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切削技术

发布时间:2014-03-15 16:07:51.0  点击:128次

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

c(π**)/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(m/min)25 S=?rpm

Vc=πds/1000

25=π*25*S/1000

S=1000*25/ π*25

S=320rpm

三、進給量(F)的計算

F=S*Z*Fz

F:進給量(mm/min) S:轉速(rpm) Z:刃數

z(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

)為多少?(z=0.25mm)

F=S*Z*Fz

F=2000*2*0.25

F=1000(mm/min)

四、殘料高的計算

Scallop=(aeae)/8R

Scallop:殘料高(mm) aeXY 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

X、Y=2.5 mm

圓心座標為(2.5,-2.5)

六、取料量的計算

Q=(aeap*F)/1000

Q:取料量(cm3/min)   aeXY pitch(mm) apZ 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=(aeap*F)/1000

Q=35*0.6*1.5*20001000

Q=63 cm3/min

七、每刃進給量的計算

z=hm * (D/ap )

z:實施每刃進給量 m:理論每刃進給量 apZ 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hm0.15mmZ軸切深1.5mm,求每刃進給量為多少?

z=hm * (D/ap )

z0.2*10/1.5

z0.5mm

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

1.6~3.2 0.025~0.075

3.2~6.4     0.05~0.15

6.4~12.8   0.10~0.25

12.8~25     0.175~0.375

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..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:

?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。

?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(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Vc300M/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。

?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;

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450.0mm440.0mm319.09mm?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

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D35D20D12D8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(R1R5) D35(R1R5)D32(R8)

D25(R1R3.5R5)D24(R6) D20(R1R3.5R5R10)

D15(R3.5) D16(R1R8) D12(R1R3.5R6) D13(R3.5)

D10(R3R5) D8(R2R4)

D6(R1R3) D5(R0.8R2.5)

D4(R0.6R2) D3(R0.5,R1.5)

D3(R0.5,R1.5) D2(R0.4R1)

D2(R0.4R1) D1.5(R0.3R0.75)

D1(R0.2R0.5)

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

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 3 12 20 / 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

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Φ25WORLD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: Φ32R8 Φ24R6 Φ20R5 Φ13R3.5Φ12R3.5,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

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 6 52 20/16 H 7 66 20/16 ﹐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)WORLDCAM刀具編號手冊的第1.10FACEMILL 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??????塑膠 K01K03K10K20K30K40

刀片厚度的尺寸的編號

例如: 01 05 80

01 05……代表刀片的尺寸厚度

80……爲系列號

: 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.DC 2(TIALN) 耐高溫達到840°C?硬度達到2500Vc

C.NTV(TI) 耐高溫達到1000°C?硬度達到1500Vc

D.NT 7(TICN) 耐高溫達到400°C?硬度達到3000Vc

:

1)鍍層是根據工件的材質和硬度來選擇?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(V0),切削速度穩定,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.)

刀具類型 特性 平刀 圓鼻刀 球刀

散熱性

抗振性

面粗度

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。BT40HSK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?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﹕

c(π**)/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

z(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(DZ 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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