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数控铣及加工中心切削用量的选用

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发表于 2011-8-3 13:10:01 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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资料一:数控加工工艺过程的主要内容
(1)选择并确定进行数控加工的内容;
(2)对零件图进行数控加工工艺分析;
(3)设计零件数控加工工艺方案;
(4)确定工件装夹方案;
(5)设计工步和加工进给路线;
(6)选择数控加工设备;
(7)确定刀具、夹具和量具;
(8)对零件图形进行数学处理并确定编程尺寸设定值;
(9)确定加工余量;
(10)确定工序、工步尺寸及公差;
(11)确定切削参数;
(12)选择切削液;
(13)编写、校验、修改加工程序;
(14)首件试加工与现场工艺问题处理;
(15)数控加工工艺技术文件的定型与归档。

资料二:数控刀具的失效形式及影响刀具耐用度的因素
(1)数控刀具的主要失效形式及对策
在切削过程中,刀具磨损到一定的限度,切削刃崩刃或破损,切削刃卷刃(塑性变形)时,刀具丧失其切削能力或无法保证加工质量,称为刀具失效。刀具破损的主要形式及产生的原因和对策如下:
1)后刀面磨损
由机械应力引起的出现在后刀面上的摩擦磨损,如图1-61刀具的磨损形式中后面磨损所示。
产生的原因:由于刀具材料过软,刀具的后角偏小,加工过程中切削速度太高、进给量太小,造成后刀面磨损过量,使得加工表面尺寸精度降低,增大摩擦力。
对策:应选择耐磨性高的刀具材料,同时降低切削速度,提高进给量,增大刀具后角。
2)主切削刃的边界磨损
主切削刃上的边界磨损常见于与工件的接触面处。 图1-61 刀具的磨损形式
产生的原因:工件表面硬化、锯齿状切屑造成的摩擦,影响切屑的流向并导致崩刀。如图1-61刀具的磨损形式中边界磨损(主切削刃)所示。
对策:降低切削速度和进给速度,同时选择耐磨刀具材料并增大前角使切削刃锋利。
3)前刀面磨损(月牙洼磨损)
在前刀面上由摩擦和扩散导致的磨损。如图1-61刀具的磨损形式中月牙洼磨损所示。前刀面磨损会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃强度。
产生的原因:切屑与工件材料的接触以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过软,加工过程中切削速度太高、进给量太大,也是前刀面磨损产生的原因。
对策:降低切削速度和进给速度,同时选择涂层硬质合金材料刀具。
4)塑性变形
切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。它将影响切屑的形成质量,有时也会导致崩刀。
产生的原因:切削速度、进给速度太高以及工件材料中的硬质点的作用,刀具材料太软和切削刃温度很高等现象引起。
对策:降低切削速度和进给速度,选择耐磨性高和导热系数大的刀具材料。
5 )积屑瘤
工件材料在刀具上的粘附,如图1-62所示。它会降低加工表面质量并会改变切削刃形状最终导致崩刀。
产生的原因:在中速或较低切削速度范围内,切削一般钢件或其它塑性金属材料,而又能形成带状切屑时,紧靠切削刃的前刀面上粘结一硬度很高的楔状金属块,它包围着切削刃且覆盖部分前刀面,这种楔状金属块称为积屑瘤。
对策:提高切削速度,选择涂层硬质合金或金属陶瓷等与工件材料亲和力小的刀具材料,并使用切削液。
6)刃口剥落 图1-62 积屑瘤
切削刃上出现一些很小的缺口,而非均匀的磨损。
产生的原因:由于断续切削,切屑排除不流畅造成。
对策:在开始加工时降低进给速度,选择韧性好的刀具材料和切削刃强度高的刀片。
7)崩刀
刀尖、切削刃整块崩掉,崩刀将损坏刀具和工件。
产生的原因:刃口的过度磨损和较高的应力或刀具材料过硬,切削刃强度不够及进给量太大造成。
对策:选择韧性好的刀具材料,加工时减小进给量和切削深度,另外选用高强度或刀尖圆角较大的刀片。
8)热裂纹
产生的原因:由于断续切削时温度变化产生的垂直于切削刃的裂纹。热裂纹可降低工件表面质量并导致刃口剥落。
对策:选择韧性好的刀具材料,同时减小进给量和切削深度,并使用切削液。
(2)影响刀具耐用度的因素
所谓刀具耐用度,指的是从刀具刃磨后开始切削,一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间,同符号“T”表示,单位为min。耐用度为切削时间,不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间。影响刀具耐用度的因素如下:
1)切削用量
切削用量是影响刀具耐用度的一个重要因素。Vc、f、ap增大,刀具耐用度T减小,且Vc影响最大,f次之,ap最小。所以在保证一定刀具耐用度的条件下,为了提高生产率,应首先选取大的背吃刀量ap,然后选择较大的进给量f,最后选择合理的切削速度Vc。
2)刀具几何参数。
刀具几何参数对刀具耐用度影响最大的是前角Y0和主偏角Kr。
前角Y0增大,可使切削力减小,切削温度降低,耐用度提高;但前角Y0太大,会使刀具强度削弱,散热差,且易于破损,刀具耐用度反而下降了。由此可见,对于每一种具体加工条件,都有一个使刀具耐用度T最高的合理数值。
主偏角Kr减小,可使刀尖强度提高,改善散热条件,提高刀具耐用度;但主偏角Kr过小,则背向力增大,对刚性差的工艺系统,切削时易引起振动。
3)刀具材料
刀具材料的高温强度越高,耐磨性越好,刀具耐用度越高。但在有冲击切削、强力切削和难加工材料切削时,影响刀具耐用度的主要因素是冲击韧性和抗弯强度。韧性越好,抗弯强度越高,刀具耐用度越高,越不易产生破损。
4)工件材料
工件材料的强度、硬度越高,产生的切削温度越高,故刀具耐用度越低。此外,工件材料的塑性、韧性越高,导热性越低,切削温度越高,刀具耐用度越低。
合理选择刀具耐用度,可以提高生产效率和降低加工成本。刀具耐用度定得过高,就要选取较小的切削用量,从而降低了金属切除率,降低了生产率,提高了加工成本。反之耐用度定得过低,虽然可以采取较大的切削用量,但却因刀具磨损快,换刀、磨刀时间增加,刀具费用增大,同样会使生产效率降低和成本提高。


资料二:切削用量选择
铣削的切削用量包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量,如下图5-61所示。背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸,单位为mm。端铣时,ap为切削层深度;而圆周铣时,ap为被加工表面的宽度。侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸,单位为mm。端铣时,ae为被加工表面宽度;而圆周铣削时,ae为切削层深度。

(a)圆周铣; (b) 端铣
图5-61 铣削切削用量?
1.选择背吃刀量(端铣)或侧吃刀量(圆周铣)
背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。
从刀具耐用度出发,切削用量的选择方法是:先选取背吃刀量或侧吃刀量,其次确定进给速度,最后确定切削速度。由于吃刀量对刀具耐用度影响最小,背吃刀量ap和侧吃刀量ae的确定主要根据机床、夹具、刀具、工件的刚度和被加工零件的精度要求来决定。如果零件精度要求不高,在工艺系统刚度允许的情况下,最好一次切净加工余量,即ap或ae等于加工余量,以提高加工效率;如果零件精度要求高,为保证表面粗糙度和精度,只好采用多次走刀。
(1)在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5~25μm时,如果园周铣削的加工余量小于5mm,端铣的加工余量小于6mm,粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大,工艺系统刚性较差或机床动力不足时,可分两次进给完成。
(2)在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2~12.5μm时,可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前,粗铣后留0.5~1.0mm余量,在半精铣时切除。
(3)在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8~3.2μm时,可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5~2.0mm;精铣时圆周铣侧吃刀量取0.2~0.4mm,面铣刀背吃刀量取0.3~0.5 mm。
2.选择切削进给速度F
切削进给速度F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,单位为mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mm/z)的关系为:
F=fzzn
每齿进给量fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高,fz越小;反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度值越小,fz就越小。每齿进给量的确定可参考表5-4选取。工件刚性差或刀具强度低时,应取小值。转速n则与切削速度和机床的性能有关。所以,切削进给速度应根据所采用机床的性能、刀具材料和尺寸、被加工零件材料的切削加工性能和加工余量的大小来综合地确定。一般原则是:工件表面的加工余量大,切削进给速度低,反之相反。切削进给速度可由机床操作者根据被加工零件表面的具体情况进行手动调整,以获得最佳切削状态。
表5-4 铣刀每齿进给量参考值
工件材料fz(㎜/z)粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.08~0.120.10~0.200.03~0.050.05~0.12铸铁0.10~0.200.12~0.25
在确定切削进给速度时,要注意下述特殊情况。 ?
(1)在高速进给的轮廓加工中,由于工艺系统的惯性,在轮廓的拐角处易产生“欠切”(即切外凸表面时在拐角处少切了一些余量)和“过切” (即切内凹表面时在拐角处多切了一些金属而损伤了零件的表面)现象,如下图5-62所示。避免“欠切”和“过切”的办法是在接近拐角前适当地降低进给速度,过了拐角后再逐渐增速,即在拐角处前后采用变化的进给速度,从而减少误差。

图5-62 拐角处的欠切和过切
(2)加工圆弧段时,由于圆弧半径的影响,切削点的实际进给速度vT并不等于选定的刀具中心进给速度vf。由图5-63可知,加工外圆弧时,切削点的实际进给速度为

图5-63 切削圆弧的进给速度

即vT<vf。而加工内圆弧时,由于

即vT>vf,如果R≈r,则切削点的实际进给速度将变得非常大,有可能损伤刀具或工件。因此,这时要考虑到圆弧半径对工作进给速度的影响。
在加工过程中,由于毛坯尺寸不均匀而引起切削深度变化,或因刀具磨损引起切削刃切削条件变化,都会使实际加工状态与编程时的预定情况不一致,如果机床面板上设有“进给速率修调”旋钮时,则操作者可利用它实时修改程序上进给速度指令值,来减少误差。
3选择切削速度vc
铣削的切削速度Vc与刀具的耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比,而与铣刀直径成正比。其原因是当fz、ap、ae和Z增大时,刀刃负荷增加,而且同时工作的齿数也增多,使切削热增加,刀具磨损加快,从而限制了切削速度的提高。为提高刀具耐用度允许使用较低的切削速度。但是加大铣刀直径则可改善散热条件,因而可以提高切削速度。
铣削加工的切削速度Vc可参考表5-5选取,也可参考有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。
表5-5 铣削加工的切削速度参考值工件材料硬度(HBS)Vc(m/min)
高速钢铣刀硬质合金铣刀钢<22518~4266~150225~32512~3654~120325~4256~2136~75铸铁<19021~3666~150190~2609~1845~90260~3204.5~1021~304.主轴转速n
主轴转速n(r/min)要根据允许的切削速度vc(m/min)来确定:
n=1000vc/(3.14×d)
式中: d—铣刀直径;
vc—切削速度,单位为m/min
主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值。
从理论上讲,vc的值越大越好,因为这不仅可以提高生产率,而且可以避开生成积屑瘤的临界速度,获得较低的表面粗糙度值。但实际上由于机床、刀具等的限制,使用国内机床、刀具时,允许的切削速度常常只能在100~200m/min范围内选取。但对于材质较软的铝、镁合金等,vc可提高近一倍左右。

资料三:填写数控加工工序卡和刀具卡
编写数控加工工艺文件是数控加工工艺制定的内容之一,数控加工工艺文件既是数控加工、产品验收的依据,也是需要操作者遵守、执行的的作业指导书。数控加工工艺文件是对数控加工的具体说明,目的是让操作者更明确加工程序的内容、装夹方式、加工顺序、走刀路线、切削用量和各个加工部位所选用的刀具等。最主要的数控加工工艺技术文件有:数控加工刀具卡和数控加工工序卡。数控铣削加工工序卡和数控铣削加工刀具卡与数控车削加工工序卡和数控车削加工刀具卡基本一样,具体详见加工案例零件的数控加工工序卡和数控加工刀具卡。
1.数控加工工序卡
数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处,所不同的是:若要求画出工序简图,工序简图中应注明编程原点与对刀点,要进行简要编程说明(如:所用加工机床型号、程序编号)及切削参数(即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等)的选择。具体数控加工工序卡内容如下表1-17所示。
表1-17 数控加工工序卡×××数控加工工序卡单位名称×××产品名称或代号
零件名称零件图号×××××××××工序号程序编号夹具名称加工设备车间×××××××××××××××工序简图
工步号工 步 内 容
刀具号刀具规格主轴转速
进给速度背吃刀量备 注
























编制
×××
审核
×××
批准
×××年 月 日
共 页第 页2.数控加工刀具卡
数控加工刀具卡反映刀具编号、刀具型号规格与名称、刀具的加工表面、刀具数量和刀长等。有些更详细的数控加工刀具卡还要求反映刀具结构、尾柄规格组合件名称代号、刀片型号和材料等。数控加工刀具卡是组装和调整刀具的依据。一般数控加工刀具卡如下表1-18所示。
表1-18 数控加工刀具卡×××数控加工刀具卡产品名称或代号×××零件名称×××零件图号×××序号
刀具号
刀 具
加工表面备注型号、规格、名称数量
刀长/mm














编制
×××
审核×××批准
×××年 月 日
共 页
第 页
3.数控加工走刀路线图
数控加工走刀路线图告诉操作者关于编程中的刀具运动路线(如:从哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等)。为简化走刀路线图,一般可采用统一约定的符号来表示。不同的机床可以采用不同的图例与格式。下表1-19为一种常见的数控加工走刀路线图示。
表1-19 数控加工走刀路线图示×××数控加工走刀路线图零件图号×××工序号×××工步号×××程序号×××机床型号×××程序段号×××加工内容
铣轮廓周边
共几页第几页



编程
校对
审批
符号









含义
抬刀下刀
编程原点
起刀点
走刀方向
走刀线相交
爬斜坡
铰孔行切

单元能力巩固提高
1.到自己感兴趣的地方以“数控铣削加工工艺设计”为关键词检索“数控铣削加工工艺设计步骤”相关内容,并对结果进行概括总结。
2.分析数控铣削加工工艺设计步骤,总结出它们之间的联系(关系)。
3.分析拟定数控铣削加工工艺路线的主要内容,总结出它们之间的联系(关系)及如何正确拟定数控铣削加工工艺路线。
4.分析平面轮廓类、固定斜角平面类、变斜角类、曲面轮廓类零件的加工方法,总结出它们之间的联系(关系)。
5.分析平面类、曲面类零件的加工工艺路线及走刀方法,并对结果进行概括总结。
6.分析数控铣削零件的定位及常用找正装夹方式,总结出它们之间的联系(关系)及如何根据生产批量确定其定位装夹方式。
7.为加工图5-1所示零件选择刀具、确定机床、装夹方案和夹具。

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