数控加工中刀具的选用—毕业论文.doc

河南职业技术学院

毕业论文

题 目 数控加工中刀具的选用

系（分院） 机电工程系
学生姓名 秦学斐
学 号 1320102031
专业名称 数控技术
指导教师 王美姣

2016年 3月 22日

河南职业技术学院机电工程系
毕业设计任务书
姓 名
秦学斐
专 业
数控技术
班 级
数控133
毕业论文
题 目
数控加工中刀具的选用
毕业论文选题的目的与意义
了解数控加工中刀具的种类及其选用原则。
在数控加工中过程中，提高工件数值的精准度。在编写程序中减少不必要的行刀路线、简化程序、节省大量加工时间。

毕业论文的资料收集情况（含指定参考资料）
冯桂安等.机械制造装备设计[M].北京:机械工业出版社，1999
赵军华等.数控车削加工技术[M].北京：机械工业出版社，2010
赵军华等.数控铣削（加工中心）加工技术[M].北京：机械工业出版社，2012
张新义.经济型数控机床系统设计[M].北京:机械工业出版社,1994
张永智.机械零部件与传动结构[M].北京:机械工业出版社,2010
毕业论文工作进度计划
2015年11月5日 拟定方向，搜集资料，初定论文题目；
2015年11月12日 确定题目，再次搜集资料，开始撰写论文初稿；
2016年3月5日 交初稿；
2016年3月10日 交稿修改；
2016年3月15日 交定稿结束全部工
接受任务日期 2015年 11月 5 日

要求完成日期 2016年 03月 20日

学 生签名：

年 月 日
指导教师签名：

年 月 日
系（分院）
主任（院长）签名：

年 月 日

毕业论文指导教师评阅意见表

姓 名
秦学斐
学 号
1320102031
性 别
男
专 业
数控技术
班 级
数控133
毕业论文
题 目
数控加工中刀具的选用
评
阅
意
见

成绩

指导教师签字

年 月 日

毕业论文答辩意见表
姓 名
秦学斐
学 号
1320102031
性 别
男
专 业
数控技术
班 级
数控133
毕业论文
题 目
数控加工中刀具的选用
答辩时间

地 点

答辩
小组
成员
姓 名
职 称
学 历
从事专业
组 长

成 员

秘 书

答
辩
小
组
意
见

答 辩 成 绩：
答辩小组组长签名：

年 月 日

数控加工中刀具的选用
秦学斐
摘要：此次的毕业设计主要解决的问题是车削刀具的选择、各种刀具的掌握、工序与工步的划分、铣削刀具的选择、切削用量的确定。运用数控原理、数控工艺、数控程序设计、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习，能让我感触当代科学的前沿，体验数控魅力，为人们的生活带来方便，进一步认识数控技术，熟练数控机床的操作，掌握数控，开发数控内在潜力。
关键词：工艺路线；刀具选择；确定切削用量
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，数控车床，车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂的工件。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。
一、科学选择数控刀具
刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些。当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料。
二、刀具的选择
确定切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
（一）确定主轴转速
主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为：n=1000v/71D式中:v—切削速度，单位为mm/min，由刀具的耐用度决定；n一主轴转速，单位为r/min,D为工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。
（二）确定进给速度
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取；在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20--50mm/min范围内选取；当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取刀具空行程时，特别是远距离回零时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。
（三）确定背吃刀量
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2--0.5mm,总之切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应以形成最佳切削用量。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。合理的切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能，在保证质量的前提下获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
三、刀具的分类
（一）外表面刀具
1.车刀：车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面和副后刀面刀尖角成。车刀的切削部分和柄部的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式。机械夹固式车刀可以避免硬质合金刀片在高温焊接时产生应力和裂纹，并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一般是用螺钉和压板将刀片夹紧，装可转位刀片的机械夹固式车刀。刀刃用钝后可以转位继续使用，而且停车换刀时间短，因此取得了迅速发展。
2.铣刀：铣刀是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
（1）圆柱形铣刀 用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布在铣刀的圆周上，按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分粗齿和细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；细齿铣刀适用于精加工。
（2）面铣刀 用于立式铣床、端面铣床或龙门铣床上加工平面，端面和圆周上均有刀齿,也有粗齿和细齿之分。其结构有整体式、镶齿式和可转位式3种。
（3）立铣刀 用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周和端面上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的端齿时，可轴向进给。
（二）孔加工刀具
1.钻头：钻头是用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔扩孔的刀具。常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。钻头刃磨时，应尽量使麻花钻的两主切削刃刃磨得对称，使两个主切削刃的径向力相互抵消，以防止钻头引偏及孔径扩大。
2.扩孔钻：扩孔钻一般用于孔的半精加工或终加工，用于铰或磨前的预加工或毛坯孔的扩大，有3到4个刃带，无横刃，前角和后角沿切削刃的变化小，加工时导向效果好，轴向抗力小，切削条件优于钻孔。
3.铰刀：铰刀具有一个或多个刀齿、用以切除已加工孔表面薄层金属的旋转刀具，具有直刃或螺旋刃的旋转精加工刀具,用于扩孔或修孔。铰刀用于铰削工件上已钻削加工后的孔，主要是为了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于孔的精加工和半精加工的刀具，加工余量一般很小。用来加工圆柱形孔的铰刀比较常用。
4.镗刀：镗刀是镗削刀具的一种，一般是圆柄的，也有较大工件使用方刀杆一般见于立车，最常用的场合就是里孔加工，扩孔，仿形等。镗刀是镗削刀具的一种，也有较大工件使用方刀杆，最常用的场合就是内孔加工，扩孔等。有一个或两个切削部分、专门用于对已有的孔进行粗加工、半精加工或精加工的刀具。镗刀可在镗床、车床或铣床上使用。镗刀是精密孔加工中不可缺少的重要刀具。
四、在选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几方面的问题
（一）数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。
（二）切削性能好。为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时能采用大的背吃刀量和高进给量，刀具应具有能够承受高速切削和强力切削的性能。
（三）精度高。为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度。
（四）可靠性高。要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。
（五）耐用度高。数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。
（六）断屑及排屑性能好。数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面。
五、刀具的选择方法
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面：
（一）根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
（二）根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。
（三）根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超4齿。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；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；对一些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。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，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。在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。
参考文献
①冯桂安等.机械制造装备设计[M].北京:机械工业出版社，1999
②赵军华等.数控车削加工技术[M].北京：机械工业出版社，2010
③赵军华等.数控铣削（加工中心）加工技术[M].北京：机械工业出版社，2012
④张新义.经济型数控机床系统设计[M].北京:机械工业出版社,1994
⑤张永智.机械零部件与传动结构[M].北京:机械工业出版社,2010
⑥许兆丰等.车工工艺学[M].北京:机械工业出版社,1980
⑦成大先.机械设计手册,第五卷[M].北京:化学工业出版社，2002
⑧王昆等.机械设计课程设计[M].北京:高等教育出版社，1995
⑨王杰等.机械制造工程学[M].北京邮电大学出版社，2004
5