数控加工的刀具选择

数控加工的刀具选择（精选12篇）

数控加工的刀具选择 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.

数控加工的刀具选择 篇2

一、铝合金：

1、易切削铝合金

该材料在航空航天工业应用较多，适用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在～4000m/min，进给量在3～12m/min，刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°，

2、铸铝合金

铸铝合金根据其Si含量的不同，选用的刀具也不同，对Si含量小于12%的铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12%时，可采用 PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%～18%的过硅铝合金，最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可在1100m/min，进给量为0.125mm/r。

二、铸铁：

对铸件，切削速度大于350m/min时，称为高速加工，切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度在510～2000m/min时，可选用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000～4500m/min时，可使用CBN刀具。

铸件的金相组织对高速切削刀具的选用有一定影响，加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/min时，可使用CBN或Si3N4，当以铁素体为主时，由于扩散磨损的原因，使刀具磨损严重，不宜使用CBN，而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co，晶粒尺寸平均为3μm，CBN含量大于 90%～95%的BZN6000在V=700m/min时，宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均为10μm、 CBN含量为90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光体含量的灰铸铁时，在切削速度小于1100m/min时，随切削速度的增加，刀具寿命也增加。

普通钢

切削速度对钢的表面质量有较大的影响，根据德国Darmstadt大学PTW所的研究，其最佳切削速度为500～800m/min。

目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具材料。其中涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产的 TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产的涂层刀具要好，因为前者可很好地保持刃口形状，使加工零件获得较高的精度和表面质量。

金属陶瓷刀具占日本刀具市场的30%，以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好，但抗弯强度及导热性差，适于切削速度在 400～800m/min的小进给量、小切深的精加工;Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来，Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷的韧性，其加工钢或铸铁的切深可达2～3mm，

CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织的轴承钢或淬硬钢。

三、高硬度钢：

高硬度钢(HRC40～70)的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。

金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN的金属陶瓷，其硬度和断裂韧性与硬质合金大致相当，而导热系数不到硬质合金的1/10，并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。另外其高温下机械性能好，与钢的亲和力小，适合于中高速(在200m/min左右)的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。

采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63的工件材料，如进行工件淬火后再切削，实现“以切代磨”。切削淬火硬度达HRC48～58的45钢时，切削速度可取150～180m/min，进给量在0.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1μm，TiC含量在20%～30%的Al2O3-TiC 陶瓷刀具，在切削速度为100m/min左右时，可用于加工具有较高抗剥落性能的高硬度钢。

当切削速度高于1000m/min时，PCBN是最佳刀具材料，CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢(如HRC55的H13工具钢)。

四、高温镍基合金：

Inconel718镍基合金是典型的难加工材料，具有较高的高温强度、动态剪切强度，热扩散系数较小，切削时易产生加工硬化，这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时，主要使用陶瓷和CBN刀具。

碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在100～300m/min时可获得较长的刀具寿命，切削速度高于500m/min时，添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小，而在100～300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel718合金的加工。

加拿大学者M.A.Elbestawi认为，SiC晶须增强陶瓷加工Inconel718的最佳切削条件为：切削速度700m/min，切深为1～2mm，进给量为0.1～0.18mm/z。

氮氧化硅铝(Sialon)陶瓷韧性很高，适合于切削过固溶处理的Inconel718(HRC45)合金，Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金。

五、钛合金：(Ti6Al6V2Sn)

钛合金强度、冲击韧性大，硬度稍低于Inconel718，但其加工硬化非常严重，故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严重的现象。日本学者 T.Kitagawa等经过大量实验得出，用直径?10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀(螺旋角为30°)高速铣削钛合金，可达到满意的刀具寿命，切削速度可高达628m/min，每齿进给量可取0.06～0.12mm/z，连续高速车削钛合金的切削速度不宜超过200m/min。

六、复合材料：

数控加工的刀具选择 篇3

关键词：机械加工；材料选择；刀具选择

引言

在现代机械加工方面，加工材料及刀具类型材质的选择很大程度上是决定产品质量和生产效率的关键因素，因此根据生产效率、生产成本、经济效益的综合需求，选择合理的加工材料及加工刀具是机械加工生产中很重要的一个环节。

1.相关概念简析

1.1 机械加工的定义

通过一种机械设备对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。其中广义上的机械加工就是指能用机械手段制造产品的过程；而狭义上的机械加工则是用车床（c）、铣床（x）、钻床（z）、磨床（m）、冲压机、压铸机等专用机械设备制作零件的过程。

1.2 机械加工的类型

灯丝电源绕组、激光切割、重型加工、金属粘结、线切割，金属拉拔、等离子切割、精密焊接、辊轧成型、金属板材弯曲成型、模锻、水喷射切割、精密焊接等。

1.3 刀具的概念

刀具是机械加工中用于切削加工的工具，又称切削工具，多为机用，少为手用。

1.4 刀具的分类

按照工件加工表面的形式：加工各种外表面的刀具、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具。

按照切削运动方式和相应的刀刃形状：通用刀具、成形刀具、展成刀具、镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀。

按加工方式和具体用途，分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等。

按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等。

按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；

按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。

1.5 零件材料的选择

原则：保证零件的使用要求及外部质量（形状质量，尺寸精度，表面质量）；内部质量（成分，组织，力学性能，物理化学性能，降低制造成本）；保证质量前提下尽量降低制造成本（材料费，小号的燃料及动力费，工资及设备费用）。

依据：零件的用途及工作条件；零件的结构、形状及外形尺寸；生产批量；生产条件（设备、人员技术及管理水平）等。

2.零件材料对刀具选择有决定性作用

2.1 材料的种类不同，力学系数及加工方式就会不同，这不尽对加工工艺有影响，而且对材料需求量及造价有影响，并在一定程度上在整个加工市场的材料标配及刀具生产。例如：一般粗加工平面槽等用冼刀或刨刀，圆柱体、半球体等回转性质的用车刀，精加工平面或内外圆用磨床；一般加工先粗到精，粗加工留一定的余量来精加工；考虑旋转直径来定转速、切削量、进给速度；加工长轴工件时 ，选择合适的刀具更为重要，必须严格选择并控制主轴转速、切削速度及切削量以提高产品加工精度，获取合格的表面质量。

2.2 制订工艺规程的步骤中很大一部分与材料及刀具相关：分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析；选择毛坯并拟订工艺路线并确定各工序的加工余量；计算工序尺寸及公差确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具；再确定切削用量及工时定额。应用中也有：车回转体零件用车床，车刀；加工平面用铣床；精加工用磨床；打孔用钻和电火花等具体相应刀具和机床。

2.3刀具选择大部分由零件的类型及加工面及精度决定。机械加工成套的加工工艺对大小型孔及其形状的简单或复杂程度没有明显的区别。但是实际工艺有细节区别：大尺寸和形状复杂的孔的加工偏移量應比标准值大一些，小零件和形状简单的工件则会小一些，且在不同轮廓的不同部位偏移量也不一样。另外工件的材质选择及热处理标准就与这些情况有很大关系，并成为影响机械加工性质的重要因素之一。操作者需要熟练掌握刀具特点及使用方法，根据加工工件的处理规律，灵活处置偏移量，在保证加工所需质量的前提下，不断提高生产率，以创造更大效益。

3.刀具性能特点对于材料选用的关键作用

3.1 由于机械加工刀具的材质、形状、技术要求及加工工艺的多样性，客观上要求工件材料具有不同的组织结构和被切削的优良性能。同时，生产可选用的材料种类很多，这使选择材料特别是毛坯也成为难点之一。

3.2 材料是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等而选择的机械加工对象，选择合适的刀具及材料是制订合适机械加工工艺规程的基础。操作者要了解刀具切削部位的组成、集合参数、工作角度、刃部参数刀具形状、切削角度、磨损形式及原因及耐用度与切削用量的关系。老师傅称：学机械是三分技术，七分刀具。面对现代机械加工市场的众多需求：降低生产成本，减少人工费用，缩短劳动时间，降低设备耗费，提高表面质量及产量。这要求操作工对机械加工常用刀具的型号、规格、技术要求及参考应用必须熟练掌握和应用。

4.正确选择材料和刀具的整体选用原则及其重要性

材料和刀具的选择要遵循经济且环保原则。其中包括加工生产对环境的影响，对资源、能源的消耗以及对社会生产可持续性的影响；加工制造的实际水平和能力、外协的可能性思考；在节约材料和能源的同时，充分利用经济环保的新材料，精密刀具及先进加工工艺。

材料和刀具的优选在零件工艺过程的作用不可否认。为提高机械加工生产率，也可考虑粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械加工中的应用，并找到综合生产成本的最佳组合点；因机械加工工序数量、材料消耗、生产劳动量等因素在很大程度上也取决于所选的材料及刀具，故正确选择材料及刀具对机械加工具有重要意义。

随着现代机械朝着高精度、高速度和低成本等方向发展，同时机械加工面临着工期缩短、质量提高、成本降低的迫切需求，这种环境及需求迫使零件加工对材料和刀具选择提出了更高的要求，开发并利用性能优良的材料和稳定加工的刀具是必然趋势，而处理好材料和刀具的重要关系并正确选择更是机械加工不可或缺的一部分。

参考文献：

[1]王存强.《铸造模具材料选择及加工刀具参数的设定》

[2]常丽娟.《浅谈机械加工中应注意的一些问题》

[3]王小新.《试论机械设计加工需要注意的问题 》

[4]尹震飚.《面向复杂型腔工件高效数控加工的刀具优选技术研究》

[5]姚学祥，张桂香.《超硬材料刀具研究现状和趋势》

作者简介：

杨琳琳（1992.7—），女，汉族，河南省南阳市人，郑州大学机械机械工程学院。

数控加工的刀具选择 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。

高速加工的刀具选取 篇5

超硬材料刀具在高速切削领域独占优势，其实际应用与日俱增。在这类刀具中PCD(聚晶金刚石)刀具是高速切削铝合金和非金属材料的最佳选择，而金刚石涂层刀具则不仅已经实用化且增长势头很猛;PCBN(立方氮化硼聚晶产品)刀具适于以更高速度切削铸铁、淬硬钢等材料，CBN(立方氮化硼)涂层刀具也有望在近期取得重大技术突破。

为了使高速切削刀具有足够的使用寿命和低的切削力，应根据不同的工件材料选择最佳的刀具几何角度。与普通切削相比，高速切削刀具前角一般要小一些甚至是负前角，后角要稍大一点，且常采用修圆或倒角刀尖来增大刀前角，以防止刀尖处的热磨损。由于进行高速切削的旋转刀具要在很高的转速下工作，离心力问题非常突出，故要求其刀体结构和刀片夹紧结构应十分可靠，同时需要在动平衡仪上经过严格的动平衡，最好能进一步安装在机床上与主轴组件一起进行动平衡。

在普通转速下刀具与主轴间广泛采用的7：24锥联结，当高速旋转时，由于实心锥柄不能像主轴孔那样受离心力作用发生“胀大”，两者之间出现间隙会导致刀具在锥孔内摆动，从而引起刀具的轴向定位误差和破坏结构的动平衡。为了克服这种联结高速性能差的缺点，相继开发出了一些适合高速切削的联结方式，如：HSK 工具系统和Capto工具系统。

下面详细介绍刀具、刀柄及切削用量的选取。

1 刀具材料

要实现高速切削，刀具材料是关键。高速切削材料主要有硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具。它们各有优点，适合不同的工件材料和不同的切削速度范围。必须注意的是刀具材料和工件材料副之间有一个适配性问题，即一种刀具材料与工件材料时性能良好，但加工另一种工件材料时却不理想，换句话说，不存在一种万能刀具材料可适用于所有工件材料的高速加工。

高速切削刀具材料必须根据所加工的工件材料和加工性质来选择。一般而言，陶瓷刀具、涂层刀具及CBN刀具适合于加工钢铁等黑色金属的高速加工;PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属高速加工。表中列出了上述刀具材料所适合加工的一些工件材料。

陶瓷刀具已应用于加工各种铸铁、钢件、热喷涂喷焊材料、镍基高温合金等。

金刚石刀具适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。由于金刚石的热稳定性差，切削温度达到800℃时，就会失去其硬度。因为金刚石和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，因此金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料，在切削有色金属时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十甚至几百倍。

立方碳化硼刀具既能胜任淬硬钢、轴承钢、高速钢、冷硬铸铁的粗、精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。CBN刀具是实现以车代磨的最佳刀具之一。

2 刀具

以下介绍在加工中心上加工壳体常用刀具。

1、铣刀

在面铣时，由于铣刀和工件之间的关系，尺寸和位置是重要的因素。在选择刀具时，工件的宽度决定铣刀的直径。对于加工小件而言，一般刀具直径比工件大30%是比较理想的，但是机床功率和稳定性在许多情况下起决定作用。面铣常常需要几次走刀才能完成。

在优化铣削效果时，铣刀的刀片是另一个重要因素。在任何一次铣削时如果同时参加切削的刀片数多于一个是优点，但同时参加切削的刀片数太多就是缺点。在切削时每一个切削刃不可能同时切削，所要求的功率和参加切削的切削刃多少有关。就切屑形成过程，切削刃负载以及加工结果来说，铣刀相对于工件的位置起到了重要作用。在面铣时，用一把比切削宽度大约大30%的铣刀并且将铣刀位置在接近于工件的中心，那么切屑厚度变化不大。在切入切出的切屑厚度比在中心切削时的切削厚度稍稍薄一些。

为了确保使用足够高的平均切屑厚度/每齿进给量，必须正确地确定适合于该工序的铣刀刀齿数。铣刀的齿距是有效切削刃之间的距离。可根据这个值将铣刀分为3个类型——密齿铣刀、疏齿铣刀、特密齿铣刀。

和铣削的切屑厚度有关的还有面铣刀的主偏角。主偏角是刀片主切削刃和工件表面之间的夹角，主要有45度、90度角和圆形刀片。切削力的方向变化随着主偏角的不同将发生很大的变化：主偏角为90度的铣刀主要产生径向力，作用在进给方向，这意味着被加工表面将不承受过多的压力，对于铣削结构较弱的工件是比较可靠。

主偏角为45度的铣刀其径向切削力和轴向大致是相等的，所以产生的压力比较均衡，对机床功率的要求也比较低，特别适合于铣削产生崩碎切屑的短屑材料工件。

圆形刀片的铣刀意味着主偏角从0度到90度连续变化，这主要取决于切削深度。这种刀片切削刃强度非常高，由于沿长切削刃方向产生的切屑比较薄，所以适合大的进给量。沿刀片径向切削力的方向在不断改变，而且在加工过程中所产生的压力将取决于切削深度。现代刀片几何槽形的研制使圆形刀片具有平稳的切削效应、对机床功率需求较低、稳定性好等优点。今天，它已不再是一种有效的粗铣刀，在面铣和立铣中都有广泛的应用。

相对于工件的进给方向和铣刀的旋转方向有两种方式。第一种是顺铣，铣刀的旋转方向和切削的进给方向是相同的，在开始切削时铣刀就咬住工件并切下最后的切屑。第二种是逆铣，铣刀的旋转方向和切削的进给方向是相反的，铣刀在开始切削之前必须在工件上滑移一段，以切削厚度为零开始，到切削结束时切削厚度达到最大，

在三面刃铣刀、某些立铣或面铣时，切削力有不同方向。面铣时，铣刀正好在工件的外侧，切削力的方向更应特别注意。顺铣时，切削力将工件压向工作台，逆铣时切削力使工件离开工作台。

由于顺铣的切削效果最好，通常首选顺铣，只有当机床存在螺纹间隙问题或者有顺铣解决不了的问题时，才考虑逆铣。

在理想状况下，铣刀直径应比工件宽度大，铣刀轴心线应该始终和工件中心线稍微离开一些距离。当刀具正对切削中心放置时，极易产生毛刺。切削刃进入切削和退出切削时径向切削力的方向将不断变化。机床主轴就可能振动并损坏，刀片可能碎裂而加工表面将十分粗糙。铣刀稍微偏离中心，切削力方向将不再波动—— 铣刀将会获得一种预载荷。我们可以把中心铣削比做在马路中心开车。

铣刀刀片每一次进入切削时，切削刃都要承受冲击载荷，载荷大小取决于切屑的横截面、工件材料和切削类型。切入切出时，切削刃和工件之间是否能正确咬合是一个重要方向。

当铣刀轴心线完全位于工件宽度外侧时，在切入时的冲击力是由刀片最外侧的刀尖承受的，这将意味着最初的冲击载荷由刀具最敏感的部位承受。铣刀最后也是以刀尖离开工件，也就是说刀片从开始切削到离开，切削力一直作用在最外侧的刀尖上，直到冲击力卸荷为止。当铣刀的中心线正好位于工件边缘线上时，当切屑厚度达到最大时刀片脱离切削，在切入切出时冲击载荷达到最大。当铣刀轴心线位于工件宽度之内时，切入时的最初冲击载荷沿切削刃由距离最敏感刀尖较远的部位承受，而且在退刀时刀片比较平稳的退出切削。

对于每一个刀片来说，当要退出切削时切削刃离开工件的方式是重要的。接近退刀时剩余的材料可能使刀片间隙多少有所减少。当切屑脱离工件时沿刀片前刀面将产生一个瞬时拉伸力并且在工件上常常产生毛刺。这个拉伸力在危险情况下危及切屑刃安全。

当铣刀轴心线和工件边缘线重合或接近工件的边缘线时，情况将很严重。达到较好铣削的总结

①检查机床的功率和刚度，以保证所需要的铣刀直径能够在机床上使用。

②主轴上刀具的悬伸量尽可能达到最短，减小铣刀轴线与工件位置对冲击载荷的影响。

③采用适合于该工序的正确的铣刀齿距，以确保在切削时没有太多的刀片同时和工件啮合而引起振动，另一方面，在铣削狭窄工件或铣削型腔时要确保有足够的刀片和工件啮合。

④确保采用每刀片的进给量，以便在切屑足够厚时能获得正确的切削效果，从而减小刀具磨损。采用正前角槽形的可转位刀片，从而获得平稳的切削效果以及最低的功率。

⑤选用适合于工件宽度的铣刀直径。

⑥选用正确的主偏角。

⑦正确的放置铣刀。

⑧仅仅在必要时使用切削液。

⑨遵循刀具保养及维修的规则，并且监控刀具磨损。

(2)钻头

钻头是孔加工刀具中应用最广的刀具，尤其是钻削ф30mm以下的孔时，钻头从结构上分为整体式和可转位刀片钻头，由于汽车工业追求高的生产效率，台肩和倒角复合钻的应用也越来越广泛。

许多工件上都需要钻削一个孔或数个孔，而且如今这些孔大多数都是在数控机床和加工中心上加工。从原理上讲，有许多不同类型的孔，在这些孔之间最普遍的差异是配合间隙。这些孔包括螺纹孔、有极好配合要求的孔、管道孔以及为去除重量而加工出的孔等。这些孔是通孔或者是盲孔，对切削刀具和方法有不同的要求。

在钻削过程中，为了以有效的方法达到满意的效果，需要考虑4个主要因素。

①直径和孔深的比值;

②被加工孔需要的精度和表面粗糙度;

③工件材料类型、质量和硬度;

④机床，尤其是加工条件和主轴转速;

这些因素将影响钻头类型的选择和应用。在所有的加工过程中，工件、机床和工艺系统的稳定性是最重要的。在考虑什么类型的钻头适用于加工工序时，钻削工艺起着某些制约作用。最小的可转位刀片直径为12.7mm。

(3)镗刀

镗刀按结构分为整体式、装夹式和可调式，可调式又分为微调式和差动式。在汽车变速器壳体加工中常用的主要是单刃微调式镗刀和双刃粗镗刀。

粗镗刀利用轴向调节机构，使两刃高度完全一致，取得理想的平衡状态，防止振动。进给螺纹是精镗头的命脉，在一些厂家采用配对生产法，将螺丝与螺母间的齿隙限制在最小，获得最高的可靠性。在镗背面的孔时，往往需要将工件反装，或回转工作台，这样不仅浪费时间，而且很难保证同轴度，日本BIG公司生产的 EWN精镗头只需将刀片反装即可进行反镗加工，即保证精度有提高生产效率。对于有高精度要求的孔要求刀杆有高的动平衡效果，在BIG公司生产的高速小孔精镗头移动平衡环，内藏的平衡块既会移动，根据说明书中的相关数据，将平衡环转到相应的位置既可使镗头处于平衡状态。

(4)攻丝

在加工中心上有两种攻螺纹方式，高精度自动倒转攻螺纹器，最高转速达6000r/min，不需任何补偿作用的刚性攻。这两种攻螺纹的方式各有优劣，因此依照加工要求而选择，在大量生产中，因追求高效率，自动倒转攻螺纹器将有利于生产，但它机构复杂、附件繁多、维修不易、价格昂贵。目前，随着CNC加工中心使用数量的增加，刚性攻丝将日渐普及。

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

数控加工的刀具选择 篇7

利用Master CAM软件进行凹槽铣削刀具路径的自动生成及规划是目前制造业重要课题。本文主要探讨针对多边形平底凹槽铣削, 对刀具大小计算出最佳尺寸, 寻求最短刀具路径, 但是必须在没有残留材料条件下, 利用Master CAM软件双向铣削方式, 选择粗、精铣刀最佳搭配, 以降低切削时间。

1 单刀与双刀之比较

凹槽铣削一般采用单把铣刀或双把铣刀铣削, 各刀具有其优、缺点, 应考虑工件的粗糙度或加工时间来衡量, 选择单铣刀或双铣刀。表1为优、缺点之比较, 本研究以较短刀具路径为首要考量, 故选择以双刀方式铣削。

2 铣削多边形凹槽粗切最大直径

双刀铣削中, 粗切主要目的是大量切除材料, 以提高效率, 而精切主要目的是配合凹槽圆角半径得到较高工件表面粗糙度。选择刀具做粗切时, 尺寸越大, 路径越短, 但以过大的刀具尺寸挖槽时, 会产生残余未切除材料, 必须再利用另一刀具作削除。如果选择较小尺寸刀具, 虽然不须换刀铣削, 但是切削路径会增长, 相对的切削时间就长。

精切刀因需配合圆角, 故有一定的尺寸, 当精切刀尺寸确定后, 粗切刀尺寸应如何确定, 才不致于产生残留材料, 是本研究所探讨的第一个主题。

利用双刀完成铣削时, 当精铣刀的尺寸确定后, 为不残留材料, 粗铣刀尺寸选择会受到限制, 如图1所示, 粗铣刀过大铣削时, 有一残留材料产生, 那么该如何确定粗铣刀尺寸?

配合精切刀具半径r, 如图1:

利用相似三角形边成比例定理, 可得

由 (2.1) 及 (2.2) 所示得, 不残留材料的最大粗铣刀半径R

式中:f—预留精切间隙

θ—最小内角。

由上图可知, 在已知精切刀具半径条件下, 求出粗切刀具尺寸R。但选择精铣刀半径时应考虑内圆角半径, 因刀具是采用端铣刀, 所以铣削到顶角的内角, 必为圆弧。故一般以内圆角之半径当作精切刀具半径。

3 刀库中现有刀具最佳搭配之选择

多边形凹槽铣削主要加工方法是采取双刀铣削。凹槽 (袋形) 内部铣削需较大刀具配合与外形半径相同 (或小于) 的较小刀具。粗铣刀作为挖槽加工的刀具, 其目的是移除凹槽内部大部体积, 本文所讨论路径是采用往复式双向切削, 其刀具路径长短与刀具尺寸有关, 前节已讨论过最大粗切刀受限范围, 虽然, 刀具尺寸越大, 所经过路径越短, 越省时, 但易产生残留材料, 同时也要考虑表面粗糙度以及刀具与工件接触面大小所生成阻力, 相反地刀具尺寸越小, 所经过路径越长越费时, 要如何选择粗切刀尺寸使它铣削路径适当又要避免残留材料存在, 最佳方式是要与外形铣削之精切刀作搭配。

为避免残留材料, 精铣刀具和粗铣刀具直径之间关系, 可从下列式子中寻找出两者间直径之比例, 从而在刀库里选择最佳搭配。

由 (2.3) 式:

其中f精修外径之预留量, 一般远小于刀具半径, 可以将其省略不计。

由式 (2.4) 得知

粗铣刀具直径 (D) 与精铣刀具直径 (d) 之间关系:

即:

总之, 多边形凹槽平面铣削, 在现有刀库中, 选择配合合适刀具直径。依据下列程序处理:

(1) 确定多边形最小内角角度θ, 利用公式 (2.5) , 求出D/d之比例。

(2) 精铣刀直径必须等于或小于多边形最小内圆角直径。选取现有刀具中小于或等于最小内圆角直径为外形铣削之刀具, 配合D/d之比例选择适合挖槽刀具直径。

(4) 在没有残留材料下, 选择粗切刀具尺寸越大, 则铣削时间越短, 因为较大尺寸铣削路径较短。

摘要：凹槽 (口袋形) 铣削是产品加工中最重要的一类。利用Master CAM进行多边形平底凹槽 (口袋模穴) 铣削, 在不残留材料的前提下, 找出生成最短刀具路径的刀具尺寸。

数控加工的刀具选择 篇8

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

[1]陈燕春.数控铣削加工中切削参数确定的研究[J].机电工程技术, 2006, 35 (12) :21-24.

[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.

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.

数控加工的刀具选择 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.

数控加工的刀具选择 篇11

关键词：MAPAL刀具;缸盖加工;发动机

中图分类号：TG713.3;TG713.4     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）26-0036-02

德国MAPAL公司是一个生产精密加工刀具的生产企业，该公司所生产的刀具在精密加工中具有广泛的用途，适用于大批量精密加工。在B154缸自然吸气发动机缸盖加工中，MALPAL刀具能够用于缸盖气门导管底孔、气门座底孔的加工。MALPAL精密刀具具有切削速度高、耐磨性好、耐用度高等特点，因为其独特的架构、有意的表面粗糙度与精密的内孔精度，通过切削起到支撑作用，吸收切削所引起的振动，可以提升切削精度，从而提升加工精度。

1  B15发动机缸盖加工MALPAL刀具的应用

1.1  MALPAL刀具特点

MALPAL刀具刀片非常锋利，在使用的过程中，新刀片有一个急剧磨损期，急剧磨损期中刀片稍有磨损就会引发加工尺寸偏小。在加工的过程中，需要在加工50个零件之后，将新刀具卸下检查与调整，确保刀具的使用寿命。在使用过程中，MALPAL刀具是在可靠的支撑与导向的作用下进行的切削工作，在工作中需要对孔的位置进行纠偏。

1.2  在B15发动机缸盖中的应用

在B15发动机缸盖加工中，因为缸盖的结构性状复杂、内部呈腔型结构，加工难度较高，为了确保发动机的使用效果，需要对缸盖加工过程中的关键工艺进行控制，确保缸盖加工精度。气门导管底孔、气门座底孔、枪铰导管孔、镗气门座孔是缸盖粗加工的关键部位，对于缸盖加工精度具有直接的影响。通常在加工过程中，对于气门座阀线的精密度要求很高，要求以粗糙度在±0.8 mm，跳动0.03～0.05 mm，气门导管公差直径为0.01 1mm，确保其表面平整，无毛刺。

采用MALPAL系列的WWS铣刀作为加工工具，其中切削参数：切深为2.5 mm，转速为1 000～3 500 m/min，进给为0.04～0.06 mm/刃·转;线速度1 000～3 500 m/min，一般可取机床允许转速的上限。采用MapaI阶梯式PCD精镗刀进行加工，切削参数：进给为0.08～0.15 mm/转;采用硬质合金刀片时线速度为150～300 mm/min。加工过程中刀具寿命：PCD刀片约加工

20 000～40 000孔;硬质合金刀片约加工2 000～4 000孔，整体PCD刀片约加工20 000～70 000孔。在加工过程中，通常在导管上加上引导管，采用采用精加工刀具完成精加工，采用MAPAL刀具进行加工，能够达到所需要的效果。采用离心式滑动刀具急性精加工，在加工中心使用时改变机床转速以控制刀具类型，能够确保加工精度为7～8 μm，而且刀具基体只需要一次性购置，能够重复使用。

2  MALPAL刀具的应用问题以及改进

在使用MALPAL刀具进行发动机缸盖加工过程中，通常会遇到以下的的问题，包括刀具的跳动、阀座震纹、刀具加工寿命较短等问题，为了提升加工进度、加工效率，延长刀具的使用寿命，可以采用以下的方式改进现存的问题。

2.1  跳动以及解决措施

采用MALPAL刀具进行加工时，跳动量的合格率只有87%，使用过程中的机床能力达不到Cpk≥1.67，采用MALPAL系列的PCD刀具进行加工时，因为刚性比整体的硬质合金差，而且铰刀顶部的受力布局云，所以在加工过程中，铰刀会朝着受力较小的方向偏移。而铰刀在加工过程中难以起到修正的作用，会造成加工偏移，从而引发跳动，导致加工后出现位置误差;而且压装后过盈收缩量不一致，将会产生更大的位置误差。

解决跳动的主要措施是确保刀具的受力均匀，为了避免因为机床加工节拍等因素引发的受力不均匀，采用同一把刀具完成密封面的加工。在加工过程中，严格控制刀具的偏角，当铰刀主偏角从75 °～90 °时，导向角消失，但是对加工没有影像。因此将主偏角固定在90 °时，能够增加刀尖圆弧。将主偏角设定道90 °后，能够明显的减少跳动，提升加工精度。

2.2  阀座震纹以及解决措施

阀座精加工通常有三种加工方法，一种是采用横切法、一种是纵切法、还有一种是采用成形刀片直接截出的成型法。B15加工采用的是成型法，该加工过程中，通过使用MAPAL成型刀片对阀座进行加工，刀体上有两根导向条支撑，刀具示意图，如图1所示。在阀座的加工过程中，进气阀加工后的表面粗糙度与尺寸能够满足工艺要求，但是排气阀门的加工表面有着很严重的震纹。产生震纹的主要原因是因为排气阀座密封面的角度为60 °，径向力大于进气阀座，因此虽然有导向条支撑，进气阀与排气阀的受力并不均匀，加工中震动引发震纹。

为了避免震纹的产生，需要改良加工方法。虽然纵切法具有很高的精度，但是因为机床缺少V轴结构，因此缺乏采用纵切法，采用横切法进行加工，用三个轴向可调 刀夹均布在刀体上，使用标准刀片进行加工。在加工过程中，通过刀夹对阀座的加工进行调整，能够确保每个方向的受力均匀，从而避免刀具震动产生震纹。工艺改进后的震纹几乎完全消失，阀座尺寸与表面粗糙度均能够满足产品要求。

2.3  刀具寿命问题以及解决措施

MAPAL加工寿命是影响加工效益的重要因素之一，在经过一段时间的加工自后，调刀相对频繁，影响了刀具的耐用性。为了提升刀具的耐用性，增加刀具使用寿命，可以采取以下的方式进行调整：①将粗加工与精加工分开，粗加工会导致切削刃磨损，无法满足精加工的需求;②提升加工稳定性，在加工过程中需要确保刀具的稳定性，大概刀具严重损伤或出现小爆口时，需要及时重新更换新刀片，确保加工精度;③更改刀具表面涂层材料与几何形状，采用MAPAL专用符合涂层，能够增加刀片的耐磨性，在刀具制造商的技术支持才，设计得到的“F”型倒角刀片，如图2所示。在原有刀片的基础上增加了第一后角的宽度，能够有效的提升刀具的使用寿命;④严格控制切削参数，选择合理的切削液，按照相应的切削参数，能够提升加工效率，确保加工精度，延长刀具寿命，提升机床加工效率。除了合理的选择切削参数与切削刀具之外，需要合理的选择切削液，确保切削液应该满足以加工的需求。

3  结  语

MAPAL刀具在发动机缸盖精加工中具有广泛的应用，能够满足缸盖导管孔精加工的需求。在加工的过程中，MAPAL刀具适用于加工难加工材料，具有较高的加工精度。缸盖加工中主要会民连着跳动、震纹、刀具寿命有效等问题，为了确保加工精度、提升加工效率、延长刀具寿命，需要根据工艺需求选择刀具种类、加工过程中严格控制加工参数，确保缸盖能够满足设计需求。

参考文献：

[1] Mapal公司精密刀具的应用[J].工具技术，2001，（3）.

[2] 李宏.如何提高MAPAL单刃刀片的寿命[J].汽车工艺与材料，2007，（4）.

[3] 吉祺炜.Ji Qiwei MAPAL刀具在缸盖座圈和导管加工中的改进[J].机   械制造，2006，（6）.

[4] 徐林红，詹绪直.Xu Linhong.Zhan Xuzhi缸盖气门导管孔和阀座加

数控加工的刀具选择 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。