数控加工中刀具选用研究 毕业论文.docx
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1、 毕 业 论 文(数控加工中刀具选用研究)院 系:电子信息工程系专 业:数控技术姓 名: 学 号: 指导老师: 2012 年 月 日 毕业设计(论文)任务书题目: 数控加工中刀具选用研究 主要内容:1:数控加工简介2: 数控加工工艺3:科学选择数控刀具4:数控加工刀具分类5:确定切削用量6:外表面工具刀基本要求: 1:重点突出2:观点鲜明3: 论据充分4:分析清晰5:逻辑性强6:设计计算说明书一本(不少于8000字)完 成 期 限: 指导教师签章: 2012年 月 日摘要此次的毕业设计主要解决的问题是数控加工工艺、车削刀具的选择、各种刀具的掌握、工序与工步的划分、铣削刀具的选择、切削用量的确定
2、、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。运用数控原理、数控工艺、数控程序设计、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习,能让我感触当代科学的前沿,体验数控魅力,为人们的生活带来方便,进一步认识数控技术,熟练数控机床的操作,掌握数控,开发数控内在潜力。关键词:工艺分析、工艺路线、刀具选择、数控编程、确定切削用量。 目录摘要第一章 1.1数控加工简介1 1.2科学选择数控刀具1第二章 2.1确定切削用量2 2.2选择数控车削用刀具3 2.3选择数控铣削用刀具4第三章 3.1数控加工刀具5 3.2外表面刀具. 6 3.3孔加工刀具.7 3.4螺纹加工工具9 3.5齿轮加工工具10 3.6切断
3、刀具11结论与展望13致谢17参考文献18第一章1.1数控加工简介数控加工(numerical control machining),是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法,数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的,但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。1.2科学选择数控刀具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。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种,前者根据
4、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,
5、刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比,数控加工对刀具提出了更高的要求,不仅需要刚性好、精度高,而且要求尺寸稳定,耐用度高,这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。第二章2.1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
6、,降低成本。 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=1000 v/7 1D式中: v切削速度,单位为mm/min,由刀具的耐用度决定; n一一主轴转速,单位为 r/min, D为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。 2、确定进给速度 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100一200m
7、m/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、确定背吃刀量 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0.2一0.5mm,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
8、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。 切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数,而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩),在保证质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。 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状和尺寸决定。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。
9、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90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。 二是圆弧形车刀。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(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
10、圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径,以免发生加工过浅,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。 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
11、.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。 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
12、计基准或工艺基准上。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。 第三章3.1数控加工刀具刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀
13、具,包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等;孔加工刀具,包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等;螺纹加工工具,包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等;齿轮加工刀具,包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等;切断刀具,包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外,还有组合刀具。按切削运动方式和相应的刀刃形状,刀具又可分为三类。通用刀具,如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等;成形刀具,这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状,如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等;展
14、成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件,如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。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。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
15、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。3.2外表面刀具车刀车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分,包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面和副后刀面,刀尖角成。车刀的切削部分和柄部(即装夹部分)的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接-机械夹固式。机械夹固式车刀可以避免硬质合金刀片在高温焊接时产生应力和裂纹,并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一般是用螺钉和压板将刀片夹紧,装可转位刀片的机械夹固式车刀。刀刃用钝后可以转位继续使用,而且停车换刀时间车刀短,因此取得了迅
16、速发展。 车刀用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀,负前角的平面型适用于加工高强度钢和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提高切削刃强度,适用于加工铸铁和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀,可用带负倒棱的圆弧面型,或在平面型的前面上磨出断屑槽。车刀前面的型式主要根据工件材料和刀具材料的性质而定。最简单的是平面型,正前角的平面型适用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀,负前角的平面型适用于加工高强度钢和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提高切削刃强度,适用于加工铸铁和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀,可用带负倒
17、棱的圆弧面型,或在平面型的前面上磨出断屑槽。车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。刨刀刨刀根据用途可分为纵切、横切、切槽、切断和成形刨刀等。刨刀的结构基本上与车刀类似,但刨刀工作时为断续切削,受冲击载荷。因此,在同样的切削截面下,刀杆断面尺寸较车刀大1.251.5倍,并采用较大的负刃倾角(-10-20),以提高切削刃抗冲击载荷的性能。为了避免刨刀刀杆在切削力作用下产生弯曲变形,从而使刀刃啃入工件,通常使用弯头刨刀。重型机器制造中常采用焊接-机械夹固式刨刀,即将刀片焊接在小刀头上,然后夹固在刀杆上,以利于刀具的焊接、刃磨和装卸。在刨
18、削大平面时,可采用滚切刨刀,其切削部分为碗形刀头。圆形切削刃在切削力的作用下连续旋转,因此刀具磨损均匀,寿命很高。铣刀铣刀,是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。圆柱形铣刀 用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布在铣刀的圆周上,按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分粗齿和细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少,刀齿强度高,容屑空间大,适用于粗加工;细齿铣刀适用于精加工。 面铣刀 用于立式铣床、端面铣床或龙门铣床上加工平面,端面和圆周上均有刀齿,也有粗齿和细齿之分。其结构有整体式、镶齿式和可转位式 3
19、种。 立铣刀 用于加工沟槽和台阶面等,刀齿在圆周和端面上,工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的端齿时,可轴向进给。 三面刃铣刀 用于加工各种沟槽和台阶面,其两侧面和圆周上均有刀齿。 角度铣刀 用于铣削成一定角度的沟槽,有单角和双角铣刀两种。 锯片铣刀 用于加工深槽和切断工件,其圆周上有较多的刀齿。为了减少铣切时的摩擦,刀齿两侧有151的副偏角。 T形铣刀 用来铣T形槽。 3.3孔加工刀具钻头钻头是用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔,并能对已有的孔扩孔的刀具。常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。钻头刃磨时,应尽量使麻花钻的两主切削刃刃磨得对称,使两个主切削刃的径向力相互抵
20、消,以防止钻头引偏及孔径扩大。 1、在钻削钢件时,请保证充分的冷却量并使用金属切削液。 2、良好的钻杆钢性与导轨间隙能提高钻孔的精度及钻头的寿命 3、请确保磁座与工件之间的平整与清洁。 4、钻薄板时,要将工件加固,钻大型工件时,请保证工件的稳固 。 5、在钻孔开始与结束时,进给量应降低1/3 。 6、对钻削时出现大量细小粉未的材料,如铸铁、铸铜等,可以不使用冷却液,而采用压缩空气帮助排屑。 7、请及时清除缠绕在钻体上的铁屑,以保证排屑顺畅 。扩孔钻扩孔钻一般用于孔的半精加工或终加工,用于铰或磨前的预加工或毛坯孔的扩大,有3到4个刃带,无横刃,前角和后角沿切削刃的变化小,加工时导向效果好,轴向抗
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