【文章內(nèi)容簡介】 嚴(yán)格。刀具及刀柄的選擇應(yīng)從多方面進(jìn)行考慮，如機床的加工能力、加工工序、工件的材料性能、切削用量的選擇以及其他一些相關(guān)的因素。刀具選擇總的原則是：既要求精度高、強度大、剛性好、壽命長，又要求尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具的剛性[1]。 銑削用刀及其選擇 數(shù)控加工中，銑削平面零件內(nèi)外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)如下：(1)銑刀半徑應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑，一般取。(2)零件的加工高度，以保證刀具有足夠的剛度。(3)粗加工內(nèi)輪廓時，銑刀最大直徑可按下()計算： ()式中 ——輪廓的最小凹圓角半徑； ——圓角鄰邊夾角等分線上的精加工余量； ——精加工余量；——圓角兩鄰邊的最小夾角。(4)用平底立銑刀銑削內(nèi)槽底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑，即直徑為，編程時取刀具半徑為。對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。 刀具材料應(yīng)該滿足零件的加工要求如今所使用的金屬切削材料主要有五類：高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）、聚晶金剛石。 (1)根據(jù)數(shù)控加工對刀具的要求，選擇刀具材料的一般原則是盡可能選用硬質(zhì)合金刀具。只要加工情況允許則選用硬質(zhì)合金刀具，就不用高速鋼刀具。 (2)陶瓷刀具不僅用于加工各種鑄鐵和不同鋼材料，也適用于加工有色金屬和非金屬材料。使用陶瓷刀片，無論什么情況都要用負(fù)前角。為了不易崩刃，必要時可將刃口倒鈍。陶瓷刀具在下列情況下使用效果欠佳：短零件的加工；沖擊大的斷續(xù)切削和重切削；鈹、鎂、鋁和鈦等的單質(zhì)材料及其合金的加工(易產(chǎn)生親合力，導(dǎo)致切削刃剝落或崩刃)。 (3)金剛石和立方氮化硼都屬于超硬刀具材料，它們可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙度值小。一般可用切削液。聚晶金剛石刀片一般僅用于加工有色金屬和非金屬材料。立方氮化硼刀片一般適用加工硬度HBW的冷硬鑄鐵、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、高速鋼、軸承鋼以及硬度HBS的鎳基合金、鈷基合金和高鈷粉末冶金零件。 (4)從刀具的結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面，數(shù)控加工應(yīng)盡可能采用鑲塊式機夾可轉(zhuǎn)位刀片，以減少刀具磨損后的更換和預(yù)調(diào)時間。(5)選用涂層刀具，以提高耐磨性和壽命。 銑削用量的確定在銑削過程中，如果能在同一時間內(nèi)切除較多的工件材料，就會有較高的生產(chǎn)效率?？梢娸^高的背吃刀量、進(jìn)給量、切削速度均能增加工件材料的切除量。但是，影響銑刀使用壽命最顯著是切削速度，其次是進(jìn)給量，而背吃刀量的影響最小。所以，為了保證銑刀較長的使用壽命，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用較大的吃刀量，其次是選擇較大的進(jìn)給量，最后才是選擇適宜的銑削速度。 吃刀量的選擇當(dāng)?shù)毒咩娤骷庸r，刀具切入工件包括兩個方向和深度，即銑削深度和銑 削寬度。(1)切削深度(背吃刀量)切削深度也稱為背吃刀量，在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，可以等于加工余量，即盡量做到一次進(jìn)給銑去全部的加工余量，這是提高生產(chǎn)效率的一個有效措施。只有當(dāng)表面粗糙度要求小于時，為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，才需要考慮保留一定的余量后進(jìn)行精加工。(2)切削寬度(側(cè)吃刀量)在編程軟件中稱為步距，一般切削寬度與刀具直徑成正比。在粗加工中，取較大的步距有利于提高加工效率。使用平底刀進(jìn)行切削時，一般的取值范圍為：。而使用圓鼻刀進(jìn)行加工，刀具直徑應(yīng)扣除刀尖的圓角部分，即 (為刀具直徑，為刀尖圓角半徑)，而可以取到。而在使用球頭刀進(jìn)行精加工時，步距的確定應(yīng)首先考慮所能達(dá)到的精度和表面粗糙度。(3)背吃刀量或側(cè)吃刀量與表面質(zhì)量的要求，如果圓周銑削的加工余量小于，端銑的加工余量小于，粗銑一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。當(dāng)余量較大、工藝系統(tǒng)剛性較差或機床動力不足時，可以分兩次進(jìn)給完成。，可分粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑時背吃刀量或側(cè)吃刀量應(yīng)盡量做到一次進(jìn)給去除全部的加工余量，工藝系統(tǒng)剛性較差或機床動力不足時，可分兩次進(jìn)給完成。粗銑后留加工余量，然后在半精銑時切除。，可分粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。半精銑時背吃刀量或側(cè)吃刀量??；精銑時，圓周銑削的側(cè)吃刀量取，面銑刀背吃刀量取。 每齒進(jìn)給量的選擇 粗銑時，切削力是限制提高進(jìn)給量的主要因素，進(jìn)給量主要是根據(jù)銑床進(jìn)給機構(gòu)的強度，刀桿的剛度，刀齒的強度及銑床、夾具、工件的工藝系統(tǒng)剛度綜合來確定的。在強度和剛度許可的條件下，進(jìn)給量可以選取得較大一些。精加工時，表面粗糙度是限制進(jìn)給量提高的主要因素。為了減少工藝系統(tǒng)的振動，減小已加工表面的殘留面積高度，一般選取較小的進(jìn)給量。每齒進(jìn)給量的選擇方法總結(jié)如下： (1)一般情況下，粗銑取大值，精銑取小值。 (2)對剛性較差的工件，或所用的銑刀強度較低時，銑刀每齒進(jìn)給量應(yīng)適當(dāng)減小。 (3)在銑削加工不銹鋼等冷硬傾向較大的材料時，應(yīng)適當(dāng)增大銑刀每齒進(jìn)給量，以免刀刃在冷硬層上切削，最后導(dǎo)致加速刀刃的磨損。 (4)精銑時，銑刀安裝后的徑向及軸向圓跳動量越大，則銑刀每齒進(jìn)給量應(yīng)相應(yīng)適當(dāng)?shù)販p小。 (5)用帶修光刃的硬質(zhì)合金銑刀進(jìn)行精銑時，只要工藝系統(tǒng)的剛性好，銑刀每齒進(jìn)給量可適當(dāng)增大，但修光刃必須平直，并與進(jìn)給方向保持較高的平行度，這就是所謂的大進(jìn)給量強力銑削，可以充分發(fā)揮銑床和銑刀的加工潛力，提高銑削加工效率。確定銑刀每齒進(jìn)給量正后，進(jìn)給速度可按下()計算： ()式中：為每齒切削量，為銑刀的齒數(shù)，為轉(zhuǎn)速。 主軸轉(zhuǎn)速的確定 主軸轉(zhuǎn)速主要根據(jù)切削速度確定： ()式中：為切削速度,單位；為刀具直徑, 單位。 數(shù)控加工工藝文件數(shù)控加工工藝文件不僅是進(jìn)行數(shù)控加工和產(chǎn)品驗收的依據(jù)，也是操作者遵守和執(zhí)行的規(guī)程，同時還為產(chǎn)品零件重復(fù)生產(chǎn)積累了必要的工藝資料，完成了技術(shù)儲備。這些專用技術(shù)文件既是數(shù)控加工的依據(jù)，也是需要操作者遵守、執(zhí)行的規(guī)則，有的則是加工程序的具體說明，目的是讓操作者更明確加工程序的內(nèi)容、裝夾方式、各個加工部位所選用的刀具及其他技術(shù)問題。該文件包括了編程任務(wù)書、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控刀具卡片、數(shù)控加工程序單等。（1）數(shù)控加工編程任務(wù)書 編程任務(wù)書闡明了工藝人員對數(shù)控加工工序的技術(shù)要求、工序說明和數(shù)控加工前應(yīng)保證的加工余量，是編程人員與工藝人員協(xié)調(diào)工作和編制數(shù)控程序的重要依據(jù)之一。（2）數(shù)控加工工序卡 數(shù)控加工工序卡與普通加工工序卡很相似，所不同的是：工序簡圖中應(yīng)注明編程原點與對刀點，要有編程說明及切削參數(shù)的選擇等，它是操作人員進(jìn)行數(shù)控加工的主要指導(dǎo)性工藝資料。（3）數(shù)控加工刀具卡片 數(shù)控加工刀具卡主要有刀具名稱、編號、規(guī)格、長度等內(nèi)容。（4）數(shù)控加工程序單數(shù)控加工程序單是編程人員根據(jù)工藝分析情況，按照機床特點的指令代碼編制的。它是記錄數(shù)控加工工藝過程、工藝參數(shù)的清單，有助于操作人員正確理解加工程序內(nèi)容。3 凸輪零件的加工 銑刀的切削分析銑刀的每一個刀齒相當(dāng)于一把車刀，它的切削規(guī)律基本與車削相似。但銑削是斷續(xù)切削，銑刀的每一把刀齒都受到切削力，因此銑削合力為銑刀的所有刀齒所受力的總和。，凸輪加工的銑削方式是以周銑為主。 銑削切削層參數(shù) 在工件切削過程中，銑削不同于車削，刀具開始旋轉(zhuǎn)、工件進(jìn)給，整個過程中，工件保持連續(xù)切削。銑刀上一般有多個刀刃，所以金屬的銑削是后一刀齒在前一刀齒加工后進(jìn)行切削的，因此銑削的切削層應(yīng)是兩把刀加工面之間的加工層，周銑的切削層參數(shù)定義如下。(1)切削層公稱厚度在基面內(nèi)度量的相鄰刀齒主切削刃運動軌跡間的距離。，直齒圓柱銑刀刀齒在任意位置的切削厚度。圖示的虛線為前刀齒加工軌跡，當(dāng)現(xiàn)刀齒旋轉(zhuǎn)角時，刀齒在加工軌跡上所在的位置為點，前刀齒在同樣角度位置時加工軌跡上點為點，它們之間距離為每齒進(jìn)給量，即銑刀每轉(zhuǎn)一齒工件相對銑刀在進(jìn)給方向上的移動距離。根據(jù)定義可知，此點切削層厚度為 () 可見，每齒進(jìn)給量或角的增大都將增大切削層公稱厚度。而且，當(dāng)時，切削層厚度為，當(dāng)時，切削層厚度最大。 a）周銑 b）端銑 銑削切削層參數(shù)(2)切削層公稱寬度：銑削的切削層公稱寬度是指主切削刃與工件切削面的接觸長度（近似值）。直齒圓柱銑刀銑削的切削層寬度為 ()即切削層寬度等于背吃刀量，值得注意的是，銑削的背吃刀量與一般車削所定義的不同，它是平行于銑刀軸線方向度量的被切削層尺寸，因此，對于圓周銑，背吃刀量為工件在銑刀軸線方向上被切削的尺寸。(3)切削層公稱橫截面積直齒圓周銑削的公稱截面面積同樣為切削厚度與被吃刀量的積。 ()因為銑削切削層厚度是變化的，所以切削層公稱橫截面積也是變化的，由圖可知，當(dāng)時，切削層公稱橫截面面積最小，為，當(dāng)時，公稱橫截面面積最大。 立銑刀的切削受力與變形(1)立銑刀的切削受力分析 在切削金屬材料時，立銑刀要受到阻止刀具切除切屑的阻力（即銑削力）。在不同的加工條件下，銑削力的變化范圍較大。分析認(rèn)為，銑刀切削時，工件材料將發(fā)生部分彈性變形和塑性變形，并對刀具產(chǎn)生抗力；同時，刀具與切屑、刀具與工件之間要產(chǎn)生摩擦力，銑削力就是二者的合力。 在研究立銑刀受力情況時，通常可對一個刀齒進(jìn)行分析。將銑削力分解為相互垂直的三個分力，即切向分力、。 立銑刀受力與變形示意圖 切向分力可視為與銑刀外圓相切，則銑刀所受的切削阻力矩為為銑刀刃部直徑），它消耗主要動力，使刀具發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，并影響主軸的扭轉(zhuǎn)強度和剛度。徑向分力是工件作用于銑刀半徑方向上的推力，它使刀具發(fā)生彎曲變形，并影響主軸的彎曲強度和剛度。軸向分力沿機床主軸的軸線方向作用于銑刀，它將刀桿推向主軸，使刀具發(fā)生壓縮變形變形。銑削時，如果有個刀齒參與切削，則分力、和由各刀齒上的分力、和合成得到。(2)立銑刀銑削力的計算立銑刀銑削時，任一瞬時作用于刀齒上的切向分力的計算公式為 ()式中，為工件材料性能對銑削力的影響常數(shù)，為銑削深度()，為銑刀每齒進(jìn)給量()，為銑削寬度()，為銑刀齒數(shù)，為銑刀直徑()，為銑刀前角對銑削力的影響系數(shù)，為銑削速度對銑削力的影響系數(shù)。 切削分力的比值銑削條件比值不對稱銑削逆銑順銑立銑：，～～～～ 平面凸輪零件的加工 盤型凸輪的加工 ，平面凸輪零件是平面輪廓零件加工的典型零件，它的輪廓是由圓弧與直線組成。（1）零件加工工藝分析零件圖樣的尺寸、視圖都完整，表達(dá)清楚，幾何關(guān)系明確，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也很好，無難以加工的結(jié)構(gòu)。側(cè)面與底面垂直，零件的厚度不厚，在垂直方向可一刀切削完成；零件的精度要求較高；，，要采用粗銑一半精銑一精磨的工藝路線；用數(shù)控銑床只能完成半精加工，精加工需淬火后磨削完成；可用零件的大平面和兩孔作定位基準(zhǔn)；零件的材料是CrWMn剛，淬火后硬度為58～62。數(shù)控銑削工藝完成半成品，為半精加工。已加工好孔和平面，經(jīng)調(diào)質(zhì)硬度為22～26，切削加工性較好。（2）夾具的選擇根據(jù)零件被加工表面的情況，該零件需要限制5個自由度，可采用一面兩孔的定位方法。為了露出被加工表面，不能從周邊壓緊，而采用螺釘、壓板機構(gòu)從中間壓緊。應(yīng)該注意，由于在加工過程中，切削力是由夾具、工件、墊板之間產(chǎn)生的摩擦力來平衡的，因此在不影響周邊銑削的情況下，夾具、墊板的面積盡可能選大一些。這個夾具是一種專用夾具，凸輪批量較大時，用這個夾具可提高生產(chǎn)效率。 一面兩孔夾具示意圖（3）刀具的選擇加工該凸輪用立銑刀，直徑可大可小，根據(jù)剛性好、耐用度高這樣一個特點，選擇高速立銑刀。其切削長度L=40，可以滿足要求。（4）切削用量的選擇主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度。（5）進(jìn)給路線的確定在x、y方向：，確定A點為開始切削點，同時選定下刀、抬刀點M、N。：M—A—B—C—D—E—F—G—H—I—A—N。在z方向：快速下刀點，切削深度。 凸輪在x、y方向的進(jìn)給路線（6）填寫數(shù)控加工工序卡片（） 銑凸輪輪廓加工工序卡材料45鋼零件號812程序號8121操作序號內(nèi)容主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度刀具號數(shù)類型直徑1銑凸輪輪廓200080、2001 立銑刀20 凸輪在z方向的進(jìn)給路線 槽型凸輪的加工，其外部輪廓尺寸已經(jīng)由前道工序加工完成，本工序的任務(wù)是在銑床上加工槽與孔。零件材料為HT200，其數(shù)控銑床加工工藝分析如下。（1）零件圖工藝分析凸輪槽形內(nèi)、外輪廓由直線和圓弧組成，幾何元素之間關(guān)系描述清楚完整，凸輪槽側(cè)面與、兩個內(nèi)孔表面粗糙度要求較高，為。凸輪槽內(nèi)外輪廓面和孔與底面有垂直度要求。零件材料為HT200，切削加工性能較好[2]。根據(jù)上述分析，凸輪槽內(nèi)、外輪廓及、兩個孔的加工應(yīng)分粗、精加工兩個階段進(jìn)行，以保證表面粗糙度要求。同時以底面A定位，提高裝夾剛度以滿足垂直度要求。 平面槽形凸輪零件圖（2）確定裝夾方案根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，加工、兩個孔時，以底面A作定位基準(zhǔn)(必要時可設(shè)工藝孔)。加工凸輪槽內(nèi)外輪廓時，采用“一面兩孔方式定位，即以底面A和、兩個孔為定位基準(zhǔn)，采用螺旋壓板機構(gòu)夾緊，[13]。 凸輪裝夾示意圖1－開頭