1、数控加工切削参数优化分析摘 要 近年来，数控技术正向着高效率、高精度和高智能化方向迅速发展。因此，为提高数控机床的自动化生产限度，以精度和效率为目的，优化多种数控加工的参数，并把优化的参数进行优选，是一种既急切又极具有实际意义的问题。数控加工刀具运动轨迹是拟定数控加工工艺的重要环节。刀具运动轨迹设计质量的好坏，将直接影响零件的加工质量及加工成本。由于球头铣刀是复杂曲面加工的重要刀具，球头铣刀切削力是选择机床、刀具、夹具及实现铣削加工工艺参数优化的基本。故本文对球头铣刀的运动轨迹优选进行了理论研究。 由于在数控加工过程中，特别是复杂曲面加工过程中，切削条件不是一成不变的，但在目前的数控加工中大都
2、是人为的选择保守的切削参数，并且在加工过程中保持切削参数不变，从而大大减少了数控机床的生产效率。在数控加工中，对的合理地选择切削参数对保证产品质量、提高生产率、减少生产成本起着十分重要的作用。近年来，随着数控(NC)技术的普遍应用，以及多种先进制造技术的迅速发展，生产辅助时间大大减少，相应地，切削时间所占的比重就大大提高。因此缩短切削加工时间，对提高生产效率起着非常重要的作用。目前，大多数工厂在生产中凭经验或参照切削用量手册来选择切削用量，这往往达不到切削参数的最优选。运用现代切削理论、数学建模和模型分析措施谋求切削参数的最优组合，是切削参数选择的一种重要方向。这里重要讨论了在数控机床上的切削
3、加工中，求取优化的切削用量的措施。具体给出了求取优化的切削用量的框图和实际例子。提出一种切削加工艺参数优化的措施，采用该措施获得的切削参数能有效地提高加工效率，将工艺人员从大量的手工反复劳动中解放出来，并实现切削参数选用的科学化、合理化、规范化，为公司发明出良好的经济效益。 核心词:数控，优化，工艺参数，切削用量 CNC machining parameter optimization analysis ABSTRACT In recent years, digital technology is toward high-efficiency, high precision and high
4、intelligent direction rapidly. Therefore, in order to improve the degree of automation of CNC machine tools, precision and efficiency as the goal to optimize a variety of CNC machining parameters and the optimized parameters were optimized, is both urgent and very practical significance. CNC machini
5、ng tool is to determine the trajectory of an important part of CNC machining process. Tool trajectory design quality is good or bad, will directly affect the quality of the machining and processing costs. Since ball mill is the main complex surface machining tool, ball milling cutting force is to se
6、lect tools, tools, fixtures and the milling process parameters optimization. Therefore, this paper trajectory ball mill is preferably carried out a theoretical study. As the CNC machining process, especially in complex surface machining process, the cutting conditions is not static, but in the curre
7、nt NC machining mostly artificial selection conservative cutting parameters, and in the process of cutting parameters remain unchanged, thus greatly reduced the productivity of CNC machine tools. In CNC machining, cutting parameters correctly reasonable choice to ensure the product quality, increase
8、 productivity, reduce production costs plays a very important role. In recent years, with the NC (NC) technology, widely used, and a variety of advanced manufacturing technology is developing rapidly, production assistant time greatly reduced, and accordingly, the proportion of cutting time is great
9、ly improved. Therefore shorten machining time, to improve production efficiency plays a very important role. Currently, most of the factories in the production of cutting experience or reference manual to select cutting, which often reach the most preferred cutting parameters. The use of modern cutt
10、ing theory, mathematical modeling and model analysis approach seeks optimal combination of cutting parameters, cutting parameter selection is an important direction. Here mainly discussed the machining on CNC machine tools, the strike cutting optimization methods. Given in detail to strike the optim
11、al cutting diagram and practical examples. Canada presents a cutting process parameters optimization method, obtained by this method can effectively cutting parameters improve processing efficiency, the craft workers from a lot of manual labor freed duplication and achieve cutting parameters selecte
12、d scientific rationalization, standardization for enterprises to create a good economic benefits. KEY WORDS：NC, optimization, process parameters, cuttiing 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 本文选题目的及意义11.2 数控加工刀具运动轨迹的研究21.3 工艺参数优化的研究21.3.1 数控加工在线参数优化的国内外发展状况31.3.2 数控加工离线参数优化的国内外发展状况41.4 本文研究的重要内容52 基于加工工艺参数的刀具
13、优选62.1 数控铣削刀具优选62.1.1 铣刀刀片的选择62.1.2 铣刀刀体的选择72.1.3 切削时冷却和涂层的选择72.1.4 顺铣和逆铣的选择82.2 数控车削刀具优选92.2.1 车刀的选用环节92.2.2 刀片材料和切削线速度92.2.3 内孔车刀杆的选择基本原则102.3 数控膛削刀具优选102.3.1 刀具转动102.3.2 刀具的颠振112.3.3 刀具的装夹112.3.4 切屑的排出122.4 数控钻削刀具优选122.5 刀具几何参数的合理选择122.5.1 刀具合理几何参数122.5.2 刀具合理几何参数选择的一般原则133 数控切削加工工艺参数优化走刀模型的建立143
14、1 引言143.2 数控切削加工刀具的切削运动143.2.1 二维数控切削加工刀具切削运动轨迹143.2.2 三维型腔数控铣削加工173.3 球头铣刀加工平、曲面切削力建模213.3.1 球头铣刀铣削参数213.3.2 球头铣刀铣削行距与残留高度的互相关系213.4 球头铣刀切削加工的微元法分析233.5 球头铣刀切削微元的切削层参数253.5.1 切削层厚度253.5.2 切削层宽度263.5.3切削面积263.5.4 铣削力的一般计算措施274 数控切削加工工艺参数优化目的的研究294.1 单目的函数数学模型的建立294.1.1 单件平均生产时间的计算294.1.2 单件平均加工成本(C
15、)的计算304.1.3 优化目的之间的关系及其合理选择314.2 多目的函数数学模型的建立324.2.1重要目的法多目的优化数学模型的建立324.2.2 基于线性加权法的多目的优化数学模型334.3 数控铣削、车削目的函数的建立335 数控切削加工工艺参数优化约束的研究365.1 约束的来源365.2 制约条件函数366 数控加工切削参数优化设计实例396.1 切削参数单目的优化396.1.1 优化设计数学模型的建立396.1.2 基于MATLAB优化工具箱实现数学模型求解417 结论48致 谢49参照文献50 1 绪论 随着科学技术的发展，制造业发生了翻天覆地的变化，多种先进制造技术正逐渐地
16、应用于制造系统中。制造系统正向着数字化、集成化、并行化、网络化及柔性化的方向发展。在现代制造系统中，数控加工设备是制造系统的核心设备，是现代制造系统的重要构成部分。数控加工技术是现代自动化、柔性化及数字化生产加工技术的基本与核心，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，使一般机械被数控机械所替代，全球制造业发生了主线性变化。因此，数控技术的水准、拥有和普及限度，己经成为衡量一种国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。 随着社会的多样化需求和其有关技术的进步，数控加工将向更广领域和更深层次发展。数控加工的不断变革和创新，将给国民经济带来巨大的效益。 数控加工切削参数是数控切削加工过程中的基本控制量
17、数控加工切削参数规优化是数控切削加工工艺过程优化的基本，它不仅决定着数控加工技术水平和效率，也决定着产品的制造质量和使用效果。以提高数控切削加工效率，减少加工成本，获得高质量的产品为目的，进行数控切削参数优化的研究，具有重要的现实意义和深远的历史意义。1.1 本文选题目的及意义 老式的CAD/CAM系统往往需要工艺编程人员手工选择切削速度、进给速度等加工切削参数，才干自动生成数控加工程序，加工程序的质量较大地依赖于工艺编程人员的技术水平和经验。同步随着市场竞争的口趋剧烈，具有复杂曲面的产品越来越多，零件复杂度也不断的增长，例如复杂曲面在加工过程中工件的几何形状不断变化，仅凭人的经验和查阅资料
18、很难合理给出进给速度，为安全起见，工艺人员往往根据最坏的切削条件选择切削参数，并在整个工序中基本维持不变，较大的冗余导致数控机床运用率不高，限制了机床效能的充足发挥。因此切削参数的合理选择与优化，直接关系到能否合理地使用刀具与机床，对提高生产率，提高加工精度及表面质量，减少生产成本均有重要作用，是实现整个切削过程优化的核心。在数控加工中，对的合理地选择切削参数对保证产品质量、提高生产率、减少生产成本起着十分重要的作用。目前，大多数工厂在生产中凭经验或参照切削参数手册来选择切削参数，这往往达不到切削参数的最优选。切削参数的选择是制定机械零件加工工艺的一种重要方面，选择的恰当与否，将直接影响到成品
19、的质量、生产率、加工成本等，然而由于影响切削参数的因素繁多，影响因素之间又互相交叉、互相制约，因而拟定最佳的切削参数较为困难。随着多种新型加工材料的不断涌现，以及数控加工机床、加工中心和柔性制造系统的广泛运用，仅依托个人经验来拟定切削参数己远不能适应时代的发展。而运用现代切削理论、数学建模和模型分析措施谋求切削参数的最优组合，则是切削参数优化的一种重要发展方向。金属切削加工切削参数中涉及三要素:切削速度、进给量和背吃刀量，该三要素是切削加工中最活跃的因素，它们是数控切削加工的基本控制量。如果选择不当，不仅难以保证工件加工精度及控制加工成本，并且也许因切削力过大等因素导致机床被迫停机，影响数控机
20、床效能的正常发挥。切削加工中，优化选择切削参数的问题己成为现代化机械制造业中极为重要的经济问题之一。因此，以提高数控切削加工效率、减少加工成本、获得高质量产品为目的而进行的数控切削加工优化的研究，对提高数控加工经济效益具有重要意义本课题旨在通过对数控切削加工参数优化的研究而自动获得最佳切削参数，进而达到提高数控切削加工效率，减少加工成本，并获得高质量产品的目的。本课题在数控切削加工参数优化方面重要进行了基于数控切削加工参数优化的过程及措施的研究。1.2 数控加工刀具运动轨迹的研究多坐标数控加工刀具运动轨迹生成是数控编程的基本和核心，近几年来，国内外许多学者和工程技术人员对此进行了大量的研究工作
21、针对不同的加工对象提出了许多实用的刀具运动轨迹生成措施，并得到了广泛的应用。由于目前生成刀具运动轨迹的措施是沿刀具运动轨迹采用不变速率，它不能满足沿雕塑曲面所规定的速度，Chin-cling Lo提出了一种生成刀具运动轨迹的新措施。张力等提出环切区域加工分步式刀具运动轨迹生成算法。Yong Seok Suhand Kunwoo Lee提出以雕塑曲面为约束面的任意型腔数控铣削加工刀具运动轨迹生成措施。汤进等提出了覆盖点集及其有关的概念，并在此基本上设计了一种基于等参线离散裁剪的刀具运动轨迹规划算法，可在满足指定精度的状况的刀具运动轨迹优化，明显提高效率。王知行等具体分析了一种新的刀具运动轨迹生
22、成算法一自适应等参数曲线。该算法具有等参数法生成刀具运动轨迹简朴的长处，同步克服了用等参数法生成刀具运动轨迹也许产生的刀具运动轨迹冗余的缺陷。logo Y-J. Lin, T. S. Lee提出了一种用于自由曲面零件精加工的刀具运动轨迹生成算法。它的目的是使一般的刀具运动轨迹生成措施适合加工具有分解的曲线、曲面或雕塑曲面的零件。 D. C. H. Yang, Z. Han结合干涉检查和刀具优选提出了适合于自由曲面三轴数控加工的刀具运动轨迹生成措施 。Alan C. Lin, and Hai-Terng Liu提出通过由接触或非接触测量装置得到的大量的数据点直接生成3轴数控加工的刀具运动轨迹生成
23、措施和算法。杨光友等针对数控车削加工的特点，结合被加工零件的特性，提出了数控车削加工刀具运动轨迹自动生成的算法。马宏余等进行了基于铣削特性的刀具运动轨迹生成措施的研究。1.3 工艺参数优化的研究为理解决加工系统的经济效益问题，提高机床的运用效率，多种加工参数优化的措施相继提出，重要涉及在线和离线参数优化措施两大类。1.3.1 数控加工在线参数优化的国内外发展状况在线加工参数优化技术是自适应控制理论在数控加工领域的应用，也称为自适应控制(Adaptive Control)。通过在加工过程中随时检测切削力、刀具温度或机床主轴扭矩等变量，根据反馈的信息来实时地调节切削参数，以获得最优的切削效率，提高
24、加工质量。从美国本迪克斯公司1964年研制开发了第一种优化自适应数控系统以来，数十年间，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，自适应控制系统的构成更容易、简洁和便宜，从而极大地增进了数控加工在线参数优化的研究。第一种优化自适应系统(ACD)是美国本迪克斯公司于1964年在美国空军技术监督下研制开发成功的。该系统由一台型靠模铣床、控制器、传感器及自适应控制器构成，传感器测量切削力矩、刀具温度及机械振动，自适应控制器运用这些数据可获得最优进给速度，并使规定的性能指标达到最优化。但该系统并未得到推广应用，其重要因素是系统规定对刀具磨损进行在线测量，而迄今为止还没有工业界广泛接受的直接测量刀具磨损的措
25、施。1970年德国西门子公司研制成一台可控制X, Y轴方向进给速度的约束自适应控制车床，该车床可在加工过程中运用传感器直接测量力矩信号。口我司、意大利公司的研究所也都相继研制出公约数自适应控制机床，以实现恒力矩加工，但由于在力矩信号的解决和转换方面都做了不同限度的条件假设，因此限制了机床的实用性。国内对自适应数控加工技术的研究开发起步较晚。1979年清华大学在国内率先对铣削过程的功率约束自适应控制进行了实验性研究。1980年上海交通大学对以扭矩为约束目的的数控车削自适应控制进行了实验研究。1983年北京航空航天大学研制出铣床的微机自适应数控系统，该系统可根据实测的主轴电机电枢电流来拟定主轴力矩
26、西安交通大学于1989年研制了用TP-801单板机作为自适应控制器的恒功率、恒扭矩的最优自适应控制系统。1993年哈尔滨工业大学对钻床和铣床的恒功率自适应控制系统进行了较系统的分析，并研制出一套实用的功率检测系统。该系统对从刀具到电机的传动链作了较大的构造模型上的工程近似，并在此基本上用老式的自适应控制理论进行在线自学习控制。但对于非线性的数控加工过程，其工程近似度毕竟有限，这一点是该系统目前还不能推广应用的重要因素。1998年华中理工大学研制成功恒功率切削的自适应数控铣削加工系统，该系统充足运用智能控制理论建模，克服了老式自适应控制理论对时变非线性系统建模的局限性，为智能自适应数控加工的实
27、用化提供了理论途径。但该研究成果目前还存在一种致命的弱点，即测力传感器对加工工件尺寸及切削力的规定十分严格，并且所用的测力传感器造价昂贵，使得该系统目前还难以达到完全实用化。二十世纪九十年代末，以色列分别研制出了合用于数控车床和数控铣床(OMAT优铣装置)的金属切削自适应优化系统，该系统减少生产成本最高可达40%，还具有自学习功能，可以说是数控加工中的一项革命性突破。该系统己经实现了市场化。目前，我们国家某些工厂的数控设备上就使用了该产品并且效果较好。OMAT技术在全国己得到了一定限度的推广，受到了客户的好评。1.3.2 数控加工离线参数优化的国内外发展状况在现代加工生产中，为提高生产效率，获
28、得较高的加工精度，核心是在加工之前可以给出加工参数(如合理选择刀具、主轴转速、进给率等)的合理评判及对产品质量的合理预测。如果我们可以建立起一种基于产品质量预测与分析的数控仿真系统，一方面它既可以对工件及刀具做出精确的几何描述，对数控程序进行验证;另一方面又可以对加工过程中任意时刻的几何信息进行提取(如切屑厚度，切屑几何形状，刀刃与工件啮合部分)。根据数控加工过程的动力学模型，对影响加工质量的刀具、夹具及工件的弯曲、疲劳、振动及温升进行科学的预测来获得优化的加工过程参数(如合适的刀具进给量等)。通过建立一种这样的仿真系统，在实际加工之前不仅可以获得优化的切削加工参数，避免了老式的加工参数根据手
29、册或经验的保守选择，充足发挥了机床的潜能，大大提高了生产效率，并且可以对加工产品的精度进行预测，给出满足加工规定的误差补偿措施，设计出合理的切削工艺方案。只有这样，数控仿真系统才会发挥更大的作用，才干成为完善的、真正意义上的仿真系统。国外在数控加工过程仿真方面做了许多工作。美国Mayland大学开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器;作为AMT筹划的一部分，美国NST也开展了虚拟机床的研究;韩国Turbo-TEK公司开发出面向培训的虚拟数控车削及铣削加工环境，可以实现数控加工的几何仿真并配有声音信息;口本SONY公司研制的FREDAM系统可对球头铣刀加工自由曲面进行三维仿真，并进行干涉
30、碰撞检查;意大利Bologn,大学用B样条曲面建立端铣刀与工作台模型，采用真实感图形显示铣床精加工过程。目前，数控加工过程仿真，尚属以抱负几何图形来检查数控代码与否对的的几何仿真，此时刀具和工件均被视为仅具几何形状的刚体，不考虑切削参数、切削力及其他因素对切削加工的影响。迄今为止，国内外绝大多数己开发研制出的数控仿真系统只能称为一种几何仿真系统。清华大学与华中理工大学共同开发的加工过程仿真器HMPS和哈尔滨工业大学的数控加工过程三维动态图形仿真器NCMP虽然己较好地解决了加工过程图形的描述及数控代码验证问题，但并没有模拟仿真出数控切削加工时机床、刀具、工件所实际体现出的物理特性。在数控加工在
31、线参数优化发展的同步，随着计算机仿真技术的口趋成熟，离线加工过程参数优化的措施近年来也在迅速发展。与在线的自适应控制不同，离线的参数优化是在实际加工之前，通过对加工状态的预测并结合己有的经验和数据来进行加工参数优化。离线的参数优化又可分为定参数优化及变参数优化，所谓定参数优化是指设计参数在一道工序中保持不变，反之称为变参数优化。定参数优化措施重要合用于零件在该工序中切削条件变化不大的状况。定参数优化研究内容重要是运用己有的经验数据，以加工效率、加工成本和加工质量中的一种或多种为目的建立数学模型，然后选用合适的寻优算法为特定零件的某一道工序选择一组固定的最佳参数，重要涉及进给量、主轴转速等等。变
32、参数优化重要是通过仿真的手段预测加工过程中某些重要的数据，并以此为根据在约束范畴内寻找特定目的的最优化加工参数。目前，变参数优化研究内容重要是以最短加工时间为目的、以切削力为约束的进给量的优化。对铣削加工来说，长期以来，离线变参数优化的研究重要集中在铣削力模型的建立上，从初期的Wang到近来的Fussell和Jeong，铣削力计算模型经历了平均刚性力模型(根据材料清除率估算平均铣削力，即MMR模型)到瞬时刚性力模型的过程，并己口趋完善，但采用这些现代优化算法对切削参数的研究还都处在初级阶段，并在特定的条件下具有一定的可行性和有效性，同步也获得了一定的经济效益。1.4 本文研究的重要内容由于在数
33、控加工过程中，切削条件不是一成不变的，但在目前的数控加工中还大都是人为的选择保守的切削参数，并且在加工过程中这些参数保持不变，从而大大减少了数控机床的生产效率。课题的任务是采用通过对数控加工刀具，走刀轨迹的优选，以及对数控切削加工工艺参数优化目的、约束的研究，建立相应的数学优化模型，找到一种相对简朴的切削参数优化措施。 (a)基于加工工艺参数的刀具选择。分别对数控车削、铣削刀具及数控铣削刀具的优选进行了论述。 (b)拟定加工工艺参数的优化目的。涉及单目的函数数学模型的建立及多目的函数数学模型的建立。 (c)建立对的的数学模型和恰当的约束条件。 (d)软件分析与计算。涉及用MATLAB求解的数控
34、车削切削参数单目的优化。 2 基于加工工艺参数的刀具优选 在数控加工中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、切削用量以及其他有关因素对的选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调节以便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工规定的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选用刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应，加工工艺参数的优化也要基于加工刀具的优选。2.1 数控铣削刀具优选 现代铣削是种非常普遍的加工方式。过去几年以来，随着着机床的不断发展，铣削发展己经成为可加工大量不同构造产品的通用措施。铣削重要通过旋转的多切削刃
35、刀具，沿着工件在几乎任何方向上执行可编程的进给运动，从而完毕金属切削。最常见的应用是平面铣削，随着着五轴加工中心和柔性制造单元的不断增多，其他的加工方式和表面加工措施也得到了长远的发展。数控铣削刀具应用十分广泛，多种平面轮廓和立体轮廓的零件，如凸轮、模具等都采用数控铣床加工;此外，数控铣床还可以进行钻、扩、铰、攻丝等加工。数控铣削常用刀具的种类有面铣刀(采用在盘状刀体上机夹刀片或刀头构成)、立铣刀、成形铣刀、球头铣刀和玉米铣刀等，它们的选用是根据加工的对象的状况来进行选择的。从铣削加工的角度考虑，重要加工对象分为平面类零件(加工面平行、垂直于水平面或加工面与水平面成定角的零件)、倾斜角类零件(
36、加工面与水平面的夹角是持续变化的零件)、曲面类(立体类)零件(加工面为空间曲面的零件)。一般而言，平面类的零件广泛采用立铣刀，也常用面铣刀铣较大的平面;倾斜角类零件和曲面类零件则常采用球头铣刀。总的来讲，面铣刀常用于端铣较大的平面;立铣刀广泛用于加工平面类零件;球头铣刀合用于加工空间曲面零件，有时也用于平面类零件较大的转角或圆弧的差补加工;而成形铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，合用于加工平面类零件的特定形状(如角度面、凹槽面等)，也合用于特殊形状的孔及台的加工。2.1.1 铣刀刀片的选择 某些加工场合选用压制刀片是比较合适的，有时也需要选择磨制的刀片。粗加工最佳选用压制的刀片
37、这可减少加工成本。压制刀片的尺寸精度及刃口锋利限度比磨制刀片差，但是压制刀片的刃口强度较好，粗加工时耐冲击并能承受较大的切深和进给量。压制的刀片有时前刀面上有卷屑槽，可减小切削力，同步还可减小与工件、切屑的摩擦，减少功率需求。但是压制的刀片表面不像磨制刀片那么紧密，尺寸精度较差，在铣刀刀体上各刀尖高度相差较多。由于压制刀片便宜，因此在生产上得到广泛应用。 对于精铣，最佳选用磨制刀片。这种刀片具有较好的尺寸精度，因此刀刃在铣中的定位精度较高，可得到较好的加工精度及表面粗糙度。此外，精加工所用的磨制铣刀片发展趋势是磨出卷屑槽，形成大的正前角切削刃，容许刀片在小进给、小切深上切削。而没有锋利前角的
38、硬质合金刀片，当采用小进给小切深加工时，刀尖会摩擦工件，刀具寿命短。磨过的大前角刀片，可以用来铣削粘性的材料(如不锈钢)。通过锋利刀刃的剪切作用，减少了刀片与工件材料之间的摩擦，并且切屑能较快地从刀片前面离开。作为另一种组合，可以将压制刀片装在大多数铣刀的刀片座内，再配备一磨制的刮光刀片;刮光刀片可清除粗加工刀痕，比只用压制刀片能得到较好的表面粗糙度。而应用刮光刀片可减小循环时间、减少成本。2.1.2 铣刀刀体的选择 一方面，在选择一把铣刀时，要考虑它的齿数。例如直径为100mm的粗齿铣刀只有6个齿，而直径为100mm的密齿铣刀却可有8个齿。齿距的大小将决定铣削时同步参与切削的刀齿数目，影响到
39、切削的平稳性和对机床功率的规定。每个铣刀生产厂家均有它自己的粗齿、密齿铣刀系列。在进行重负荷粗铣时，过大的切削力可使刚性较差的机床产生振颤。这种振颤会导致硬质合金刀片的崩刃，从而缩短刀具寿命。选用粗齿铣刀可以减少对机床功率的规定因此，当主轴孔规格较小时(如R-8, 30#, 40#锥孔)，可以用粗齿铣刀有效地进行铣削加工。 粗齿铣刀多用于粗加工，由于它有较大的容屑槽。如果容屑槽不够大，将会导致卷屑、排屑困难或切屑与刀体、工件的摩擦加剧。在同样进给速度下，粗齿铣刀每齿切削负荷较密齿铣刀要大。 精铣时切削深度较浅，一般为0.250.64mm，每齿的切削负荷小，所需功率不大，可以选择密齿铣刀，并且可
40、以选用比较大的进给量。由于精铣中金属切除率总是有限，密齿铣刀容屑槽小些也无妨。对于锥孔规格较大、刚性较好的主轴，也可以用密齿铣刀进行粗铣。由于密齿铣刀同步有较多的齿参与切削，当用较大切削深度(1.275mm)时，要注意机床功率和刚性与否足够，铣刀容屑槽与否够大。排屑状况需要实验来验证，如果排屑有问题，应及时调节切削用量。2.1.3 切削时冷却和涂层的选择 平面铣削与否要冷却，存在争议。当用一种大直径面铣刀铣削时，冷却液难以喷到整个铣刀。特别是铣削属于断续加工，刀片在频繁地切入、切出，事实上冷却液达不到刀尖，而是刀尖切入时被加热，切出时被冷却。这种不久地加热、冷却，极易引起热裂纹。如果刀片浮现裂
41、纹，并且在切削时从刀片座中落下，刀体还将会受到严重的损坏。 现代的刀具涂层能使温度裂纹产生的概率大大减少，更加增进了干式切削的发展，特别是TiAlN涂层刀具很适合于干式切削。由于当切入金属时，切削的热量使TiAlN表面发生化学变化，使表白硬度更高。 干式切削的长处是操作者可以看清切屑实际的形状和颜色，为操作者提供了评估切削过程的信息，由于工件的化学成分不同，发出的信息也不同样:当加工碳钢时，形成暗褐色切屑，阐明采用切削速度合适;当速度进一步提高，褐色切屑将变成蓝色。如果切屑变黑，表白切削温度过高，此时应减少切削速度。 不锈钢的导热率较低，其热量不能较好地传至切屑，因此加工不锈钢应选用合适的切削
42、速度，使切屑带有淡淡的棕褐色。如果切屑变成深褐色，表白其切削速度己达最高限度。有时，为避免刀瘤，加工不锈钢的切削热又是需要的。 此外，冷却液会使切屑冷却太快而熔合在刀片上，导致刀具寿命减少。过高的进给量会引起材料的堆积，而进给量过低又会使刀具与工件发生摩擦，也会导致过热。 干切的目的是要调节切削速度与进给量，使切削产生的热量传到切屑上而不是工件或铣刀上。因此，应避免使用冷却液，以便观测飞溅的切屑，合适地调节切削速度和进给量。热切屑意味着热量没有传到零件和刀具上，不会发生热裂纹，从而延长了刀具寿命。但当加工易燃性的材料(如镁和钦)时，应注意冷却并备好灭火设施。值得一提的是，当干切时，在螺钉与铣刀
43、体的结合面应涂少量避免“咬死”(难以拆卸)的化合物也很重要，但要注意不要带进污物，否则会影响铣刀的安装精度。2.1.4 顺铣和逆铣的选择 在进行逆铣时，刀片从零切削厚度处开始切削，这会产生很高的切削力，从而推动铣刀和工件彼此远离。刀片被强行推入切口后，一般会与由正在切削的刀片所导致的加工淬硬表面接触，同步在摩擦力和高温的作用下产生摩擦和抛光效果。切削力也更容易将工件从工作台上抬起。 在进行顺铣时，刀片从最大切屑厚度处开始切削。此举可通过减少热量和削弱加工淬硬趋势来避免抛光效果。应用最大切屑厚度非常有利，并且切削力更容易将工件推入铣刀，以使刀片进行切削作用。 在进行铣削时，断屑有时会粘接或焊接到
44、切削刃上，并且会汇集到下一刃切削的起始周边。进行逆铣时，断屑比较容易被截留或楔入到刀片和工件之间，从而会导致刀片破裂。而进行顺铣时，同样的断屑会一分为二，从而不会损坏切削刃。无论机床、夹具和工件的规定如何，顺铣都是首选措施，这样会获得更好的加工效果。由于逆铣时，刀片切入前产生强烈摩擦，导致加工表面硬化，使下一种刀齿难以切入。当顺铣时应使铣削宽度大概等于2/3铣刀直径，这可保证刀刃一开始就能立即切入工件，几乎没有摩擦。如果不不小于1/2铣刀直径，则刀片又开始“摩擦”工件，由于切入时切削厚度变小，每齿进给量也将因径向切削宽度的变窄而减小。“摩擦”的成果使刀具寿命缩短，对于硬质合金刀具，增长每齿进给
45、量和减小切削深度是比较有利的。因此粗铣时，若径向切削宽度不不小于铣刀半径时，增长走刀量，其刀具寿命将会提高，加工时间随之缩短。固然，精铣需要工件表面光洁，因此应限制走刀量。试调节径向铣削宽度，拟定铣刀直径与径向铣削宽度之比的工作，最佳在高精度机床上进行，以便在调节比率的同步，观测其工件表面粗糙度的变化。2.2 数控车削刀具优选 数控车床是目前应用较广的数控机床，重要用于旋转体零件的车、镗、钻、铰、攻丝等加工，一般能自动完毕内外圆柱面、圆锥面、球面、端面等工序的切削加工。数控车床能兼作粗、精车削，粗车时切削用量较大，规定粗车刀强度高、耐用度好;精车时直接决定着产品的质量，因而为了保证加工精度，规
46、定刀具的精度高、耐用度好。数控车床使用的刀具有焊接式和机夹式之分，为减少换刀时间和以便对刀，应尽量采用机夹刀(目前数控机床除经济数控车床外，其她的己广泛地使用机夹式刀具)。机夹刀重要由刀体、刀片和刀片紧固系统三部分构成，机夹车刀按刀片紧固方式的不同又可分为杠杆式、楔块式、螺钉式、上压式，采用何种刀夹系统则根据不同用途来定。如外车削时则可考虑选用杠杆式或楔块式;用于内孔加工则可考虑选择螺钉式。一般根据加工零件的加工精度、加工材料的软硬限度、加工的间断、持续、振动倾向等进行选择，刀片的材料种类有硬质合金、涂层刀片、陶瓷、氮化硼等，一般采用涂层硬质合金刀片(涂层可增长刀片的耐用度，由于一般数控加工的
47、切削速度较高，而涂层在较高切削速度时能体现其优越性，这也是一般车床使用硬质合金刀片一般不涂层的因素。涂层的材料有碳化钦、氮化钦和氧化铝等)。刀片的形状有三角形、正方形、六边形等，它们根据相应的刀夹系统而定。2.2.1 车刀的选用环节 (a)拟定工序类型:外圆/内孔； (b)拟定加工类型:外圆车削/端面车削/仿型车削/插入车削； (c)拟定刀具夹紧系统:M类夹紧/S类夹紧/P类夹紧； (d)拟定刀具形式； (e)拟定刀具中心高:16/20/25/32/40； (f)选择刀片:形状、型号、槽型、刀尖半径、牌号； (g)推荐切削参数:切削速度、切削深度、进给量。2.2.2 刀片材料和切削线速度 (a)高速钢车刀:2030m/min车削HB260一般钢材
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