数控机床(机电一体化)专业毕业设计

XXXXXXXXXXXXXX学院专科毕业设计（论文）数控加工刀具的选择与切削用量的探讨学院：专业：年级班别：学生姓名：指导教师：年月日目录1.数控加工常用刀具的种类及特点..................................................12.数控加工刀具的选择.....................................................................22.1.数控刀具选择的原则............................................................22.2.选择数控车削用刀具............................................................32.3.选择数控铣削用刀具............................................................43.设置刀点和换刀点........................................................................44.数控加工切削用量的确定.............................................................5第1页共7页数控加工切削用量的讨探数控加工工艺中重要的内容就是刀具的选择和切削用量的确定，它不仅影响数控车床的加工效率，而且直接影响到产品的加工质量。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床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专用的工艺文件。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许多问题。比如刀具选择、加工路径规划、切削用量设计等，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工的，这与普通车床形成了鲜明的对比，同时也要求编程人员必须要掌握刀具的选择和切削用量的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。1.数控加工常用刀具的种类及特点数控加工的刀具必须适应数控车床高速、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床动力头上，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：（1）整体式；（2）镶嵌式，采用焊接或机夹连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；（3）特殊形式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具的材料可分为：（1）高速钢刀具；（2）硬质合金钢刀具；（3）金钢石刀具；（4）其他材料刀具等。从切削工艺上可分为：（1）车削刀具，分外圆、内孔、螺纹切割刀具等；（2）钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；（3）镗削刀具；（4）铣削刀具等。为了适应数控车床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近年机夹式可转位刀具得到了方泛的应用，在数量上达到数控刀具的30%-40%，金属切除量占总数的80%-90%。数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下第2页共7页几个特点：（1）刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗震及热变形小；（2）互换性好，便于快速换刀；（3）寿命长，切削性能稳定、可靠；（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；（5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；（6）系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。2.数控加工刀具的选择2.1.数控刀具选择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。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。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，为了允分发挥其切削性能，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其应保证刀具可靠性。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解到的全厂开支较大时，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。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择刀具和刀柄。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第3页共7页片的玉米铣刀；对一些立体形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密，故球头刀具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都优于球头刀，因此在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优选平头刀。另外刀具的耐用度精度与刀具的价格关系极大，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。在加工中心上，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、准确的装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床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。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，必须合理的安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：（1）尽量减少刀具数量；（2）一把刀具装夹后，应完成所能进行加工的所有部位；（3）精加工和粗加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；（4）先铣后钻；（5）先进行曲面精加工，后进行二维轮廓加工；（6）在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。2.2.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、圆弧形车刀等三类。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第4页共7页削刃为特征的车刀。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床车削时所用刀具基本相同，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，因此，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圆弧的最小曲率半径，以免发生加卡。但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。2.3.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=(0.8-0.9)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、锥形铣刀和盘铁刀。3.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:便于数值第5页共7页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。4.数控加工切削用量的确定数控编程时，编程员在选取切削用量时，一定要根据机床说明书的要求和刀具耐用度，选择适合机床特点及刀具最佳耐用度的切削用量。当然也可以凭经验，采用类比法去确定切削用量。不管用什么方法选取切削用量，都要保证刀具的耐用度能完成一个零件的加工，或保证刀具耐用度不低于一个工作班次，最小也不能低于半个班次的时间，确定了每道工序的切削用量后，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削深度、切削宽度、主轴转速及进给速度等。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: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。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。⑴切削深度t。切削深度主要受机床刚度的制约，在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可能大，如果不受加工精度的限制，可以使切削深度等于零件的加工余量。第6页共7页这样可以减少走刀次数。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，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。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。⑵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=（0.6～0.9）d。⑶切削速度v。切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，刀具无法发挥其功能；若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但是刀具容易产生高热，影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多，概括起来有：刀具材料、工件材料、刀具的寿命、刀具的形状与冷却液的使用等。提高切削速度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。⑷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：v=πnd/1000式中，d为刀具或工件直径（