数控技术毕业论文

数控技术毕业论文

0 XXXXX学院数控技术专业毕业论文毕业论文题目数控车削加工中的刀具

选

择姓名 XX 学号班级指导老师及职称 2011年06月01日 1 中文摘

要理

想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件同时应能使数控机床的功能得

到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备它的效率高于普

通机床的23倍要充分发挥数控机床的这一特点必须在编程之前对工件进行工

艺分析

根据具体条件选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床

加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。本文从生产实践出发探讨和总结一些

数控车削过程中的工艺问题。英文摘要 The ideal processing procedure should not

only guarantee the machining for the workpiece meanwhile the pattern should be qualified to make numerically-controlled machine tools

function get reasonable application and sufficient play. Nc machine is a kind of efficient automation equipment it is more efficient than the conventional machine tools of 2 3 times to give full play to the characteristics of CNC programming must be in process analysis of

workpiece before according to the specific conditions the choice of economic and reasonable process scheme. Nc machining process thoughtfulness is the effect of nc machine tools machining quality production efficiency and machining cost of important factor. This article from the production practice discusses and summarizes some of the numerical control turning process process problems. 关键词Keywords工序划分刀具选择生产

实践 2 目录第一章前言.....................................................3 第二章数控机床的组

成和工作原理.................................4 2.1 孔加工刀具类..............................................4 2.2数控铣刀类................................................4 2.3 拉削刀具类................................................5 2.4 其它刀具..................................................5 第三章控刀具及选用.............................................6 3.1 数控机床刀具的特

点........................................6 3.2 金属切削刀具的主要角度....................................6 3.3刀具常用材料..............................................6 3.4 数控机床刀具分类..........................................9 3.5常用数控刀具结构..........................................9 3.6数控

机床刀具的选择.......................................10 3.7数控加工刀具选择的典型实

例...............................12 第四章数控刀具材料新产品科技近况与发展趋

势....................13 4.1超硬材料领域.............................................13 4.2 W、CO类涂层和细颗粒超细颗粒硬质合金材料领城............14 4.3含CO类粉末冶金高速钢材料领

城.............................14 第五章结论...................................................16 参考文献.......................................................17 致谢..........................................................18 3 前言毕业设计论文是学生在导师指导下就其某一学术课题在实验性、理论性或观察上

具有新的科学研究成果或创新见解和知识的科学记录或是某种已知原理应用于实际

中取得新进展的科学总结。毕业设计论文应能表明确已较好地掌握了本专业的基础

理论、专门知识和基本技能并具有从事科学研究工作或者担负专门技术工作的能

力。现代制造技术的发展及数控加工设备的广泛使用极大地推动了切削技术的进

步。随着生产加工过程数控化和自动化的需要对金属切削刀具提出了高可靠度、高

精度、长寿命、快速转位更换、断屑良好等更高要求。自80年代以来可转位不重磨

刀具已被各国广泛应用但是可转位不重磨刀片及刀具CAD/CAM 技术的应用和发展使刀具结构设计及切削部分的形状种类变得十分繁多给机械加工和刀具设计人员

合理选择刀具带来一定困难。同时刀片型号的增加也给刀片采购和销售带来不便为

用户快速、高效及正确选择刀具增加困难。为使企业对市场需求迅速做出响应在切削加工中快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。根据不同加工特征自动选择所需刀具对实现高度自动化切削加工或无人加工具有十分重要的意义。 4 第二章常见几类数控刀具 2.1孔加工刀具类在刀具门类中孔加工刀具是一大家

族其小改小革层出不穷在此就其主要突出的新结构、新品种简要分述如下 2.1.1 数控钻头 2.1.1.1 整体式钻头钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型r12D以增长切削刃、提高钻尖寿命钻芯加厚提高其钻体刚度用quotSquot型横刃或螺旋中心刃替代传统横刃减小轴向钻削阻力提高横刃寿命采用不同顶角阶梯钻尖及负倒刃提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度镶嵌模块式硬质超硬材料齿冠油孔内冷却及大螺旋升角?40?结构等。最近研制出整体式细颗粒陶瓷Si3N4、Ti基类金属陶瓷材料钻头。 2.1.1.2 机夹式钻头钻尖采用长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向总体合成平衡的可转位刀片以减小钻削振动提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。 2.1.2 复合组合孔加工数控刀具集合了钻头、铰刀、扩锪孔刀及挤压刀具的新结构、新技术整体式、机夹式、专用复合组合孔加工数控刀具研发速度很快。总体而言采用镶嵌模块式硬质超硬材料切削刃含齿冠及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前发展趋势。

2.1.3 数控铰刀大螺旋升角?45?切削刃、无刃挤压铰削及油孔内冷却的结构是其总体发展方向最大铰削孔径己达φ?400mm。 2.1.4 镗刀单刃微调精密镗刀正被

多刃扩锪孔刀、铰刀及复合组合孔加工专用数控刀具替代。国外研制出采用工具系

统内部推拉杆轴向运动或高速离心力带平衡滑块移动一次走刀完成镗削球面曲面、斜面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密镗刀代表了镗刀发展方向。 5 2.1.5 丝锥研发出大螺旋升角?45?丝锥其切削锥视被加工零件材料软、硬状况设计专用刃倾角、前角等。 2.1.6 扩锪孔刀多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩锪孔刀具发展方向。 2.2 数控铣刀类 2.2.1 整体式立铣刀硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角?62?结构立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线或螺旋中心刃形、负刃倾角增加切削刃长度提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。 2.2.2 机夹式立铣刀由各类机夹立铣刀的由可转位刀片往往设有三维断屑槽形组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿均为短切削刃可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真及数控加工技术成形制造。 2.2.3 机夹式数控面铣刀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几何形状多种带有三维断屑槽形。数控铣刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速回转体动平衡及安全夹固技术一些高速回转刀体上还应用空气动力学原理利用旋风冷切削刃在干式切削加工时降低切削刃的温度提高刀具寿命。 2.3 拉削刀具类在现代数控加工技术的支持下研发出各种专用外轮廓精密成形、组合拉刀及车-拉组合成形拉削刀具配以专用数控机床。使汽车部分工件批产效率成几十倍提高而且产品质量、精度十分稳定。 6 2.4 其它刀具汽车、摩托车专用的小模数渐开线外齿轮、花键轴零部件批产工艺采用滚压、搓挤无屑加工工艺技术研发出专用刀具及特种数控机床使特定的工件批产效率提高几十倍而且质量、精度十分稳定。第三章数控刀具及选用 3.1 数控机床刀具的特点数控机床刀具的特点是标准化、系列化、规格化、模块化和通用化。为了达到高效、多能、快换、经济的目的对数控机床使用的刀具有如下要求 1

具有较高的强度、较好的刚度和抗振性能 2高精度、高可靠性和较强的适应性3能够满足高切削速度和大进给量的要求 4刀具耐磨性及刀具的使用寿命长刀具材料和切削参数与被加工件材料之间要适宜 5刀片与刀柄要通用化、规格化、系列化、标准化相对主轴要有较高位置精度转位、拆装时要求重复定位精度高安装调整方便。 3.2 金属切削刀具的主要角度从属切削刀具的种类繁多但它们的切削部分都可以近似地用外圆车刀的切削部分来描述。确定刀具角度的正交平面参考系和车削刀具几何角度如图所示。车刀的五个基本角度 1前角γo是前刀面切削平面之间的夹角表示前刀面的倾斜程度。图正交平面参考系图车削刀具几何角度 7 2后角αo是主后刀面与切削平面之间的夹角表示主后刀面倾斜的程度。 3主偏角κτ是主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角 4副偏角κτˊ是副切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角 5刃倾角λ0是主切削刃与基面之

间的夹角。刀具主要角度的选择原则前角。增大前角切屑易流出可使切削力减少切削很轻快。但前角过大刀刃强度降低。后角。增大后角可减少刀具后刀面与工件之间的摩擦。但后角过大刀刃强度降低。主偏角。在切削深度和进给量不变的情况下增大主偏角可使切削力沿工件轴向力加大径向力减小有利于加工细长轴并减小振动。刃倾角。增大刃倾角有利于承受冲击。刃倾角为正值时切屑向待加工方向流动刃倾角为负值时切屑向已加工面方向流动。通常精车时取04?粗加工时取10?5?。 3.3 刀具常用材料刀具切削部分的材料应具备如下性能高的硬度足够的强度和韧性高的耐磨性高的耐热性良好的加工工艺性。刀具材料高速钢俗称白钢刀条硬质合金陶瓷立方氮化硼CBN聚晶金刚石PCD。数控机床上常用高速钢刀具

和硬质合金刀具。材料越硬就越脆越耐磨在使用时需要高速平稳防止冲击和振动。碳素工具钢和合金工具钢的红硬性较差已很少使用。 3.3.1高速钢高合金

工具钢具有良好的工艺性能制成复杂的刀具。高速钢刀具使用前需要使用者自行刃磨因此适合于特殊需要的非标准刀具。 3.3.2 硬质合金比高速钢硬得多。允许

的切削速度比高速钢高410倍切削速度可达100m/min以上。国际标准化组织规定切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类K类、P类、和M类类似于国家标准中的YG类、YT类、和YW类。根据被加工材料及适用的加工条件每大类中又分为若干组用两位阿拉伯数字表示每类中组号数字越大其耐磨性越低、韧性越高因此组号数字越大可选用越大的进给量和切削深度而切削速度则应越小。从另一个方面讲组号数字越小硬度越高韧性越差适用于精加工反之组号数字越大适用于粗加工。硬质合金的常见类型 1.钨钴类钨钴类WCCo硬质合金由碳化钨和钴组成。 ISO标准代号是K类常用牌号有国内代号为YG。常用牌号有YG3、YG6、YG8等。 8 适合加工短切屑黑色金属铸铁有色金属以及非金属。 2.钨钛钴类钨钛钴类WCTiCCo硬质合金由碳化钨、碳化钛和钴组成。 ISO标准代号是P类国内代号为YT。常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30等。适合加工长切屑黑色金属塑性好的材料低碳钢常用于加工钢材。我们经常使用YT15。 3.钨钛钴钽铌类钨钛钴钽铌类WCTiCTaCNbCo硬质合金由碳化钨、碳化钛、碳化钽碳化铌和钴组成。 ISO标准代号是M类国内代号为YW。常用牌号有YW1、YW2等。综合性能好既可加工铸铁又可加工钢材及有色金属常用于不锈钢。 K、P、M类合金切削用量的选择规律K类 K01 K10 K20 K30 K40 P类 P01 P05 P10 P15 P20 P25 P30 P40 P50 M类 M10 M20 M30 M40 进给量背吃刀量切削速度 3.3.3 陶瓷陶瓷特耐高温在2000度条件下仍具有高的硬度非常耐磨耐磨性是硬质合金的5倍但是韧性

很低不能承受冲击适用于精加工和高速切削。 3.3.4 立方氮化硼有极好的耐磨性极高的热稳定性和优良的化学稳定性。是在高温、高压条件下人工合成的新型刀具材料其性能与金刚石相似能高速切削淬火钢和耐热钢是高速切削的首选刀具材料。立方氮化硼刀具适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金也不适合加工铝合金和铜合金通常采用负前角的

高速切削。 3.3.5 聚晶金刚石即人工合成的金刚石是在高温、高压下合成的新型刀具材料。硬度很高耐磨性好硬质合金的6080倍有锋利的刀刃。缺点是耐热性差强度低脆性大对振动很敏感。它与铁系材料有很强的亲和力易使碳元素扩散而磨损只适用于加工有色金属、非金属如陶瓷等极硬的材料。因此金刚石刀具主要用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料能实现超精密微量加工和镜面加工。在以车代磨加工淬火钢时可用陶瓷、立方氮化硼刀具加工有色金属和非金属材料砂轮修磨时可用聚晶金刚石刀片。 3.3.6 表面涂层材料涂层材料是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢基体上涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。高速钢基体涂层刀具耐用度可提高210倍硬质合金基体刀具提高13 9 倍。加工材料硬度愈高涂层效果愈好。在刀具寿命相同的前提下可提高切削速度2530。涂层刀具经过钝化处理切削刃锋利程度减小不适合进给量很小的精密切削。 3.4 数控机床刀具分类按照刀具材料可分为高速钢刀具硬质合金刀具陶瓷刀具立方氮化硼刀具和金刚石刀具。按照刀具结构可分为整体式焊接式机夹式可转位和不转位内冷式和减振式。按照切削工艺分为车削刀具孔加工刀具如钻头丝锥和镗刀等铣削刀具等。按照数控工具系统的发展可分为由整体式工具系统向模块式工具系统发展。有利于提高劳动生产率提高加工效率提高产品质量。标准化数控刀具已形成了三大系统即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。 3.5 常用数控刀具结构 3.5.1 整体式刀具结构整体式刀具是指刀具切削部分和夹持部分为一体式结构的刀具。制造工艺简单刀具磨损后可以重新修磨。 3.5.2 机夹式刀具结构机夹式刀具是指刀片在刀体上的定位形式。机夹式刀具分为机夹可转位刀具和机夹不可转位刀具。数控机床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具一般由刀片、刀垫、刀体和刀片定位夹紧元件组成。如图所示。可转位刀片的夹紧方式楔块上压式、杠杆式如图、螺钉上压式。要求夹紧可靠、定位准确、排屑流畅、结构简单、操作方便。 3.5.3 可转位刀片的代码机夹式可转位刀

片的代码由10位字符组成。各字符的含义不要求。常用W不等角六边形S正方形T等边三角形。 3.5.4 加工中心的工具系统加工中心要实现自动换刀数控机床和刀具的相应部分应有相适应的结构和装置。如图所示刀具夹装部分一定具有相同的大小和形状。因此“数控刀具”的含义应该理解为“数控工具系统”。刀具系统刀具刀库结构链轮式和转盘式。 1.刀柄 10 刀柄是机床主轴和刀具之间的连接工具。能够安装各种刀具已经标准化和系列化。加工中心上一般采用724圆锥刀柄这类刀柄不自锁换刀方便。高速加工时用直刀柄HSK 2.工具系统工具系统一般

由与机床主轴连接的锥柄、延伸部分的连杆和工作部分的刀具组成。镗铣类工具系统分为整体式结构和模块式结构两类。 1整体式结构将锥柄和连杆制造在一起。我国TSG82属于这类缺点是使用的锥柄型号较多。 2模块式结构由主柄模块、中间模块和工作模块组成。如瑞士的山特维克公司的模块式刀具系统。 3.6 数控机床刀具的选择 3.6.1 选择刀具时应考虑的因素 1被加工工件的材料类别黑色金属有色金属或合金 2工件毛坯的成形方法铸造锻造型材等 3切削加工工艺方法车铣钻扩铰镗

粗加工半精加工精加工等 4工件的结构与几何形状精度加工余量以及刀具能承受的切削用量等因素 5其他因数包括生产条件和生产类型。 3.6.2 刀具的选择 1.刀具的选择原则 1尽可能选择大的刀杆横截面尺寸较短的长度尺寸提高刀具的强

度和刚度减小刀具振动 2选择较大主偏角大于75?接近90?粗加工时选用负刃倾角刀具精加工时选用正刃倾角刀具 3精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径

4尽可能选择标准化、系统化刀具 5选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。 2.选择车削刀具的考虑要点数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金等。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀、端面车刀、外螺纹刀、切断刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、孔加工刀具包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等。 11 首先根据加工内容确定刀具

类型根据工件轮廓形状和走刀方向来选择刀片形状如图所示。主要考虑主偏角副偏角刀尖角和刀尖半径值。可转位刀片的选择 1刀片材料选择高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石。 2刀片尺寸选择有效切削刃长度、主偏角等。 3刀片形状选择依据表面形状、切削方式、刀具寿命等。 4刀片的刀尖半径选择 1粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖半径值。 2精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖半径值。 3.选择铣削刀具的考虑要点在数控铣床上使用的刀具主要立铣刀、面铣刀、球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等。如图所示。常用到面铣刀、立铣刀、球头铣刀和环形铣刀。除此以外还有各种孔加工刀具如钻头锪钻、铰刀、丝锥等镗刀等。面铣刀也叫端铣刀如图所示面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构刀齿材料为高速钢或硬质合金刀体为40Cr。立铣刀如图所示立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。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。结构有整体式和机夹式等高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。模具铣刀如图所示模具铣刀由立铣刀发展而成可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃圆周刃与球头刃圆弧连接可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。首先根据加工内容和工件轮廓形状确定刀具类型再根据加工部分大小选择刀具大小。 1铣刀类型的选择 1加工较大平面选择面铣刀 2加工凸台、凹槽、平面轮廓选择立铣刀 3加工曲面较平坦的部位常采用环形牛鼻刀铣刀 4曲面加工选择球头铣刀 5加工空间曲面模具型腔与凸模表面选择模具铣刀 12 6加工封闭键槽选键槽铣刀等等 2铣刀参数的选择面铣刀主要参数选择 a标准可转位面铣刀直径在

Φ16Φ630粗铣时直径选小的精铣时铣刀直径选大些最好能包容待加工表面的整个宽度多20。 b依据工件材料和刀具材料以及加工性质确定其几何参数铣削加工通

常选前角小的铣刀强度硬度高的材料选负前角工件材料硬度不大选大后角、硬的选小后角粗齿铣刀选小后角细齿铣刀取大后角铣刀的刃倾角通常在--度主偏角在度

立铣刀主要参数选择 a、刀具半径r应小于零件内轮廓最小曲率半径ρ b、零件的加工高度H?1/41/6r c、不通孔或深槽选取lH510mm d、加工外形及通槽时选取lHrε510mm e、加工肋时刀具直径为D510b f、粗加工内轮廓面时铣刀最大直径.