（毕业设计论文）CNC加工中刀具的选择与切削用量的确定

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1、CNC 加工中刀具的选择与切削用量的确定加工中刀具的选择与切削用量的确定 新闻摘要:选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机窗的加 工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM 技术的发展，使得在数控加工中直接利用 CAD 的设计数据成为可能，特别是微机与数控机窗的联接，使得设计、工艺规划及编程的 整个过程全部愉捌算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。现在，许多 CAD/CAM 软件包 选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机窗的加工效率， 而且直接影响加工质量。CAD/CAM 技术的发展，使得在数控加工中直接利用 CAD 的设计 数据成为可

2、能，特别是微机与数控机窗的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全 部愉捌算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。 现在，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，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窗完成加工。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，这与普通机窗加工形成鲜明的 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。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定

3、问题进行了 探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。 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窗高速、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。刀柄要联接刀具并装在机窗动力头上，因此已逐渐标准化 和系列化。数控刀具的分类有多种方法。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

4、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。为了适应数控机窗对刀具耐用、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%。 数控刀具与普通机窗上所用的刀具相比，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

5、数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机窗的加工能力、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

6、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。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。 凿坝工中心上，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、准确地装到机窗 主轴或刀库上去

7、。编程人员应了解机窗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（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括 16 种不同用途的刀柄。 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，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量； 一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用， 即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工； 在可能的情况下，应尽可能利用数控机窗的自动换刀功能，以提高

8、生产效率等。 三、数控加工切削用量的确定 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，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加 工成本。具体数值应根据机窗说明书、切削用量手册，并结合经验而定。 切削深度 t。在机窗、工件和刀具刚度允许的情况下，t 就等愉坝工余量，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。数控机窗的精加工余量可略小于普通机窗。 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。经济型数控加工中，一 般 L 的取值范围为：L=（0.6

9、0.9）d。 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 的增大， 刀具耐用度急剧下降，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，例如用立铣刀铣削合金刚 30CrNi2MoVA 时，v 可采用 8m/min 左右；而用同 样的立铣刀铣削铝合金时，v 可选 200m/min 以上。 主轴转速 n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度 v 来选定。计算公式为： 式中，d 为刀具或工件直径（mm）。 数控机窗的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可凿坝工过程中对主轴转速 进行整倍数调整。 进给速度 vF 。vF 应根据

10、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。 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。凿坝工过 程中，vF 也可通过机窗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。 随着数控机窗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，充分发挥数控机窗的优点，提高企业的经济效益和生产水平。 高速铣削冷却方式的合理选择 新闻摘要:

11、随着绿色制造技术在切削加工中的应用，在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取 代切削液冷却已成为一种不错的选择。但是，对于具体的高速铣削加工任务，选用何种冷 却方式更为恰当，则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡，以获得最佳的加 工效果。以下是选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。 （1）工件材料的硬 随着绿色制造技术在切削加工中的应用，在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取代切削液 冷却已成为一种不错的选择。但是，对于具体的高速铣削加工任务，选用何种冷却方式更 为恰当，则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡，以获得最佳的加工效果。 以下是选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。

12、（1）工件材料的硬度 如果工件材料的硬度42HRC，选择压缩空气冷却通常可获得更佳的效果。高速铣削高硬 度材料的加工特点为：切削温度很高；切屑在冷作硬化作用下会变得比母体材料更硬 。切削此类材料时，如果采用切削液冷却，可能会使刀具承受间歇性升温冷却造成的热 冲击，温度的剧烈变化容易引起硬质合金切削刃碎裂。反之，如果采用压缩空气冷却，不 仅可使刀具温度保持恒定，而且可将切屑吹离切削区，避免因高硬度切屑的二次切削（re- cutting）作用对刀具造成损坏。 （2）工件材料的种类 如果工件材料的硬度42HRC，则应根据工件材料的种类确定选用何种冷却方式。在高速 铣削粘性材料（如铝、软性不锈钢等）时

13、，通常需要选用切削液冷却。切削液可对刀具起 到润滑作用，且可使切屑易于向上滑出容屑槽并与刀具后角分离。而在高速铣削大多数模 具钢（如 P20，H13，S7，NAK55，D2 等）时，压缩空气冷却可能是正确的选择。如果 凿坝工中发现工件材料与刀具发生粘连现象，则可能提示需要采用切削液；但也可能提示 需要选用不同的刀具涂层。 （3）刀具涂层 氮碳化钛（TiCN）涂层和氮铝钛（TiAlN）涂层是高速铣削模具钢时最常用的两种刀具涂 层。球头铣刀在低于 800sfm 的切削速度下铣削硬度小于 42HRC 的工件材料（或圆铣刀 在低于 600sfm 的切削速度下铣削相同材料）时，刀具采用 TiCN 涂层较

14、为合适。如果被 加工材料的硬度或切削速度高于上述切削参数范围，则最好选用 TiAlN 涂层。 TiCN 涂层对切削液冷却具有很好的适应性。虽然切削温度的剧烈变化仍有可能引起硬质合 金切削刃碎裂，但在上述切削参数范围内进行加工，一般不会产生足以引起热冲击危险的 切削高温。 反之，高温切削性能较好的 TiAlN 涂层不太适合切削液冷却。这种涂层在进行高温切削时 ，可在涂层外表面形成一层坚硬而光滑的氧化铝层，有助于提高刀具的切削性能。（事实 上，美国 Millstar 公司开发的“Exalon”TiAlN 涂层的高温切削性能更为先进，这种 TiAlN 涂 层的外面又增加了一层固体润滑层，可使切屑更易

15、于沿着刀究削刃滑离。） 石墨电极工件的铣削加工对刀具涂层的要求一般不太严格，选用 TiAlN 涂层或金刚石涂层 均可。虽然这两种涂层采用压缩空气冷却即可获得很好的切削效果，但许多加工车间仍然 愿意使用切削液，这是因为切削液有助于清除加工中产生的粉尘。 （4）表面光洁度要求 用球头铣刀进行高速铣削时，为了获得较高的工件表面光洁度，可能需要采用切削液冷却 。由于球头铣刀端部的切削速度为零，采用切削液可起到很好的润滑作用。当用典型的球 头铣刀进行微进给精铣加工时，位于铣刀端部低速切削区域的工件材料可能会卡在“横刃（ web）”内。处于红热状态的残留材料被刀具拖曳着划过工件，并可能熔焊在工件表面，从

16、而破坏工件的表面光洁度。（为解决这一问题，某些具有球形轮廓的机夹刀片式铣刀，如 美国 Millstar 公司的“Super Finisher”刀片，可通过改进刀片的设计消除这种“横刃”。）切 削液通过对刀具和工件的润滑作用，可以减小切屑熔焊现象的影响，获得较高的表面光洁 度。基于这种考虑，即使在使用 TiAlN 涂层刀具的加工场合，也应采用切削液冷却方式。 虽然刀具寿命可能因此而缩短，但有时为了达到表面光洁度要求，有必要牺牲部分刀具寿 命。 摘自工具展望 机械加工表面质量 机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性， 在很大程度上取决于零件表面层的质量。研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械 加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最 终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。 一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响 （一）表面质量对耐磨性的影响 表面粗糙度对耐磨性的影响 一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶段只在表面粗糙的