第八章加工中心的编程
§8-1 加工中心简介
一、概述
本书所涉及的加工中心是指镗铣类加工中心，它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段，又由于工件经一次装夹后，能对两个以上的表面自动完成加工，并且有多种换刀或选刀功能及自动工作台交换装置（APC），从而使生产效率和自动化程度大大提高。加工中心为了加工出零件所需形状，至少要有三个坐标运动，即由三个直线运动坐标X、Y、Z和三个转动坐标A、B、C适当组合而成，多者能达到十几个运动坐标。其控制功能应最少两轴半联动，多的可实现五轴联动、六轴联动。现在又出现了并联数控机床，从而保证刀具按复杂的轨迹运动。加工中心应具有各种辅助功能，如：各种加工固定循环，刀具半径自动补偿，刀具长度自动补偿，刀具破损报警，刀具寿命管理，过载自动保护，丝杠螺距误差补偿，丝杠间隙补偿，故障自动诊断，工件与加工过程显示，工件在线检测和加工自动补偿乃至切削力控制或切削功率控制，提供直接数控(DNC)接口等，这些辅助功能使加工中心更加自动化、高效、高精度。同样，生产的柔性促进了产品试制、实验效率的提高，使产品改型换代成为易事，从而适应于灵活多变的市场竞争战略。
二、工艺特点
加工中心作为一种高效多功能机床，在现代化生产中扮演着重要角色，它的制造工艺与传统工艺及普通数控加工有很大不同，加工中心自动化程度的不断提高和工具系统的发展使其工艺范围不断扩展。现代加工中心更大程度的使工件一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中，但一台加工中心只有在合适的条件下才能发挥出最佳效益。
(一) 适合于加工中心加工的零件
(1) 周期性重复投产的零件有些产品的市场需求具有周期性和季节性，如果采用专门生产线则得不偿失，用普通设备加工效率又太低，质量不稳定，数量也难以保证，以上两种方式在市场中必然淘汰。而采用加工中心首件（批）试切完后，程序和相关生产信息可保留下来，下次产品再生产时，只要很少的准备时间就可开始生产。进一步说，加工中心工时包括准备工时和加工工时，加工中心把很长的单件准备工时平均分配到每一个零件上，使每次生产的平均实际工时减少，生产周期大大缩短。
(2) 高效、高精度工件有些零件需求甚少，但属关键部件，要求精度高且工期短，用传统工艺需用多台机床协调工作，周期长、效率低，在长工序流程中，受人为影响容易出废品，从而造成重大经济损失。而采用加工中心进行加工，生产完全由程序自动控制，避免了长工艺流程，减少了硬件投资及人为干扰，具有生产效益高及质量稳定的特点。
(3) 具有合适批量的工件加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上，而且可以快速实现批量生产，拥有并提高市场竞争能力。加工中心适合于中小批量生产，特别是小批量生产，在应用加工中心时，尽量使批量大于经济批量，以达到良好的经济效果。随着加工中心及辅具的不断发展，经济批量越来越小，对一些复杂零件，5～10件就可生产，甚至单件生产时也可考虑用加工中心。
(4) 多工位和工序可集中的工件。
(5) 形状复杂的零件 四轴联动、五轴联动加工中心的应用以及CAD/CAM 技术的成熟、发展，使加工零件的复杂程度大幅提高。DNC 的使用使同一程序的加工内容足以满足各种加工需要，使复杂零件的自动加工成为易事。
(6) 难测量零件。
(7) 装夹困难或完全由找正定位来保证加工精度的零件不适合在加工中心上生产。
(二) 工序集中带来的问题
加工中心的工序集中加工方式固然有其独特的优点，但也带来一些问题，如：
(1) 粗加工后直接进入精加工阶段，工件的温升来不及回复，冷却后尺寸变动。
(2) 工件由毛坯直接加工为成品，一次装夹中金属切除量大、几何形状变化大，没有释放应力的过程，加工完了一段时间后内应力释放，使工件变形。
(3) 切削不断屑，切屑的堆积、缠绕等会影响加工的顺利进行及零件表面质量，甚至使刀具损坏、工件报废。
(4) 装夹零件的夹具必须满足既能克服粗加工大的切削力，又能在精加工中准确定位的要求，而且零件夹紧变形要小。
(5) 由于ATC 的应用，使工件尺寸、大小、高度都受到一定的限制，钻孔深度、刀具长度、刀具直径、重量等也要予以考虑。
(三) 各种加工中心的功能特点
(1) 立式加工中心 立式加工中心装夹工件方便，便于操作，找正容易，宜于观察切削情况，调试程序容易，占地面积小，应用广泛。但它受立柱高度及ATC 的限制，不能加工太高的零件，也不适于加工箱体。
(2) 卧式加工中心 一般情况下卧式加工中心比立式加工中心复杂、占地面积大，有能精确分度的数控回转工作台，可实现对零件的一次装夹多工位加工，适合于加工箱体类零件及小型模具型腔。但调试程序及试切时不宜观察，生产时不宜监视，装夹不便，测量不便，加工深孔时切削液不易到位（若没有用内冷却钻孔装置）。由于许多不便，卧式加工中心准备时间比立式更长，但加工件数越多，其多工位加工、主轴转速高、机床精度高的优势就表现得越明显，所以卧式加工中心适合于批量加工。
(3) 带APC 的加工中心 立式加工中心、卧式加工中心都可带有APC 装置，交换工作台可有两个或多个。在有的制造系统中，工作台在各机床上通用，通过自动运送装置，工作台带着装夹好的工件在车间内形成物流，因此这种工作台也叫托盘。因为装卸工件不占机时，因此其自动化程度更高，效率也更高。
(4) 复合加工中心 复合加工中心兼有立式和卧式加工中心的功能，工艺范围更广，使本来要两台机床完成的任务在一台上完成，工序更加集中。由于没有二次定位，精度也更高，但价格昂贵。
§8-2 加工中心的辅具及辅助设备
一、刀柄及刀具系统
在传统制造系统中刀具方面投资有限，但在现代制造系统中以每台加工中心配备60把刀具计算，每把刀具平均有三把姊妹刀，那么一台加工中心就可能要有180把刀具和相应数量的刀柄，再1234 图8-2 刀柄与拉钉
图8-1 刀具的组成
1－拉钉；2－刀柄；
3－联接器；4－刀具。
加上刀具准备和交换等费用，刀具系统方面的投资往往接近加工中心的费用。加工中心工具繁多，其利用率与加工中心利用率被放在同等地位看待。在自动化生产系统中如何管理工具系统不但是全局性的工作，而且对于单台加工中心来说，只有使用好这些工具才能充分发挥加工中心的效能，降低加工成本，提高加工精度，创造一个良好的局部。
加工中心所用的切削工具由两部分组成，即刀具和供自动换刀装置夹持的通用刀柄及拉钉，如图8-1所示。
(一)刀柄
在加工中心上一般采用7:24锥柄，这是因为这种锥柄不自锁，换刀比较方便，并且与直柄相比有高的定心精度和刚性，刀柄和拉钉已经标准化，各部分尺寸见图8-2和表8-1 ( JISB 6339 )所示。
在加工中心上加工的部位繁多使刀具种类很多，造成与锥柄相连的装夹刀具的工具多种多样，把通用性较强的装夹工具标准化、系列化就成为工具系统，如图8-3所示。
镗铣工具系统可分为整体式与模块式两类。整体式工具系统针对不同刀具都要求配有一个刀柄，这样工具系统规格、品种繁多，给生产、管理带来不便，成本上升。为了克服上述缺点，国内、外相继开发出多种多样的模块式工具系统，如图8-3所示。
a b
c d e
图8-3 加工中心用刀柄
a －直柄夹头；
b －钻削、攻丝刀柄；
c －端铣刀刀柄；
d －锯片铣刀刀柄；
e －拉钉；
f －
镗削刀柄；g －模块式刀柄；
h －内冷却刀柄；i －转角刀柄；j －背孔刀柄；k －多轴刀柄；l －自动测头；m －CNC 镗
削刀柄（U 轴）；n －找正器。
表8-1 刀柄及拉钉尺寸
f
g
h
i l k
j
m
n
有些场合，通用的刀柄和刃具系统不能满足加工要求，为进一步提高效率和满足特殊要求，近来已开发出多种特殊刀柄如下。
1.增速刀柄
现在的增速头能够支持ATC，日本NIKKEN公司的NXSE型增速头，在主轴4000r/min时，刀具转数可在0.8s内达到20000r/min。其结构特点主要有：行星齿轮增速机构，储油腔润滑方式，无接触密封方式，气体冷却方式。气体可从出气口排出，同时从无接触密封处吹出，避免脏物进入增速头。
2.内冷却刀柄
加工深孔时最好的冷却办法是切削液直接浇在切削部位，但这是不易达到的，尤其在卧式加工中心上。针对这种情况，国、内外研制了内部通切削液的麻花钻及扩孔钻。其配以专用的冷却油供给系统，工作时，高压切削液通过刀具芯部从钻头两个后面浇注至切削部位，起到冷却润滑的作用，并把切屑排出。
3.转角刀柄
前面介绍了五面加工中心价格昂贵，而配备转角刀柄则以最少的花费达到相近的效果。如NIKKEN公司的高刚性五面加工转角刀柄，其型号有30?、45?、60?、90?转角，非常适合于多品种少量生产，除使立式加工中心具有卧式的功能外，使用转角刀柄的原因还有对深型腔的底部清角工作。
4.多轴刀柄
能同时加工多个孔，多轴及增速刀柄的混合应用就成为多轴增速刀柄。
5.双面接触刀柄
双面接触式刀柄是一种新型的大振动衰减比的工具系统，其代表性特征有：①1:10锥度的短刀柄；②端面与锥部同时严密配合；③在端面配合处，刀柄与主轴除刚性接触外还有蝶簧接触，增大振动减衰比，增强工具系统的安定性。使用此种刀柄后，硬质合金刀具生产能力提高至110%，刀具寿命提高250%；高速钢刀具生产能力提高35%，刀具寿命提高80%。
6.接触式测头刀柄此刀柄使接触式测头固定在主轴上，实现传感器与机床的无接触信号联系，并支持ATC。
(二) 刀具系统
加工中心多工序集中，尤其在自动线上，连续工作时间更长。刀具只有具有高的切削性能才能充分发挥加工中心的优势。
现代数控机床不停顿地向高速、高刚性和大功率方向发展，如：A55加工中心，最高主轴转数为12000r/min。高速高精度加工正成为主流，而刀具必须适应这种需要。有人预计，不久硬质合金刀具车削和铣削低碳钢的最高线速度将由现在的300~400m/min，提高到500~800 m/min，陶瓷刀具切削灰铸铁的切削速度将由现在的600~800 m/min提高到1000~1500 m/min。当前在加工中心上越来越多的使用涂层硬质合金、涂层高速钢和陶瓷刀具。
加工中心上的刀具系统一般由钻削系统、端面铣刀系统、立铣刀系统、螺纹、槽加工刀具组成。
1．钻削系统
这里叙述一些钻头在加工中心上的应用，表8-2以三菱工具为例介绍了几种钻头。
型号
直径
示意图用途特点
MZE
Ф2.8～20 ·钢、铸铁
·自动机、加工中心、各种
机床
直线切削刃，刀尖强度
高，重磨容易，通用性好，
排屑性能好
MZS
Ф5～16 ·钢、铸铁、不锈钢、难加
工材料
·自动机、加工中心、各种
机床
直线型切削刃，刀尖强度
高，重磨容易，排屑槽采
用宽深槽，内部冷却式，
寿命长、效率高
新尖点钻Ф8～40 ·钢、铸铁、难加工材料
·加工中心、数控车床、通
用铣床等
无横刃,加工精度是高速
钢钻头的5倍以上可以高
效率加工，重磨容易
高速钻
Ф16～70 钢、铸铁
加工中心、数控车床、通用
铣床等
使用范围广，从一般进给
到大进给，碳钢、合金钢
能大进给加工
加工中心用枪钻Ф6～20 铸铁、轻合金专用用加工中心进行深孔加
工可以无导套加工深孔，
最大长径比L/D=20
为适应自动化生产，加工中心用钻头有其特殊处理。
(1) 钻头的表面处理，见表8-3。
种类特点目的用途
氧化处理（高压蒸气处理）Fe3O4氧化被1～3μm
防粘结，对加工非金属不适用
抗粘结用于加工普通不锈钢、软钢，不适合
加工铝等
氮化处理处理层30～50μm，表面硬度1000～
1300HV 耐磨损用于加工对刀具磨损性大的切削材料、铸铁、热硬化性树脂等
TiN涂层处理层2～3μm，表面硬度2000以
上，摩擦系数小，防粘结耐磨损用于加工难切削材料、硬度高的合金钢、不锈钢、耐热钢等
TiCN涂层处理层5～6μm表面硬度2700HV以
上耐磨性好，摩擦系数小抗粘结
耐磨损
用于干式切削、高速切削及对刀具使
用寿命要求高的切削
注：这些方法也适用于其他刀具。
(2) 钻头横刃的处理为了减小轴向切削力，除了修磨横刃外，使用新尖点钻是比较理想的选择，其无横刃结构使轴向切削力大幅降低。
(3) 切屑处理钻头工作时，切屑的形状对钻头的切削性能非常重要，形状不合适时，将引起细微的切屑阻塞刃沟（粉状屑、扇形屑）、长的切屑缠绕钻头（螺旋屑、带状屑）、长切屑阻碍切削液进入（螺旋屑、带状屑）等现象，为此可采用增大进给、断续进给、装断屑器等断屑方法，但都
有其缺点。而R形横刃修磨很好地达到了断屑要求，图8-4为双面接触刀柄、R形横刃内冷涂层钻头的切削效果。
2．镗削系统
见图8-3，加工中心的镗削系统普遍采用模块式刀柄及复合刀具。图8-5为复合镗刀的应用，图8-5(a)用于粗、精加工及倒角一次完成，图8-5(b)用于阶台孔同轴度要求高的场合，减少了ＡＴＣ动作次数。另外，镗刀刀杆内部可通切削液，使切削油直接冲入切削区，带走切屑及温度。
3．铣削系统
加工中心上常用的铣刀有端铣刀、立铣刀两种，特殊情况下也可安装锯片铣刀等。端铣刀主要用来加工平面，而立铣刀则使用灵活，具有多种加工方式，图8-6为立铣刀系统及针对不同加工方式的选用办法。
(a)
(b)
图8-4 高速钻孔图8-5 复合镗刀的应用
螺纹铣刀利用加工中心的３轴联动功能，使螺纹铣刀做行星运动，切削加工出内螺纹,只要一把螺纹铣刀就可加工出同螺距的各种直径的内螺纹。
二、自动化功能
1．刀具长度自动测量装置
在单台立式、卧式加工中心上，一般配备刀具长度自动测量装置，如图8-7所示。其工作过程是把刀库中刀具依次调出，测出刀长，并按刀具号存入系统的记忆装置中。此种功能特别适合于无刀具中心仓库的FMC及单台加工中心使用，其价格便宜、使用方便灵活。因为他是在机床内部直接对刀具进行测量，所以能补偿机床的热变形和刀具的磨损，从而实现高精度加工。另外利用适当的程序还可以测出刀具是否破损、掉落。
2．工件自动测量功能
能测出工件的对称中心、基准孔中心、基准角、基准边的坐标值，自动补偿工件坐标系的坐标值，去除安装误差。在加工过程中，能测量孔径、阶台高度差、孔距、面距等，如图8-8所示，测量结果可以通过打印机打印出来。根据测定结果，用适当的程序可自动补偿刀具的补偿量，然后进行再加工。以上两种功能都是用宏程序来实现，宏程序是具有变量的程序，可对变量进行读取和赋值，在编程中将以FNC系统为例有所介绍。
3．自适应控制功能
在粗加工时，机床可根据主轴负荷电流来控制进给速度，当切削负荷大时进给慢，反之进给快，当主轴负荷超过允许值时机床停止运转并报警。国内的蓝天等数控系统已能完成此工作，效果颇佳。
4．工具寿命监视及刀具破损检验功能
刀具寿命以分钟来衡量，通过工具寿命管理功能，机床可以在某刀具达到寿命极限时报警。在某工序或某工件加工前，可对刀具进行破损检验，若刀具破损或掉落则要进行替换。在加工中若刀具折断，机床刀可以根据切削力突变或超声波或光电方法测出事故。
5．预备刀具交换功能
当刀具达到寿命极限或破损时，机床可自动用预备好的姊妹刀替换并自动测长度，达到不间断作业的目的。另外有些加工中心配备工作台交换功能，当刀具在加工中突然断裂时机床并不停止，而是把工件送出工作机，送入下一工件进行加工，达到不间断物流的目的。
三、常用工具
1．对刀器
对刀器的功能是测定刀具与工件的相对位置。其形式多样，如：对刀量块，电子式对刀器(图8-9)。对刀块有淬火钢、硬质合金及陶瓷材料的。
2．找正器
找正器的作用是确定工件在机床上的位置，即确定工作坐标系，它有机械式及电子式两种。电子式找正器需要内置电池，当其找正球接触工件时，发光二极管亮，其重复找正精度在2 m以内。图8-10为其应用（测量孔径、阶台高、槽宽、直径及4轴加工时坐标系设定）。
4．攻丝系统
丝锥装在丝锥夹头上进行攻丝，为了避免丝锥折断，丝锥夹头有３～５ｍｍ浮动距离，有的攻丝夹头能在攻到盲孔底时保护丝锥不会折断。在螺纹加工刀具中，内冷丝锥、加工中心丝锥、螺旋铣刀是专门为加工中心设计的。
图8-6 立铣刀选用办法
3．刀具预调仪
此设备在机床外部对刀具的长度、直径进行测量和调整，还能测出刀具的几何角度，测量时不占机动工时。
四、辅助轴
在三坐标加工中心上，加工表面的繁杂程度是有限制的，而且有些表面即使能加工，精度也不高。如果刀轴矢量与曲面法向不重合，刀具长度和半径不准确时将造成加工误差。而对于回转体零件、螺旋曲面、多倾斜孔箱体、桨叶等复杂零件，即使是五面加工中心也没办法。这时只能使用四坐标或五坐标加工中心利用四轴或五轴联动实现加工目的。但从另一方面，不能因为某类零件或某个零件而购置价格昂贵的五轴加工中心，这时可以考虑选用辅助回转轴，如图8-11所示。四轴加工中心与五轴加工中心常见的加工零件如图8-12所示。
另外，在大型零件或箱体零件、模具型腔的加工中，常遇到局部的不规则回转体加工。针对这种情况，最好采用U 轴控制。CNC 镗头可从刀库调出，并完成刀柄与机床控制系统的联接。加工时，主轴带动镗刀旋转，同时镗头U 轴按数控程序横向移动实现加工功能，实际上它是在加工中心上进行车削。
五、夹具系统
图8-7 刀具长度自动测量 图8-8 工件在线检测 图8-9
对刀器 图8-10
电子式找正器
图8-11
辅助回转轴
图8-12 四轴与五轴加工中心常见的加工零件
1.夹具种类
制造自动化系统的夹具系统主要由机床夹具、托盘、自动上下料装置三部分组成，本书涉及到的是机床夹具。根据加工中心机床特点和加工需要，其夹具类型主要有专用夹具、组合夹具、通用夹具和成组夹具。
2.夹具选择
在加工中心上，要想合理应用夹具必须对加工中心的加工方式有深刻了解(图8-6、图8-12)，同时还要考虑加工零件的精度，批量大小，制造周期，制造成本。
一般的选择顺序是单件生产中尽量用虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑用可调整夹具，最后选用专用夹具和成组夹具。设计和选用夹具时，不能和各工序刀具轨迹发生干涉。如：有时在加工箱体时刀具轨迹几乎包容了整个零件外形，为了避免干涉现象发生，可把夹具安置在箱体内部。
在现代生产中，还广泛采用液压、气动夹具、电动夹具、磁力夹具等，可根据不同情况做出选择。
卧式加工中心广泛采用刚性夹具体，其与组合夹具的夹具体基本相同，只是刚性更好，装夹在回转工作台上。使用时配上通用夹具元件，如：压板、垫铁、螺钉等，也可装夹组合夹具的标准元件。采用两个以上刚性夹具体，配上APC系统，就可以实现不占用机动时间装夹工件的功能，从而提高效率，若安装在托盘上，就可以形成物流，兼具单件生产及批量生产的特点。所以，其有高的使用价值和低的价格，应用广泛。
3.装夹工件
前边提到加工中心上夹具必须有大的夹紧力和高的精度，不仅如此，对于某些零件还要考虑到要产生小的夹紧变形，否则工件被松开后恢复变形就不合格了，因此夹具的夹紧点的确定是十分重要的。
有些情况下零件的应力变形和夹紧变形情况是十分严重的，甚至不得不采用粗、精加工分开，二次装夹的方法，减小工件变形。如：低刚性的零件，高精度零件等。此外，是否采用二次装夹的方法还取决于零件加工前后的热处理安排。如：需淬火的模具型腔，可采用粗加工，淬火，高速精加工的方法。
三、切削条件的计算方法：
１.计算公式：
主轴转速：S ＝D V 1000 V ：切削速度（m/min ）其数值由刀具种类、刀具材料及工件材料确定见表８-５
π：圆周率[3.14]
D ：刀具直径（mm ）
S ：主轴转速（r.p.m ）
进给速度：F ＝S · Z · f Z ：刀具刃数
f ：每刃进给量其数值见表８-５
F ：进给速度（mm/min ）
攻丝进给速度：Ｆ＝Ｓ×螺距
除此之外主轴转速和进给速度还与切削深度有关，例如铣削粗加工每层切深Ｈ＜刀具直径Ｄ。
２．常用刀具加工45＃钢切削速度Ｖ值和每刃进给量ｆ值参数表８-５
刀具种类
刀具材料 切削速度Ｖ（m/min ） 每刃进给量ｆ(mm/ｚ) 粗加工 精加工 面铣刀
硬质合金 60～200 0.05～0.15 0.01～0.05 端铣刀
高速钢 20～30 0.05～0.15 0.01～0.05 中心钻
高速钢 8～15 0.02～0.05 － 钻头
高速钢 10～20 0.03～0.08 － 铰刀
高速钢 3～7 － 0.01～0.03 丝锥
高速钢 3～7 － － 镗刀
高速钢 15～25 0.02～0.08 0.005～0.02
白钢刀 刀具类型 最大加工 深度（mm） 普通长度（mm） 刃长/刀长 普通加长（mm） 刃长/加长 主轴转速 （r/m） 进给速度 （mm/min） 吃刀量 （mm） D32 120 60/125 106/186 300～400 500～1000 0.1～1 D25 120 60/125 90/166 300～400 500～1000 0.1～1 D20 120 50/110 75/141 500～700 500～1000 0.1～1 D16 120 40/95 65/123 500～800 500～1000 0.1～0.8 D12 80 30/80 53/110 500～1000 500～1000 0.1～0.8 D10 80 23/75 45/95 800～1000 500～1000 0.2～0.5 D8 50 20/65 28/82 800～1200 500～1000 0.2～0.5 D6 50 15/60 不存在800～1200 500～1000 0.2～0.4 R8 80 32/92 35/140 800～1000 500～1000 0.2～0.4 R6 80 26/83 26/120 800～1000 500～1000 0.2～0.4 R5 60 20/72 20/110 800～1000 500～1000 0.2～0.4 R3 30 13/57 15/90 1000～1500 500～1000 0.2～0.4 飞刀 刀具类型最大加工深 度（mm） 普通长度 （mm） 普通加长 （mm） 主轴转速 （r/m） 进给速度 （mm/min） 吃刀量 （mm） D63R6 300 150 320 700～1000 2500～4000 0.2～1 D50R5 280 135 300 800～1500 2500～3500 0.1～1 D35R5 150 110 180 1000～1800 2200～3000 0.1～1 D30R5 150 100 165 1500～2200 2000～3000 0.1～0.8 D25R5 130 90 150 1500～2500 2000～3000 0.1～0.8 D20R0.4 110 85 135 1500～2500 2000～2800 0.2～0.5 D17R0.8 105 75 120 1800～2500 1800～2500 0.2～0.5 D13R0.8 90 60 115 1800～2500 1800～2500 0.2～0.4 D12R0.4 90 60 110 1800～2500 1500～2200 0.2～0.4 D16R8 100 80 120 2000～2500 2000～3000 0.1～0.4 D12R6 85 60 105 2000～2800 1800～2500 0.1～0.4 D10R5 78 55 95 2500～3200 1500～2500 0.1～0.4 U G 学习群：1 8 3 9 6 0 8 9 6 欢迎大家的加入！
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２０１０年０１月（下旬）第０９卷第０３期 总 第２００期
硬质合金高速切削铝合金时刀具材料 和切削用量的选择
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（湖南铁道职业技术学院，湖南 株洲 ４１２００１） 摘 要：硬质合金是切削有色金属的主要刀具材料之一。本文阐述了硬质合金高速切削加工铝合金时硬质合金刀具材 料、切削用量的选择。 关键词：硬质合金；铝合金；高速切削；刀具材料；切削用量 The Choice of Cutting-tool Material of Cemented Carbide and Cutting Dosage When Aluminum Metal Alloy Be High-speed Cutted with Cemented Carbide LIU Chu-yu ，XIONG Jian-wu ，ZHOU Jin (Hunan Railway Professional-Technology College,Hunan 412001,China) Abstract:The cemented carbide is one kind of cutting-tools to cut the color metals.This paper elaborated the characteristic of cemented carbide cutting-tools,the choice of cutting-tool material of cemented carbide and cutting dosage when aluminum metal alloy be high speed cutted with cemented carbide. Key words:Cemented carbide;The aluminum alloy;High speed cutting;Cutting-tool material;Cutting dosage
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Ｋ类和Ｍ类硬质合金刀具适合于高速切削加工铝合金
磨性、抗弯强度和抗崩刃性，而且高温硬度也将提高。超 细晶粒硬质合金比同样成分的普通硬质合金的硬度可提高 ２ＨＲＡ以上，抗弯强度可提高６００～１５００ＭＰａ。超细晶粒硬质 合金含ｗ（Ｃ）为９％～１５％，硬度达到９０～９３ＨＲＡ，抗弯强度 Ｏ 达２０００～３５００ＭＰａ。早期，超细晶粒多用于Ｋ类合金，近年 来Ｍ类和Ｐ类也向晶粒细化方向发展。目前，各国都研制出 了多种牌号的细晶粒和超细晶粒硬质合金。我国生产的细 晶粒硬质合金有ＹＳ２、ＹＭ０５１及ＹＤ０５等牌号。株洲硬质合金 厂等企业对超细晶粒硬质合金也实现了批量生产。 ＩＳＯ（国际标准化组织）将切削用硬质合金分为三类： ①Ｋ类，包括Ｋ１０～Ｋ４０，相当于我国的ＹＧ类（主要成分为 ＷＣ－Ｃ Ｏ）。②Ｐ类，包括Ｐ０１～Ｐ５０，相当于我国的ＹＴ类（主要 成分为ＷＣ－ＴＩＣ－ＣＯ）。③Ｍ类，包括Ｍ１０～Ｍ４０，相当于我国的 ＹＷ类（主要成分为ＷＣ－ＴＩＣ－ＴａＣ（ＮｂＣ）－Ｃ）。 Ｏ １．２ 硬质合金刀具的特性 与其他刀具相比，硬质合金刀具的特性如下：（１）高 硬度：硬质合金刀具是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬 质相）和金属粘结剂（称粘接相）经粉末冶金方法而制成 的，其硬度达８９～９３ＨＲＡ，远高于高速钢，在５４００Ｃ时硬度仍 可达８２～８７ＨＲＡ，与高速钢常温时硬度（８３～８６ＨＲＡ）相同。 硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量、粒度和金属粘 接相的含量而变化，一般随粘接金属相含量的增多而降 低。（２）抗弯强度和韧性：常用硬质合金的抗弯强度在 ９００～１５００ＭＰａ范围内。金属粘接相含量越高，则抗弯强度 也就越高。硬质合金是脆性材料，常温下其冲击韧度仅为 高速钢的１／３０～１／８。（３）导热系数：由于ＴｉＣ的导热系数
１．１ 硬质合金刀具的种类 按主要化学成分区分，硬质合金可分为碳化钨基硬质 合金和碳（氮）化钛（ＴｉＣ（Ｎ））基硬质合金。碳化钨基硬 质合金包括钨钴类（ＹＧ）、钨钴钛类（ＹＴ）和添加稀有碳 化物类（ＹＷ）三类，它们各有优缺点，主要成分为碳化钨 （ＷＣ）、碳化钛（ＴｉＣ）、碳化钽（ＴａＣ）、碳化铌（ＮｂＣ） 等 ， 常 用 的 金 属 粘 接 相 是 ＣＯ。 在 ＹＴ类 硬 质 合 金 中 加 入 ＴａＣ（ＮｂＣ）可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧度、高温 硬度、高温强度、抗氧化能力和耐磨性。常用牌号有ＹＷ１和 ＹＷ２（ 国 际 上 为 Ｍ类）。ＹＷ类合金兼具ＹＧ、ＹＴ类合金的性 能，综合性能好，它既可用于加工钢料，又可用于加工铸 铁和有色金属，常被称为通用合金。碳（氮）化钛基硬质 合金是以ＴｉＣ为主要成分（有些加入了其他碳化物或氮化 物）的硬质合金，常用的金属粘接相是ＭＯ 和Ｎｉ。 按晶粒大小区分，硬质合金可分为普通硬质合金、细 晶粒硬质合金和超细晶粒硬质合金。硬质合金晶粒细化 后，硬质相尺寸小，增加硬质相晶粒表面积、晶粒间的结 合力，粘接相更均匀地分布在其周围，可以提高硬质合金 的硬度与耐磨性；如果适当提高钻含量，还可以提高抗弯 强度。超细晶粒硬质合金是由晶粒极小的ＷＣ粒子和Ｃ粒子构 Ｏ 成，是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，它具有硬质 合金的高硬度和高速钢的强度。普通硬质合金晶粒度为３～ ５μｍ，一般细晶粒硬质合金的晶粒度为１．５μｍ左右，亚微 细粒合金为０．５～１μｍ，而超细晶粒硬质合金ＷＣ的晶粒度在 ０．５μｍ以下。晶粒细化后，不但可以提高合金的硬度、耐
收稿日期：２００９－１２－１４ 修回日期：２０１０－０１－０５ 基金项目：２００６年湖南省高等学校研究项目（编号０６Ｄ０６２）和湖南铁道职业技术学院课题（编号Ｋ２００６０１６）资助。 作者简介：刘楚玉（１９６５－），男，湖南株洲籍，本科，讲师、高级技师，研究方向为机械设计与制造。 熊建武（１９６４－），男，湖南安化籍，工学硕士，教授、高级工程师，研究方向为机械设计与制造。
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重型车床刀具及切削用量的选择 1.引言 重型机械加工行业的特点是被加工件的尺寸很大，重量很重（有的可达上百吨），因此重型加工用卧式车床的回转直径可达到6米，立式车床更可达到10余米。与普通切削加工相比，由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、进给速度慢等特点，因此其加工工艺与普通的机械切削加工工艺有很大不同，这些工艺问题包括刀具的选择、刀具的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等各个方面。本文对重型车床切削加工不同加工阶段的特点分别作如下论述。 2.刀具的选择 机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼（cbn）、陶瓷等。由于重型切削的特点（切削深度大，余量不均，表面有硬化层），刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高，尽管切削速度处于积屑瘤发生区，但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤的生成，所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击，刀具涂层后硬度可达80hrc，具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可以大大提高刀具耐用度（涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍）等优点，但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片，故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。陶瓷类刀具硬度高，但抗弯强度低，冲击韧性差，不适用于余量不均的重型切削，cbn刀具同样也存在这个问题。综合以上分析，只有硬质合金刀具适合于重型切削的粗加工。硬质合金分为钨钴类（yg）、钨钴钛类（yt）和碳化钨类（yw）。加工钢料时，由于金属塑性变形大，摩擦剧烈，切削温度高，yg类硬质合金虽然强度和韧性较好，但高温硬度和高温韧性较差，因此在重型切削中很少应用。与之相比，yt类硬质合金刀具适于加工钢料，由于yt类合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好，在加工钢料时刀具磨损较小，刀具耐用度较高，因此yt类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。然而在低速切削钢料时，由于切削过程不太平稳，yt类合金的韧性较差，容易产生崩刃，而且在加工一些高强度合金材料时，它的耐用度下降很快，无法满足使用要求。如电站用机械产品工作于高温、高压、高转速的环境中，对材料（如26cr2ni4mov、mn18cr18）机械性能的要求非常高；而一些高硬度轧辊，表面硬度在淬火后可达hs90，yt类刀具在加工此类产品时就无法胜任，在这种情况下应选用yw类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具（如643等）。细晶粒合金的耐磨性好，更适用于加工冷硬铸铁类产品，效率较yw类刀具可提高一倍以上。 精加工阶段同样要求刀具耐磨损，但是精加工阶段的磨损形式是以粘蚀磨损为主，这时的切削速度虽然有了很大提高（可达到40m/r），但由于工件材质等原因，仍然会产生积屑瘤，当积屑瘤增长到一定高度时会从刀具上剥离，将接触部位的刀具材料带走一部分，形成刀具的磨损。同时，剥离的积屑瘤会扎进工件表面，形成硬点，降低加工表面质量。因此，如果精加工时仍然采用普通硬质合金刀具，则刀具磨损非常快，换刀次数增多，不仅影响加工效率，也易在工件表面形成接刀痕迹，影响外观质量。解决这个问题的办法就是改变刀具材料。在实际加工中发现涂层刀具比较适合重型切削的精加工，刀具的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦，减少了积屑瘤的发生，降低了刀具的磨损，延长了刀具的寿命。实际加工中，我们采用瓦尔特公司的涂层硬质合金刀片，在加工45cr4nimov支撑辊时，刀具耐用度提高了一倍；但使用陶瓷刀具未达到预期效果，当切削速度达到100m/min时，刀片的磨损显著加快，这是因为陶瓷刀具与金属材料之间由于亲和作用加剧了刀具的磨损。高速钢刀具在精加工阶段得到了广泛的应用，由于高速钢刀具的锋锐性较好，经常用于精加工阶段的光整工序以去除微小余量，目前来看，其它刀具还无法完全取代高速钢刀具的作用。 3.刀具角度的选择
常用切削速度計算公式 一、三角函數計算 1.tanθ=b/a θ=tan-1b/a 2.Sinθ=b/c Cos=a/c 二、切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。 2.1 铣床切削速度的計算 Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：線速度(m/min) π：圓周率(3.14159) D：刀具直徑(mm) 例題. 使用Φ25的銑刀Vc為(m/min)25 求S=?rpm Vc=πds/1000 25=π*25*S/1000 S=1000*25/ π*25 S=320rpm 2.2 车床切削速度的計算计算公式如下 v c=( π d w n )/1000 (1-1) 式中 v c ——切削速度 (m/s) ； dw ——工件待加工表面直径（ mm ）； n ——工件转速（ r/s ）。 S：轉速(rpm) 三、進給量(F值)的計算 Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz F：進給量(mm/min) S：轉速(rpm) Z：刃數 Ｆz：(實際每刃進給) 例題.一標準2刃立銑刀以2000rpm)速度切削工件，求進給量(F 值)為多少？(Ｆz=0.25mm) Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz Ｆ＝2000*2*0.25 Ｆ＝1000(mm/min) 四、殘料高的計算 Scallop＝（ae＊ae）／8R Scallop：殘料高(mm) ae：XY pitch(mm) R刀具半徑(mm) 例題. Φ20R10精修2枚刃，預殘料高0.002mm，求Pitch為多 少？mm Scallop=ae2/8R 0.002=ae2/8*10 ae=0.4mm 五、逃料孔的計算 Φ＝√２Ｒ2 Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Φ：逃料孔直徑(mm) R刀具半徑(mm) D：刀具直徑(mm) 例題. 已知一模穴須逃角加工(如圖)， 所用銑刀為ψ10；請問逃角孔最小 為多少？圓心座標多少？ Φ=√２Ｒ2 Φ=√２＊５２ Φ=7.1(mm) Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Ｘ、Ｙ＝１０／４
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度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。 图3-15 切削速度对切削力的影响 切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。 ⑶刀具几何参数的影响 ①前角的影响前角γo加大，被切削金属的变形减小，切削厚度压缩比值减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。因此，切削力减小。但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆铜等)，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。 ②负倒棱的影响前刀面上的负倒棱(如图3-16a)，可以提高刃区的强度，
熊建武周进陈湘舜 （湖南铁道职业技术学院机电工程系，湖南株洲 412001） 摘要：金刚石是切削有色金属的优选刀具材料。本文阐述了金刚石刀具材料的特性，切削加工铝合金时PCD刀具材料粒度和复合片厚度、几何角度、切削用量的选择。 关键词：金刚石；刀具材料；粒度；切削用量；选择 The Choice of the Material and the Cutting Parameter when Aluminum Alloy Cutted by Diamond Cutting-tools XIONG Jian-wu,ZHOU Jin,CHEN Xiang-shun (Department of Machine and Electricity Enginerring,Hunan Railway Professional-Technology College,Zhuzhou 412001 China) Abstract：Diamond is the best material of cutting-tools to cut nonferrous metals.This paper discussed the specific property of diamond cutting-tools,the choice of the size and thickness of PCD cutting-tools,the choice of degree of cutting-tools and cutting parameter,when the aluminum alloy cutted by diamond cutting-tools. Key words：diamond;material of cutting-tools;size;cutting parameter;choice 1 金刚石刀具材料的特性适合于切削加工铝合金 金刚石的热稳定性比较差，切削温度达到8000C时，其硬度就会大大降低。金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料，因为，金刚石与铁有很强的化学亲合力，在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构，刀具极容易损坏。金刚石刀具主要适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。采用单晶金刚石刀具，在超精密车床上可实现镜面加工。 单晶金刚石刀具是目前超精密切削加工领域中最主要的刀具，其刃口可磨得非常锋利，刃口钝圆半径可达20～30nm，加工工件表面粗糙度极小，可达Ra为0.01μm的镜面水平，且刀具寿命很高，刃磨一次可以使用几百个小时。目前，单晶金刚石刀具广泛应用于加工计算机磁盘基片、录像机磁鼓、激光反射镜、各种天文望远镜、显微镜、光学仪器。 聚晶金刚石（PCD）刀具主要用于加工耐磨有色金属及其合金和非金属材料，与硬质合金刀具相比，能在很长的切削过程中保持锋利刃口和切削效率，使用寿命远远高于硬质合金刀具。PCD刀具应用领域分布为：车削占37.6％、镗削占27.1％、面铣占20％、铰削占14.1％、钻削占1.2％。目前，PCD刀具已经广泛应用于汽车、摩托车、航空航天工业、国防工业中一些难加工的有色金属及其合金零部件的高速精密加工。据统计，在PCD刀具的使用领域中，汽车、摩托车占53%，飞机占10%，木材及塑料加工占26%，其他占11％。
质量+效率+成本控制=效益怎么计算各中加工中心刀具的切削速度浏览次数：202次悬赏分：10 | 解决时间：2011-3-3 10:15 | 提问者：zhaoqizhi521 问题补充： 例如：（16，20，25，32，50，63，80，125）平面铣刀，（1~20）涂层合金立铣刀，（1~30)钨钢钻，（6~80）镗刀（（求切削速度切削用量））不是公式，公式我知道，就是刀具的切削用量，切削速度！！ 最佳答案 S=Vc*1000/*D F=S*fz*z 刀具线速度（刀具商提供）乘以1000再除去再除掉刀具直径就等于主轴转数； 主轴转数乘以每齿进刀量（刀具不同进刀量不同）再乘以刀具总齿数就等于进给速度； 高速钢铣刀的线速度为50M/MIN 硬质合金铣刀的线速度为150M/MIN 切削用量的话是每齿切削之间。 切削速度为转速*齿数*每齿进给。 不锈钢的话*80% 铝合金本身材料很软,主轴转速应当高点(刀具能承受的情况下),进给速度要竟量小点,如果进给大的话排屑就会很困难,只要你加工过铝,不难发现刀具上总会有粘上去的铝,那说明用的切削液不对, 做铝合金进给可以打快一点 每一刀也可以下多一点
转数不能打的太快10MM F1500 20MM F1200 50MM F1000 加工中心-三菱系统的操作步骤与刀具应用 (2009-04-23 09:02:03)转载标签：数控刀具转速进给杂谈 三菱系统操作： 1，打开机床开关—电源接通按钮 2，归零：将旋钮打到ZRN—按循环启动键，三轴同时归零。（也可以xyz分开来归零：将 旋钮打到ZRN—按Z+，X+,Y+,一般要先将Z轴归零）注意：每次打开机床后，就要归零。 3，安装工件（压板或虎口钳） 4，打表（平面和侧面）侧面打到2丝之内，表面在5丝之内，最好再打一下垂直度。 5，中心棒分中，转速500. 6，打开程序，看刀具，装刀具，注意刀具的刃长和需要的刀长，绝不能装短了。7，模拟程序—传输程序。 8，将旋钮打到DNC，进给打到10%，RAPID OVERRIDE打到0%—然后在RAPID上在0%~25%上快速转换。刀具会在工件上方50mm处停顿一下，当刀具靠近工件时需要特别注意。进给需要打到零。看看刀具与工件的距离与机床显示的残余值是否对应。 9，最后调整转速与进给。
金属基本原理及刀具习题 一. 填空题 1.普通外圆车刀的刀头是由（ 3 ）个面（2 ）个刃（1 ）个尖组成的。 2.正交平面参考系由3各平面组成，分别是（切削平面）、（基面）、（正交平面）。 3.标注刀具角度时，静止状态所指的三个假设条件分别是：1.（进给速度为零）2.（刀尖 与工件中心线等高）3.（刀杆安装成与工件中心线平行或垂直）。 4.静止状态下定义的刀具角度称为刀具的（标注）角度，它是刀具设计、制造、测量的 依据。 5.组成普通外圆车刀的三个平面应标注的6个独立角度分别是：（γo、αo、κr、λs 、 αoˊ、κrˊ）。 6.在车刀的6各独立角度中，（γo、λs）确定前刀面的方位；（αo、κr）确定后刀面 的方位；确定副后刀面方位的角度是（αoˊ、κrˊ）。 7.在车削多头螺纹或大螺距螺纹时，因（纵向进给量）值较大，则必须考虑由此引起的角 度变化对加工过程的影响。 8.在车床上用切断刀切断时，越到工件中心，刀具的前角越大，后角越（小）。 9.在车床上车外圆时，刀尖相对于工件中心线安装的越高，车削半径越小，车刀的工作后 角就越（小）。 10.按整体结构，车刀可以分为四种：（整体式）、（焊接式）、（机夹式）、（可转位式）。 11.在机床上加工零件时，最常用的刀具材料是（高速钢）、（硬质合金）。 12.积屑瘤是在（中等偏低）切削速度加工（塑性）材料条件下的一个重要物理现象。 13.由于切削变形复杂，用材料力学、弹性、塑性变形理论推倒的计算切削力的理论公式与 实际差距较大，故在实际生产中常用（经验公式）计算切削力的大小。 14.在切削塑性材料时，切削区温度最高点在前刀面上（距离刀尖有一定距离）处。 15.刀具的磨损形态包括（前刀面磨损或月牙洼磨损）、（后刀面磨损）、（边界磨损）。 16.切削用量三要素为（切削速度υC）、（进给量f）、（背吃刀量ap）。 17.切削运动一般由（主运动）和（进给运动）组成。 18.切削层参数包括：（切削厚度）、（切削宽度）、（切削面积）。 二.选择题 单选 1.在正交平面内测量的基面与前刀面的夹角为（A）。 A前角；B后角；C主偏角；D刃倾角； 2.刃倾角是主切削刃与（B ）之间的夹角。 A切削平面；B基面；C主运动方向；D进给方向； 3.背吃刀量是指主刀刃与工件切削表面接触长度（D ）。 A在切削平面的法线方向上测量的值；B在正交平面的法线方向上测量的值； C在基面上的投影值；D在主运动及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值； 4.切削塑性材料时，切削区温度最高点在（B ）。 A刀尖处；B前刀面上靠近刀刃处；C后刀面上靠近刀尖处；D主刀刃处； 5.车削加工时，车刀的工作前角（D）车刀标注前角。 A大于；B等于；C小于；D有时大于，有时小于； 6.在背吃刀量ap和进给量f一定的条件下，切削厚度与切削宽度的比值取决于（C ）。
CNC常用计算公式 一、三角函数计算 1.tanθ=b/a θ=tan-1b/a 2.Sinθ=b/c Cos=a/c 二、切削速度的计算 Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：线速度(m/min) π：圆周率(3.14159) D：刀具直径(mm) S：转速(rpm) 例题. 使用Φ25的铣刀Vc为(m/min)25 求S=?rpm Vc=πds/1000 25=π*25*S/1000 S=1000*25/ π*25 S=320rpm 三、进给量(F值)的计算 Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz F：进给量(mm/min) S：转速(rpm) Z：刃数 Ｆz：(实际每刃进给)
例题.一标准2刃立铣刀以2000rpm)速度切削工件，求进给量(F 值)为多少？(Ｆz=0.25mm) Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz Ｆ＝2000*2*0.25 Ｆ＝1000(mm/min) 四、残料高的计算 Scallop＝（ae＊ae）／8R Scallop：残料高(mm) ae：XY pitch(mm) R刀具半径(mm) 例题. Φ20R10精修2枚刃，预残料高0.002mm，求Pitch为多少？mm Scallop=ae2/8R 0.002=ae2/8*10 ae=0.4mm 五、逃料孔的计算 Φ＝√２Ｒ2Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Φ：逃料孔直径(mm) R刀具半径(mm) D：刀具直径(mm) 例题. 已知一模穴须逃角加工(如图)， 所用铣刀为ψ10；请问逃角孔最小为多少？圆心坐标多少？ Φ=√２Ｒ2 Φ=√２＊５２ Φ=7.1(mm) Φ10銑刀(0.0)
Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Ｘ、Ｙ＝１０／４ Ｘ、Ｙ＝2.5 mm 圆心坐标为(2.5,-2.5) 六、取料量的计算 Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００ Ｑ：取料量(cm3/min)ae：XY pitch(mm) ap：Z pitch(mm) 例题. 已知一模仁须cavity等高加工，Φ35R5的刀XY pitch 是刀具的60%，每层切1.5mm，进给量为2000mm/min，求此刀具的取料量为多少？ Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００ Ｑ＝35*0.6*1.5*2000／1000 Ｑ＝63 cm3/min 七、每刃进给量的计算 Ｆz＝ｈm * √(Ｄ／ap ) Ｆz：实施每刃进给量ｈm：理论每刃进给量 ap：Z pitch(mm) D：刀片直径(mm) 例题 (前提depo XY pitch是刀具的60%) depoΦ35R5的刀，切削NAK80材料ｈm为0.15mm，Z轴切深1.5mm，求每刃进给量为多少？
技师评审论文 专业：数控车工 浅谈数控加工中刀具选择和切削用量的确定 姓名：刘胜华 班级：074101 学号：07 指导老师：陈兵 单位：江苏省盐城技师学院邮编：224002 2010-3-17
浅谈数控加工中刀具选择和切削用量的确定【摘要】：在切削加工中不仅要确定刀具的几何参数，还需选择切削用量的参数。本文从加工零件的形状入手简单的讨论了数控加工中刀具的选择，从零件的加工质量和刀具的耐用度入手简单的讨论了切削用量的选择。在切削深度A p和进给量F c初步选定后，合理的选择切削速度对切削效率和加工成本也有很大的影响。 【关键词】：数控加工；刀具选择；切削用量等。 无论在普通车床加工还是在数控加工中，刀具选择和切削用量的确定不仅影响加工效率，而且直接影响零件加工精度和表面粗糙度。现在我们使用的许多机械设计与制造软件都提供自动编程功能，只要选择好所用的刀具、切削用量等有关的加工参数，就可以自动生成程序并传输至数控机床完成其加工。这与普通车床的加工形成鲜明的对比，也是最大的不同点。因此，本文在数控编程中必须面对的刀具如何选择和切削如何用量确定问题进行了论述。 一、数控加工常用刀具材料的类型及性能
数控加工刀具必须适应数控机床高速旋转、高效率的特点，还需有较好的工艺性、经济性。工具钢还应具有比较好的热处理工艺性。在选择刀具材料时，很难找到各方面都很好的，因为材料硬度与韧性之间、综合性能和刀具价格之间都是相互制约的。 ㈠、数控刀具的分类有多种方法具体如下。 1、根据结构可分为：整体式、镶嵌式。 2、根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、陶瓷刀具等。 3、从切削工艺上可分为：车削刀具、钻削刀具、铣削刀具等。 各类常用刀具材料的物理力学能如表1： 表1各类常用刀具材料的物理力学性能 材料种类相对 密度 硬度 H R C 抗弯 能力 冲击 韧度 导热 率 耐热 性 切削速度 大体比值 碳素钢7.6-8 .1 60-6 5 2.16-----41.8 7 200- 250 0.32-0.4 合金7.5-760-6 2.35----41.8300-0.48-0.6
合理的选用数控车床的切削用量及刀具 摘要：刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控加工的效率，而且直接影响加工质量。本文从数控加工中刀具的分类与特点入手，分类说明在数控自动编程中，刀具合理选用的重要意义。 关键词：刀具；编程；数控加工；合理选用 当今，几乎所有的CAD/CAM软件包都提供自动编程的功能，这些软件一般在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只需设置有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床加工完成。显然，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控技术加工的特点，正确选择刀具及切削用量。 一、数控加工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，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。 1.数控刀具的分类方法 根据刀具结构可分为整体式、镶嵌式、特殊型式（如复合式刀具、减震式刀具等）；若采用焊接或机夹式联结，机夹式又可分为不转位和可转位两种；根据刀具的材料可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、其他材料刀具（如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等）；按切削工艺上可分为车削刀具（分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等）、钻削刀具（包括钻头、绞刀、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、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类： 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。 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。
θ=b/a θ=tan-1b/a θ=b/c Cos=a/c Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：线速度(m/min) π：圆周率 D：刀具直径(mm) S：转速(rpm) 例题. 使用Φ25的铣刀Vc为(m/min)25求S=rpm Vc=πds/1000 25=π*25*S/1000 S=1000*25/ π*25 S=320rpm Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz F：进给量(mm/min) S：转速(rpm) Z：刃数 Ｆz：(实际每刃进给) 例题.一标准2刃立铣刀以2000rpm)速度切削工件，求进给量(F 值)为多少(Ｆz= Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz
Ｆ＝2000*2* Ｆ＝1000(mm/min) Scallop＝（ae＊ae）／8R Scallop：残料高(mm) ae：XYpitch(mm) R刀具半径(mm) 例题.Φ20R10精修2枚刃，预残料高，求Pitch为多 少mm Scallop=ae2/8R =ae2/8*10 ae= Φ＝√２Ｒ2 Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Φ：逃料孔直径(mm) R刀具半径(mm) D：刀具直径(mm) 例题. 已知一模穴须逃角加工(如图)， 所用铣刀为ψ10；请问逃角孔最小 为多少圆心坐标多少 Φ=√２Ｒ2 Φ=√２＊５２ Φ=(mm)
Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Ｘ、Ｙ＝１０／４ Ｘ、Ｙ＝ mm 圆心坐标为, Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００ Ｑ：取料量(cm3/min) ae：XYpitch(mm)ap：Zpitch(mm) 例题. 已知一模仁须cavity等高加工，Φ35R5的刀XYpitch是刀具的60%，每层切，进给量为2000mm/min，求此刀具的取料量为多少 Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００ Ｑ＝35***2000／1000 Ｑ＝63 cm3/min Ｆz＝ｈm * √(Ｄ／ap ) Ｆz：实施每刃进给量ｈm：理论每刃进给量ap：Zpitch(mm) D：刀片直径(mm) 例题(前提depo XYpitch是刀具的60%) depoΦ35R5的刀，切削NAK80材料ｈm为，Z轴切深，求每刃进给量为多少 Ｆz＝ｈm * √(Ｄ／ap ) Ｆz＝*√10/
《金属切削原理与刀具》试题（1） 一、填空题（每题2分，共20分） 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有 、 、 ；非金属材料有 、 等。 2．刀具的几何角度中，常用的角度有 、 、 、 、 和 六个。 3．切削用量要素包括 、 、 三个。 4．由于工件材料和切削条件的不同，所以切削类型有 、 、 和 四种。 5．刀具的磨损有正常磨损的非正常磨损两种。其中正常磨损有 、 和 三种。 6．工具钢刀具切削温度超过 时，金相组织发生变化，硬度明显下降，失去切削能力而使刀 具磨损称为 。 7．加工脆性材料时，刀具切削力集中在 附近，宜取 和 。 8．刀具切削部分材料的性能，必须具有 、 、 和 。 9．防止积削瘤形成，切削速度可采用 或 。 10．写出下列材料的常用牌号：碳素工具钢 、 、 ；合金工具钢 、 ；高速 工具钢 、 。 二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错）（每题1分，共20分） √1．钨钴类硬质合金（YG ）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属 及非金属。 √2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。 √3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。 ×4．刀具磨钝标准VB 表中，高速钢刀具的VB 值均大于硬质合金刀具的VB 值，所以高速钢刀具 是耐磨损的。 √5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内容。 √6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。 √7．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成45°夹角滑移 的过程。 ×8．积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。 ×9．切屑在形成过程中往往塑性和韧性提高，脆性降低，使断屑形成了内在的有利条件。 √10．一般在切削脆性金属材料和切削厚度较小的塑性金属材料时，所发生的磨损往往在刀具的 主后刀面上。 √11．刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削条件，提高刀具寿命，可以增加切削用量，提 高生产效率。 √12．进给力f F 是纵向进给方向的力，又称轴向力。 √13．刀具的磨钝出现在切削过程中，是刀具在高温高压下与工件及切屑产生强烈摩擦，失去正 常切削能力的现象。 √14．所谓前刀面磨损就是形成月牙洼的磨损，一般在切削速度较高，切削厚度较大情况下，加 工塑性金属材料时引起的。 √15．刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。 √16．粗加工磨钝标准是按正常磨损阶段终了时的磨损值来制订的。 √17．切削铸铁等脆性材料时，切削层首先产生塑性变形，然后产生崩裂的不规则粒状切屑，称 为崩碎切屑。 √18．立方氮化硼是一种超硬材料，其硬度略低于人造金刚石，但不能以正常的切削速度切削淬 火等硬度较高的材料。
切削力计算的经验公式 通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种：一是指数公式，二是单位切削力。 1 ．指数公式 主切削力(2-4) 背向力(2-5) 进给力(2-6) 式中F c————主切削力（ N）； F p————背向力（ N）； F f————进给力（ N）； C fc、 C fp、 C ff————系数，可查表 2-1； x fc、 y fc、 n fc、 x fp、 y fp、 n fp、 x ff、 y ff、 n ff------ 指数，可查表 2-1。
K Fc、 K Fp、 K Ff---- 修正系数，可查表 2-5，表 2-6。 2 ．单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用 kc表示，见表 2-2。 kc=Fc/A d=Fc/(a p·f)=F c/(b d·h d) (2-7) 式中A D -------切削面积（ mm 2）； a p ------- 背吃刀量（ mm）； f - ------- 进给量（ mm/r）； h d -------- 切削厚度（ mm ）； b d -------- 切削宽度（ mm）。 已知单位切削力 k c ,求主切削力 F c F c=k c·a p·f=k c·h d·b d (2-8) 式 2-8中的 k c是指 f = 0.3mm/r 时的单位切削力，当实际进给量 f大于或小于 0.3mm /r时，需乘以修正系数K fkc，见表 2-3。
表 2-3 进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数 K fkc， K fps
《金属切削原理》作业（一） 一、填空题： 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金；非金属材料有陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。 2．刀具的几何角度中，常用的角度有前角、后角、副后角、主偏角、副偏角和刃倾角六个。 3．切削用量要素包括切削速度、进给量、背吃刀量三个。 4．由于工件材料和切削条件的不同，所以切屑类型有带状切屑、挤裂切屑、 单元切屑和崩碎切屑四种。 5．刀具的磨损有正常磨损的非正常磨损两种。其中正常磨损有前刀面磨损、后刀面磨损 和边界磨损三种。 6．一般在精加工时，对加工表面质量要求高时，刀尖圆弧半径宜取较小。 7．加工脆性材料时，刀具切削力集中在刀尖附近，宜取较小前角和较小后角。8．刀具切削部分材料的性能，必须具有高的硬度、良好的强度和韧性、良好的耐磨性和 良好的工艺性及经济性。 9．防止积屑瘤形成，切削速度可采用高速或低速。 10．常用的切削液有水溶液、乳化液和切削油三大类。采用硬质合金 刀具时，由于刀具红硬性，故一般不使用切削液。 二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错） 1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料， 有色金属及非金属。（√） 2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。（√）3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。（√） 4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB值，所以高 速钢刀具是耐磨损的。（×） 5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内容。（√）
第八章加工中心的编程 §8-1 加工中心简介 一、概述 本书所涉及的加工中心是指镗铣类加工中心，它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段，又由于工件经一次装夹后，能对两个以上的表面自动完成加工，并且有多种换刀或选刀功能及自动工作台交换装置（APC），从而使生产效率和自动化程度大大提高。加工中心为了加工出零件所需形状，至少要有三个坐标运动，即由三个直线运动坐标X、Y、Z和三个转动坐标A、B、C适当组合而成，多者能达到十几个运动坐标。其控制功能应最少两轴半联动，多的可实现五轴联动、六轴联动。现在又出现了并联数控机床，从而保证刀具按复杂的轨迹运动。加工中心应具有各种辅助功能，如：各种加工固定循环，刀具半径自动补偿，刀具长度自动补偿，刀具破损报警，刀具寿命管理，过载自动保护，丝杠螺距误差补偿，丝杠间隙补偿，故障自动诊断，工件与加工过程显示，工件在线检测和加工自动补偿乃至切削力控制或切削功率控制，提供直接数控(DNC)接口等，这些辅助功能使加工中心更加自动化、高效、高精度。同样，生产的柔性促进了产品试制、实验效率的提高，使产品改型换代成为易事，从而适应于灵活多变的市场竞争战略。 二、工艺特点 加工中心作为一种高效多功能机床，在现代化生产中扮演着重要角色，它的制造工艺与传统工艺及普通数控加工有很大不同，加工中心自动化程度的不断提高和工具系统的发展使其工艺范围不断扩展。现代加工中心更大程度的使工件一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中，但一台加工中心只有在合适的条件下才能发挥出最佳效益。 (一) 适合于加工中心加工的零件 (1) 周期性重复投产的零件有些产品的市场需求具有周期性和季节性，如果采用专门生产线则得不偿失，用普通设备加工效率又太低，质量不稳定，数量也难以保证，以上两种方式在市场中必然淘汰。而采用加工中心首件（批）试切完后，程序和相关生产信息可保留下来，下次产品再生产时，只要很少的准备时间就可开始生产。进一步说，加工中心工时包括准备工时和加工工时，加工中心把很长的单件准备工时平均分配到每一个零件上，使每次生产的平均实际工时减少，生产周期大大缩短。 (2) 高效、高精度工件有些零件需求甚少，但属关键部件，要求精度高且工期短，用传统工艺需用多台机床协调工作，周期长、效率低，在长工序流程中，受人为影响容易出废品，从而造成重大经济损失。而采用加工中心进行加工，生产完全由程序自动控制，避免了长工艺流程，减少了硬件投资及人为干扰，具有生产效益高及质量稳定的特点。 (3) 具有合适批量的工件加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上，而且可以快速实现批量生产，拥有并提高市场竞争能力。加工中心适合于中小批量生产，特别是小批量生产，在应用加工中心时，尽量使批量大于经济批量，以达到良好的经济效果。随着加工中心及辅具的不断发展，经济批量越来越小，对一些复杂零件，5～10件就可生产，甚至单件生产时也可考虑用加工中心。 (4) 多工位和工序可集中的工件。