数控切削范文

2024-06-29

数控切削范文（精选11篇）

数控切削第1篇

1 高速切削技术

1.1 高速切削的提出

1931年, 德国切削物理学家萨洛蒙 (Carl.J.Salomon) 博士提出一个假设, 即同年申请德国专利 (Machine with high cut?鄄ting speeds) 的所罗门原理:被加工材料都有一个临界切削速度, 在切削速度达到临界速度之前, 切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大, 当切削速度达到普通切削速度的5~6倍时, 切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低, 刀具磨损随切削速度增大而减小。切削塑性材料时, 传统的加工方式为“重切削”, 每一刀切削的排屑量都很大, 即吃刀大, 但进给速度低, 切削力大。实践证明随着切削速度的提高, 切屑形态从带状、片状到碎屑状发展, 所需单位切削力在初期呈上升趋势, 而后急剧下降, 这说明高速切削比常规切削轻快, 两者的机理也不同。

1.2 现代高速切削技术的概念

所罗门原理出发点是用传统刀具进行高速度切削, 从而提高生产率。到目前为止, 其原理仍未被现代科学研究所证实。但这一原理的成功应该不只局限于此。高速切削技术是切削技术的重要发展方向之一, 从现代科学技术的角度去确切定义高速切削, 目前还没有取得一致, 因为它是一个相对概念, 不同的加工方式, 不同的切削材料有着不同的高速切削速度和加工参数。这里包含了高速软切削、高速硬切削、高速湿切削和高速干切削等。

事实上, 高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程, 它涵盖了机床材料的研究及选用技术, 机床结构设计和制造技术, 高性能CNC控制系统、通讯系统, 高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统, 高精度快速进给系统, 高性能刀具夹持系统, 高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术, 高效高精度测试测量技术, 高速切削机理, 高速切削工艺, 适合高速加工的编程软件与编程策略等诸多相关的硬件和软件技术。只有在这些技术充分发展的基础上, 建立起来的高速切削技术才具有真正的意义。所以要发挥出高速切削的优越性能, 必须是CAD/CAM系统、CNC控制系统、数据通讯、机床、刀具和工艺等技术的完美组合。

1.3 高速切削技术的发展现状与优点

该项新技术始于20世纪80年代初期, 美、德、法等国处于领先地位, 英、日、瑞士等国亦追踪而上, 至上世纪80年代后期, 在上述国家里已形成了新兴的产业, 年产值已达数十亿美元, 并正在逐年上升。近期我国台湾省亦已起步, 但大陆尚属空白。同济大学现代制造技术研究所已跟德国Darmstadt大学建立了项目合作关系, 并获得初步成果。

按目前看, 工业发达国家的航空、汽车、动力机械、模具、轴承、机床等行业首先受惠于该项新技术, 使上述行业的产品质量明显提高, 成本大幅度降低, 获得了市场竞争优势。超高速切削技术是未来切削加工的方向, 也是时代发展的产物。

2 高速切削的技术装备

2.1 高速切削机床

高速机床是实现高速加工的前提和基本条件。在现代机床制造中, 机床的高速化是一个必然的发展趋势。在要求机床高速的同时, 还要求机床具有高精度和高的静、动刚度。

为了适应粗精加工, 轻重切削和快速移动, 同时保证高精度 (定位精度±0.005mm) , 性能良好的机床是实现高速切削的关键因素。其关键技术有以下几项:

2.1.1 高速主轴。

高速主轴是高速切削机床的核心部件, 在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。高速主轴单元的性能取决于主轴的设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡、噪声等多项相关技术, 随着对主轴转速要求的不断提高, 传统的齿轮———皮带变速传动系统由于本身的振动、噪音等原因已不能适应要求, 取而代之的是一种新颖的功能部件———电主轴, 它将主轴电机与机床主轴合二为一, 实现了主轴电机与机床主轴的一体化。电主轴采用了电子传感器来控制温度, 自带水冷或油冷循环系统, 使主轴在高速旋转时保持恒温, 一般可控制在20°~25°范围内某一设定温度, 精度为±0.7°, 同时使用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术, 使主轴免维护、长寿命、高精度。

2.1.2 高速精密轴承。

高速轴承是高速切削机床的核心, 是决定高速主轴寿命和负载容量的最关键部件。

(1) 磁悬浮轴承。磁悬浮轴承是用电磁力将主轴无机械接触地悬浮起来, 其转速可达45000r/min, 功率为20k W, 精度高, 易实现实时诊断和在线监控, 是理想的支承元件, 但其价格较高。

(2) 液体动静压轴承。采用流体动、静力相结合的办法, 使主轴在油膜支撑中旋转, 具有径、轴向跳动小、刚性好、阻尼特性好, 适于粗、精加工, 寿命长的优点。但其无通用性, 维护保养较困难。

(3) 混合陶瓷轴承。用氮化硅制的滚珠与钢制轨道相组合, 是目前在高速切削机床主轴上使用最多的支承元件, 在高速转动时离心力小, 刚性好, 温度低, 寿命长, 功率可达80k W, 转速高达150000r/min, 它的标准化程度高, 便于维护, 价格低。

2.1.3 高速伺服系统。

为了实现高速切削加工, 机床不但要有高速主轴, 还要有高速的伺服系统, 这不仅是为了提高生产效率, 也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件。

(1) 直线电机伺服系统。直线电机是使电能直接转变成直线机械运动的一种推力装置, 将机床进给传动链的长度缩短为零, 它的动态响应性能敏捷、传动刚度高、精度高、加减速度大, 行程不受限制、噪音低、成本较高, 在加速度大于1g的情况下, 是伺服系统的唯一选择。

(2) 滚珠丝杠驱动装置。滚珠丝杠仍是高速伺服系统的主要驱动装置, 用AC伺服电机直接驱动, 并采用液压轴承, 进给速度可达40~60m/min, 其加速度可超过0.6g, 成本较低, 仅为直线电机的1/2.5。

2.1.4 高性能的CNC控制系统。

2.2 高速切削刀具

刀具是机械加工重要的技术装备之一。由于离心惯性力随着转速升高而迅速增大, 高速主轴端部同刀柄头部的给合在结构和尺寸方面有许多特别之处。目前基本采用HSK形式和系列, 需要根据机床主轴参数来确定刀柄参数, 使它们相符吻合。由于切削和进给速度高, HSC加工中刀具的寿命一般会降纸, 需要从刀具材料、几何参数、悬伸长度以及切削参数、切削几何关系、走刀路线、润滑冷却等各方面采取措施, 尽可能减少寿命的降低。

HSC刀具与普通刀具前后角相比, 一般HSC比普通切削的前角约小10°, 后角约大5°~8°。同时HSC刀具的切削部位应尽量短, 以提高刀具的刚性和减小刀刃的破损率。

HSC刀具需选用能适应高速切削的材料。为了获得较高的工件加工质量及最佳寿命时间, 除硬质合金、金属陶瓷、涂层切削材料和切削陶瓷外, 还采用了单晶体和多晶体的切削材料。这些切削材料除技术要求外, 还应满足占有重要位置的经济和环保性能的要求。在HSC加工中, 选用PKD (多晶体金刚石) 和CBN (立方氮化硼) 可显著提高加工效率。

除选择合适的刀具材料外, 在刀具设计过程中, 首先应考虑在离心力作用下刀具构件固定的可靠性, 并注意符合“平衡”的结构。需要对刀具进行最高转速的试验。此外, 在制造刀具时, 其良好的工艺性也是很重要的。有价值的和可靠的制造方法, 对从刀具的预处理直至刀刃的制作都具有决定性的意义, 特别是对带有PKD或CBN刀片的刀具更是如此。

为了使在应用HSC刀具时达到最高加工质量和最佳经济性能, 不仅应考虑刀具本身, 同时也应考虑刀具和夹紧系统的接口部分, 即主轴和刀具连接面及工件安装的稳定性。对接口部分和接长杆而言, 特别重要的是径向摆动精度、悬臂长度、振动性能和可换性。为了达到圆柱刀柄在精加工时对径向摆动精度的要求, 首先选用液压夹头、收缩夹头和力压缩夹头的连接方式, 这些夹头和HSC接口相配时, 其径向摆动精度可以达到0.003mm。

2.3 HSC机床的配套装备

2.3.1 为了缩短辅助工时, 绝大多数HSC机床都配有15~30刀位以上的刀具库和自动换刀装置, 成为HSC加工中心;

2.3.2 冷却润滑系统是不可少的配套装备, 其中包含自动对机床各部进行冷却润滑的功能和排屑功能;

2.3.3 电子手轮和CAD/CAM系统与高速CNC系统的接口, 是影响到机床操作控制性能的必要配套装置;

2.3.4 能够自动测量刀具的直径、长度和进行破损检测的激光或红外线系统;

2.3.5 测头能够安装到主轴上用以探测工件轮廓型面的红外线测量装置;

2.3.6 为了减少发生故障后, 停机等待修复的时间, 在机床台数多、利用率高的情况下, 备用一根高速主轴。

HSC机床的安全防护装置, 包括硬件和软件, 要保证即使在发生刀具破裂而高速弹飞出来的极端情况下, 仍然能够可靠地保护操作使用者的人身安全, 并且能够预防机床部件、刀具、工件之间产生意外的干涉碰撞。

3 高速切削目前主要应用领域

3.1 大批生产领域

如汽车工业, 如美国福特汽车公司与Ingersoll公司合作研制的HVM800卧式加工中心及镗汽缸用的单轴镗缸机床以实际用于福特公司的生产线。

3.2 工件本身刚度不足的加工领域

如航空航天工业产品或其他某些产品, 如Ingersoll公司采用高速切削工艺所铣削的工件最薄壁厚仅为1mm。

3.3 加工复杂曲面领域

如模具工具制造。

3.4 难加工材料领域

如Ingersoll公司的“高速模块”所用切削速度为:加工航天航空铝合金2438m/min, 汽车铝合金1829m/min, 铸铁1219m/min, 这均比常规切削速度高出几倍到几十倍。

摘要：高速切削技术是当前各高校研究的重要课题之一, 文章从高速切削的提出、所用装备和应用等方面较详细地介绍了高速切削的一些基本知识。

关键词：高速切削,技术装备

参考文献

[1]王先逵.制造技术的未来[J].中国机械工程, 1994, (5) .

[2]张根保.先进制造技术[M].重庆:重庆大学出版社, 1996.

数控车床螺纹切削方法分析与应用第2篇

在目前的数控车床中，螺纹切削一般有两种加工方法：G32直进式切削方法和G76斜进式切削方法，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。我们在操作使用上要仔细分析，争取加工出精度高的零件。

两种加工方法的编程指令

G32 X（U）＿Z（W）＿ F＿；

说明：X、Z用于绝对编程；U、W用于相对编程；F为螺距；

G32编程切削深度分配方式一般为常量值，双刃切削，其每次切削深度一般由编程人员编程给出。

G76P（m）（r）（a）Q（△dmin）R（d）；

G76X（U）Z（w）R（i）P（k）Q（△d）F（l）；

说明：

m：精加工重复次数；

r：倒角宽度；

a：刀尖角度；

△dmin：最小切削深度，当每次切削深度（△d·n½-△d·（n-1）½）小于△dmin时，切削深度限制在这个值上；

d：精加工留量；

i：螺纹部分的半径差，若i＝0，为直螺纹切削方式；

k：螺纹牙高；

△d：第一次切削的切削深度；

l：螺距。

G76编程切削深度分配方式一般为递减式，其切削为单刃切削，其切削深度由控制系统来计算给出。

加工误差分析及使用

G32直进式切削方法，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。

G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。根据多年的生产经验“东莞辉亚达精密机械厂”精密度挺高的，得到众多商家的认同。

编程举例

例如加工 M36X1.5的螺纹，如图3所示，用G32直进式切削编程（每次切削深度为0.2mm）：

N10 G00 Z234 N2O G00 X35.6 N30 G32 Z269 F1.5 N40 G00 X38 N50 G00 Z234 N60 G00 X35.2 N70 G32 Z269 F1.5 N80 G00 X38 N90 G00 Z234 N100 G00 X34.8 N110 G32 Z269 F1.5 N120 G00 X38 N130 G00 Z234 N140 G00 X34.38 N150 G32 Z269 F1.5 N160 G00 X300 N170 G0

0 Z300

G76斜进式切削编程：

G76 P010160 Q200 R0.05

G76 X34.38 Z269 P812 Q200 F1.5 说明：

最小切削深度为0.02mm。

第一次切削深度为0.02mm。

螺纹牙高为0.812mm。

高速数控切削加工中的刀具研究第3篇

关键词：高速切削；刀具；数控加工

中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0096-01

高速切削刀具是实现高速数控加工技术的关键。刀具技术是实现高速数控切削加工的关键技术之一，不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工线速度主要受刀具限制，因为在目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具的磨损越快。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷、涂层刀具、超细晶粒硬质合金等刀具材料。

1高速切削刀具材料

金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石价格昂贵，加工焊接非常困难，除少数特殊用途外，很少作为切削工具。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术，使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单，因此在超精密镜面切削的高技术应用领域，天然金刚石起到了重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼（CBN）是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石，但其氧化温度高达1360℃，且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料，是用于硬态切削、高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。

陶瓷刀具。与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差，制约了它的应用推广，而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具，目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

涂层刀具。涂层材料的发展，已由最初的单涂层，经历了复合涂层和多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。

硬质合金刀具材料。细晶粒（1～0.5μm）和超细晶粒（<0.5μm）硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度大大提高，可替代高速钢用于制造小规格钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命远超过高速钢。整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢刀具的大部分应用领域的切削效率显著提高。细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利，尤其适于高速切削粘而韧的材料。

2高速切削旋转刀具的刀柄系统

在高速切削中，刀体结构和刀片夹紧结构都受到很大的离心力作用为使刀具保持足够的夹持力，刀具在结构设计上应充分考虑高速切削加工的特殊性，刀体材料重量要轻，要考虑刀具的动平衡性，刀具/刀片的夹紧应可靠。加工中心等NC 机床多年来一直采用7:24 实心锥柄工具系统，这种实心锥柄具有以下缺点：由于只靠锥面结合，刀柄与主轴的联接刚性较低，尤其当主轴转速超过10 000 r/min 时，联接刚性的不足更为明显；当采用ATC（ Automatic Tool Changing，自动换刀）方式安装刀具时，重复定位精度较低，难以实现高精度加工；当主轴高速回转时，主轴前端在离心力作用下会发生膨胀，易导致主轴与刀柄锥面脱离，使径向跳动急剧增大（可达15 ?滋m），从而降低刀柄接触刚度，且易发生安全事故。因此，传统的长锥刀柄不适宜用于高速切削加工。为解决这一问题，开发了采用锥部和主轴端面同时定位的双定位式刀柄（如德国的HSK空心刀柄、美国KM系列刀柄等）。此类刀柄通过锥部定心，并使机床主轴端面紧贴刀柄凸缘端面。这种刀柄安装时重复定位精度较高（轴向重复定位精度可达0.001 mm），在高速转动产生的离心力作用下，刀柄会牢固锁紧，其径向跳动不超过5 ?滋m，在整个转速范围内可保持较高的静态和动态刚性。因此，此类刀柄特别适合高速切削加工。

3高速切削刀具监测技术

刀具监测技术对于高速切削加工的安全性十分重要。刀具监测技术主要包括通过监测切削力以控制刀具磨损；通过监测机床功率以间接获得刀具磨损信息；监测刀具断裂（破损）等。目前国内外对高速切削刀具监测技术的研究及开发应用还不够充分。由于声发射信号对刀具载荷比较敏感，因此MyeonyChang Kang等利用声发射对高速切削中的刀具状况和刀具磨损进行监测，并取得了较好的效果。另外Jean-Ha Kim等利用数码照相机和专用夹具进行高速切削刀具磨损的研究。

4结语

随着先进制造技术及材料技术和纳米技术的发展，新的多元、复合、纳米级的硬质涂层及CVD金刚石薄膜等功能材料、超硬刀具材料、陶瓷刀具、涂层刀具等将得到广泛应用，高速切削刀具系统将日趋完善，成为推动高速数控切削加工的重要组成部分。

参考文献：

[1] 杨国权,李国和,蔡玉俊.模具高速切削刀具技术研究概况[J].锻压技术,2005,(2).

[2] 肖寿仁,高鸣智,邓晓春.高速切削刀具材料应用进展[J].有色金属,2008,(1).

[3] 李波.高速数控切削用刀柄工具系统[J].机床与液压,2010,(1).

数控车削中切削用量的选择第4篇

切削用量的大小对切削力、切削功率、切削温度、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控车削加工中选择切削用量时, 如果只凭经验来选取切削用量, 即是不适应切削加工现代化的要求, 因此, 我们要研究切削用量选择的基本原则。例如, 自动换刀数控机床往往主轴或刀库上装刀所费时间较多, 所以选择切削用量要保证刀具加工完一个零件, 或保证刀具耐用度不低于一个工作班, 最少不低于半个工作班。对易损刀具可采用姐妹刀形式, 以保证加工的连续性。

1 粗、精加工时切削用量的选择原则如下

粗加工时, 以提高生产率为主, 并兼顾加工成本。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量ap;其次根据机床动力和刚性的限制条件, 选取尽可能大的进给量f;最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度vc。

半精加工和精加工时, 对加工精度和表面粗糙度要求较高, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率和加工成本;切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量;其次根据已加工表面的粗糙度要求, 选取较小的进给量;最后在保证刀具耐用度的前提下, 尽可能选取较高的切削速度。

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。

2 切削用量的选择方法

2.1 背吃刀量ap

粗加工, 在机床、工件和刀具刚度允许的情况下, 同时在保留半精加工余量的前提下, 尽量将粗加工余量一次切削完。当余量过大或工艺系统刚性过差时, 可分二次切除。若分两次切除时, 第一次进给的ap1为加工余量的 (2/3～3/4) 第二次进给的ap2为加工余量的 (1/3～1/4) 。精加工时, 背吃刀量的选取应该根据表面质量的要求来选择。在中等功率机床上, 背吃刀量可达8～10mm。半精加Ra1.25～10mm时, 背吃刀量为0.25mm～2mm。精加工Ra0.32mm～1.25mm时, 背吃刀量为0.2mm～0.4mm。在用陶瓷刀具、金刚石和立方氮化硼刀具精细车削和镗孔时, 背吃刀量可取为ap=0.05mm～0.2mm, f=0.01mm～0.1mm, v=240m/min～900m/min, 这时表面粗糙度值可以达到Ra=0.32μm～0.1μm, 精度达到或高于IT5 (孔达到IT6) , 可以代替磨削加工。

2.2 进给量f

粗加工时, 由于工件的表面质量要求不高, 进给量的选择主要受切削力的限制。在机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度以及工件的装夹刚度等工艺系统强度良好, 硬质合金或陶瓷刀片等刀具的强度较大的情况下, 可选用较大的进给量值。当断续切削时, 为减小冲击, 要适当减小进给量。

在半精加工和精加工时, 因背吃刀量较小, 切削力不大, 进给量的选择主要考虑加工质量和已加工表面粗糙度值, 一般取的值较小。

在实际生产中, 进给量常常根据经验或查表法确定。粗加工时, 根据加工材料、车刀刀杆尺寸、工件直径以及已确定的背吃刀量来选择进给量。在半精加工和精加工时, 则根据表面粗糙度值的要求, 按工件材料, 刀尖圆弧半径, 切削速度的大小不同来选择进给量。

2.3 切削速度vc

切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中, 也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗车时或工件材料的加工性能较差时, 选用较低的切削速度。精车时或刀具材料、工件材料的切削性能较好时, 选用较高的切削速度, 同时应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。切削速度vc确定后, 可根据刀具或工件直径 (D) 按公式n=l000vc/πD来确定主轴转速n (r/min) 。

2.4 校验机床功率

在切削用量选定后, 应当校验机床功率能否满足要求。

切削功率计算式:

机床有效功率计算式:

ηm为机床传动效率, 一般ηm=0.75～0.8 5。

满足, 则所选切削用量可以在原确定的机床上使用。

若, 说明机床有效功率没有得到充分利用, 可通过采用切削性能良好的刀具来提高切削速度, 使机床效率得到充分利用。

若, 说明机床有效功率不够, 要更换大功率的机床或者降低切削速度。

3 结语

随着数控机床在生产实际中的广泛应用, 数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。而零件数控编程具有很大的灵活性, 只有正确理解以上工艺参数, 在实践中不断进行总结, 才能编制出高质量的加工程序, 加工出高质量的零件。

摘要：随着数控技术的广泛应用, 在数控编程中要求编程人员必须掌握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来合理的选择切削用量。因此本文对数控机床加工时切削用量的合理选择进行了详细阐述, 为数控机床编程与操作人员提供参考。

关键词：数控车削,切削用量,合理选择

参考文献

[1]徐宏海.数控加工工艺 (第2版) [M].化学工业出版社, 2008, 4, 1.

[2]陆剑中, 周志明.金属切削原理与刀具[M].机械工业出版社, 2006, 6, 1.

数控切削第5篇

目前,切削加工仍是机械制造行业应用广泛的一种加工方法。其中,集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技术已经成为机械制造领域的新秀和主要加工手段。

“高速切削”的概念首先是由德国的C.S~omom博士提出的,并于1931年4月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。该理论的核心是:在常规的切削速度范围内,切削温度随着切削速度的增大而提高,当到达某一速度极限后,切削温度随着切削速度的提高反而降低。此后,高速切削技术的发展经历了以下4个阶段:高速切削的设想与理论探索阶段(193l—l971年),高速切削的应用探索阶段(1972-1978年),高速切削实用阶段(1979--1984年),高速切削成熟阶段(20世纪90年代至今)。高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点:第一,生产效率提高3～1O倍。第二,切削力降低30%以上,尤其是径向切削分力大幅度减少,特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第三,切削热95%被切屑带走,特别适合加工容易热变形的零件。第四,高速切削时,机床的激振频率远离工艺系统的固有频率,工作平稳,振动较小,适合加工精密零件。

高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一,不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统形同虚设,完全不起作用。由于高速切削的切削速度快,而高速加工线速度主要受刀具限制,因为在目前机床所能达到的高速范围内,速度越高,刀具的磨损越快。因此,高速切削对刀具材料提出了更高的要求,除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外,还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削刀具材料有:聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C,N)基金属陶瓷、涂层刀具fCVD)~超细晶粒硬质合金等刀具材料。

二、高速切削刀具的发展情况

金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。然而,由于天然金刚石价格昂贵,加工焊接非常困难,除少数特殊用途外,很少作为切削工具应用在工业中。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术,使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单,因此在超精密镜面切削的高技术应用领域,天然金刚石起到了重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料,是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN 微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石,但其氧化温度高达1360℃ ,且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此,虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备,但仍是适合钢类材料切削,具有高耐磨性的.优良刀具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料,也是国内外公认的用于硬态切削,高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。

陶瓷刀具。与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍,其红硬性比硬质合金高2～6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差,制约了它的应用推广,而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

涂层刀具。涂层材料的发展,已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层,经历了TiC-112o3-TiN 复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段,现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元复合薄膜材料,使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中,工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材料,横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金,化学稳定性和抗氧化性好,耐剥离磨损,耐氧化和扩散,具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。

三、高速切削刀具的具体应用情况

理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性,与工件有较小的化学亲和力,高的热传导系数,良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最后成型工艺,达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性,但由于较低的硬度和较差的高温稳定性,使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后,硬质相尺寸变小,粘结相更均匀地分布在硬质相的周围,提高了硬质合金的硬度与耐磨性,在硬切削中获得较广泛应用。

陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性,使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比,CBN刀具拥有更高的断裂韧性,因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度,高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此,具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具,但即使在低温下,其对黑色金属中铁的亲和力也很强,易引起化学反应,因此不能用于钢的硬切削。

一般而言,PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工;而CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工。故在模具加工中,特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工,CBN刀具性能最好,其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。

结论

高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式,极大提高了加工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合,改变了传统模具加工的工序流程。高速切削刀具作为高速切削技术的关键,随着技术的不断完善,将为模具制造带来一次全新的技术革新。

参考文献

[1] 韩福庆高速切削刀具材料的开发与选择[J] 化学工程与装备

[2] 周纯江叶红朝高速切削刀具相关关键技术的研究[J] 机械制造2008

[3]范炳良林朝平基于高速切削刀具锥柄系统的分析与研究[J] 机械设计与制造 2008

[4]马向阳李长河高速切削刀具材料[J] 现代零部件2008

[5]李鹏南张厚安张永忠胡忠举高速切削刀具材料及其与工件匹配研究[J] 工具技术2008

数控切削第6篇

关键词：数控加工刀具的选择切削用量

一、常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点。数控加工用刀具分为常规刀具和模块化刀具两大类。由于模块刀具的发展，数控刀具已逐渐形成标准化和系列化。数控刀具根据刀具结构可分为：整体式和镶嵌式。镶嵌式又可分为焊接或机夹式，机夹式又可分为不转位和可转位两种；还有减振式、内冷式和特殊形式（如复合刀具）。根据制造刀具所用的材料可分为：优质碳素工具；合金工具钢；高速钢；硬质合金；其他材料刀具，如陶瓷、金刚石、立方氮化硼刀具等。从切削工艺上可分为：车削刀具，分为外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到了广泛应用，无论是在数量上还是金属切除量上都占据了较高的比例。

数控刀具与普通机床上用的刀具在使用上相比，有许多不同的要求。主要有以下几个特点：第一，与普通机床上所用的刀具相比，数控加工刀具的刚性较好（尤其是粗加工刀具），精度高，耐磨性好。第二，数控加工刀具互换性好，便于快速换刀或实现自动换刀。第三，数控刀具的使用寿命及经济寿命指标较合理性。第四，数控加工刀具刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。第五，数控加工刀具刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。第六，数控加工刀具刀片及刀柄较通用化、系列化、标准化，有利于编程和刀具管理。

二、刀具的选择

刀具的选择是在数控编程中人机交互的状态下进行的，应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择的总原则是：除满足普通机床应具备的基本条件外，还要考虑刀具工作条件方面的因素，如切屑的断屑性能、刀具的安装调整方便，刚性、耐用度和精度等。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相匹配。例如，数控铣床或加工中心在生产零件时，平面零件周边轮廓的加工一般采用立铣刀；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；对立体型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。数控机床孔加工时，由于钻头的刚性和切削条件差，选用的钻头直径应满足L/D≤5（L为钻孔深度）。钻孔前先用中心钻定位，精绞前可选用浮动绞刀，镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头切削，以平衡镗削振动。在进行自由曲面加工时，为保证加工精度，切削行距一般取得很精密。由于球头刀具的端部切削速度为零，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方面都优于球头刀，因此，在不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度、精度与刀具价格关系极大。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。

在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工进行，辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽量利用数控机床的自动换刀功能，提高生产效率等。

三、切削用量的确定

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削深度、切削速度及进给速度等。对于不同的加工方法，要选择不同的切削用量。切削用量的选择原则是：粗加工时，以提高生产率为主，但也要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。具体数值可根据机床说明书、切削用量手册和经验而定。

1.切削深度

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，以最少的进给次数切除加工余量。因此，减少走刀次数是提高生产率的有效措施。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。

2.切削速度

提高切削速度也是提高生产率的有效途径，但切削速度与刀具材料、刀具耐用度的关系比较密切。随着切削速度的增大，刀具耐用度急剧下降。切削速度与加工的工件材料有很大关系，工件材料强度、硬度高低和塑性、韧性大小都会影响刀具切削速度。同一刀具加工硬材料时需要的切削力大，切削速度应降低；而加工较软材料时，需要的切削力小，切削速度可以提高。此外刀具的形状、切削角度、切削液的使用及机床性能都对切削速度有影响。

3.进给速度（又称进给量）

进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度以及刀具和工件材料来选择。进给速度的增加也可以提高生产效率，加工表面粗糙度要求低时进给速度可选择得大些，反之就小些。在加工过程中，进给速度也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度受设备刚度和进给系统性能等的限制。

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，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，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

（作者单位：邯郸工程高级技工学校）

数控加工切削参数优化研究第7篇

数控加工, 其主要基于计算机编程与控制技术出发, 通过数控机床自动完成工件加工的一种技术。目前, 针对数控加工中的切削加工进行优化时, 一般都是从加工路径与工艺参数等层面入手。其中, 对于加工路径的优化工作来说, 其已经取得较大的突破与进展, 大大提升了数控切削加工的工作效率与精确性, 但是针对工艺参数来说, 目前制造业在此方面的研究甚少, 依然无法形成一套成熟的优化体系, 这与数控加工参数优化的重要性存在一定的矛盾关系。因为总的来说, 参数优化不但关系到实际的生产效率与成本, 还关系到超频质量等, 对现代制造技术的向前具有绝对的影响作用。因此, 加强此方面的研究力度后, 必然可以进一步提高数控切削加工的工艺与技术水平。

2 优化理论具体应用

优化理论, 其从微积分诞生开始就在相关领域运用, 不过主要在航天、军事等层面运用, 少有涉及到制造业。而随着计算机通信与网络技术的深化发展, 优化理论的具体运用成本逐渐降低, 效率也在不断提升。同时, 其还衍生与延伸众多办法, 例如较为常见的有单纯形法、罚函数法以及共轭方向法等等, 其也在推动着优化方法的广泛运用, 为社会发展进程提供动力与经济效益、社会效益等等, 得到工业界的广泛重视与研究。到了1970年左右, 在信息技术的推动下, 早期人工智能、计算机仿真与辅助等技术开始全面融入制造业, 而优化理论也在这时被引进到制造业中。特别是对于数控加工来说, 在应用优化理论后, 其加工效率得到显著的提升, 加工质量与精度等也普遍加强, 成为现代制造业向前推动与发展的绝对性助力。

2 数控加工切削参数优化研究

2.1 构建优化模型

在构建优化模型的过程中, 要明确其主要目的是把机械设计所存在的问题从物理模型简化成一种数学模型, 从而可以通过数学计算办法对模型参数进行简单有效的计算, 获得优化参数具体值。在实际的操作上, 主要是基于设计要求出发, 对其相对应的目标函数进行确认, 从而把握具体设计的约束要求, 然后按照约束要求构建函数关系, 反映出所对应的变量与控制等条件, 形成参数对照优化模型。而在构建切削参数模型的过程中, 一般是先对机床的具体参数、刀具以及加工工件等进行确定, 然后对切削加工效率存在影响的几个重要因素进行确定 (例如, 切削速度、深度、宽度以及进给量等) , 接着基于刀具选用的差异性出发, 在进行多次试切后, 在确定具体的切削宽度、深度等变量, 并把两个变量直接假设为已知量, 这时只有进给量与切削速度等属于变量数值。

在确定具体的变量后, 根据目标函数构建具体的模型。其中, 最大生产率定为目标, 然后已知量与变量之间的关系构建函数:

在获得函数关系后, 对其对应的约束条件进行把握。而对于数控机床, 其在切削加工时较为容易受到主轴转速、进给力、进给量、机床功率、切削扭矩以及工件质量等因素限制。因此在加工时, 一般要满足符合下述的几个约束条件: (1) 对于数控机床, 在切削加工时所选用的速度要符合主轴转速的约束要求; (2) 对于进给量, 要符合每齿进给量的约束要求; (3) 在切削的过程中, 其进给力不能超过机床主轴所能承受的最大进给力; (4) 对于数控机床的切削功率, 一定不能超出机床所能承受的有效功率; (5) 在对工件进行加工时, 要根据标准满足具体的表面粗糙度要求。

2.2 选择合适优化算法

按照上述所建立的数学模型, 接下来将要选择最为合适的优化算法, 并把其编制成计算程序输入到控制计算机的存储器中, 然后再按照事前确定的算法获取最为优化的参数值。在研究课题中, 经过多层次的考量与分析后, 将选用到遗传算法为优化算法。而对于遗传算法, 其在运行的过程中先是通过随机的办法产生一个初始种群, 并在规定个体数目标准的基础上, 对有关个体染色体完成全部编码工作。接着对个体的适应度进行计算, 然后适应度的高低分别对应再生个体。相对来说, 个体的适应度较高时, 其所被选择的概率也较高, 而反之亦然。最后, 根据交叉概率与办法完成新个体的生成, 而新个体将又形成一个新种群, 并重复第二步骤。把遗传算法运用到切削加工参数优化工作后, 其参数所对应的变量与在群体中的适应值区域将通过计算获取, 并在完成解码后再次编码, 而通过重复的操作, 将可以把最大生产率区域确定在一定的范围内并不断缩小, 而算法将能够更为快速的获取最优值。在变化搜索区域时, 对于适应值在零以上的个体进行解码然后再编码, 对于适应值在零以下的个体则继续保持字符串编码, 因为在变换搜索区域之后, 对字符串编码进行变异操作, 让个体能够重新复活, 这样适应值也会随着提高。在适应度提高的背景下, 其将又更大的概率被选中, 而对于适应度较低的个体, 则会逐渐被淘汰掉, 在反复进行选择程序后, 其最终适应值中的最高数值将会被选择出来, 这也就是最为合适的切削参数。在获取计算结果后, 将可以通过对应模型完成有效分析与判断, 然后制定最为优化的设计方案。

2.3 判断分析优化结果

利用模型获得优化结果后, 接下来就要针对优化结果完成有效的判断与分析, 把之前所获得的结果基于加工经验出发, 完成切削参数和优化结果相应对比, 从而掌握该“优化结果”的优化价值, 并参考各项约束条件、切削加工数据要求等完成一一符合性的分析。而通过对比后, 我们发现通过优化结果可以较大的提升数控机床的工作效率, 并降低切削加工所花费的时间, 提高单个零件的加工效率与质量。同时, 其也明确了对切削参数完成优化后, 数控切削加工的效率得到较大的提高, 验证加工路径与工艺参数等两方面的优化对数控加工技术水平的提升有较大的推动作用。而通过具有的试验验证知道, 在完成切削参数优化后, 其单道工序大概降低0.96s切削时间, 而对于半精加工工序, 其切削时间的降低更为明显, 可以达到3.6s左右, 每个工件加工时间至少降低112s。

3 结论

综上所述, 数控切削加工参数对加工效率与质量具有较大的影响, 一个最为优化的加工参数可以确保工件质量, 提升加工效率, 还能进一步降低加工成本, 对整个制造业具有较大的影响。因此, 在往后的工作与学习上, 将把更多的精力放在此方面的优化研究工作上。

摘要：数控加工作为现代较为常用与先进的制造技术, 在整个工业制造中尚处于无可替代的地位, 对提高日常制造生产与效率起到较大的贡献。但是, 其所存在的技术问题同样无法忽视, 对日常加工、生产以及制造等工作具有一定程度的影响。因此, 本文主要基于数控加工出发, 对其切削加工时的参数优化进行研究, 希望能够提供一份浅陋的优化方案。

关键词：数控加工,切削,参数优化

参考文献

[1]李新宇.数控加工参数优化的研究现状与进展[J].航空制造技术, 2010 (11) .

[2]应培源.数控加工过程工艺参数优化的研究[D].吉林大学, 2013.

数控高速切削技术及刀具研究第8篇

1 高速切削的特点

高速切削加工技术与常规切削相比, 高速切削加工技术具有这些特点:

(1) 高速切削速度得到很大程度的提高, 在保持切削厚度不变条件下, 与之相应的进给速度可以提高5~10倍;切削速度和进给速度的大幅提高使材料切除率大大增加;空行程时间随着快速空行程速度的大幅提高而大大缩短, 机床的生产率获得了大幅提高。

(2) 在切削速度较低的情况下, 切削力随转速的增加而升高, 但达到某一临界速度值后, 随着转速继续增大, 切向切削分力反而下降, 不同刀具材料与工件材料在不同切削条件下有不同的临界切削速度。高速切削加工对于刚性差的薄壁细肋件的高速精密加工特别适合。

(3) 高速切削时, 单位时间内的材料去除率高, 切屑在极短时间内被切除, 产生的绝大部分切削热在短时间内来不及传给工件, 随着切屑被快速带走, 工件温度并不高, 工件热变形减少, 可避免热应力、热裂纹等表面缺陷, 这对于容易热变形零件的加工非常适合。

(4) 高速切削时, 机床主轴转速很高, 机床的激振频率远高于机床的固有频率, 因而工艺系统振动较小, 工作平稳, 提高了加工质量, 适合精密零件加工。

(5) 高速切削适合于难加工材料的加工。在常规切削时, 难加工材料的切削加工切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大、刀具磨损严重, 不仅切削效率低, 而且刀具寿命短。高速切削加工其切削速度可提高到100~1000m/min, 能够在一定程度上改善难加工材料的切削加工性, 提高工件加工表面质量。

2 高速切削刀具技术

实现高速切削加工的关键技术之一是刀具技术, 如果刀具不合适, 甚至会致使复杂、昂贵的加工系统或机床完全失去作用。高速切削的切削速度快, 但是刀具限制了高速加工的线速度。目前, 在机床所能达到的高速范围内, 刀具的磨损随着速度提高而加快。因此, 高速切削要求刀具材料具有更高的性能, 除了普通刀具材料的一些基本性能必须具备之外, 高速切削刀具特别还应具备良好的高温力学性能、高的耐热性、抗热冲击性及高的可靠性。

2.1 高速切削刀具材料

高速切削加工主要要求材料具有以下一些性能:良好的高温化学性能、热物理性能、抗涂层破裂性、化学稳定性、抗热振性和抗粘接性。必须按加工特性和被加工工件材质选择高速切削加工刀具材料, 并与合理的切削条件相配合, 才能充分发挥切削性能。陶瓷、金属陶瓷及立方氮化硼刀具适合于钢、铸铁等黑色金属的切削加工, 切削加工铝、镁等有色金属时, 宜选用PCD和CVD等刀具材料。而未来高速切削的目标是:铣削铝合金的切削速度为10, 000m/min, 铸铁为5, 000m/min, 普通钢材为2, 500m/min, 而钻削铝合金、铸铁、普通钢的速度为30, 000m/in、20, 000m/min和10, 000m/min。在未来高速和超高速加工中, Ti C (N) 基硬质合金刀具、涂层刀具、陶瓷刀具、超硬刀具材料 (如PCD、PCBN) 等刀具材料将发挥重要作用。

2.2 高速切削条件下旋转刀具的刀柄系统

高速切削时, 高速旋转刀具的刀体结构和可转位刀片的夹紧机构受到的离心力很大。在很大离心力的作用下, 要保持刀具的夹持力足够大。设计刀具的结构时, 要充分考虑到高速加工条件下的一些特殊因素。常规切削加工中, 数控机床普遍使用BT40 (7:24) 的实心长锥刀柄, 具有以下缺点:长锥刀柄与主轴的联接刚性差;安装刀具时采用ATC方式, 重复定位精度较低;主轴高速回转时, 在离心力作用下, 主轴前端会发生膨胀, 使主轴与刀柄锥面容易脱离, 安全性差。为了为解决传统刀柄仅仅依靠锥面定位导致的不利影响, 一些科研机构和刀具制造商研究开发了一种新型连接方式, 即两面约束过定位夹持系统, 它能使刀柄在主轴内孔锥面和端面同时定位。该系统的接触刚度和重复定位精度都很高, 并且夹紧可靠。从高速切削加工的速度日趋提高的发展趋势来看, 发展前景更为广阔的是锥度为1:10的短锥刀柄。目前, 两面约束的短锥刀柄主要有HSK、KM、NT、BIG-PLUS等几种, 其中HSK结构已列入国际标准。

2.3 高速切削刀具监测技术

高速切削加工时, 刀具的监测对于安全性十分重要。刀具监测技术主要包括通过监测机床功率以间接获得刀具磨损信息;通过监测切削力以控制刀具磨损;监测刀具断裂 (破损) 等。目前国内外对高速切削刀具监测技术的研究及开发应用还不够充分。由于声发射信号对刀具载荷比较敏感, 因此Myeony Chang Kang等利用声发射对高速切削中的刀具状况和刀具磨损进行监测, 并取得了较好的效果。

3 结语

高速切削加工技术因其具有高效、高精度、工序简化等优点, 广泛应用于汽车、航空航天、模具等行业, 大幅度地提高机械加工效率和加工质量。随着先进制造技术及材料技术和纳米技术的发展, 新的功能材料、陶瓷刀具、超硬刀具、涂层刀具等将得到广泛应用, 高速切削刀具系统的日趋完善, 将推动高速数控切削加工的发展。

摘要：高速数控切削加工已成为机械制造的主流发展方向。阐述了高速切削加工技术的概念、特点, 研究适合于高速切削的刀具材料、刀具结构、刀具监控技术。

关键词：高速切削,数控,刀具

参考文献

[1]刘虹, 周玉蓉.高速切削技术在数控加工中的应用[J].制造业自动化, 2011 (2)

数控高速切削特性及刀具材料选择第9篇

(一) 高速切削具有以下特性

1. 较高的加工效率。

随着切削速度的提高, 单位切削时间内材料切除率增加, 切削加工时间减少, 切削效率提高3~4倍, 加工成本降低20%~40%。

2. 较高的加工精度。

在高速切削加工范围内, 随着切削速度的提高, 切削力可减少, 工件变形减少, 特别是对大型框架件、刚性差的薄壁件和薄壁槽形的高精度、高效加工, 当前使用的高速加工机床以及高速加工刀具都具有相当高的精度。

3. 较高的加工表面完整性。

高速切削加工时, 切削以很高的速度排出, 切削热大部分被切削带走, 切削速度提高越大, 带走的热量越多, 传给工件的热量大幅度减少, 工件整体温升较低, 工件的热变形相对较小。因此, 有利于减少加工零件的内应力和热变形, 有利于获得低损伤的表面结构状态和保持良好的表面物理性能和化学性能。

4. 有效抑制切削振动的影响, 降低加工表面粗糙度。

转速的提高, 使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率, 切削振动对加工质量影响很小。因此, 高速切削即使采用较小的进给量, 仍能获得很高的加工效率, 表面粗糙度却得以极大改善。

5. 加工能耗低, 节约制造成本。

高速切削加工淬硬后的模具可减少甚至取代放电和磨削加工, 满足加工质量的要求, 加快产品开发周期, 降低成本。

(二) 高速加工常用刀具的选择

刀具切削性能的好坏, 取决于构成刀具的材料、几何参数及结构, 其中刀具材料对刀具寿命、加工效率和加工质量等的影响最大。高速切削刀具的实效主要是由于刀具材料的热性能不足引起的。高速干切削和硬切削加工黑色金属的最高速度主要受限于刀具材料的耐热性, 如加工钢和铸铁等黑色金属时, 最高速度只能达到加工铝合金的1/3和1/5之间, 原因是切削热使刀尖发生热破损;而高速切削中则会产生厚度变化的断续切削, 它们都会导致刀具内热应力高频率地周期变化, 加速刀具的磨损。因此, 高速切削除了要求刀具材料具备普通刀具材料的一些基本性能之外, 还突出要求刀具材料具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。

1. Ti C (N) 基硬质台金。

Ti C (N) 基硬质合金其性能介于陶瓷和硬质合金之间。由于Ti C (N) 基硬质合金有接近陶瓷的硬度和耐热性, 加工时与钢的摩擦系数小, 耐磨性能好, 且抗弯强度和断裂韧度比陶瓷高。因此, Ti C (N) 基硬质合金可作为高速切削加工刀具材料, 用于精车时, 切削速度可比普通硬质合金提高20%~50%。不仅可用于精加工, 而且也扩大到半精加工、粗加工和断续切削。

2. 硬质合金刀具。

硬质合金刀具能实现高速切削和硬切削, 在数控加工中普遍使用。为了满足各种难加工材料的切削需要, 开发出多种新型硬质合金, 包括采用高纯度的原材料, 采用先进工艺, 改变合金化学组分, 调整合金结构, 采用表面涂层技术等方式。这种刀具可以高速切削铁族元素材料、镊基和钴基高温合金、耐热不锈钢、焊接材料和超硬材料等。

3. 金刚石 (PCD) 。

金刚石刀具适合于加工非金属材料、有色金属及其合金, 目前金刚石刀具已经广泛应用于汽车、航空航天工业、国防工业中一些有色金属及其合金零部件的高速精密加工。在切削有色金属时, PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十甚至几百倍, 金刚石刀具是目前超精密切削加工领域中最主要的刀具。

4. 陶瓷。

陶瓷具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温性能, 与金属的亲和力小, 并且化学稳定性好。因此, 陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬度材料。陶瓷刀具多用于车、镗、端铣和刨的半精和精加工, 对于余量比较均匀的钢和铸铁件也用于粗加工。陶瓷刀具适于 (下转第144页) (上接第166页) 高速和小走刀量切削加工。要求功率大、转速高、刚性好与稳定性好的机床。

5. 立方氮化硼 (CBN) 。

立方氮化硼其结构与金刚石相似, 不仅晶格常数相近而且晶体中的结合键基本相同。CBN具有高于金刚石的热稳定性和对铁元素的高化学稳定性。可承受1200°C的切削温度, 且在高温度下 (1200~1300°C) 不与铁族金属发生化学反应。立方氮化硼刀具既能胜任淬硬钢 (45~65HRC) 、轴承钢 (60~62HRC) 、高速钢 (>62HRC) 、工具钢 (57~60HRC) 、冷硬铸铁的高速半精车和精车, 又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其它难加工材料的高速切削加工。

合理选择刀具材料不但能减少加工时间, 更重要的是能提高加工质量, 减少加工工序。此外, 对零件的加工质量还与机床性能、加工工艺设计、CAD/CAM软件参数设置等多方面知识与经验有关。现在高速切削技术已成为切削加工的主流, 我们只有掌握更多的高速加工知识, 才能加工出高质量产品, 给我们带来可观的经济效益。

摘要：高速切削是一种高效、优质的先进切削技术。因具有加工质量好、生产效率高等优点而得到广泛应用。为了适应高速数控加工技术的需要, 文章阐述高速切削刀具材料选择要求、切削特点及使用范围, 介绍了刀具在高速切削中的地位、高速切削对刀具材料的要求。

关键词：高速切削,刀具材料

参考文献

[1]王卫兵.高速加工数控编程技术[M].机械工业出版社, 2009.

[2]张伯霖.高速切削技术及应用[M].机械工业出版社, 2002.

[3]邓建新, 赵军.数控刀具材料选用手册[M].机械工业出版社, 2004.

[4]艾兴.高速切削加工技术[M].国防工业出版社, 2003.

数控加工中切削用量选择方法第10篇

关键词：数控加工,切削用量,三要素,原则,方法

在机械加工领域, 切削用量是关系到工件的加工质量、效率及生产过程成本等环节的重要因素, 切削用量的大小不仅能够影响机床主运动效果, 而且对于车床的进给运行也起到决定性作用。现阶段, 随着计算机辅助设计技术的不断发展和创新, 加之先进的数控机床在工业现场的大量普及, 以往在加工过程中难以解决的工艺问题逐渐变得简单和容易。高精度、高性能、高智能化数控设备的推广和应用改变了以往采用普通机加设备过分依赖操作者经验的缺点, 大量成熟的工艺规划程序、先进的数据库管理软件, 使操作者不需通过计算、查表及过多的人工操作即可实现不同刀具的随意切换、加工路径的自动优化, 真正实现了生产过程的人机交互。然而, 为了确保数控设备的精确运转, 使工件的加工精度符合工艺要求, 操作者在编程时应综合考虑数控加工过程的特点, 依据一定的原则和方法合理地进行切削用量的选择。

1 切削用量的选取原则

通常所说的切削用量三要素就是指在切削的过程中设备的主轴转速、刀具的每次进给量及背吃刀量, 而在我们的生产以及实践中, 切削用量的选取就是要以充分发挥机床及刀具的切削性能为原则, 最大限度地保证工件的加工过程质量及刀具的使用寿命, 使加工生产成本降至最低。通常情况下, 将切削用量的选取原则按照工件加工程度的不同分为以下两种:

1.1 粗加工时切削用量的选取原则

在工件进行粗加工时, 其切削用量的选取不仅要以提高生产率为目标, 而且要综合考虑企业的加工成本及其他经济性因素, 要把背吃刀量的最大化作为切削用量选取的首要原则。另外, 要结合数控设备的实际动力、刚性限制条件及刀具耐用程度等因素, 尽可能地选取最大的进给量和最佳的切削速度。

1.2 半精加工和精加工时切削用量的选取原则

在工件进行半精加工和精加工时, 其切削用量的选取不仅要参照粗加工后的余量来进行确定, 而且还要综合考虑工件已加工表面的粗糙度要求及刀具的耐用程度等因素, 选取最佳的背吃刀量、进给量及切削速度, 在确保工件加工质量的前提下, 最大可能地提高生产效率, 降低加工过程成本。

2 切削用量选择方法

2.1 背吃刀量ap的选择

A.粗加工时, 在留下精加工、半精加工的余量后, 尽可能一次走刀将剩下的余量切除。若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除, 也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些, 使刀口在里层切削, 避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。

B.当冲击载荷较大 (如断续表面) 或工艺系统刚度较差 (如细长轴、镗刀杆、机床陈旧) 时, 可适当降低ap, 使切削力减小。

C.精加工时, ap应根据粗加工留下的余量确定, 采用逐渐降低ap的方法, 逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时, 取ap=0.05~0.8mm。半精加工时, 取ap=1.0~3.0mm。

2.2 进给速度的选择

第一, 在粗加工的时候, 这时对工件的要求不是很高, 尤其是在表面的质量, f主要受刀杆、刀片、机床、工件等, 这些不管是在强度还是刚度都是达到所承受的切削力限制, 通常情况下这是由刚度来进行选择。工艺系统刚度好的时候, 是可以用大些的f;反之, 适当降低f。

第二, 在精加工以及半精加工时候, f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的, 取较小的f, 但又不能过小, 因为f过小, 切削厚度h D过薄, Ra反而增大, 且刀具磨损加剧。刀具的副偏角越大, 刀尖圆弧半径越大, 则f可选较大值。

2.3 切削速度VC的选择

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, 也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。在选择切削速度时, 还应考虑:应尽量避开积屑瘤产生的区域;断续切削时, 为减小冲击和热应力, 要适当降低切削速度;在易发生振动的情况下, 切削速度应避开自激振动的临界速度。

3 结语

随着工业现场数控设备使用量的逐年递增, 其核心的数控编程技术已经成为关乎企业生产效率, 影响产品质量的关键要素。而作为数控加工过程中的主要工艺步骤, 切削用量的选取则是数控编程过程中必须首要考虑的关键环节。通常情况下, 由于数控程序的编制是在人机交互状态下进行的, 因而在生产实践中就要求一线操作者必须熟练地掌握切削用量的选取原则, 根据现场生产状况, 确定合理的切削用量参数, 不仅要使数控机床的性能及优点得到最大程度的发挥, 而且还要不断提高工效, 使企业的产品质量与经济效益能够齐头并进。

参考文献

[1]王凯.数控加工的工艺设计[J].煤炭技术, 2006, (08) :15-17.

[2]李科, 吴立波, 高志贤.数控机床刀具半径补偿功能的应用[J].邯郸职业技术学院学报, 2008., (03) :71-72.

[3]崔文程, 马广辉.浅析数控铣床刀具半径补偿功能[J].吉林工程技术师范学院学报, 2010, (12) :98-99.

[4]周矿兵.浅析数控加工中切削用量的合理选择[J].甘肃冶金, 2011, (01) :65-66.

数控高速切削加工中表面品质的研究第11篇

0 前言

影响加工表面品质的因素主要有刀具材料、工件材料、刀具几何参数、切削参数和加工方式等,但在研究各种因素对加工表面品质影响之前,首先要对加工表面特征的形成有充分的认识和了解。在切削加工过程中,利用切削刀具的作用,使工件上的待切削层变成切屑,这样就形成了工件的已加工表面。

1 数控高速切削加工中的表面粗糙度研究

在数控高速切削加工中,随着切削速度的提高,积屑瘤会大大减少甚至可能消失,同时工件的塑性变形也会大幅度降低,这就是数控高速切削加工可以降低加工表面粗糙度的主要原因之一[2]。

1.1 钢及其合金在数控高速切削加工时的表面粗糙度

#45淬硬钢数控高速切削加工时的表面粗糙度的研究可以通过试验来完成。实验切削条件:切削刀具材料为LT55,刀具直径100mm,主偏角75°,轴向前角-5°,径向前角-7°,轴向切深0.5mm,径向切深5mm,单刃。

试验结果分析由图1可以看出,随着切削速度的提高,表面粗糙度在降低,但低速区域(200～600)m/min,表面粗糙度的变化不是很大;当切削速度达到一定值(>600m/min)后,表面粗糙度的降低幅度明显加快,在切削速度达到800m/min左右时,表面粗糙度达到最低,相当于磨削的程度,也就是常说的“以切代磨”;但是当切削速度再进一步增大,超过1000m/min后,Ra又迅速增大了,分析其原因主要是由于切削温度的升高使后刀面剧烈磨损而引起的。

1.2 铸铁数控高速切削加工时的表面粗糙度

目前,用来高速切削铸铁件的刀具材料主要有硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具等[4]。由下面的试验可以对硬质合金涂层刀具和陶瓷刀具(Si3N,基体)在不同切削速度下高速切削铸铁件所得到的表面粗糙度作出比较。切削试验条件:刀具材料为4030涂层硬质合金和Si3N4基陶瓷、刀具直径100mm,主偏角75°,轴向前角0°,径向前角7°,轴向切深为0.5mm,径向切深为5mm,每齿进给量为0.1mm,单刃。

由图中可以看出,在高速切削范围(500～800)m/min内表面粗糙度明显比较低切削速度范围(180～400)m/min内有所降低,已加工表面粗糙度达到最低,当但切削速度再进一步增大(达到800m/min以上)后,表面粗糙度又开始提高,分析其原因主要是因为切削速度的增大,使刀具磨损加剧,从而出现表面粗糙增大的现象。通过两种材料刀具加工的表面粗糙度比较,还可以发现陶瓷刀具在相同条件下加工的表面粗糙度要低于硬质合金涂层刀具,但切削速度的变化所引起的粗糙度变化程度是陶瓷刀具高于硬质合金涂层刀具。

2 数控高速切削加工中的表面残余应力研究

2.1 表面残余应力的产生原因

表面残余应力是指在切削加工后,在工件表层的局部位置所残留的压应力和拉应力,由于它们在各局部之间能够保持一定的均衡从而不在工件的外部表现出来,但它会使工件发生变形、开裂等非常严重的后果。如果能够使表面残余应力的大小和分布合理化,反而可以提高工件的表面硬度和抗疲劳强度,从而大大提高工件的使用寿命。随着数控高速切削加工在世界范围内的应用,研究高速加工中已加工表面残余应力的大小和分布就有着非常重大的意义。

2.2 刀具加工对表面残余应力的影响

表面残余应力的大小、性质和分布与刀具材料、工件材料和切削速度有着很大的关系。

a) 陶瓷刀具加工对表面残余应力的影响:通过试验可以看出采用陶瓷刀具切削不同硬度的钢材料时,切削速度对表面残余应力的影响是不同的。

试验条件1:工件材料为45号钢(退火状态)、SG-4陶瓷刀具、单刃、轴向前角和径向前角均为0°,每齿进给量0.01mm,切削深度1mm。实验结果如图3所示。

一般情况下,存在残余应力的表面深度范围在0.03mm,由图3可以看出,在已加工表面的表层呈现为拉应力,向内层逐渐减小并且转变为压应力,在到达峰值后又逐渐趋向于零[3]。还可以看出随着切削速度的增加,表面残余应力也是增大的,其原因在于:切削速度的增大使表层和里层的温差增大,从而增加了由热塑性引起的残余应力。

试验条件2:工件材料为T10A钢(HRC58-65),SG-4陶瓷刀具、单刃、轴向前角和径向前角均为-5°,每齿进给量0.05mm,切削深度0.30mm。实验结果如图4所示。

从图4可以看出,陶瓷刀具在铣削淬硬钢时,在已加工表面呈现出的是残余压力,切削速度的增加使表面的压应力略有减小,这主要是因为切削速度的增大使切削变形减小、切削力降低、工件表面受挤压程度减弱的结果。表面压应力对淬硬钢的使用是有积极意义的,它能在一定程度上提高工件的抗疲劳能力,延长使用寿命。

3 立方氮化硼(PCBV)复合刀具加工对表面残余应力的影响

在数控高速切削加工高硬度材料时,也常采用PCBN刀具,这主要是因为它具有高硬度(仅低于CBN刀具)。但PCBN刀具在具有高硬度的同时也具有很高的脆性,所以在使用之前都要进行负倒棱处理,实际上负倒棱在切削中起到了前刀面的作用,它对表面残余应力的影响是非常大的,所以要首先明确负倒棱对己加工表面残余应力的影响。它的影响主要表现在以下两个方面:

a) 加大了对已加工表面的挤压作用。它使表层金属发生更大的塑性变形、里层金属则发生更大的弹性变形,这样就在表层呈现为拉应力、里层呈现出压应力。

b) 加剧了表层金属组织的变化。它使刀具与工件之间的摩擦急剧增大,导致温度大幅度上升,可以达到1000℃,使表层金属的相变量增大,这样就在已加工表面的表层呈现压应力、里层呈现拉应力。

通过试验(试验条件:工件材料GCr15,刀具前角0°,后角6°,刃倾角0°,主偏角70°,副偏角20°,刀尖圆角半径0.8mm,切削速度80m/min,进给量0.08mm/r,切削深度0.1mm)得到图5。

由图5中可以看出:在已加工表面呈现为压应力,随着从表层向里层的过渡,压应力是逐渐减小的,其原因除了上面提到的两点以外,还因为后刀面对已加工表面起拉伸作用,后刀面与已加工表面的摩擦使表层金属纤维被拉长,使里层产生了残余拉应力、表层产生了残余压应力。

4 数控高速切削加工中的表面硬化研究

在数控高速切削加工后,由于各种因素的影响将会使工件已加工表面材料的硬度和强度有一定的提高,这种现象就称为加工表面硬化。

加工表面硬化的产生主要是由于塑性变形和切削热综合作用的结果,在加工表面的形成过程中,加工表面可以大致分为三层:1)加工表面的最外层(表层)主要是塑性变形层;2)中间一层是弹性变形层;3)最里层是没有发生变形的基体组织(原金属组织)层。表层金属由于塑性变形从而引起金属晶粒细化、破碎、扭曲和致密,最终产生所谓的非晶质层。

加工表面硬化对工件的机械性能和使用寿命都是有着一定影响的。表面硬化由于提高了表面硬度和强度,它一方面使工件的耐磨性得到提高,但另一方面又增加了工件表面的脆性,承受冲击载荷作用的能力降低了,同时也使得后续加工的难度增大,造成下道工序刀具的磨损。

不同加工条件下产生的加工表面硬化的程度是不同的,通常是以硬化层深度和硬化层的显微硬度来衡量加工硬化程度的。加工硬化程度可以表示为:

undefined

式中:HVd——工件材料加工硬化后的显微硬度;

HVo——工件材料加工硬化前的显微硬度。

通过试验可以得到数控高速切削加工速度对加工表面硬化的影响。

a) 试验条件:工件材料为T10A钢(HRC58～65),SG-4陶瓷刀具、单刃、轴向前角和径向前角均为-5°,每齿进给量0.063mm,切削深度0.3mm。

b) 试验结果:如图6所示。

c) 试验结论:随着切削速度的提高,加工表面硬化程度增强,这是因为随着切削速度的增加,切削温度升高,所以表面硬化程度增大。

5 小结

较高的加工表面品质是现代制造业所追求的目标之一,通过实验对几种常用金属材料在不同高速切削条件下所获得的表面品质进行测试,并进行了较为系统、全面的分析和探讨,得出了切削速度和刀具是影响加工表面品质的重要因素之一的重要结论。

参考文献