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            數控加工中刀具選擇與切削用量的確定

            2020-01-01 15:24:42

            刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容,它不僅影響數控機床的加工效率,而且直接影響加工質量。CAD/ CAM技術的發展,使得在數控加工中直接利用CAD的設計數據成為可能。特別是微機與數控機床的聯接,使得設計、工藝規劃及編程的整個過程全部在計算機上完成成為可能。

              現在,許多CAD/ CAM軟件包括提供自動編程功能,這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規劃的有關問題,比如,刀具選擇、加工路徑、切削用量設定等,編程人員只要設置了有關的參數,就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。因此,數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的,這與普通機床加工形成鮮明的對比,同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則,在編程時充分考慮數控加工的特點。本文對數控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了分析。

              一、數控加工常用刀具的種類及性能

              數控加工刀具必須適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點,一般應包括通用刀具、通用連接刀柄。刀柄要聯接刀具并裝在機床動力頭上,因此已逐漸標準化和系列化。數控刀具的分類有多種方法。根據刀具結構可分為:①整體式;②鑲嵌式。根據制造刀具所用的材料可分為:①高速鋼刀具;②硬質合金刀具;③金剛石刀具;④陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為:①銑削刀具;②鉆削刀具;③鏜削刀具;④車削刀具等。

              刀具材料應具備的性能:

             ?。?)高硬度刀具材料的硬度應高于工件的硬度

             ?。?)足夠的韌性承受切削力、振動和沖擊;

             ?。?)高耐磨性耐磨性是材料抵抗磨損的能力;

             ?。?)高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的能力;

             ?。?)良好的工藝性

              二、數控加工刀具的選擇

              刀具的選擇應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調整方便,剛性好,耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。

              選取刀具時,要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中,平面輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時,應選鑲硬質合金刀片面銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時,可選取鑲硬質合金刀片的銑刀;對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常采用球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和梯形銑刀等。在進行曲面加工時,應選用球頭刀具,并且球頭刀具半徑應小于曲面的最小曲率半徑。由于球頭刀具的端部切削速度為零,因此,為保證加工精度,切削行距一般取得很密,而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優于球頭刀,因此,只要在保證精度的前提下,無論是曲面的粗加工還是精加工,都應優先選擇平頭刀。

              在數控加工中,由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行,占用輔助時間較長,因此,必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則:①盡量減少刀具數量;②一把刀具裝夾后,應完成其所能進行的所有加工部位;③粗精加工的刀具應分開使用,即使是相同尺寸規格的刀具;④先面后孔;⑤先進行曲面精加工,后進行二維輪廓精加工;⑥在可能的情況下,應盡可能利用數控機床的自動換刀功能,以提高生產效率等。

              三、數控加工切削用量的確定

              合理選擇切削用量的原則是,粗加工時,一般以提高生產率為主。半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床性能、切削用量手冊,并結合經驗面定。同時,使主軸轉速、切削深度及進給速度三者相互適應,以形成最佳切削用量。切削用量的選擇可參考表1

              表1切削用量的選?。ǜ咚黉摿姷叮?br data-filtered="filtered" style="word-break: break-all; text-size-adjust: none;"/>工件材料
             鑄鐵
             鋁
             鋼
             
            刀具直徑(mm)
             刀刃數
             切削速度(m/min)
             進給速度(m/min)
             切削速度(m/min)
             進給速度(m/min)
             切削速度(m/min)
             進給速度(m/min)
             
            8
             2
             28
             115
             126
             500
             25
             100
             
            10
             2
             28
             110
             129
             490
             26
             82
             
            12
             2
             29
             105
             130
             470
             26
             84
             
            14
             2
             29
             100
             132
             440
             26
             80
             
            16
             2
             30
             94
             133
             420
             27
             76
             


            (1)背吃刀量 在機床,工件和刀具的剛度允許的情況下,應盡可能使背吃刀量等于加工余量,這樣可以減少走刀次數,提高生產效率。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度,應留少量精加工余量,一般留0.2 -0.5mm。

             ?。?)切削寬度L一般L與刀具直徑d成正比,與切削深度成反比。數控加工中,一般L的取值范圍為:L= (0.6- 0.9)d。

             ?。?)切削速度切削速度也是提高生產率的一個措施,但切削速度與刀具耐用度的關系比較密切。隨著切削速度的增大,刀具耐用度急劇下降,故切削速度的選擇主要取決于刀具耐用度。另外,切削速度與加工材料也有很大關系,例如用立銑刀銑削45鋼時,切削速度可采用26m/ min左右:而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時,切削速度可選129m/ min以上。

             ?。?)主軸轉速n(r/min)主軸轉速一般根據切削速度來選定。計算公式為:n= 1000/ d,式中d為刀具直徑(mm)。數控機床的控制面板上一般配有主軸轉速修調(倍率)開關,可在加工過程中對主軸轉速進行倍率調整。

             ?。?)進給速度F進給速度應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。

              確定進給速度的原則:

              第一、當工件的質量要求能夠保證時,為提高生產效率,可選擇較高的進給速度。一般在100 - 200mm/ min范圍內選取。

              第二、在刀斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時,宜選擇較低的進給速度,一般在20- 50mm/ min范圍內選取。

              第三、當加工精度、表面粗糙度要求高時,進給速度應選小些,一般在20- 5Omm/ min范圍內選取。

              在數控加工過程中,進給速度也可通過機床控制面板上的進給倍率修調開關進行人工調整,但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統性能等的限制。

              隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用,數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中,要在人機交互狀態下即時選擇刀具和確定切削用量。因此,編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則,從而保證零件的加工質量和加工效率,充分發揮數控機床的優點。


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