球头立铣刀铣削力有限元分析
有限元分析（论文）
球头立铣刀铣削力有限元分析
专业：机械电子
学生姓名：张娇
学号： 201201024
摘要
本文从球头立铣刀的几何模型着手，建立了一个适用于球头立铣刀铣削的三维铣削力模型，分析刀具几何角度的变化对切削力的影响，作为有限元分析的基础。应用有限元软件ANSYS，研究在不同铣削条件下(背吃刀量、每齿进给量、主轴转速、悬伸长度等)球头立铣刀的受力情况。
建立球头立铣刀仿真实体模型，进行有限元分析表明：其它铣削条件不变时，背吃量越大，球头立铣刀变形量和应力都同时增大，而且二者的增长幅度和增长趋势几乎相同；当每齿进给量增加时，球头立铣刀变形量和应力都同时增大，但是二者的增长幅度不同，球头立铣刀应力的增长更大一些；主轴转速越高，球头立铣刀变形量和应力也会越大，二者的增长趋势相同但是幅度不同，球头立铣刀变形量的改变较大。
Summary
In the present paper,a three dimensional milling force model for ball-nose end mill Was established based on its the geometric model of cutting end edge．The influences of cutting edgeangles on cutting force were analyzed．With the assist of the finite element software“ANSYS”，real stress distributione were studied in the differen millingconditions，such as cutting depth，the feed amount of each tooth，main shaft rotation and theextended length etc．
一、背景及意义
机械制造业是国民经济和社会发展及国防建设的基础，其发展水平是一个国家综合实力的重要标志。据估计机械制造业中有30％——40％的工作量是切削加工，全世界每年切削加工耗费约2500亿美元。进入20世纪80年代后，伴随着市场全球化的浪潮，机械制造业向离效率、高质量、高柔性、绿色化和信息化的方向发展，世界各国都不惜耗费巨资，投入大量人力物力，采用最先进的技术手段，不断地深入研究与探讨机械加工方法及其理论。
航天、航空、’汽车、造船等行业，叶片螺旋桨、外覆盖件模具、内饰件的注塑模具等自由曲面轮廓零件的应用越来越广泛，自由曲面的加工工具及技术显得非常重要。自由曲面数控加工除了要求刀具高强度、高刚度、高耐用度、高精度及良好的断屑与排屑性能外，还要保证有良好的刀位计算功能，便于生成简洁有效、稳定连续的刀具轨迹。目前加工曲面的刀具主要有：球头铣刀、环形铣刀、平头铣刀及在多轴加上中应用较多的鼓形铣刀和圆锥立铣刀。
球头立铣刀是汽车、航空和模具制造中不可或缺的重要工具。因为它的刃形形状较复杂，球头部分切削条件恶劣，刀具承受的轴向力较大，铣削力和铣削振动难以精确建模，因此球头立铣刀铣削过程仿真研究受到了研究人员的极大关注。切削力会直接影响机床、工件、刀具和夹具组成的工艺系统的相互位置关系和产生变形，进而影响零件加工精度；切削过程中产生的切削力，要消耗能量，将机械能转化为热能，通过影响切削热的多少，进一步影响刀具磨损的快慢和加工质量的好坏。切削力的来源有两方面：一是工件切削层金属和表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具和切屑、工件表面间的摩擦阻力。切削力中包含着丰富的切削状态信息，通过切削力可以推知刀具变形、破损、能量、消耗等情况，同时它又是振动计算的基础。研究球头立铣刀切削力的模型，了解影响切削力的因素，掌握切削力的变化规律，对铣削加工工艺由依赖经验转向依赖定量分析，将有助于分析切削过程和解决金属切削加工的工艺问题，提高铣削加工的安全性和生产效率。因此，建立球头铣刀切削力模型，实现球头立铣刀切削力的预报并开展相关研究，具有重要的现实意义
二、球头立铣刀的有限元模型
1、球头立铣刀实体几何模型的建立
有限元分析的第一个步骤就是建立球头立铣刀的实体几何模型。有限元建立实体模型的方法有直接法和间接法。直接法适用于具有简单的几何外形、节点、元素数目较少的机械结构系统．间接法适用于节点和元素数目较多的复杂几何外形机械结构系统。间接法首先建立结构实体形状，称为实体模型，然后可自动生成网格。由于球头立铣刀的几何结构太复杂，因此，采用间接法生成一把球头立铣刀的实体几何模型图。在本研究中，以虚拟制造的球头立铣刀为实体几何模型为研究对象，通过ANSYS的专用接口来传输Soldworks中球头立铣刀的几何模型，将Solidworks中的几何图形保存为扩展名为igs／iges／sat的文件形式再被输入到ANSYS的图形输出窗口。图2-1为直径10mm球头立铣刀的实体几何模型。
图2-1 球头立铣刀实体模型
2、球头立铣刀模型单元类型的确定
单元类型的选择将影响到该模型的网格能否成功划分。根据球头立铣刀的实体模型图3-3，可近似的将球头立铣刀的几何模型作为回转轴类零件来对待，由于采用六面体单元相对比较难，一般采用四面体单元来生成有限元模型。本文中采用“SOLID45”单元。SOLID45是三维8节点四面体结构实体单元，在保证精度的同时允许使用不规则的形状，SOLID45有相容的位移形状，适用于曲面边界的建模。每个节点有三个自由度：沿节点坐标X，Y，Z方向的平动：SOLID45有塑性、蠕变、应力强化、大变形和大应变的功能。
3、球头立铣刀模型材料属性的确定
由于球头立铣刀切削是要承受摩擦、冲击和振动等作用，所以球头立铣刀材料应具备高的硬度和耐磨性、高的强度和韧性、耐热性、工艺性能和经济性。本分析中，球头立铣刀的材料选用硬质合金吲(YTl5)，材料的性能指标如表下图所示。
4、球头立铣刀模型的网格划分
图2-2 球头立铣刀的网格图
通过ANSYS软件，在球头立铣刀的实体模型上确定单元类型、材料属性之后，就可以对球头立铣刀进行网格划分。ANSYS软件提供了多种单元划分和各种网格划分的方法。在本分析中，采用SMARTSIZE对球头立铣刀进行网格划分，得到球头立铣刀的网格图，如图2-2所示。该有限元模型的网格划分精度等级为5级，共
1 5957个单元数，8968个节点数。材料属性之后，就可以对球头立铣刀进行网格划分。
5、球头立铣刀位移边界条件的确定
所谓位移边界条件，实际上是球头立铣刀所受的约束条件，它也是球头立铣刀所受的一类负载。有限元分析是以弹性力学为基础的，求解弹性力学问题必须满足边界条件，从数学方面看，这是保证结构刚度方程的唯一解所必需的：从物理方面看，是给结构施加足够的约束，以消除结构的刚体位移。根据球头立铣刀装央的实际情况来约束它的自由度，即沿轴向方向长度为30ram的表面约束：X(轴向长度为30ram)、Y(切向)、z(径向)的位移均为零，而旋转自由度：Ⅳ，、M：均为零，M，是球头立铣刀的旋转方向，是唯一设有固定的约束，但由于转速恒定，所以也可以认为Ⅳ，是受约束的，即球头立铣刀的约束条件为全约束(沿轴向方向长度为30ram)：ALLDOF。在球头立铣刀的网格图上确定位移边界条件，得到球头立铣刀的有限元模型，如图2-3所示。
图2-3 球头立铣刀的约束模型
6、载荷的施加
网格划分完成和在有限元模型上确定位移边界条件之后，就可以在有限元模型上施加载荷了，假定球头立铣刀用来铣削键槽，则它的两个刃都参与切削。于是，
切削力被平均分配在两个刃上，以均布载荷的形式将平均铣削力x F 、y F 、z F 施加在球头立铣刀的主切削刃上。图2-4为加载三向平均铣削力示意图。
图2-4 施加载荷
7、应力应变分析
球头立铣刀承载的应力及其变形对球头立铣刀在加工过程中的稳定性、球头立铣刀的磨损、破损有很大的影响。影响球头立铣刀受力的因素包括了机床、工件、球头立铣刀系统中的很多方面，其中，背吃刀量p A 、每齿进给量z f 、切削速度c V 对球头立铣刀加工过程承载的应力及其变形的影响显著，因此，很有必要探讨铣 削条件的变化对球头立铣刀应力场的影响
（1）背吃刀量对球头立铣刀应力场的影响
若选取球头立铣刀半径R=5mm ，总长度L=55ram ，刀刃数为2刃，球头立铣刀材料选用硬质合金材料(YTl5)，水平铣削b =0.883GPa 的碳素钢时，主轴转速刀n=5000rpm ，每齿进给量z f =0.1mm ／z 时，改变背吃刀量p A ，背吃刀量分别取：1、2、3、4mm 。计算出三向平均铣削力如下表所示。
按照前面的加载方式在球头立铣刀的有限元模型上施加载荷和约束条件，进行求解。有限元计算结果如表所示，图2-5为背吃刀量p A =lmm ，每齿进给量z f =O.1mm ／z ，主轴转速c V =5000rpm 时，球头立铣刀的最大变形量分布。
不同背吃到量下有限元计算结果
背吃刀量增加，球头立铣刀最大变形量和最大等效应力随之增大，二者的变化增大趋势几乎相同，刀具的最大变形量略小于刀具最大等效应力。当刀具的背吃刀量从1 mm 增大到4mm 时，最大变形量(DMX)从O.570E-04增大到O.117E-03，增大了106％，刀具最大应力(SMX)从0.459E+1l 增大到0.112E+12，增大了140％。很明显，这是由于球头立铣刀所受切削力随背吃刀量的增加而增加的缘故。
图2-5 p A =1mm ，z f =0.1mm/z ，n=5000rpm 时球头立铣刀变形量分布
（2）每齿进给量对球头立铣刀应力场的影响
在有限元应力场的计算中改变每齿进给量，它的值分别取：0.06、0.08、0.l 、0.12mm ／z ，而保持其它加工条件不变，即球头立铣刀依然采用直径为10mm 的整体式硬质合金球头立铣刀，刀刃数为2刃，水平铣削b =O.883GPa 的碳素钢时，主轴转速n=5000rpm ，背吃刀量p A =3mm 。
当进给量分别取作O.06、O.08、O.1、0.122mm ／z 时，计算得出三向平均铣削力如下表所示。
按照前面的加载方式在球头立铣刀的有限元模型上施加载荷和约束条件，进行
求解，计算结果如表3-5所示。图2-6为背吃刀量p A =3mm ，每齿进给量z f =0.06mm ／z ，主轴转速n=5000rpm 时，球头立铣刀的最大变形量分布。
从计算结果可以得出：随着迸给量z f 的增大，球头立铣刀变形量和最大等效应力都相应增大，且增长幅度较大，但是即不是成正比增大，也不是指数增大。这一点与背吃刀量对球头立铣刀应力场的影响很相似。当球头立铣刀的进给量从0.06mm ／z 增加到0．12mm ／z 时，球头立铣刀的最大变形量(DMX)从0.751E-04 增大到0.976E-04，球头立铣刀的最大变形量增加了30％，而球头立铣刀的最大等效应力(SMX)从0.606E+11增大到0.117E+12，球头立铣刀的最大等效应力增加了93％。可见，进给量的改变对球头立铣刀应力的影响要比球头立铣刀变形量的影响大得多。
图2-6 p A =3mm, z f =mm/z,n=5000rpm 时球头立铣刀变形量分布
（3）切削速度对球头立铣刀应力场的影响
随着机床主轴的不断提升，从而获得更高的切削速度。高的切削速度是提高加
工效率、降低成本的主要措施㈣，因此．研究高的切削速度对球头立铣刀应力状态的影响也具有很重要的现实意义。
在有限元应力场的计算中改变主轴转速，它的值分别取：5000、10000、15000、 20000rpm 时．而保持其它加工条件不变，即球头立铣刀依然采用直径为lOmm 的 整体式硬质合金球头立铣刀，刀刃数为2刃，水平铣削b =0.883GPa 的碳素钢时，背吃刀量p A =3mm ，每齿迸给量正z f =O.1mm ／z 。
当主轴转速分别取作5000、10000、15000、20000rpm 时，计算得出三向平均铣削力如下表所示。
按照前面的加载方式在球头立铣刀的有限元模型上施加载荷和约束条件，进行求解，计算结果如表2-7所示。图2-7为背吃刀量p A =3mm ，每齿进给量z f =O.1mm ／z ，主轴转速n=20000rpm 时，球头立铣刀的变形量分布。
图2-7 p A =3mm ，z f =0.1mm/z,n=200000rpm 时的球头立铣刀变形量分布 从计算结果可以得出：球头立铣刀的最大等效应力和最大等效变形量都随着主轴转速的不断升高而逐渐增大，但是二者的增长幅度不同，DMX 显然要比SMX 的上升幅度大。当主轴转速从5000rpm 上升到20000rpm 时，SMX 从0．965E+1l 增大到O.128E+12，增加了33％，而DMX 从0788E-04增大到O.158E-03，增加了105％。因此，主轴转速的提高，对球头立铣刀的变形量影响更大，对球头立铣刀的应力影响相对要小一些。最主要的原因是球头立铣刀所受切削力随转速的升高增加的幅度不大，施加在球头立铣刀模型上的负载也变化不大，在其它铣削条件不变的情况下，球头立铣刀所受应力值也肯定变化不大。球头立铣刀应力与球头立铣刀所受的切削力有直接的关系，也就是与球头立铣刀的转速有直接的关系。
参考文献
【1】艾兴等．高速切削加工技术．北京：国防工业出版社，2003，10：1～10 【2】孙孟琴，翁泽宇．球头铣刀切削力模型的研究进展．工具技术【J】，2003，40(9):7～9
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【4】高德平．机械工程中的有限元法基础．西北工业大学出版社，1993 【5】石岚．高速铣削立铣刀的有限元分析．广东工业大学工程硕士学位论文，2005
06第六章 铣削共17页文档
一、引入 1、简述拉削的加工特点。 2、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、拉孔分别能达到的加工精度。 二、讲授新课 第六章铣削 用铣刀在铣床上的加工称为铣削。 铣削是一种应用非常广泛的切削加工方法。它可以对许多不同几何形状的表面进行粗、半精加工，其加工精度一般为IT9～IT8，表面粗糙度为Ra6.3～1.6um。 铣刀为多齿刀具，所以具有较高的生产率。 第一节铣刀的类型及应用 铣削可用于加工平面、沟槽、台阶面、斜面、特形面等各种几何形状的表面。这些表面的获得除了需要机床提供必要的运动外，还须依靠多种多样的铣刀。 ⑴圆柱铣刀(a)：在卧式铣床上加工面积不太大的平面,铣刀直径50～100㎜，加工效率不太高。 ⑵面铣刀(b)：在立式铣床上加工平面，尤其是大面积平面。用硬质合金刀片，采用可转位。 第 1 页
⑶槽铣刀(e、f、h)：用于加工直槽或台阶面，有较高的效率；用锯片铣刀可铣窄槽或切断。 ⑷立铣刀(c、d)：用于立式铣床上铣沟槽，也可用于加工平面、台阶面、二维曲面。 ⑸键槽铣刀(k)：只有两个刃瓣，兼有钻头和立铣刀的功能。 ⑹T形槽铣刀(g)：类似三面刃槽铣刀，主要用于加工T形槽的专用铣刀。 ⑺角度铣刀(i、j)：用于铣角度槽、斜面。 ⑻盘形齿轮铣刀(m)：用于铣削直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓面的专用铣刀。 ⑼成形铣刀(n)：用于加工外成形表面的专用铣刀。 ⑽鼓形铣刀(p)：用于数控铣床和加工中心上加工立体曲面。 ⑾球头铣刀(q)：用于三维模具型腔的加工。 第二节铣刀的几何参数用铣削要素 一、铣刀的几何参数 1、铣刀标注参考系 铣刀的种类虽然很多，在结构上也各有特点，但主要还是圆柱铣刀和面铣刀两种为代表。 第 2 页
数控铣床对刀具的要求及铣刀的种类
数控铣床对刀具的要求及铣刀的种类 班级：09机制学号：姓名： 一、对刀具的要求 在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具切屑区产生很高的温度，受到很大的应力。在加工余量不均匀的工件或断续加工时，刀具还受到强烈的冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求： 1.高的硬度和耐磨性刀具材料的硬度必须比工件材料的硬度要高，一般都在60HRC以上。耐磨性是指材料抗磨损的能力。一般说来，刀具材料的硬度越高、晶粒越细、分布越均匀，耐磨性就越好。 2.有足够的强度和韧性切削过程中，刀具承受很大的压力、冲击和振动，刀具必须具备足够的抗弯强度和冲击韧性。一般说来，刀具材料的硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性值越低，这两个方面的性能尝尝是矛盾的。一种好的刀具材料，应根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，并有所侧重。 3.耐热性高耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能，也包括刀具材料在高温下抗氧化、粘结、扩散的性能，故耐热性有时也称为热稳定性。良好的耐热性是衡量刀具材料切削性能的一项重要指标。 4.经济性经济性也是评价刀具材料切削性能的一项重要指标。有些刀具材料虽然单位成本较高，但因使用寿命长，分摊到每一个零件上的刀具成本就降低。除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。 二、刀具的分类 1.按直径分类 1）公制（mm）刀常用直径为：0.5、 1 、1.5 、2 、2.5、 3 、4 、5 、6、 8 、10 、12 、16 、20、 25、 28 、30 、32 、35、 40、 50 、63。 2）英制（INCh）刀常用直径为：1/8、1/4、1/2、3/16、5/16、3/8、5/8、3/4、1、1.5 、2。
铣削的基础知识
第一章铣削的基础知识 §1-1铣床简介 §1-2铣刀简介 §1-3铣削运动和铣削用量 §1-4切削液 §1-5常用量具
§1-1铣床简介 ?教学目的 掌握常用铣床主要部件的名称、功用和结构特点。 ?教材分析 铣床是进行铣削加工的基本设备，了解常用铣床的结构、牌号及功用是展开后续教学的基础，所以本节内容虽无难点，但对学生进一步学习铣削加工知识，使学生对本课程产生学习兴趣起着至关重要的作用。
铣床简介 ?铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的形面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。 ?最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床，二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。
机床型号 机床型号是表示机床结构 特征和技术特性并以国家标准为规范的统一符号。
机床的类代号 ?机床按工作原理划分为11类 ?机床的类代号用大写的汉语 拼音字母表示， 铣床——X 车床——C 磨床——M 刨床——B
机床的通用特性代号 通用特性高 精 密 精 密 自 动 半 自 动 数 控 加 工 中 心 （ 自 动 换 刀 ） 仿 形 轻 型 加 重 型 简 式 或 经 济 型 柔 性 加 工 单 元 数 显 高 速 代 号 G M Z B K H F Q C J R X S 读 音 高密自半控换仿轻重简柔显速
数控铣削加工工艺参数的确定
数控铣削加工工艺参数的确定 确定工艺参数是工艺制定中重要的内容，采用自动编程时更是程序成功与否的关键。 （一）用球铣刀加工曲面时与切削精度有关的工艺参数的确定 1、步长l （步距）的确定 步长l （步距）——每两个刀位点之间距离的长度，决定刀位点数据的多少。 曲线轨迹步长l 的确定方法： 直接定义步长法：在编程时直接给出步长值，根据零件加工精度确定 间接定义步长法：通过定义逼近误差来间接定义步长 2、逼近误差e r 的确定 逼近误差e r ——实际切削轨迹偏离理论轨迹的最大允许误差 三种定义逼近误差方式（如图16-4所示） ： 指定外逼近误差值：以留在零件表面上的剩余材料作为误差值 （精度要求较高时一般采用，选为0.0015~0.03mm ） 指定内逼近误差值：表示可被接受的表面过切量 同时指定内、外逼近误差 3、行距S （切削间距）的确定 行距S （切削间距）——加工轨迹中相邻两行刀具轨迹之间的距离。 行距小：加工精度高，但加工时间长，费用高 行距大：加工精度低，零件型面失真性较大，但加工时间短。 两种方法定义行距： （1）直接定义行距 算法简单、计算速度快，适于粗加工、半精加工和形状比较平坦零件的精加工的刀具运动轨迹的生成 （2）用残留高度h 来定义行距 残留高度h ——被加工表面的法矢量方向上两相邻切削行之间残留沟纹的高度。 大：表面粗糙度值大 小：可以提高加工精度，但程序长，占机时间成倍增加，效率降低 选取考虑：粗加工时，行距可选大些，精加工时选小一些。有时为减小刀峰高度，可在原两行之间加密行切一次，即进行曲刀峰处理，这相当于将S 减小一半，实际效果更好些。 （二）与切削用量有关的工艺参数确定 图3.2.6 指定逼近误差
球头立铣刀铣削力有限元分析
有限元分析（论文） 球头立铣刀铣削力有限元分析 专业：机械电子 学生姓名：张娇 学号： 201201024
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硬质合金立铣刀切削量
硬质合金立铣刀切削量 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020
硬质合金涂层立铣刀切削用量 立铣刀铣削时背吃刀量、侧吃刀量与铣刀直径、工件材料有关，一般加工铸件、碳素钢、合金钢和硬度低于40HRC的预硬钢和调质钢时：Apmax＝1D；Aemax＝（D为铣刀直径），当铣槽时，当Ф1＜D＜Ф3时，Ap＝，当Ф3＜D时，Ap＝；加工硬度40HRC～50HRC的预硬钢和调质钢时：Apmax＝1D；Aemax＝（D 为铣刀直径），当铣槽时，Ap＝；加工铝合金时：Apmax＝；Aemax＝（D为铣刀直径），当铣槽时，Ap ＝。当切削面远大于刀具直径需多行切削时，一般侧吃刀量取铣刀直径的70%～80%。 立铣刀铣削用量与刀齿数、刀具直径、工件材料等因素有关，可以参考表1。 表1-1-1 硬质合金涂层立铣刀切削用量表 立铣刀铣削用量工件材料等因素有关，可以参考表2。 表2 整体硬质合金涂层立铣刀铣削用量推荐表 根据公式Vc=πdn/1000，我们可以计算出球头铣刀铣削转速。 Vc：切削速度，单位m/min d：刀具直径，单位mm n：主轴转速，单位r/min 表1和表2是侧铣加工的标准值，刀具铣槽时：当工件材料为铸铁、钢等材料时，切削速度为上表的50%～70%，进给速度为上表的40%～60%；当工件材料为铝合金时，进给速度为上表的70%。当 D≤Ф2时，由于刀具刚性较小，所以切削速度要降低。机床与工件安装刚性较差的情况下，会产生振动和异常声音，此时应将切削速度与进给速度同比降低。切削深度较小时，切削速度和进给可以同比提高。
铣刀铣削速度的确定
加工不锈钢材料铣刀转速300-400（直径30铣刀） 铣刀铣削速度：Vc=πdn/1000 m/mim 其中：d —刀具外径mm n —刀具转速 r/mim 铣刀进给速度：Vf=znFz mm/s 其中：Fz —每个刃的进给速度mm/z z —铣刀刃数 n —铣刀转速 r/mim 背吃刀量—平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。粗铣时为3mm左右，精铣时为0.3-1mm 侧吃刀量—垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。 如何造就数控机床编程高手 要想成为一个数控高手（金属切削类），从大学毕业进工厂起，最起码需要6年以上的时间。他既要有工程师的理论水平，又要有高级技师的实际经验及动手能力。 第一步：必须是一个优秀的工艺员。数控机床集钻、铣、镗、铰、攻丝等工序于一体。对工艺人员的技术素养要求很高。数控程序是用计算机语言来体现加工工艺的
过程。工艺是编程的基础。不懂工艺，绝不能称会编程。 通过长时间的学习与积累，你应达到下列技术水准和要求： 1、熟悉钻、铣、镗、磨、刨床的结构、工艺特点， 2、熟悉加工材料的性能。 3、扎实的刀具理论基础知识，掌握刀具的常规切削用量等。 4、熟悉本企业的工艺规范、准则及各种工艺加工能达到的一般要求，常规零件的工艺路线。合理的材料消耗及工时定额等。 5、收集一定量的刀具、机床、机械标准的资料。特别要熟悉数控机床用的刀具系统。 6、熟悉冷却液的选用及维护。 7、对相关工种要有常识性的了解。比如：铸造、电加工、热处理等。 8、有较好的夹具基础。 9、了解被加工零件的装配要求、使用要求。 10、有较好的测量技术基础。 第二步：精通数控编程和计算机软件的应用。 这一点，我觉得比较容易，编程指令也就几十个，各种系统大同小异。一般花1-2个月就能非常熟悉。自动编程软件稍复杂些，需学造型。但对于cad基础好的人来说，不是难事。 另外，如果是手工编程，解析几何基础也要好！ 读书人对这些知识的学习是最适应的。 在实践中，一个好程序的标准是： 1、易懂，有条理，操作者人人都能看懂。 2、一个程序段中指令越少越好，以简单、实用、可靠为目的。从编程角度对指令的理解，我以为指令也就G00和G01，其他都为辅助指令，是方便编程才设置的。 3、方便调整。零件加工精度需做微调时最好不用改程序。比如，刀具磨损了，要调整，只要改刀具偏置表中的长度、半径即可。 4、方便操作。程序编制要根据机床的操作特点来编，有利于观察、检查、测量、安全等。例如，同一种零件，同样的加工内容，在立式加工中心和卧式加工中心分别加工，程序肯定不一样。 在机械加工中，最简单的方法就是最好的方法。只要有实践经验的同行，想必都会同意这句话吧！ 第三步：能熟练操作数控机床。 这需要1-2年的学习，操作是讲究手感的，初学者、特别是大学生们，心里明白要怎么干，可手就是不听使唤。在这过程中要学：系统的操作方式、夹具的安装、零件基准的找正、对刀、设置零点偏置、设置刀具长度补偿、半径补偿，刀具与刀柄的装、卸，刀具的刃磨、零件的测量（能熟练使用游标卡尺、千分卡、百分表、千分表、内径杠杆表）等。 最能体现操作水平的是：卧式加工中心和大型龙门（动粱、顶梁）加工中心。
数控加工球头铣刀与刀面加工应用研究
数控加工球头铣刀与刀面加工应用研究 数控加工球头铣刀与刀面加工应用研究 【摘要】本文对采用与轴线成定角螺旋刃口的球头铣刀在设计、制造中的难点以及相应的处理方法和数学模型作一简介，然后通过虚拟制造中的相应图形验证其可行性。 【关键词】二轴联动；数控加工；球头铣刀；应用研究 1球顶刃口曲线设计难点及解决方法 螺旋刃口的设计难点令球头铣刀的球面方程为 r={（R2-z2）?cosf，（R2-z2）? sinf，z} （1） 式中：R――球面半径 z，f――球面参数球面上与轴线成定角y 的刃口曲线应当满足微分方程 （2） 当R2tan2y-z2sec2y Rsiny 时微分方程无实解，也即在此部分球面上设计不出与轴线成y 角的刃口曲线。后续平面刃口曲线由于在球头上z∈[Rsiny，R]的部分区域内设计不出与轴线成y 角的刃口曲线，因此只能用其它刃口曲线替代，最简单的方法是用平面刃口曲线替代。如要保证刃口曲线在连接点处的一阶导数连续，且前角相等，取z=Rsiny 的刃口曲线点作为连接点并不合适。由《球头铣刀刃口曲线的求解及螺旋沟槽的二轴联动数控加工》可知，磨削沟槽时砂轮的轴向、径向进给速度分别为 （3） （4） 式中：r―沟槽底部所在的截圆半径w―刀体回转角速度 当加工接近z=Rsiny 的沟槽时，进给速度vz、vg均趋于无穷大，这在实际制造中是无法实现的。因此，在选择连接点时，应离开 z=Rsiny 一定距离，避免因进给速度剧变而给工程实现带来的困难，选取z=Rsin（y -y0）（y0>0）即可解决这一难题。下面的问题是求平面方程。虽然许多文献均提及这一问题，但均未给出数学模型，故简介如下：由《球头铣刀刃口曲线的求解及螺旋沟槽的二轴联动数控
立铣刀参数
立铣刀参数 铣刀种类及直径代木铝钢铜 转速S 进给F 转速S 进给F 转速S 进给F 转速S 进给F 立铣刀0.5 3500 1000 3500 1000 3500 1000 3500 1000 立铣刀 1 3500 1000 3500 500 3500 500 3500 500 立铣刀 2 3500 1600 3500 1500 3500 1000 3200 800 立铣刀 4 3300 2000 3500 2000 3500 1500 3200 1600 立铣刀 6 3200 2000 3500 2800 3500 1800 3000 2000 立铣刀8 3000 2000 3000 2800 2800 1800 2800 2200 立铣刀10 2800 2000 2700 2800 2500 1800 2500 2000 立铣刀12 2000 2800 2000 3000 1800 2500 2200 2000 立铣刀16 1000 2000 1600 2000 1300 2000 1800 1800 立铣刀20 900 1200 800 1800 750 1000 700 1000 立铣刀25 850 1000 750 1100 700 900 700 950 球头立铣刀0.5 3500 6000 3500 6000 3500 1000 3500 1000 球头立铣刀 1 3500 6000 3500 3500 3500 300 3500 3500 球头立铣刀 2 3500 6000 3500 1000 3500 600 3500
1000 球头立铣刀 3 3500 6000 3500 1000 3500 800 3500 1500 球头立铣刀 4 3500 6000 3500 1000 3500 800 3200 1000 球头立铣刀 6 3500 6000 3500 800 3500 800 3000 1000 最佳答案常用計算公式 一、三角函數計算 1.tanθ=b/a θ=tan-1b/a 2.Sinθ=b/c Cos=a/c 二、切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。 2.1 铣床切削速度的計算 Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：線速度(m/min) π：圓周率(3.14159) D：刀具直徑(mm) 例題. 使用Φ25的銑刀Vc為(m/min)25 求S=?rpm Vc=πds/1000 25=π*25*S/1000 S=1000*25/ π*25
球头铣刀高速铣削铣削力建模分析
球头铣刀高速铣削铣削力建模分析 摘要：本文针对球头铣刀铣削特点，运用金属切削理论等，对球头铣刀铣削力建模进行了系统深入的研究，在针对球头铣刀高速铣削力研究的整个过程中，根据原有的经验公式及切削机理，主要对铣削力进行具体研究，研究球头铣刀切削微元上所受到的切向力，径向力和轴向力的受力情况，进而沿刀刃进行积分，通过局部坐标系转换到整体坐标系，用数值积分方法建立铣削力模型。 关键词：球头铣刀；铣削力；建模 1.概述 随着全球工业市场竞争的日趋激烈，产品的复杂性和加工质量要求越来越高。而随着CAD/CAM系统和CNC加工中心的进步，我们可应用球头铣削来满足复杂表面的加工需要。由于在复杂曲面加工中，很难选择恰当的参数使得加工过程既能提高生产率，同时又能保证工件质量。为了保证产品加工质量且避免刀具破损或刀具过变形等不期望结果的发生，通常做法是选择保守的加工参数。然而，这会降低生产率。这需要在加工参数和加工质量及加工效率之间达到一个最佳的匹配。 铣削加工过程是由“机床—刀具—工件”构成的、各种影响因素综合作用的系统。在加工进行过程中随时会受到各种随机因素的干扰，其中的干扰因素主要包括：工件材质不均匀造成的材料微观硬度变化，刀具磨损造成的刀具几何参数的改变，切削参数变化及切削振动等，这些因素都会使加工系统转变为动态系统。 因此，球头铣削过程分析和铣削力仿真对加工精度预测、铣削过程自适应控制以及工艺参数优化都有非常重要的意义。 2.铣削力建模 2.1 局部铣削力的计算 切削力的准确建模是分析和预报切削加工性能的基础（工艺参数的选择、切削过程稳定性、刀具磨损及破损的监控等）。由于铣削过程非常复杂，在此过程中铣削力不断变化，通常的切削理论不能趋势应用于铣削过程，因此，球头铣刀加工复杂曲面切削力模型建立的基本策略是将刀具切削刃沿轴向等间隔划分成许多很小的切削微元，每个微段相当于一个简单的斜角切削，作用在刀刃微段上的空间铣削力可以分解成微切向力、微径向力和微轴向力。刀具受到的切削力为参加切削的切削微元的受力之和，切削微元的受力分析是根据切削力与切削负载之间的经验关系。本文采用Lee和Altintas所提出的斜角切削的切削微元的受力公式： 在整体坐标系中，X方向为刀具的进给方向，Z方向垂直于水平面，根据右
铣刀速度确定
铣削速度与带钢行走速度有关，铣削速度要大于或等于带钢行走的速度，才能保证带钢板边边缘没有刀坑、凹痕，铣口表面粗糙度达到12.5μｍ以上。铣边机铣削速度与带钢行走速度相同时，为等速切割；铣边机铣削速度大于带钢的行走速度时，称超速切削。因此，铣边机铣进给量等于或大于带钢的行走速度所需要的铣削量就能满足铣削的要求，即铣边机一侧每分钟的铣削量等于或大于带钢的行走速度。 S=S e Z n ≥v （1） 式中：S ——铣边机切削量，mm/min ； S e ——单齿切削量，mm/齿，低合金钢取0.2～0.3 mm/齿； Z ——刀盘每转一周的齿数，齿/r ； n ——刀盘转速，r/min ； v ——带钢行走的速度，mm/min 。 当带钢的行走速度发生变化时，应及时调整铣边机的转速n 。 由（1）式得刀盘的速度n ≥v/( S e Z) （2） 带钢行走速度一般在1200～2200 mm/min ；每周刀盘齿数14～16块，取16块。 转速取2200 mm/min 时 S e 取0.2mm/齿时，则n ≥v/( S e Z)=齿 齿160.2mm/mm/min 2200? =687.5 r/min S e 取0.3mm/齿时，则n ≥v/( S e Z)= 齿齿160.3mm/mm/min 2200? =458.3 r/min 转速取1200 mm/min 时 S e 取0.2mm/齿时，则n ≥v/( S e Z)=齿 齿160.2mm/mm/min 1200? =375 r/min S e 取0.3mm/齿时，则n ≥v/( S e Z)= 齿齿160.3mm/mm/min 1200? =250 r/min 铣削量控制在2mm 以内。 刀盘尺寸要求：直径150mm ，铣刀头角度60～90°，每周铣刀数量14～16块。 直流电机转速3300 r/min 减速箱减速比1:5
数控机床上常用的铣刀
数控机床上常用的铣刀 数控机床上常用的铣刀：一、面铣刀，面铣刀的圆周表面和端面都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr 二、立铣刀，立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。注意，因为立铣刀的端面中间有凹槽，所以不可以做轴向进给。 三、模具铣刀，他的结构特点是球头或端面上不满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。 四、键槽铣刀，它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。 五、鼓形铣刀，他的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应该面刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围越广。 六、成形铣刀，一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的。 还有些通用铣刀，但因主轴锥孔有别，必须配制过渡套和拉钉 1）盘铣刀 一般采用在盘状刀体上机夹刀片或刀头组成，常用于端铣较大的平面。 2）端铣刀 端铣刀是数控铣加工中最常用的一种铣刀，广泛用于加工平面类零件，图1是两种最常见的端铣刀。端铣刀除用其端刃铣削外，也常用其侧刃铣削，有时端刃、侧刃同时进行铣削，端铣刀也可称为圆柱铣刀。 3）成型铣刀
成型铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状（如角度面、凹槽面等），也适用于特形孔或台。图2示出的是几种常用的成型铣刀。 4）球头铣刀 适用于加工空间曲面零件，有时也用于平面类零件较大的转接凹圆弧的补加工。 5）鼓形铣刀 主要用于对变斜角类零件的变斜角面的近似加工。 除上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内孔锥度有别，须配制过渡套和拉杆。
具有倾斜角度的球头铣刀
与加工表面呈倾角的球头铣刀的切削力模型 第二部分，切削条件、跳动、犁切和倾角的影响 M. Fontaine, A. Moufki, A. Devillez, D. Dudzinski 修订日期: 2006 —12—12；收稿日期: 2007 —01—12 ————————————————————————————————摘要 本文着重对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的加工倾角造成对切削力的影响进行了理论研究。从热力切割模型计算得到的切削力，在本论文第1部分介绍[M. Fontaine, A. Moufki, A. Devillez切割中球头与工具面倾角铣削力模型。第一部分的预测力模型和实验验证J. Mater. Process. Technol. 189 (2007) 73–84]在这里我们将展开详细的讨论并且与实验结果进行比较。前文提出的球头铣刀模型可应用于直线刀具轨迹和变化的加工倾角的机械加工中。本文则同时对斜面和轮廓配置进行了研究。研究中的实验结果是在一台装配Kistler测力计的3 轴数控铣床上进行测试的，注意这里指出的形状和切削力信号水平。为了确定最佳倾角，我们对刀具作用最大的切削力的变化做了研究。全文对切削条件、径向跳动、犁切现象和切削稳定性造成的影响分别进行了讨论。 关键词：球头铣刀，切削力量，切削条件，刀具跳动;犁切;刀具倾角 1.简介 许多学者提出了有效的模型来预测铣削操作中切削力。一些实验结果对钢[2-15]，铝合金[14-18]，锌合金[19,20]或航空合金[6,21-23]是有效的。然而，这些因素对结果的影响很少被讨论。众所周知，一些参数的影响在切削力水平和变化是明显的，并且在加工模型中考虑这些因素是重要的。在球头铣刀的主要参数是切削条件、刀具的跳动、犁切现象和加工倾角。在加工时，我们总是把它们分开对待而不是统一考虑。 在文献中，球头铣削加工所得到的切削力实验结果往往是相对切削条件（（主轴频率，进给量，切削深度，切削模式）的影响。最主要的原因是，实验测试需要大量的时间和经费。许多实验文献表明对于变化的切削速度值与额定进给率相关[3,4,6,11,13,15,18,19,21]，而有其他文献研究表明是受进给率和主轴运动频率的双重影响[7，11，12,16,17,22]。通常的装置来测量切削力是压电式测功机，高速铣削，但它的使用是受限于所使用的传感器动态响应。然而，只有研究处理高切削速度的学者数量减少[6,7,12,22]。有些作者提出是由于轴向切削深度[7,15,19,21]或是径向切削深度[13,17]，也有提出是两者共同影响的结果[3,4,6,12,16,20,22]。在过去研究的过程中，主要还是应用一些旧的切削模式，却鲜有人将它与最新的切削模式进行对比。 刀具跳动是传统地以面铣削加工为蓝本的，仅有少部分学者提出一些解决方案将球头铣削中刀具的运动考虑进来。这样，跳动就通常被认为仅是径向偏心（径向跳动）[3,14]，而摆角（轴向跳动）却很少考虑。在球头铣刀中，有限的刀具的直径和长度减少了自身对跳动的影响。在一个完整的五轴铣削力模型中，利用轴向跳动精确计算工件加工表面与刀具的接触面是非常有趣的[22]。这些过去的文献表明，径向跳动对边缘的接触面和切削力大小有着巨大的影响，尤其是对于高切削速度和低切削厚度的情况。 非剪切现象出现在尖端，并产生额外的力作用在刀具上。它们可以由正交切削下产生的滑移线所决定[24，25]。在球头铣刀中，它们曾被隐晦地考虑到机械模型，但并没有进行具体的说明。然而，一些学者通过利用剪切和从转向实验中获得的边缘系数[21]将剪切过程从边缘现象中分离出去，或者直接通过铣削实验反推然后进行二乘法调整或卷积积分法
铣刀铣削速度
铣刀铣削速度：Vc=πdn/1000 m/mim 其中：d —刀具外径mm n —刀具转速 r/mim 铣刀进给速度：Vf=znFz mm/s 其中：Fz —每个刃的进给速度mm/z z —铣刀刃数 n —铣刀转速 r/mim 背吃刀量—平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。粗铣时为3mm左右，精铣时为0.3-1mm 侧吃刀量—垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸。 如何造就数控机床编程高手 要想成为一个数控高手（金属切削类），从大学毕业进工厂起，最起码需要6年以上的时间。他既要有工程师的理论水平，又要有高级技师的实际经验及动手能力。 第一步：必须是一个优秀的工艺员。数控机床集钻、铣、镗、铰、攻丝等工序于一体。对工艺人员的技术素养要求很高。数控程序是用计算机语言来体现加工工艺的过程。工艺是编程的基础。不懂工艺，绝不能称会编程。 通过长时间的学习与积累，你应达到下列技术水准和要求：
1、熟悉钻、铣、镗、磨、刨床的结构、工艺特点， 2、熟悉加工材料的性能。 3、扎实的刀具理论基础知识，掌握刀具的常规切削用量等。 4、熟悉本企业的工艺规范、准则及各种工艺加工能达到的一般要求，常规零件的工艺路线。合理的材料消耗及工时定额等。 5、收集一定量的刀具、机床、机械标准的资料。特别要熟悉数控机床用的刀具系统。 6、熟悉冷却液的选用及维护。 7、对相关工种要有常识性的了解。比如：铸造、电加工、热处理等。 8、有较好的夹具基础。 9、了解被加工零件的装配要求、使用要求。 10、有较好的测量技术基础。 第二步：精通数控编程和计算机软件的应用。 这一点，我觉得比较容易，编程指令也就几十个，各种系统大同小异。一般花1-2个月就能非常熟悉。自动编程软件稍复杂些，需学造型。但对于cad基础好的人来说，不是难事。 另外，如果是手工编程，解析几何基础也要好！ 读书人对这些知识的学习是最适应的。 在实践中，一个好程序的标准是： 1、易懂，有条理，操作者人人都能看懂。 2、一个程序段中指令越少越好，以简单、实用、可靠为目的。从编程角度对指令的理解，我以为指令也就G00和G01，其他都为辅助指令，是方便编程才设置的。 3、方便调整。零件加工精度需做微调时最好不用改程序。比如，刀具磨损了，要调整，只要改刀具偏置表中的长度、半径即可。 4、方便操作。程序编制要根据机床的操作特点来编，有利于观察、检查、测量、安全等。例如，同一种零件，同样的加工内容，在立式加工中心和卧式加工中心分别加工，程序肯定不一样。 在机械加工中，最简单的方法就是最好的方法。只要有实践经验的同行，想必都会同意这句话吧！ 第三步：能熟练操作数控机床。 这需要1-2年的学习，操作是讲究手感的，初学者、特别是大学生们，心里明白要怎么干，可手就是不听使唤。在这过程中要学：系统的操作方式、夹具的安装、零件基准的找正、对刀、设置零点偏置、设置刀具长度补偿、半径补偿，刀具与刀柄的装、卸，刀具的刃磨、零件的测量（能熟练使用游标卡尺、千分卡、百分表、千分表、内径杠杆表）等。 最能体现操作水平的是：卧式加工中心和大型龙门（动粱、顶梁）加工中心。 操作的练习需要悟性！有时真有一种“悠然心会，妙处难与君说”的意境！ 在数控车间你就静下心来好好练吧！
不锈钢的铣削
不锈钢的铣削 一.不锈钢铣削的特点 铣削的主要特点是断续切削,切削过程中冲击和振动比较利害,不如车削时那样平稳.由于不锈钢材料韧性大,切屑不易切离,加工硬化趋势强等特点,更增加了铣削过程中的不利因素.综合起来不锈钢铣削的特点主要表现在以下几个方面: 1.材料韧性大,高温强度、硬度高，切削变形困难，切屑过程的切削力大， 2.不锈钢的粘附性、熔着性强，切屑易粘附在铣刀刀刃上，恶化切削条件。 3.由于断续切削，冲击、振动较大，再加上不锈钢材料的特性，铣刀刀齿很容易崩刃 和磨损。 4.不锈钢加工硬化趋势强，断续切削会增加硬化的趋势，使切削条件变坏。 5.由于上述因素的综合影响，使不锈钢不容易进行高速切削。 因此，不锈钢铣削的铣削应从以下几个方面采取措施： ①选用功率较大、振动较小的铣床。 ②采用抗冲击韧性较好且又耐磨的刀具材料。 ③采用合适的刀具结构和几何形状。 ④选用合适的切削用量。 ⑤选用合适的冷却润滑液。 ⑥正确进行操作。 二．不锈钢铣削的铣刀 1．铣刀切削部分的材料 铣削不锈钢时由于是断续切削，冲击载荷较大，切削条件比较恶劣。因此要求刀具 切削部分的材料坚韧性比较好，能承受较大的冲击载荷。铣削不锈钢时铣刀切削部 分的材料主要有高速钢和硬质合金两大类。一般低速切削时大多采用高速钢刀具，其中特别是成型铣刀和小直径的杆铣刀，由于制造上的困难更是采用高速钢比较合 适。对于不锈钢来说，高速钢的耐磨性能仍然是不够理想的。因此，在条件许可的 情况下，最好采用含钴、含铝等超硬型高速钢来制造刀具，一提高刀具的耐用度。 中速、高速铣削时，特别是端面铣削时以采用YW2或YG8较为合适，有时也可以 采用YT15。用YW2制造铣刀比YG8具有较高的耐磨性能。 2．铣刀有关的几何参数对不锈钢铣削的影响： 1）前角γ 前角的大小，对不锈钢铣削过程影响很大：增加前角，切削过程中切屑变形容易切削阻力较小，切屑比较切离，如果铣刀前角等于零，铣削时产生的合 力R有把铣刀推离工件的趋向，这样刀齿就更加不易切入工件。加工不锈钢时 一般不采用这种刀具。 前角为正值的铣刀，铣削时产生的合力只有把铣刀拉如工件的趋向，这样就使铣刀比较容易切入工件。因此铣削不锈钢时铣刀的前角一般都采用10°～ 20°,其中采用15°的较多。用硬质合金刀头加工不锈钢时,可根据不同的情况 采用不同的前角。负前角的铣刀一般不太适合于不锈钢的铣削.利用组装式高速 刀盘时,可以同车工一样磨出刃口部分代圆卷屑槽的25°～30°的大前角.为了 提高刀具的耐用度,刀具刃口上应留有0.05-0.2的刃带，完全快口的刀具在铣削 不锈钢时很快就会卷口. 由于铣刀的切削部分的形状比较复杂,铣刀垂直截面上的前角γ和螺旋角ω几横向前角γ1(端面刃前角)之间的关系可按下式计算:
如何进行铣削加工的准备
如何进行铣削加工的准备 1、加工工艺 1.1常用刀具 用于加工平面的刀具很多，这里只介绍几种在数控机床上常用的铣刀。 (1) 立铣刀： 立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，其结构如图1-1-2 所示。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削， 也可单独进行切削。 立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削 刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀 端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能做轴向进给，端面刃主要用来 加工与侧面相垂直的底平面。 直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。Φ2~Φ71mm的立铣刀 制成直柄；Φ6~Φ63mm的立铣刀制成莫氏锥柄；Φ25~Φ80mm的立铣刀做成7：24锥柄，内有螺孔用来拉紧刀具。但是由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，所以立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是图1-1-2 由专业厂家按照一定的规范设计制造成统一形式、统一尺寸的刀柄。直径大于Φ40~Φ160mm的立铣刀可做成套式结构。 (2) 面铣刀： 如图1-1-3所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃， 端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高 速钢或硬质合金，刀体为40Cr。 高速钢面铣刀按国家标准规定，直径为80 ~250mm，螺旋角 β为10°，刀齿数为10 ~26。 硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工效
率高，加工表面质量也比较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，所以得到了广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹—焊接式和可转位式3种。图1-1-3 数控加工中广泛使用可转位式面铣刀。目前先进的可转位式数控面铣刀的刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片带有三维断屑槽形，便于排屑。 1.2平面铣削加工走刀路线的确定 数控铣削加工中进给路线的确定对零件的加工精度和表面质量有直接的影响，因此，缺确定好进给路线是保证铣削加工精度和表面这里的工艺措施之一。进给路线的确定与工件表面状况、要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙、刀具耐用度以及零件轮廓形状等有关。 在平面加工中，能使用的进给路线也是多种多样的，比较常用的有两种。如图1-1-4(a) 和图1-1-4(b)所示分别为平行加工和环绕加工。 图1-4(a) 1-4(b) 1.3铣削参数选择 铣削参数一般包括切削速度V、进给量F、铣削宽度a e、铣削深度a p四个要素。参数的选用由工艺条件决定。 铣削时采用的切削用量，应在保证工件加工精度和刀具耐用度、不超过铣床允许的动力和扭矩前提下，获得最高的生产率和最低的成本。铣削过程中，如果能在一定的时间内切除较多的金属，就有较高的生产率，从刀具耐用度的角度考虑，切削用量选择的次序是：根据侧吃刀量a e先选大的背吃刀量a p(见图1-5)，再选大的进给速度F，最后再选大的铣削速度V（最后转换为主轴转速S）。 对于高速铣床（主轴转速在10000r/min以上），为发挥其高速旋转的特性、减少主轴
铣削加工基础知识
第二十讲 铣削加工基础知识 一、铣削用量： 铣削时的铣削用量由切削速度、进给量、背吃刀量(铣削深度)和侧吃刀量(铣削宽度)四要素组成。其铣削用量如下图所示。 a)在卧铣上铣平面 b)在立铣上铣平面 铣削运运及铣削用量 1.切削速Vc ，切削速度Vc 即铣刀最大直径处的线速度，可由下式计算： 式中： —切削速度(m/min) d —铣刀直径（mm ）； n —铣刀每分钟转数（r/min ）。 2.进给量?，铣削时，工件在进给运动方向上相对刀具的移动量即为铣削时的进给量。由于铣刀为多刃刀具，计算时按单位时间不同，有以下三种度量方法。 1000 dn π =
⑴每齿进给量? (mm/z)指铣刀每转过一个刀齿时，工件对铣刀的进给量（即 Z 铣刀每转过一个刀齿，工件沿进给方向移动的距离），其单位为每齿mm/z。 ⑵每转进给量?，指铣刀每一转，工件对铣刀的进给量（即铣刀每转，工件沿进给方向移动的距离），其单位为mm/r。 ⑶每分钟进给量vf，又称进给速度，指工件对铣刀每分钟进给量（即每分钟工件沿进给方向移动的距离），其单位为mm/min。上述三者的关系为， 式中Z—铣刀齿数 n—铣刀每分钟转速（r/min）， 3.背吃刀量(又称铣削深度ap)，铣削深度为平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸（切削层是指工件上正被刀刃切削着的那层金属），单位为mm。因周铣与端铣时相对于工件的方位不同，故铣削深度的标示也有所不同。 侧吃刀量(又称铣削宽度a )，铣削宽度是垂直于铣刀轴线方向测量的切削层 e 尺寸，单位为mm。 铣削用量选择的原则：通常粗加工为了保证必要的刀具耐用度，应优先采用较大的侧吃刀量或背吃刀量，其次是加大进给量，最后才是根据刀具耐用度的要求选择适宜的切削速度，这样选择是因为切削速度对刀具耐用度影响最大，进给量次之，侧吃刀量或背吃刀量影响最小；精加工时为减小工艺系统的弹性变形，必须采用较小的进给量，同时为了抑制积屑瘤的产生。对于硬质合金铣刀应采用较高的切削速度，对高速钢铣刀应采用较低的切削速度，如铣削过程中不产生积屑瘤时，也应采用较大的切削速度。 二、铣削的应用
球头立铣刀的参数化设计及有限元讲解
球头立铣刀的参数化设计及有限元分析
摘要：本文在国内外关于球头立铣刀的设计、分析等方面研究的基础上,应用Pro/ENGINEER技术和相关数学理论,研究了球头立铣刀的整体建模,以及参数化系统的建立,并从球头立铣刀的几何模型着手,建立了一个适用于球头立铣刀铣削的三维铣削力模型,应用软件对球头立铣刀进行了静力分析和模态分析。本文的主要研究内容为： 从球头立铣刀的几何模型着手,将球头立铣刀刀刃进行离散化处理,利用常规铣削力经验公式,建立一个适用于球头立铣刀的三维铣削力模型。并利用ANSYS 有限元软件对球头立铣刀进行静力分析,模态分析。校核所设计铣刀的应力,并将得到的固有频率与立铣刀在外力作用下的振动频率相比较,避免发生共振现象。本文的研究成果将大大改善高精度数控球头立铣刀的设计方法,缩短刀具的设计周期,从而快速响应市场的需求。同时本文开发的球头立铣刀参数化设计系统也为其他类似的刀具设计的研究提供参考。 关键词：球头立铣刀；切削力模型；有限元分析
第一章绪论 在当今制造业的快速发展中,切削加工起着十分重要的作用。现代切削刀具在推进制造技术进步和提高企业加工效率、降低制造成本等方面发挥了重要的作用[1]。其中,球头立铣刀作为一种高性能的自由曲面加工刀具,其性能和品质的优劣对于切削加工的精度、效率和产品品质都有直接而重要的影响。球头立铣刀刀具与数控机床或加工中心配合可以实现高效率、高质量的加工,在模具、汽车、航空航天、机械电子等制造领域应用广泛。 现代刀具设计、制造技术是机械制造与设计的重要技术之一。它已逐步发展成集数学理论、计算机应用技术、现代设计方法等为一体的高新技术产业[2]。随着数控加工技术的不断精进,加工对象也日趋复杂,对于加工复杂曲面的特种回转面类型的刀具如球头立铣刀等高精度、高性能刀具的需求也与日俱增。 国外较我国在刀具方面的研究起步早、投入成本高,在刀具设计与制造方面储备了大量的经验和技术。中国市场在高精度数控刀具领域,起步比较晚,目前总的来说技术的水平还比较低。为了缩小与发达国家的差距,国内一些企业购进国外先进设备,直接购进国外成品毛坯,自主生产和制造。此种方式是拉近与国外优质刀具差距的一种方式。但是,这种方式也只能是短期效益,产品的核心技术和高附加值仍然被设备提供方和毛坯供货方垄断。因此,利用引进的新技术,进一步加强研究与应用,掌握现代产品制造的先进技术,使技术理论化,是振兴我国刀具行业主要的路径之一[3][4]。在对球头立铣刀刀具方面,加强对球头立铣刀的设计与制造理论的研究,开发出属于自己的刀具设计软件,是实现此类刀具国产化的重要途径。 1.1 球头立铣刀的特点及种类 球头立铣刀属于像其他端面立铣刀、旋转锉等外形复杂的回转面类型的刀具。它在精加工刀具中占有很大的比例,被广泛用于航空、汽车、船舶制造工业及铸造、塑料成型、医疗器材或工艺美术品加工等多种行业。它也是复杂三维曲面精加工中所用到的重要刀具之一,其独特的刃形形、螺旋型使得球头立铣刀的加工精度高,刀具寿命长、并且可以轴向进刀,它满足了对复杂空间曲面自动加工的需要。 球头立铣刀的制造一般都是采用磨制加工,其螺旋沟槽也有通过轧制成形的。它的形状和性能特点决定了其成形方法与通常的按形面精确去除金属的铣削加工的区别。同时,它的几何建模和加工成形理论也有自己的特点。由于球头立铣刀的尺寸比较小,刃型复杂,且需要在走刀中由砂轮直接刃磨出刀具的齿槽,并保证加工后的刀刃形状符合要求,即球头刀刃必须在球面上,同时前刀面和后刀面也要达到一定的要求,这必然会使球头立铣刀的成形过程和加工方法都比较复杂,