, 则应为H02=5, 如果使用G44调用, 则 应为H02=-5;第三把刀的长度补偿值, 如果用G43调用, 则应为H03=-5, 如果使用G44调用, 则应为H03=5。刀具运行情况见图4。
3结束语
通过以上实例不仅进一步说明了刀具长度补偿的重要性, 而且进一步验证了该长度补偿参数设定方法的正确性。这种刀具长度补偿参数的设定方法在教学中有效地指导了学生的实习和实训。
参考文献
[1]嵇宁.数控加工编程与操作[M].北京:高等教育出版社, 2008.
[2]刘雄伟.数控机床操作与编程培训教程[M].北京:机械工业出版社, 2001.
刀具几何参数 篇5
关键词：刀长,防错,程序
1 工作意义
针对刀具基本几何长度人为输入错误, 建立有效防错机制, 避免因人为输入刀具基本几何长度错误造成零件超差, 产生废品, 减少内部质量损失。
2 工作内容
分析输入错误的产生原因, 针对原因制定相应的防错方法;查找技术资料, 充分利用现有资源进行防错;编制防错程序并对程序进行实验。
2.1 刀具基本几何长度值输入错误的形式
通过长时间现场调研, 发现刀具基本几何长度值输入错误形式一般有两种: (1) 数值基本数字输入正确, 仅仅是小数点输入错误 (即输入数据应为154.62, 而实际输入数据15462) ; (2) 数值数字输入错误 (即输入数据应为154.62, 而实际输入数据为145.62) 。
2.2 针对错误形式制定防错方法
针对小数点输入错误的形式, 经过粗略的现场实际调研, 刀具基本几何长度一般不会小于90mm, 因此该问题可以通过“比较法”进行比较 (输入值应大于90mm) , 如果结果为“真”, 即可继续加工;如果结果为“假”, 停止加工, 并报错。
针对数值输入错误, 制定如下方案:
(1) 采用外置对刀仪直接与数控设备进行交换
操作者在外置对刀仪上测量刀具基本几何长度值结果直接自动输入到数控加工设备中, 可以避免人为参与造成数值输入错误。但该方法需要对刀仪与加工设备相连接, 且需要中间存储设备作为媒介, 并对外置对刀仪系统进行改造, 中间存储介质可用DNC等作为媒介, 仍然需要对DNC等系统进行改造, 改造费用相对较高。
(2) 固定装夹长度
该方法是在新件工艺准备及新件研制阶段, 由技术能手及骨干人员与工艺人员共同实验确定最优刀具装夹强度, 并保证该刀具长度可以最大限度降低刀具振动, 提高刀具刚性、保证生产效率, 由工艺人员将刀具长度固化到加工程序及工步卡中, 当操作者再次加工该零件时, 只有按照数控工步卡中规定的长度装夹刀具, 程序才能正确运行, 否则报错。但该方法对操作者要求较高, 保证刀具装夹长度准确;在首件研制阶段, 操作者与工艺人员经验较为丰富, 确定刀具长度应合理, 并保证经济性;该方法精度较差, 操作者每次装夹长度的范围比较宽范, 无法进行精确控制;对工艺人员要求较高, 增加较大工作量;对现场刀柄系统需要规范化管理。
(3) 物理防错
该方法是采用在夹具固定位置增加对刀块, 每次更换刀具后将刀具运行到该位置, 测量刀具与对刀块间的间隙, 保证刀具长度输入正确。但该方法存在碰撞危险, 在刀长输入错误时, 刀具将直接与对刀块进行碰撞, 降低机床精度;由于各个零件结构、形式不同, 夹具结构不同, 无法做到统一尺寸控制, 需要工艺人员在加工前自行寻找对刀位置及控制尺寸, 推广性不强, 且零件数量较多, 推广较为困难。
(4) 利用机床内置对刀仪与外置对刀仪测量值进行比较
操作者在外置对刀仪测量刀具基本几何长度值并将该数值输入到机床中, 然后由数控程序再次驱动机床内置对刀仪对所夹持刀具进行测量, 并进行记录, 比较两次结果, 应控制在一定范围内即视为正确, 可继续加工, 否则报错, 停止加工。
通过对上述方案进行比较, 且根据DMU210P机床本身特点, 决定采用“利用机床内置对刀仪与外置对刀仪测量值进行比较”方案进行刀具基本几何长度输入错误防错。
2.3 基本原理
经过分析, 采用“比较法”可以对“小数点输入错误”及“数值数字输入错误”两种错误方式均有效防范, 故采用“比较法”进行防错。
所谓“比较法”即是通过采用机床内置镭射对刀系统对刀进行测量, 测量出的数值与操作人员在外置对刀仪测量并输入机床中的数值进行对比, 比较二者的差值在允许的范围内即视为数值输入正确, 若超出范围即视为输入错误, 并使机床报警提示, 程序结束。
2.4 程序展示 (图1)
结语
通过对该防错程序的开发, 可以防止由于人为输入失误造成的刀具基本几何长度错误, 形成有效的防错机制, 降低由于人为错误造成零件超差、报废几率, 间接提高产品质量。
参考文献
数控加工刀具及切削参数的选用 篇6
数控机床的主轴输出功率较大, 主轴转速及范围比普通机床要高得多, 与传统加工方法相比, 对数控加工的刀具有更高的要求, 要求刀具的精度、强度、刚性和耐用度比普通机床的刀具更高, 并且在尺寸方面要求具有较好的稳定性, 同时便于安装调整。而且CAD/CAM软件的应用越来越广泛, 这些软件一般提供自动编程功能, 在软件使用过程中, 会有一些工艺规划问题要求预先设定好, 如选择合适的刀具、规划加工路径、设置切削用量等。在与数控加工有关的参数设置好之后, CAD/CAM软件就可以自动生成NC程序。在编程时, 编程人员要充分考虑不同零件数控加工的特点, 根据刀具选择和切削用量确定的基本原则, 才能合理选择数控刀具, 提高加工效率。因此, 数控刀具也必须结构合理、几何参数标准化、系列化, 零件加工时才便于根据其几何形状、材料以及夹具进行选用, 并且要考虑机床的刚性。
1 常用刀具的种类及性能
数控刀具可以按照多种分类方式。从结构方面对数控刀具分类, 可分为整体式、镶嵌式、减振式、内冷式和特殊型式等;从制造刀具所用的材料方面分类, 可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具等, 其中, 金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性;从切削工艺方面可分为车削刀具、钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具以及特殊型刀具等。
刀具材料应具备高硬度、高韧性、高耐磨性、高耐热性以及良好的工艺性, 即:刀具材料的硬度高于工件的硬度;刀具有足够的韧性承受切削力、振动和冲击;刀具能够有效地抵抗磨损;在高温下, 刀具材料能够保持硬度、耐磨性、强度和韧性;为便于刀具制造, 刀具材料需具有良好热加工性能和机械加工性能[1]。
2 刀具的选用
数控机床的具有高速、高效和高度自动化等特性, 为充分发挥数控机床的这些性能, 数控刀具应与之相适应, 一般包括通用刀具和通用连接刀柄两个部分, 为便于将刀具联接并装在机床动力头上, 刀柄已逐渐标准化和系列化。
1) 根据零件材料的切削性能选择刀具。如材料为45钢的零件, 可以用普通刀具加工;不锈钢、高强度钢、钛合金等材料的零件, 可以用硬质合金刀具加工, 其耐磨性较好。
2) 根据零件的加工阶段选择刀具。数控加工一般可以分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。每个加工阶段, 对刀具都有不同的要求:粗加工阶段主要是为了切除较多的材料, 切削用量较大, 选择的刀具必须刚性较好, 对精度的要求较低;半精加工主要为精加工作准备, 切削用量不能大, 如准备加工工艺基准, 精加工主要完成重要表面的加工, 切削用量很小, 为保证加工精度和质量, 必须选择高耐用度和高精度的刀具。
3) 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。为减少被加工零件的变形, 切削薄壁、超薄壁零件时, 切削力不能过大, 选择的铣刀主偏角要小, 这样能减小其径向切削力;加工铝、铜等较软材料的零件时, 选择的立铣刀的前角应稍大一些, 不要超过4齿;根据零件结构, 所选用的刀具尽可能直径大、长径比小。
4) 刀具的尺寸与工件的表面尺寸相适应。如加工平面零件的周边轮廓时, 选用立铣刀;选用硬质合金刀片铣刀铣削平面。
合理安排刀具的顺序, 可以减少辅助时间的占用, 提高效率。应遵循以下原则安排刀具的排列顺序:尽量减少刀具的数量;分开使用粗精加工的刀具;装夹换刀要在一把刀具完成其所能进行的全部加工步骤后再进行;先铣后钻;先精加工曲面, 后精加工二维轮廓;充分利用数控机床的自动换刀功能提高生产效率[2]。
3 数控加工切削用量的确定
切削用量对于加工效率、刀具磨损、加工质量和加工成本都会有显著影响。切削用量包括切削速度、背吃刀量及进给速度等, 不同的加工方法选用不同的切削用量。按照以下的原则设置切削用量:在以提高生产率为主的粗加工阶段, 首先背吃刀量尽可能选取大的, 其次尽可能大的选取进给量, 其主要受到机床动力和刚性的限制, 最后确定最佳的切削速度, 这需要以刀具耐用度为依据;在以保证加工质量为主的半精加工和精加工阶段, 同时考虑到切削效率、经济性和加工成本, 首先设置背吃刀量, 这要根据粗加工后的余量进行;其次选取的进给量要较小, 可以根据已加工表面的粗糙度要求设置;最后选取较高的切削速度, 这需要以保证刀具的耐用度为前提[3]。
从刀具的耐用度出发, 切削用量的选择顺序是:先确定背吃刀量, 其次确定进给量, 最后确定切削速度。这些参数需要以机床性能、切削用量手册为依据, 并结合经验来设置。另外, 要形成最佳切削用量, 还需要主轴转速、切削深度及进给速度三者相互适应。
1) 在机床、工件和刀具刚度允许条件下, 为减少走刀次数, 提高生产效率, 要尽可能使背吃刀量和加工余量相等;一般精加工余量为0.2~0.5 mm, 这样可以保证零件的加工精度和表面粗糙度。
2) 数控加工中, 切削宽度L的取值范围一般为 (0.6~0.9) d, L与刀具直径d成正比, 与切削深度成反比。
3) 切削速度主要取决于刀具耐用度, 与加工材料也关系紧密。
4) 主轴转速一般根据切削速度来选定。
5) 在设置进给速度时, 需要综合考虑刀具、工件材料、加工精度以及表面粗糙度要求等。为提高生产效率, 当能够保证工件质量时, 可选择较高的进给速度, 一般为100~200 mm/min;选择较低的进给速度进行刀断、深孔加工, 一般为20~50 mm/min;表面粗糙度、加工精度要求高时, 一般选取20~50 mm/min的进给速度。
在数控加工过程中, 为充分发挥数控机床的性能, 并保证零件的加工质量、提高生产效率, 应根据刀具及切削参数选用原则, 合理选择数控加工刀具结构、刀具材料、刀具几何参数和切削用量。
参考文献
[1]刘党生.金属切削原理与刀具[M].北京:北京理工大学出版社, 2009:46.
[2]吴明友.数控加工技术[M].北京:机械工业出版社, 2008:60.