【正文】 逆銑時，刀片切入前產(chǎn)生強烈摩擦，造成加工表面硬化，使下一個刀齒難以切入。如果小于 1/2 銑刀直徑，則刀片又開始“摩擦”工件，因為切入時切削厚度變小，每齒進給量也將因徑向切削寬度的變 窄而減小。所以粗銑時，若徑向切削寬度小于銑刀半徑時，增加走刀量，其刀具壽命將會提高，加工時間隨之縮短。試調整徑向銑削寬度，確定銑刀直徑與徑向銑削寬度之比的工作，最好在高精度機床上進行，以便在調整比率的同時，觀察其工件表面粗糙度的變化。數(shù)控車床能兼作粗、精車削，粗車時切削用量較大，要求粗車刀強度高、耐用度好 。數(shù)控車床使用的刀具有焊接式和機夾式之分，為減少換刀時間和方便對刀，應盡可能采用機夾刀 (目前數(shù)控機床除經(jīng)濟數(shù)控車床外，其他的己廣泛地使用機夾式刀具 )。如外車削時則可考慮選用 杠桿式或楔塊式 。一般根據(jù)加工零件的加工精度、加工材料的軟硬程度、加工的間斷、連續(xù)、振動傾向等進行選擇，刀片的材料種類有硬質合金、涂層刀片、陶瓷、氮化硼等，一般采用涂層硬質合金刀片 (涂層可增加刀片的耐用度，因為一般數(shù)控加工的切削速度較高，而涂層在較高切削速度時能體現(xiàn)其優(yōu)越性，這也是普通車床使用硬質合金刀片一般不涂層的原因。刀片的形狀有三角形、正方形、六邊形等，它們根據(jù)相應的刀夾系統(tǒng)而定。 刀片材料和切削線速度 (a)高速鋼車刀 :20～ 30m/min 車削 HB260 普通鋼材； 陜西科技大學畢業(yè)論文 10 (b)硬質合金 :70～ 90m/min 車削 HB260 普通鋼材； (c)TiN 涂層硬質合金 :100～ 120m/min 車削 HB260 普通鋼材； (d)氧化鋁涂層硬質合金 :200～ 400m/min 車削 HB260 普通鋼材； (e)金屬陶瓷 :200～ 350m/min 車削 HB260 奧氏體不銹鋼； (f)陶瓷刀片 :200～ 400m/min 車削 HB300 灰口鑄鐵； (g)CBN 刀片 :400～ 800m/min 車削灰口鑄鐵和淬硬鋼及耐熱合金； (h)金剛石刀片 :1000～ 3000m/min 車削鋁合金。 (b)選擇盡可能小的刀桿懸伸 。普通鋼刀桿作內孔車削刀桿最大懸伸為4 倍桿徑，做內螺紋車削刀桿為 3倍桿徑，做內槽與仿形加工為 2倍桿徑，超出會有振動發(fā)生 。 (c)選擇剛性盡可能大的夾緊，以減少振動的危險。 數(shù)控膛削刀具優(yōu)選 包含旋轉刀具的鐘削工序主要用于加工那些己經(jīng)過預加工、鑄造、鍛造、擠壓以及氣割的孔。 在加工中心上進行鐘削加工通常是采用懸臂式的加工。目前常用的精 鐘孔鐘刀有精鐘微調刀頭，這種鐘刀的徑向尺寸可以在一定的范圍內進行微調，通用性好。通常，推薦鐘削最 大孔深為四倍刀桿直徑，對于較深孔地粗鐘和精鐘，應選用具有防振鐘削地刀具。和其它機械加工相比，鐘孔加工是相對較難的一種加工方法。隨著加工中心的普及，現(xiàn)在的鐘孔加工只需要進行編程和簡單的按 扭操作就可完成。 刀具轉動 和車床加工不同，加工中心加工時由于刀具轉動，便不可能在加工中及時掌握刀尖的情況來調節(jié)進刀量等。這便成了完全自動化加工的一個很大的障礙。 另外，加工中心鐘孔時由于切屑的流出方向在不斷地改變，所以刀尖、工件的冷卻以及切屑的排出都要比車床 加工時難的多。在加工中心上發(fā)生顛振的原因主要有以下幾點 : (a)工具系統(tǒng)的剛性 :包括刀柄、鐘桿、以及中間連接部分的剛性。 (b)刀具系統(tǒng)的動平衡 :相對于刀具系統(tǒng)的轉動軸心，刀具自身如有不平衡情況，在轉動時因不平衡的離心力的作用也會導致顛振的發(fā)生。 (c)工件自身或工件的固定剛性 :像一些較小、較 薄的部件由于其自身的剛性不足，或由于工件形狀等原因無法使用合理的夾具進行充分的固定。 (e)切削條件 :包括切削速度、進給量、進刀量以及給切削液方式及種類等。 刀具的裝夾 在鐘孔時，最重要的是在加工中心上正確裝夾刀具。如果刀具安裝低于中心高，將影響刀具的 加工性能。切削刃的幾何參數(shù)對切削效率的高低和加工質量的好壞有很大影響。但增大前角，同時會降低切削刃的強度，減小刀頭的散熱體 積。這種情況在鐘削小孔時更為嚴重。這樣可使刀具相對于工件的法向后角增大，切削條件陜西科技大學畢業(yè)論文 12 得到改善，如果加工時產(chǎn)生振動，刀尖會向下和向中心偏斜，從而接近理想的中心高。此外，刀具前角也將減小，這樣可穩(wěn)定工作壓力。所以在鐘孔時，應選取正前角的鐘刀，在鐘 lmm 的小孔時，鐘桿的直徑只有 0. 75mm 左右，使刀具承受的切削力減小。加工時，由于刀具在孔內，切削液很難到達切削刃，造成切屑排出困難，影響刀具壽命。 數(shù)控鉆削刀具優(yōu)選 鉆頭的設計歷史經(jīng)歷了 1800 年單刃鉆頭 → 1820 年麻花鉆頭 → 1900 年高速鋼麻花鉆頭 → 1930 年硬質合金鉆頭 → 1970 年可轉位硬質合金鑲片鉆頭 → 今天高性能硬質合金鉆頭。在加工中心上大約有 20～30%的工時用來進行鉆削加工。一般使用刀具樣本上有的通用刀具，如中心鉆、麻花鉆、絲錐等，刀具的尺寸規(guī)格按零件圖及加工余量來選定。同時，麻花鉆又有標準型與加長型兩種為了提高鉆頭剛性，應盡可能選用較短的鉆頭。鉆大孔時，可采用剛度較好的硬質合金扁鉆。擴孔鉆的刀體強度高、剛性好，能采用較大的進給量和切削速度，其導向性好，切削平穩(wěn)，但不能很好地糾正鉆孔留下的加工誤差。 刀具幾何參數(shù)的合理選擇 刀具合理幾何參數(shù) 所謂合理的刀具幾何參數(shù)，是指在一定的切削條件下能保證刀具磨損最慢、刀具耐用度最高，保證被加工工件的表面質量，并能滿足提高生產(chǎn)率、降低成本的刀具 幾何參數(shù)。 (b)切削刃區(qū)的剖面型式 (簡稱為刃區(qū)型式 ):常用的是鋒刃，也可以在切削刃區(qū)磨出負 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化分析 13 倒棱，消振棱等。 (d)刀具的切削角度。不能不考慮它們之間的內在聯(lián)系而孤立地選擇某一參數(shù)。一般粗加工時，要著重考慮保證刀具最高耐用度 。對于自動線生產(chǎn)用刀具，主要考慮刀具工作的穩(wěn)定性，有時需要著重解決斷屑問題 。 (c)處理好刀具鋒利性同強度和耐磨性的關系 :在保證刀具足夠強度和耐磨性的前提下，要力求刀具鋒利 。不能顧此 失彼。通常，零件的數(shù)控切削過程可以分為三個階段 :粗加工、半精加工和精加工。同時要求切削負載的波動小。 為了對零件加工工藝參數(shù)的進行合理選擇，必須考慮刀具軌跡的影響 。 數(shù)控切削加工刀具的切削運動 刀具軌跡生成是復雜曲面零件數(shù)控加工中的重要內容。再由曲線的不斷移動形成所加工工件的輪廓及型腔。由于數(shù)控系統(tǒng)上一 般只配備直線、圓弧等插補功能，因此必須將給定的理論軌跡按允許的逼近誤差進行離散逼近，并以其組合來近似描述刀具的運動軌跡「 30,川。曲線的直線段逼近是通過逼近誤差控制步長來實現(xiàn)的，而相鄰的兩條路徑的行間距由殘留高度來控制。 滿足這兩個條 件所生成的刀位點數(shù)最少，刀具路徑長度最短，可大大提高加工效率。 二維數(shù)控切削加工刀具切削運動軌跡為平面二維曲線。二維數(shù)控加工刀具運動軌跡因加工對象不同而常分為輪廓加工和型腔加工兩 種形式。即將刀具中心由工件輪廓線向待加工零件輪廓指定的一側偏移一個刀具半徑值。例如，圖 所示為銑削外圓可采取的走刀路線，其切向進退刀采取的是直線段。 此外，在 銑削加工零件輪廓時，要考慮盡量采用順銑加工方式，這樣可以提高零件表面質量和加工精度，減少機床的“顫振”要選擇合理的進退刀位置，盡可能選在不太重要的位置。型腔的加工包括型腔區(qū)域的加工與輪廓的加 工， 一般采用立銑刀或環(huán)形刀進行加工。切輪廓通常分為粗加工和精加工兩步。 切削內腔區(qū)域時，環(huán)切和行切等兩種走刀路線在生產(chǎn)中應用最為廣泛。行切法加工刀具運動軌跡的計算比較簡單，首先根據(jù)走刀路線計算各切削行的刀具運 動軌跡，然后將各行刀具運動軌跡線段有序地連接起來。行切法加工，各切削行之間的距離為行距。環(huán)切法加工刀具既可以由內向外環(huán)切也可以由外向內環(huán)切。環(huán)切法加工刀具運動軌跡的計算，在一定意義上可以歸結為平面封閉輪廓曲線的等距線計算。各等距線的長度之和為刀具切削運動軌跡的長度 。 從加工效率 (走刀路線長短 )、代碼質量等方面衡量，行切與環(huán)切走刀路線哪個較好要取決于型腔邊界的具體形狀與尺寸以及島嶼數(shù)量、形狀尺寸與分布情況。對于一具體型腔，采用各種不同的走刀方式，并以加工時間最短 (走刀軌跡長度最短 )作為評價目標進行比較，原則上可獲得較優(yōu)的走刀方案，但更具智能化的型腔加工方案優(yōu)化方法 (如基于模糊式識別的方法 )仍有待進一步研究。曲面加工可在三坐標、四坐標或五坐標數(shù)控機床上完成，其中三坐標曲面加工應用最為普遍。 (1)相關概念 (a)刀位點和刀具接觸點 刀位點即 CL 點 (Cutter Location)，就是刀具加工時在空間 的位置點，所謂的刀具軌跡也就是刀位點軌跡。然而，一般地為了方便研究和計算，均將銑刀刀軸的頂點作為刀位點，稱為標準刀位點。是指刀具表面與曲面相切接觸的點。 (b)刀具偏置曲面 當?shù)毒呓佑|點 (CC 點 )遍歷整個曲面時，由其相應的刀位點 (CL)構成的曲面稱為刀具偏置曲面。 (2)三坐標曲面刀具軌跡的生成方法 實際加工時刀具不可能遍歷整個的偏置曲面，而只可能沿其上面的一些有限的曲線軌跡運動。由于刀具軌跡對于加工質量和加工效率有著重要影響，所以有必要對刀具軌跡的生成及其優(yōu)化進行進一步的研究。它是以被加工曲面的 參數(shù)線作為刀具接觸點路徑而生成刀具軌跡的一種方法，如圖 所示。它一般適用于參數(shù)線分布均勻的曲面加工。如圖 (a) ,圖 (b)和圖 (c)所示。 第二種方法并不直接構造零件曲面的偏置面，而是通過迭代計算直接在約束面上求取刀具與被加工面相切的一系列刀位點，由此構成刀具軌跡，即如圖 (c)所示。如圖 (a)及圖 (b)所示。因此在曲面加工時，常常規(guī)劃出平行或環(huán)形的二維走刀路線，然后再將其投影到待加工曲面上得到刀觸點路徑，由此形成刀具路徑。在三坐 標曲面加工中，導動主要應用于球頭刀的計算，此時的刀具軌跡本質上是零件面的等距面與導動面的等距面的交線。球頭銑刀切削力是選擇機床、刀具、夾具及實現(xiàn)銑削加工工藝參數(shù)優(yōu)化的基礎。 球頭銑刀銑削參數(shù) 球頭銑刀主要用于復雜曲面的半精加工及精加工，銑削參數(shù)為 :刀具轉速 n 、銑削深度 pa 、銑削行距 ea 、銑刀每 齒進給量 zf 、進給速度 cv 、銑刀齒數(shù) Z,銑刀球面半徑 R。曲面的局部形態(tài)可分為凸曲面、陜西科技大學畢業(yè)論文 22 凹曲面和平面。 平面加工行距計算 凸面加工行距計算 凹面加工行距計算 圖 3. 12導動面法生成刀具軌跡 殘留高度力與行距 Z之間的關系為 : 222 22)(2 hRhhRRl ????? () 因為在實際應用中 R遠大于力，所以上式可以簡化為 : Rhl 22? 2)凸曲面加工的行距計算 :己知凸曲面加工時的殘留高度 h，先建立圖 的局 部坐標系，若曲面曲率半徑為 Rb，刀具半徑為 R，行距為 1，則球頭刀的輪廓圓弧所在 的方程為 : 222 )s in()c o s Rqyqx ???? ??（ （ ） 其中 : bRRqRlRl ??????????? ,2s in,21c o s2 ?? （ ） 解方程組： 0)()21( 2222??????????????yRRqlyRlqxbb （ ） 數(shù)控加工切削參數(shù)優(yōu)化分析 23 解得： RR RRhl b ?? 22 （ ） 3)凹曲面加工的行距計算 :對于凹曲面加工的殘留高度，如圖 3. 12 所示。因此，刀頭縱向與法向的切削深度有所不同，我們分別以 pa 與 0pa 表示。 圖 3. 13球頭銑刀切削時的微元法分析 0n — 刀具處于前一位置時的曲面法向矢量； 1n — 刀具處于后一位置時的曲面法向矢量 pa — 刀頭沿 Z方向的縱向切深； 0pa — 曲面上 CC點處的法向切深； h — 法向切深達到刀頭半徑邊緣時的法向切削深度； zd — 球頭銑刀刀頭進行微分處理后的微元厚度； r — 切削微元的半徑； zf — 球頭銑刀的每齒進給量。反之，當大于 Rh 時，則為切削深度大于球頭半徑 R的情 形。 陜西科技大學畢業(yè)論文 24 球頭銑刀任意橫截面的銑削微元的參數(shù) Rp ha ?0 ，如圖 , 所示。 由以上圖 形可以知道，如球頭銑刀對稱切削，當 0pa 大于 R時，即 0)( 0 ??? ZRap （ Z為微元面沿曲面法向所處位置的參數(shù) )時，銑削微元的半徑為 Rr? 。 因此，可根據(jù)以上設定進行如下推導 :