切削技术

第一章3d銑削技術
1.銑削參數
我們的加工流程中﹐工件加工的面粗度﹐加工時間的快慢在很大程度上都取決於我們對參數設置的合理性。那我們通過以下公式對這些參數進行瞭解。
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)
s：轉速(rpm)
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
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＝√２ｒ2ｘ、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
ｘ、ｙ＝2.5 mm
圓心座標為(2.5,-2.5)
六、取料量的計算
ｑ＝（ae＊ap＊ｆ）／１０００
ｑ：取料量(cm3/min)　ae：xy pitch(mm) ap：z pitch(mm)
例題.已知一模仁須cavity等高加工，φ35r5的刀xy pitch是刀具的60%，每層切1.5mm，進給量為2000mm/min，求此刀具的取料量為多少？
ｑ＝（ae＊ap＊ｆ）／１０００
ｑ＝35*0.6*1.5*2000／1000
ｑ＝63 cm3/min
七、每刃進給量的計算
ｆz＝ｈm *√(ｄ／ap )
ｆz：實施每刃進給量ｈm：理論每刃進給量 ap：z pitch(mm)
d：刀片直徑(mm)
例題(前提world xy pitch是刀具的60%)
worldφ35r5的刀，切削nak80材料ｈm為0.15mm，z軸切深1.5mm，求每刃進給量為多少？
ｆz＝ｈm *√(ｄ／ap )
ｆz＝0.2*√10/1.5
ｆz＝0.5mm
沖模刀口加工方法
　刀口加工深度＝板厚－刀口高＋鉆尖（０．３ｄ）
　ｄ表示刀徑
鑽頭鑽孔時間公式
ｔ（ｍｉｎ）＝ｌ（ｍｉｎ）／ｎ（ｒｐｍ）＊ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）
＝πｄｌ／１０００ｖｆ
ｌ：鑽孔全長　ｎ：回轉數　ｆ：進刀量系數
ｄ：鑽頭直徑　ｖ：切削速度
如圖孔深ｌ鑽頭孔全長ｌ　則ｌ＝ｌ＋ｄ／３
ｔ＝ｌ／ｎｆ＝πｄｌ／１０００ｖｆ
系數表ｆ直徑ｍｍ進刀ｍｍ／ｒｅｖ
　1.6~3.20.025~0.075
3.2~6.40.05~0.15
　6.4~12.80.10~0.25
12.8~250.175~0.375
25以上　　0.376~0.625
１英寸＝２５．４ｍｍ＝８分
２５．４／牙數＝牙距管牙計算公式
例如　２５．４／１８＝１．４１４　牙距為５／１６絲攻
馬力（槍鑽）
ｗ＝ｍｄ＊ｎ／９７．４１０
　ｗ：所要動力（ｋｗ）
ｍｄ：扭矩（ｋｇ－ｃｍ）
　ｎ：回轉數（ｒ.ｐ.ｍ）
扭矩計算公式如下：
ｍｄ＝１／２０＊ｆ＊ｐｓ＊
ｆ為進給量ｍｍ／ｒｅｖ系數
ｒ為鑽頭半徑賽（ｍｍ）
α：切削抵抗比值ｐｓ．在小進給時，一般鋼為５００ｋｇ／ｍ㎡；一般鑄鐵為
３００ｋｇ／ｍ㎡；
2.銑削策略
我們在加工過程中,要做到:1.無人化加工;2.刀具無折損。這就使得製作程式的方式及方法顯得極為重要?為此制定出如下銑削策略供大家共同參考:
一?決定粗銑加工的刀具
在選擇粗銑刀時要考慮機器的馬力?進給及轉速?其次要考慮所加工工件的尺寸與形狀?要在節省時間的情況下?盡快將粗銑加工完成?粗加工優先選用不過中心的刀具。
二?決定精銑加工的刀具
選擇主要的精銑刀具?加工部位應盡可能遵循80:20原則?80代表80%的部位將被加工到位?20代表20%的部位留給後面的刀具加工?決定精銑刀具首先應考慮機器的轉速?其次應考慮工件的形狀及尺寸?其選擇原則如下:
1.檢測工件之最小r角及切削加工的最深點?決定刀具的直徑及長度,一般要求底部r角比刀具r角大0.50mm.
2.加工深度不要超過精銑刀具直徑的5倍(如直徑10mm?加工深度不要超過50mm)。當刀具伸出長度於4d以下時可依刀具切刖數據公式全速切削使用若超過5d時則依條件減半使用。
3.精銑刀具盡量選擇刃數多的刀具。
我們通過公式: vc=dπn/1000得出d=1000 vc/dπ
精加工線速度vc以300m/m?n為機台的最高轉速?得出精加工時所使用的刀具的最小直徑?這只要考慮精銑80%面的刀具?不考慮清角的刀具。
4.刀具這偏擺在0.015mm以內。
三?決定粗銑與精銑程式之間的刀具
選擇原則為:
1.確保精銑加工的安全性?包括工件之餘量?轉角r的大小;
2.決定精銑刀前一把刀具的直徑一定要小於或等於精銑刀具;
3.最後一把刀的r角一定要小於或等於精銑加工之刀具的r角;
4.等高加工的刀具一定要大於粗銑刀具或前一把等高加工刀個的一半;
5.等寬加工前的刀具?等高刀具必須是過中心刀具?因為過中心刀具留料少?使得等寬加工時刀具負荷減少?切削輕松?且等寬刀具一定要大於或等於等高刀具,避免轉角留料多使得加工變得困難。
採用等高路徑作精加工時?為避免因底面殘料過多面產生過切?在等高精銑時應將工件零點上升0.03mm加工?等寬路徑直接加工至工件直正的零點即可?現在我們以下圖所示之工件為例作一詳細分析
如上圖所示,工件長450.0mm寬440.0mm高319.09mm?所要銑削的z軸最大範圍為269.09mm.
1)決定粗銑刀具
考慮此工件之形狀,大小及銑削深度?我們第一把刀選用φ42r5(五角刀片)?將工件最大輪廓邊界向外補正(r+1)=5+1=6mm?然後進行粗加工。
2)決定精銑刀具
按80:20的加工理念進行選擇刀具?此工件不但型狀大而深﹐而且型腔部位凸台多,考慮到刀具的夾持長度及銑削麵的大小﹐為保証工件尺準確性﹐先用φ15r3.5沿中間破開分別採用45度和135度等寬加工型腔﹐φ25r5等高等寬加工四周靠破面﹐最後用φ2r0.5將凸台精銑到位。
3)決定粗銑刀與精銑刀之間的刀具
根據等高加工之刀具一定要大於粗銑刀具的一半?得出φ42r5的刀具粗銑完後?等高刀具應大於φ21?若選用φ30r5或φ25r5刀具又有點較大?最重要的是此工件型腔凸台較多﹐φ42r5粗銑完後凸台部位留料較多﹐且此工件加工面深?加工時有一定的困難?所以我們選用過中心φ24r6的刀具作為第二把中銑刀?根據等寬加工前的刀具必須大於前一把刀具?得出第三把刀應為φ25r5的刀具?再因精銑前一把刀具必需大於或等於精銑刀﹐為將殘料減小到最小﹐所以選用過中心刀具﹐得出第四把刀具為φ13r3.5。
4)精銑後去出殘料刀具
根舉world原則﹐等高銑削刀具一定要小於或等於前一把刀﹐得出精銑後第一把去殘料刀具應為φ8r2﹐其次為φ5r2.5﹐φ3r0.5﹐最後再用φ2r0.4中銑一次。
在以後的程式製作過程中?只要嚴格遵照上面的加工策略進行製作?你將會得到意想不到的效果。
我們提供一種安全﹐簡易的選刀方法(供參考)。把刀具分為以下兩個系列。當我們在系列中選擇了一把精銑刀具﹐然後就在另一個系列選對﹐粗中銑刀具。
例﹕如選取d10r3作為精銑刀﹐就可以不加思索在另一系列中依次選取d35﹑d20﹑d12﹑d8這幾把刀作為粗中銑刀具﹐這們選出的刀具就一定符合world銑削策略。
d42(r1﹐r5) d35(r1﹐r5)d32(r8)
d25(r1﹐r3.5﹐r5)d24(r6) d20(r1﹐r3.5﹐r5﹐r10)
d15(r3.5) d16(r1﹐r8) d12(r1﹐r3.5﹐r6) d13(r3.5)
d10(r3﹐r5) d8(r2﹐r4)
d6(r1﹐r3) d5(r0.8﹐r2.5)
d4(r0.6﹐r2) d3(r0.5,r1.5)
d3(r0.5,r1.5) d2(r0.4﹐r1)
d2(r0.4﹐r1) d1.5(r0.3﹐r0.75)
d1(r0.2﹐r0.5)
第三章 world系列刀具
1.整體式刀具
整體式刀具是指刀片與刀杆為一體的刀具。由於刀與刀杆為一體所以整體式刀具之抗振性﹐精確度要比捨棄式刀具好﹐但整體刀具只要刀刃壞掉整支刀具就報廢了﹐而捨棄式刀具如果刀有磨損只須更換刀片即可。所以整體式刀具費用比捨棄式刀具昂貴。
我們在粗中銑時能用到捨棄式刀具就盡量用捨棄式刀具﹐而在精銑時用整體式刀具加工效果比較好。
在整體式刀中因其不同又分為以下幾種﹕
高速鋼刀﹑硬質合金刀﹑鍍膜刀
不同材質刀具可切削材質硬度﹕
高速鋼h.s.s high speed steel 30hrc
碳化鎢carbide micro grain carbide 40hrc
鍍鈦 tin titanium nitride 40hrc
鍍氮化鈦 ticn titanium carbon nitride 45hrc
鍍氮化鈦鋁合金 tialn titanium aluminum
nitrid 55hrc或以上
注1.使用tialn鍍層銑刀﹐於中粗切削時﹐勿使用切削冷卻液以免妨礙切悄排出及氧化鋁之生成﹐縮短刀具壽命。
2.於精切削時﹐可使用切削冷卻液或噴霧以達切削麵之潤滑效果﹐增加工件表面之光澤度。
2.捨棄式刀具
捨棄式圓鼻刀的構成是螺紋接頭加上圓鼻刀刀頭,結構如下圖所示﹕
以下將針對它的分類與編號作介紹﹕主要分爲20系列;90系列;91系列等。
例如它的編號原則﹕
k 31220/8
k……它與m.l同時應用表示有短型.中型.加長型
3……表示有3刃
12……表示刀徑爲φ12
20……表示系列號
/……表示刀頭有斜度
8……刀頭螺紋爲m8
根據公司的經驗和測試﹕
a.粗銑刀頭至少要用m8的螺紋才夠強壯。
b. m6以下的刀具一般不作粗加工﹐粗加工至少φ13才夠強壯。
c.在同一系列中﹐以刃數少的爲粗加工﹐而刃數多的爲精銑。相同直徑
的圓鼻刀具其刃數各有不同,像φ25的world刀具其刃數從2~6不等,所用刀片之大小也有不同,一般情況下,刃數較少的刀具用於粗銑,因爲其刃數少,刀片大,強度好,排屑良;刃數較多的刀具用於精銑,因刃數多,刀片小變得鋒利其強度小,進給快,加工出來的面也很漂亮,須注意的是,刀片小而鋒利易崩裂,所以精加工時的餘量須少而均勻
★圓鼻刀過中心的有:φ32r8φ24r6φ20r5φ13r3.5φ12r3.5,此類刀具缺點是:只有兩刃,程式路徑中相鄰兩路徑之間的距離即pitch值小。
pitch值的計算公式: pitch=0.7(刀具直徑d-2倍的刀尖r角值)
註﹕
1)90系列由於接觸面比較大﹐只能作2d加工﹐不用於3d加工﹐常用圓鼻刀銑很深的工件時易産生振動且噪音很大,這是因爲在加工過程中出現垂直接觸時,刀片爲90度接觸,圓鼻刀切削刃爲1/4圓弧接觸,接觸面積大,導致每次的切削量大.如下圖所示:
針對此種狀況解決的方法有兩種:
a.分層加工,將深度分成幾層,用不同長度的刀具去進行加工,短的刀具吃
深一點,長的刀具吃淺一點,以提高加工效率.
b.降低刀尖r角可減小切削時刀具的接觸面積,噪音也會減小,減小刀尖r角就是將圓角刀片改爲91系列的刀片
而91系列正是考慮到爲減小振動﹐在相同條件下減小接觸面﹐並用較小的r。
2)編號爲h 65220/16 h 76620/16﹐兩種類型只適用於粗加工﹐銑模具的一些不重要的槽﹐而不能用於精加工。
3)在worldcam刀具編號手冊的第1.10中facemill with round inserts的各系列刀具只能用於粗加工﹐而facemill with rhombiccarbide inserts 只能用於平面加工﹐第1.11頁中採用五角刀片的刀具﹐也是考慮其切削麵的長度﹐在相同條件下減小接觸面而設計﹐使用這些刀具需首先考慮機器的馬力是否夠強壯的條件下才可使用。
捨棄式刀片介紹﹕
刀具材質的分類:
切削狀況銑削材質刀片名稱耐磨性(wr)韌性(t)
顔色:藍色 p切削鐵削很長?鋼鐵?鑄鐵?不銹鋼 p01p10p20p30p40p50
顔色:黃色 m切削鐵削介於長短之間?合金鋼鑄鐵無磁性不銹鋼錳鋼耐熱鋼ni 合金鋼 m01m10m20m30m40
顔色:紅色 k切削鐵削很短硬化後鑄鐵硬化後鋼材非鋼材料銅鋁塑膠 k01k03k10k20k30k40
刀片厚度的尺寸的編號
例如:010580
0105……代表刀片的尺寸厚度
80……爲系列號
注:數位越大?作粗銑較佳;而數位越小?作精銑越好。
刀片按鍍層分類:
a.無鍍層(uncoated)
b.鍍dc 2(tialn)耐高溫達到840°c?硬度達到2500vc
c.鍍ntv(ti)耐高溫達到1000°c?硬度達到1500vc
d.鍍nt 7(ticn)耐高溫達到400°c?硬度達到3000vc
註:
1)鍍層是根據工件的材質和硬度來選擇?鍍nt 7一般需打開冷設備?以延長刀片的壽命。
2)原則上粗銑採用p系列的加工?例如25;精銑採用k系列的材質加工?例如:k03。
3)所有的刀具都比較利於軟材加工。它擁有設計獨特的排屑槽?且非常鋒利。
4)對加工面有孔或深孔加工?採用p40加工?能抗振且軔性好。
5) round indexable inserts in semifinishing-quality的所有刀片只作粗銑或中粗銑加工?無法作精加工。
6)full-face-cbn-indesable inserts round & full-face-cbn-indesable inserts rhombic的所有刀片都是cbn材質?即鑽石?只能用於精加工?且要求餘量非常均勻。
7) cermet indexable inserts round的所有刀片是瓷晶材質?只能用於精加工?且要求餘量非常均勻。它與cbn材質的刀片都比較昂貴
3.刀具類型比較
由於模具業的不斷發展﹐所用的刀具也發生了變化。傳統的銑刀有﹕圓鼻刀(toroidal cutter)、平刀(flate cutter)、球刀(ball cuter)等三種。
(1).平刀(flate cutter)﹕即端刀.模具加工中﹐現基本上不用來作3d的加工﹐主要的原因在於它的尖部損耗大磨損快﹐導致加工不準確、不到位。它主要用在2d的銑削中。
(2).球刀(ball cuter)﹕它可用在3d的銑削中﹐主要的缺點是切削速度變化大、不太穩定﹐當加工到平面時﹐即以球刀的中心切削時﹐切削的速度爲0。從而它的切削速度無法演算﹐現場加工會變慢﹐同時﹐以相同的pitch下﹐它的面粗度不如圓鼻刀。但它可用作清角加工之用。
3.圓鼻刀(toroidal cutter)﹕它從平刀演化而來﹐它在切削過程中﹐幾乎可以用準確的資料來計算切削速度﹐與此同時﹐相對平刀來講﹐它的損耗會慢很多。可用在2d.3d的加工﹐最主要的一點是﹕圓鼻刀的切削速度永遠不會爲零(v≠0),切削速度穩定,在pitch值相同的情況下,面粗度比球刀好。圓鼻刀的計算是球刀往外offset,故計算速度比較慢,但適用於各類切削加工。
(附注:任何刀具都是有r角磨損,圓鼻刀之刀尖r角就是端刀磨損成具體數值的r角.)
刀具類型特性平刀圓鼻刀球刀
散熱性差中優
抗振性優中差
面粗度差中優
4.刀把型號
首先分析一下傳統的tb50型刀把結構﹐在加工中其受力作用在錐度部位﹐經過長時間的粗銑﹐會發覺錐度部分有一些傷痕﹔像鍍上了一層銅﹐其實是在加工中刀把與機器主軸共振所產生﹐長時間使用此種刀把﹐刀把的變形量大﹐而且主軸也會磨損﹐而影響同心度和准確度﹐為解決此類問題。bt40及hsk型刀把便是針對bt50的缺點所改進而來。
hsk型刀把是把其大平面與主軸的平面相接觸﹐使其加工中受力大部分作用在此平面上﹐以達到增加刀把的鋼性﹐減小錐度部分受力﹐延長刀把和主軸壽命﹐具有良好的准確度和同心度。
現公司主要用hsk型刀把﹐其刀把按裝刀方式分為以下幾種﹕
(1).筒夾夾頭刀把﹕此刀把精度﹑平衡性較佳。
(2).螺紋式配合刀把﹕此刀把主要與其刀頭配合後使用。
(3).熱脹冷縮配合刀把(即燒結式刀把)此類刀把現為最常用之刀把﹐其主要優點有﹕
1)增加刀具的同心度。
2)增加刀具的強度。
3)在相同的條件下採用莫式錐度相結合?以減小刀具裝夾的長度。
使用熱縮刀把的原理:鋼比鋼的膨漲係數大一些?及刀把(工具鋼)比刀柄(鎢鋼)膨漲係數大一些。
使用熱縮刀把的注意事項與步驟:
1)刀把的熱縮孔?然後熱縮設備將其升溫?加熱5分鐘?使其膨漲。
2)清潔要熱縮的鎢鋼銑刀?然後將刀具放入已膨漲的熱縮孔中?再將其放入冷卻設備中冷卻?即ok。
★注意事項:
1)熱縮溫度控制在250°c?加熱時間控制在5分鐘。
2)冷卻時間在10分鐘即可。
3)只能熱縮鎢鋼材質的銑刀。
4)刀具的夾持長度至少是3倍刀具直徑。
5)熱縮的刀把使用完後必須立刻將其重新熱縮?把刀具取下?不可以用完後置之不理?否則鎢鋼將會銹蝕?將難以拔出。
熱縮刀把採用工具鋼?熱處理(1500°c)而製成?所以每次熱縮和冷卻對其晶體的變化影響很小?一般來說?一個刀把至少可以熱縮幾千次。如果刀具斷裂也可以把刀把熱縮?從刀把後面把刀柄敲出。
5.刀片損壞分析(如圖﹕刀片使用況分析表)
6.線速度與切削量分析
在作分析之前﹐我們先回刀以下幾個公式﹕
ｖc＝(π*ｄ*ｓ)／１０００
vc：線速度(m/min)π：圓周率(3.14159) d：刀具直徑(mm)
s：轉速(rpm)
ｆ＝ｓ＊ｚ＊ｆz
f：進給量(mm/min) s：轉速(rpm) z：刃數
ｆz：(實際每刃進給)
根據以上兩公式可以推出以下公式﹕
fz=(f*d*π)/1000*z*vc
從以上公式可以看出﹐當同一把刀具(即d﹑z 一定時)在一定的進給量下﹐vc(線速度)越大﹐fz(每刃切削量)就越少。


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