現代機械加工數控加工切削刀具及應用知識

一、切削刀具的基本分類

按端部幾何形狀分：

平底端銑刀

平底R角端銑刀

球頭端銑刀

可轉位鑲嵌式端銑刀

二、切削刀具的基本幾何結構

三、切削刀具的幾何精度

用於精加工的切削刀具，切削刃必須具有很好的輪廓精度。

刀具的幾種可能輪廓偏差?

輪廓精確?；

由於研磨過程不夠精確，而導致在刃部產生不規則碎面?；

由於研磨過程不夠精確而導致的半徑偏差。

如果對工件精度要求非常高,應該在刀具生產商那裡購買獲得標準認證的刀具。

四、保證刀具的徑向跳動誤差最小

在保證刀柄及刀具系統的最大懸伸長度不超過規定值的前提下，要使主軸能夠精確運轉，必須於刀柄及切削刃處分別檢測刀具的徑向跳動誤差。如果徑向跳動誤差過大就會導致主軸的嚴重震動。

五、如何選擇合適的切削刀具

（1）分析具體加工條件，如主軸及機床性能，刀具的夾持系統,潤滑方式等；

（2）分析工件材料特性；

（3）分析加工表面質量及加工精度要求、成本等；

（4）綜合考慮各種因素，做出最優化的選擇。

六、高速切削加工參數的計算方法

三項重要公式

七、高速切削過程中的幾個重要術語和加工參數

1. 切削速度Vc

切削速度的定義:Vc=N*p*Deff/1000

Vc是指在特定刀具的情況下，適合某工件材料高速加工的合適的切削速度值，它是指刀具的線速度。

如何正確設定切削速度Vc值：

由刀具供應商提供；

參考已有的實驗數據；

通過大量切削實驗建立自已的資料庫。

Vc值是正確設定其它切削參數的重要依據！

切削速度對錶面光潔度的影響

不同切削速度下, 所產生的鐵屑顏色比較

2.有效刀具直徑Deff

有效刀具直徑以及有效刀具直徑的計算。

3.每刃進給量fz

每刃進給量的定義：

如何正確設定刀具的每刃進給量：

由切削刀具供應商提供；

參考別人研究所得的實驗數據；

通過大量切削實驗獲得。

每刃進給量的設定正確與否, 對刀具所受切削載荷的合理分布有著極其重要的影響。

4.軸向及徑向進給量ap& ae

軸向進給量的計算：

因應主軸、刀具及材料，會影響實際的結果。

Ae及Fz對光潔度的影響

高速加工中,各切削參數的計算方法

加工參數的設定原則

1.在高速加工過程中，必須對加工參數進行優化，不可隨意設定；

2.必須正確設定切削速度Vc值；

3.必須正確設定每刃進給量fz。

合理的取值既可將刀具的切削效能發揮至極限, 使刀具得到充分利用, 提高加工質量和效率; 又不會影響 刀具的使用壽命, 從而達到節約成本, 實現真正高速加工的目的。

八、加工測試

測試刀具在切削S136的能力，本次實驗的測試所使用的刀具如下：

直徑: 10mm

刃數: 6

前角: -13 °

塗層: TiAlN

試驗項目

結論：

當Vc從150上升至250時嘈音明顯改善；

不同Vc值有不同鐵屑顏色，證明加工溫度不同；

Fz的改變，亦會影響切削溫度。

數控機床對刀具材料的要求

較高的硬度和耐磨性

刀具切削部分的硬度必須高於工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好。刀具材料在常溫下的硬度應在HRC62以上。

足夠的強度和韌性

刀具在切削過度中承受很大的壓力，有時在衝擊和振動條件下工作，要使刀具不崩刃和折斷，刀具材料必須具有足夠的強度和韌性，一般用抗彎強度表示刀具材料的強度，用衝擊值表示刀具材料的韌性。

較高的耐熱性

耐熱性指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指標，這種性能也稱刀具材料紅硬性。

較好的導熱性

刀具材料的導熱係數越大，刀具傳出的熱量越多，有利於降低刀具的切削溫度和提高刀具的耐用度。

良好的工藝性

為便於刀具的加工製造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如刀具材料的鍛造、軋制、焊接、切削加工和可磨削性、熱處理特性及高溫塑性變形性能，對於硬質合金和陶瓷刀具材料還要求有良好的燒結與壓力成形的性能。

刀具材料種類

高速鋼

高速鋼是由W、Cr、Mo等合金元素組成的合金工具鋼，具有較高的熱穩定性，較高的強度和韌性，並有一定的硬度和耐磨性，因而適合於加工有色金屬和各種金屬材料，又由於高速鋼有很好的加工工藝性，適合製造複雜的成形刀具，特別是粉沬冶金高速鋼，具有各向異性的機械性能，減少了淬火變形，適合於製造精密與複雜的成形刀具。

硬質合金

硬質合金具有很高的硬度和耐磨性，切削性能比高速鋼好，耐用度是高速鋼的幾倍至數十倍，但衝擊韌性較差。由於其切削性能優良，因此被廣泛用作刀具材料 。

切削刀具用硬質合金分類及標誌

塗層刀片

1）CVD氣相沉積法塗層　塗層物質為TiC，使硬質合金刀具耐用度提高1-3倍。塗層厚；刃口鈍；利於提高速度壽命。

2）PVD物理氣相沉積法塗層　塗層物質為TiN、TiAlN和Ti(C,N)，使硬質合金刀具耐用度提高2-10倍。塗層薄；刃口鋒利；利於降低切削力。

★塗層最大厚度≤16um

CBN和PCD

立方氮化硼（CBN）　立方氮化硼硬度和導熱性能僅次於金剛石，有很高的熱穩定性和良好的化學穩定性，因此適用於加工淬火鋼、硬鑄鐵、高溫合金和硬質合金。

聚晶金剛體（PCD）　聚晶金剛體作為切削刀具使用時，燒結在硬質合金基體上，可對硬質合金、陶瓷、高硅鋁合金等耐磨、高硬度的非金屬和非鐵合金材料進行精加工。

★ISO機夾刀片材料分類法★

鋼 件：P05 P25 P40

不鏽鋼：M05 M25 M40

鑄 鐵：K05 K25 K30

★數字越小表示刀片越硬，刀具的耐磨性越好，抗衝擊性能較差。

★數字越大表示刀片越軟，刀具的抗衝擊性能越好，耐磨性較差。

可轉為刀片型號與ISO表示規則

1 、表示為刀片形狀的代碼

2、表示為主切削刃后角的代碼

3、表示為刀片尺寸公差的代碼

4、表示為刀片斷屑及夾固形式的代碼

5、表示為切削刃長度表示方法

6、表示為刀片厚度的代碼

7、表示為修光刃、R角的代碼

其他數字的意義

8表示為表示特殊需要的代碼；

9表示為進給方向的代碼，如代碼R表示右進刀，代碼L表示左進刀，代碼N表示中間進刀；

10表示為斷屑槽型的代碼；

11表示刀具公司材料代碼；

切削速度

切削速度Vc計算公式：

式中：

d—工件或刀尖的迴轉直徑，單位mm

n—工件或刀具的轉速，單位r/min

普通車床加工螺紋的速度

車削螺紋主軸轉速n，切削螺紋時，車床的主軸轉速受加工工件的螺距（或導程）大小、驅動電動機升降特性及螺紋插補運算速度等多種因素影響，因此對於不同的數控系統，選擇車削螺紋主軸轉速n存在一定的差異。下列為一般數控車床車螺紋時主軸轉速計算公式：

式中： p—工件螺紋的螺距或導程, 單位mm。

k—保險係數，一般為80。

加工螺紋的每次進給深度計算

螺紋加工走刀次數

1）粗加工

粗加工走刀量經驗計算公式： f 粗 = 0.5 R

式中： R ------ 刀尖圓弧半徑mm

f ------ 粗加工走刀量mm

2）精加工

式中： Rt ------ 輪廓深度μm

f ------ 進給量mm/r

rε ------ 刀尖圓弧半徑mm

按進給量、斷屑槽區分粗精車

f≥0.36 粗加工

0.36＞f≥0.17 半精加工

f＜0.17 精加工

影響刀片粗、精加工不是刀片的材料而是斷屑槽。刃口倒角小於40um為鋒利。

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