数控加工刀具的选择及切削用量的确定[1]

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1、数控加工刀具的选择及切削用量的确定学 生 姓 名： 李志朋 学 号： 0739327 专 业 班 级： 372704 指 导 教 师： 刘明玺 摘 要在数控机床加工中，数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。现在，如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等许多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床完成加工。因此，随着数控机床在生产实

2、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，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。众所周知，在借助CAM软件进行数控编程的过程中，刀具的选择和切削用量的确定是十分重要，它不仅对被加工零件的质量影响巨大，甚至可以决定着机床功效的发挥和安全生产的顺利进行。所以无论是手工编程或计算机辅助编程，在编制加工程序时，选择合理的刀具和切削用量，是编制高质量加工程序的前提。关键词：刀具；切削用量；数控加工。目 录摘 要I引 言31

3、.数控车床刀具的选择及切削用量的确定21.1 数控车床类刀具知识21.1.1 刀具材料性能21.1.2 常用刀具材料31.1.3 如何选择车床刀具41.2 数控车床切削用量的选择及其如何确定52 数控铣加工中的刀具和切削用量合理选择82.1 刀具的选择82.1.1一般应遵循以下原则：92.2数控铣床切削用量的选择92.2.1如何选择切削用量92.2.2 切削用量的选择原则103 CNC加工中心刀具的选择与切削用量的确定133.1数控加工刀具的选择133.2 数控加工切削用量的确定144 图样设计（4-1）及程序编程16结 论18致 谢19参 考 文 献20引 言刀具的选择和切削用量的确定是数控

4、加工工艺中的重要内容，不仅影响数控机床的加工效率，而且影响工件加工质量。随着CADCAM软件技术的发展，使得数控加工中直接利用CAD或PRO/E软件设计的数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划、编程的整个过程全在计算机上完成。例如选择刀具、确定加工路线、设定切削用量等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成CNC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，一般不需要输出专门的工艺文件。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

5、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。铣床的出口量下降比较严重，部分产品出口转内销，进一步加剧了国内市场竞争。而对于产品档次比较高的企业来说，受到的冲击就不是很明显，特别是高精尖的高档机床依旧是供不应求。这些都在说明，国内机床市场转型已迫在眉睫。1. 数控车床刀具的选择及切削用量的确定1.1 数控车床类刀具知识1.1.1 刀具材料性能刀具材料性能 刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。因此，在机械加工过程中，不数控车床但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的

6、工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。 切削时，刀具在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切削断续表面时，加工中心刀具还将受到冲击，产生振动。为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。(1) 刀具材料性能 刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。因此，在机械加工过程中，不但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。(2) 大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切

7、削断续表面时，刀具还将受到冲击，产生振动。为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度，一般情况下，要求其常温硬度在60HRC以上。通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。耐磨性还取决于材料的化学成分、显微组织。刀具材料组织中硬质点的硬度越高，数量越多，晶粒越细，分布越均匀，则耐磨性越好。此外，刀具材料对工件材料的抗黏附能力越强，耐磨性也越好。强度和韧性。由于切削力、冲击和振动等作用，数控车床刀具材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，以避免刀具材料在切削过程中产生断裂和崩刃。耐热性与化学稳定性。耐热性是指刀具材

8、料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。耐热性越好，则允许的切削速度越高，同时抵抗切削刃塑性变形的能力也越强。化学稳定性是指刀具材料在高温下不易和工件材料、周围介质发生化学反应的能力。化学稳定性越好，刀具的磨损越慢。除此之外，刀具材料还应具有良好的工艺性和经济性。如工具钢淬火变形要小加工中心，脱碳层要浅及淬透性要好；热轧成形刀具应具有较好的高温塑性等。1.1.2 常用刀具材料1 高速钢 高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性，切削温度达500650C时仍能进行切削，有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性。其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这

9、对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、数控车床拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。高速钢的品种繁多；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢；按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。普通高速钢。国内外使用最多的普通高速钢是W6M05Cr4V2(M2钼系)及W18Cr4V(W18钨系)钢，含碳量为0?09，硬度6366HRC，不适于高速和硬材料切削。新牌号的普通高速钢W6M03Cr4V(W9)是根据我国资源情况研制的含钨量较多、含钼量较少的钨钼钢。其硬度为65665HRC，有较好硬度和韧性的配合，热塑性、热稳定性都较好，焊接性

10、能、磨削加工性能都较高，磨削效率比M2高20，表面粗糙度值也小。高性能高速钢指在普通高速钢中加入一些合金，如Co、A1等，使其耐热性、耐磨性又有进一步提高，热稳定性高。但综合性能不如普通高速钢，数控车床不同牌号只有在各自规定的切削条件下，加工中心才能达到良好的加工效果。我国正努力提高高性能高速钢的应用水平，如发展低钴高碳钢W12M03Cr4V3CoSSi、含铝的超硬高速钢W6MoSCr4V2A!、W10M04Cr4V3A1，提高韧性、热塑性、导热性，其硬度达6769HRC，可用于制造出口钻头、铰刀、铣刀等。粉末冶金高速钢。可以避免熔炼法炼钢时产生的碳化物偏析。其强度、韧性比熔炼钢有很大提高。可

11、用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难加工材料。用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别制造是切削时受冲击载荷的刀具效果更好。2 硬质合金硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC等)粉末，以钴(C。)为黏结剂，用粉末冶金方法制成的。硬质合金的硬度、耐磨性、数控车床耐热性都很高，硬度可达8993HRA，在8001000C还能承担切削，耐用度较高速钢高十几倍，允许采用的切削速度达100300mmiD_，甚至更高，约为高速钢刀具的410倍，并能切削一般工具钢刀具不能切削的材料(如淬火钢、玻璃、大理石等)。但其抗弯强度较高速钢低，仅为0915GPa；冲击韧度差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。

12、 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料，如车刀、加工中心端铣刀以至深孔钻等。它制成各种形式的刀片，然后用机械夹紧或用钎焊方式固定在刀具的切削部位上。常用的硬质合金牌号按其金属碳化物的不同分为三类：钨钴类(国家标准代号为YG，数控车床ISO标准代号为K)；钨钛钴类(国家标准代号为YT，IS()标准代号为P)；钨钛钽(铌)类(国家标准代号为YW，ISO标准代号为M)。常用硬质合金刀片牌号性能及用途，按不同加工对象所排出的切屑形状又可分为：P类适于加工长切屑的黑色金属(钢)，以蓝色为标志；M类适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属，以黄色为标志；K类适于加工短切屑的黑色金属(铸铁)、有数控

13、车床金属及非金属材料，以红色为标志。3 其他刀具材料a 涂层刀具：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体或高速钢刀具基体上，加工中心涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN等。b 陶瓷：陶瓷分纯A1：()，陶瓷及A12()：TiC混合陶瓷两种，它们有很高的硬度(9195HRA)和耐磨性；有很高的耐热性，在1200C以上还能进行切削；切削速度比硬质合金高25倍；但其脆性大，抗弯强度低，冲击韧度差，易崩刃，使其使用范围受到限制。c 金刚石：金刚石与立方氮化硼称为超硬刀具。金刚石是碳的同素异形体，是目前最硬的物质，显微硬度可达10000HV。d 立方氮化硼。立数控车床方

14、氮化硼(CBN)是由六方氮化硼(白石墨)在高温高压下转化而成的，是20世纪?o年代发展起来的新型刀具材料。其主要优点如下：有很高的硬度(80009000HV)及耐磨性，仅次于金刚石；加工中心有比金刚石高得多的热稳定性，1400C时不发生氧化，与大多数金属、铁系材料都不起化学作用，因此能高速切削高硬度的钢铁材料及耐热合金，刀具的黏结与扩散磨损较小；有较好的导热性，与钢的摩擦因数较小；抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间。1.1.3 如何选择车床刀具1 数控车床用的机床车刀一般分为3类：即尖形车刀、圆形车刀和成型车刀。尖形刀具指车刀由直线形切刃为特征的车刀，圆形车刀指构成主切削形状为一个圆度误

15、差或线轮廓误差很小的圆弧的车刀，成型车刀是指切削刃形状与加工零件的轮廓一致的车刀。2 机床主轴转速的确定机床切削加工时机床主轴转速应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，也可参考有关机床切削用量手册选取。数控车床加工螺纹，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴(多为z轴)方向位移一个螺距即可大多数经济型数控车床数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下：n1200PK 1-1）式中：P为被加工螺纹螺距(mm)；A为保险系数一般为80。3 进给速度v的确定进给速度的大小直接影响表粗糙度的值和车削效率，因此机床进给速度的确定应在保证表 面质量的前提下，选择较高的进给速度。一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因 素，查阅切印用量手册选取。1.2 数控车床切削用量的选择及其如何确定一 数控车床切削用量的选择切削用量(ap、f、v)选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与