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切削用量的合理选择


切削用量的合理选择(2008-07-13 15:37:22) 标签:刀具寿命 用量 生产率 切削性能 杂谈

分类:数控刀具技术

切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数,而且其数值合理与否对加工质量、加 工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削 性能和机床动力性能(功率、扭矩),在保证质量的前

提下,获得高的生产率和低的加工成本 的切削用量。 一 制订切削用量时考虑的因素 切削加工生产率 在切削加工中,金属切除率与切削用量三要素 ap、f、v 均保持线性关系,即其中任一参数 增大一倍,都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约,当任一参数增大时,其它 二参数必须减小。因此,在制订切削用量时,三要素获得最佳组合,此时的高生产率才是合 理的。 刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小,按顺序为 v、f、ap。因此,从保证合理的刀具寿命 出发,在确定切削用量时,首先应采用尽可能大的背吃刀量;然后再选用大的进给量;最后 求出切削速度。 加工表面粗糙度 精加工时,增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此,它是精加工时抑制生产率提高的主 要因素。 二 刀具寿命的选择原则 切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量时,应首先选择合理的刀具寿命,而合理 的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两 种,前者根据单件工时最少的目标确定,后者根据工序成本最低的目标确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点: 根据刀具复杂程度、 制造和磨刀成本来选择。 复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高 些。 对于机夹可转位刀具,由于换刀时间短,为了充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿 命可选得低些,一般取 15-30min。

对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具,刀具寿命应选得 高些,尤应保证刀具可靠性。 车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时, 该工序的刀具寿命要选得低些; 当某工序单位时间内所分担到的全厂开支 M 较大时,刀具寿命也应选得低些。 大件精加工时,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀,刀具寿命应按零件精度和 表面粗糙度来确定。 三 切削用量制定的步骤 背吃刀量的选择 进给量的选择 切削速度的确定 校验机床功率 四 提高切削用量的途径 采用切削性能更好的新型刀具材料; 在保证工件机械性能的前提下,改善工件材料加工性; 改善冷却润滑条件; 改进刀具结构,提高刀具制造质量。 大进给铣削在现有加工程序中很容易采用,越来越普及 有两个加工车间发现,他们采用相 当简单的铣削技术,就能改进他们的粗加工工序。Tri-Core 模具公司现在粗切零件,比以前 快了 33%,而 Harrison 铸钢公司,在粗铣工序中,通过实现这些新技术,已经不再出现刀具 突然折毁的现象了。 美国伊利诺伊州的 Tri-Core 用通常所说的大进给铣削法;而美国印第安纳州的 Harrison 则利 用切向铣削法。大进给铣削法是采用浅深度的切削,进给量大于平均进给量 400 英寸/分钟 或更快。 该技术的主要优点是, 它能使车间尽可能快地粗铣零件, 使它接近零件的最终形状。 大进给铣削进给率增加 4 倍 Tri -Core 制造注塑模,模座的 98%是它自己加工的。当用 2 英寸直径按钮式铣刀粗加工大的 阳模体和阴模体时,在 40 锥度的加工中心上,车间在 0.030 英寸的切深上,不能超过 80 英

寸/分钟的进给率。在这种情况下,公司的铣刀常发生严重的刀颤。最好的情况,铣刀的刀 片只能用 1.25 个小时便需要换位。 开始用大进给铣削并改用 Ingersoll Cutting Tools 的刀具以后,Tri-Core 提高了它的进给率,达 到 100 英寸/分钟,并且切深增加到 0.050 英寸。Tri-Core 的编程主管 Charies Lubsford 说, 最大的优点是新的大进给铣削不需像车间标准的按钮式刀片那样频繁地换位。 “我们每小时要停机,把刀片换位。现在,机床运转 4 小时都不用把刀片换位,因而我们有 大量的时间不用看管机床, ”Lunsford 说。

大进给铣削刀进给率增加 4 倍 大多数切削刀具制造商都同意, 用专门为这技术设计的刀具和刀片最有效。 刀片的特点是半 径大、回程浅和正前角。这些几何特点使刀片特别刚强,减小了切削力,并且使它们指向机 床主轴的里面和向上,这就把横向切削力和振动减到最小。 大进给铣削刀片的形状是它成功的关键。Lunsford 说:当 Ingersoll 的刀具移进一个角落时, 机床主轴载荷没有出现峰值。以前要用足够大的半径加工角落,以适应按钮式刀具,现在就 不必了。 “例如,当加工模具时,车间要花大量时间拣选角落和细节部位的资料,在粗加工中能快速 达到零件最终形状的刀具或铣削技术是有利的。 由于大进给铣削刀具产生较小的切削力, 因 而车间能使用较长的刀具,从机床主轴可悬出较远,以便达到零件的角落和细节部位,这些 部位对于传统粗加工刀具,可能太深, Ingersoll 模具产品经理 William Fiorenza 说。 ” 除了为大进给铣削设计的刀具和刀片外, 使用正确的机床, 也是从粗铣技术中取得最大好处 的关键。例如,Ingersoll 估计,如果 Tri-Core 车间使用它的牧野 Makino S33 加工中心代替 40 锥度机床,便能容易地使用其 2 英寸半径大进给铣刀,用 300 英寸/分钟的进给率进行阳模 和阴模的加工。 这是因为用于大进给铣削的机床需要有这样现代化的特点, 如有足够的高速 机床先行特性的自适应控制、400 英寸/分钟的进给率和刚性的机床工作台,能承受多方向 力的急速而剧烈的变化。 Seco-Carboloy 的铣削产品经理 James Minock 说: “进给率低于 150 英寸/分钟的老机床,不 能像较新的机床那样提供大进给铣削的全部优越性。 ”他还说,切削长度是大进给铣削的另 一个机床方面的考虑因素。 如果车间粗加工一个短坑或表面, 机床必须在一个相当短的时间间隔内加速并维持 300 英寸 /分钟的进给率或更快。Minock 说: “它减少了刀具所含有的齿/ 刀片数。刀片越少,越小,

可达到的切深越小。很多机床使用较小尺寸的刀具,能进行大进给铣削,但大多数车间愿意 用刀片更多的大刀具。 ” 在试切中,Seco-Carboloy 的 6 英寸直径大进给铣刀,从实心的 4340 钢,粗切出一个 12 英 寸直径、14 英寸深的孔,用不到 20 分钟。但是,这样的切削需要大机床,机床要有很强的 马力和很好的排屑系统。Minock 说,大进给铣削的关键是刀具进给要足够快,以保持平均 切削厚度。

切向铣削刀刃的寿命倍增或达 3 倍,并且材料切除率也较高 除了能进行大进给铣削的刀具和机床的可用性之外, 大进给铣削还因为很容易地在现有机床 上进行,而被越来越广泛地推广。很多车间有专用的 CNC 程序,根据刀具路径变化,调整 这些程序, 要花很长时间。 但使用大进给铣削, 只需改变进给率, 不用改变刀具路径。 Minock 说: “其它技术, 如切入法铣削, 需要改变程序以使 Z 轴运动, 很多车间都有一个困难时期, 使这铣削技术适应他们的 CNC 程序。对于大进给铣削,机床操作者可以在机床上快速进行 所需的调整。 ” 切向铣削 在采用切向铣削以前,哈里森(Harrison)铸钢公司传统上使用定位的圆刀片,在推土机铸钢 垫 500 平方英寸的面积上,粗铣 0.625 英寸的材料。圆刀片需要更新,以便具有最强劲的刀 片形状的横截面。 但是,哈里森(Harrison)进行两个粗铣和两个半精铣工序,每个工序后都必须更换刀片。刃 口崩坏使刀具过载,迫使车间要修理爆裂的坑或更换整个刀具,大约每星期进行一次。 哈里森(Harrison)过程控制经理 J. D. Gray 说: “刀片会在一刹那间崩坏,这时刀片将犁着金属 而不是切削。4 个粗铣工序要花一个小时的时间’制作’切屑,而停机换刀刃又拉长了工序 时间。 ” 在换用 Ingersoll 的切向定向、双面方形刀片以后,该车间发现,它的刀片能耐用到每个零件 的所有 4 个工序,都不再出现刀具损坏的情况。 切向铣刀的刀片是这样定向的,即它们平放在铣刀上,而不像传统的那样立起来。这样就把 刀片最强的截面与主切削力矢量对准。这种配置的改变,能把切削刃的寿命提高 2 至 3 倍, 在粗切中提高工序的可靠性,同时也提高材料切除率,Ingersoll 这样指出。 该技术需要特殊的铣刀和刀片, 价格与同样规格的传统粗铣刀相同。 大多数车间经常把该技 术用于阔面铣和平面铣,用大的切深,刀具的径向压力相当大。但应当注意,该技术更适合

用于平面铣削,而不是轮廓铣削如凹坑铣削。 车间可以在许多不同类型的机床上进行切向铣削, 但是, 立式加工中心是最经常用于切向铣 削的机床。因为它是粗切技术,机床的主轴可以满足要求,而且需要考虑机床的规格、铣刀 直径和功率的匹配。 Ingersoll 公司的 Fiorenza 指出,一个车间使用切向铣削,其切深必须与机床的功率成比例。 甚至用 2.5 马力这样低功率机床的车间,也能从切向铣削中受益。低功率限制能用 0.300 英 寸切深的铣刀,采用到 0.100 英寸的切深。但是他们仍能从该技术的相对较高的金属切除率 中受益。 “用传统刀片粗铣,由于切削力大,车间会经历刀具折断, ”Fiorenza 说。 “用切向铣刀,同 样的车间能用大的进给,而且刀片仍保持完好。 ” 国内应用的数控机床工具柄部及配用拉钉标准(2008-07-13 15:41:44) 标签:杂谈 1.国家标准 GB10944-89《自动换刀机床用 7:24 圆锥工具柄部 40、45 和 50 号圆锥柄》 这个国家标准规定的柄部,在型式与尺寸上与国际标准 ISO7388/1 完全相同。详见图 7.3-1 和 7.3-1。与 ISO7388/1 相比,增加了一些必要的技术要求,标注了表面粗糙度及形 位公差,以保证刀柄的制造质量,满足自动加工中刀具的重复换刀精度要求。它主要应用于 镗铣类加工中心机床的各种刀柄。 2.国家标准所规定的拉钉, 《自动换刀机床用 7:24 圆锥工具柄部 40、45 和 50 号圆锥柄用 拉钉》 这个国家标准所规定的拉钉, 在型式与尺寸上与 ISO7388/Ⅱ相同。 可与前述标准 GB10944 -89 中所规定的柄部配合使用。 3.日本标准 JIS B6339-1986《加工中心机床用工具柄部及拉钉》 这个标准只适用于日本进口的加工中心机床及过去几年我国的部分机床厂与日本合作 设计和生产的加工中心机床。 它是在日本机床工业协会标准 MAS403-1982 的基础上制订出 来的,在日本得到广泛的应用。我国 1985 年以后设计的加工中心机床已改用新的国家标准 GB10994 和 GB10945。 4.国家标准 GB3837-83《机床工具 7:24 圆锥联结》 这种锥柄主要用于手动换刀数控机床及重型镗铣床等。 二.整体式工具系统标准 JB/GQ5010-1983《TSG 工具系统 型式与尺寸》 TSG 工具系统中的刀柄,其代号(按 1990 年国家标准报批稿)由四部分(JT-45-Q32-120) 组成,各部分的含义如下: JT-表示工具柄型代码。 45-对圆锥柄表示锥度规格。 Q32-表示工具的规格。 120-表示刀柄的工作长度。

它所表示的工具为:自动换刀机床用 7:24 圆锥工具柄(GB10944),锥柄为 45 号,前部为 弹簧夹,最大夹持直径 32mm,刀柄工作长度(锥柄大端直径φ 57.15mm 处到弹簧夹头前端 面的距离)为 120mm。 表 1 工具柄部型式代号 代 号 工 具 柄 部 型 式 JT 自动换刀机床用 7:24 圆锥工具柄 GB 10944-89 BT 自动换刀机床用 7:24 圆锥 BT 型工具柄 JIS B6339 ST 手动换刀机床用 7:24 圆锥工具柄 GB 3837.3-83 MT 带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB 1443-85 MW 无扁尾莫氏圆锥工具柄 GB 1443-85 ZB 直柄工具柄 GB 6131-85 切屑的类型(2008-07-13 15:48:20) 标签:切屑 带状 前角 塑性材料 切削力 杂谈 带状切屑 它的内表面光滑,外表面毛茸。加工塑性金属材料,当切削厚度较小、切削速度较高、刀具 前角较大时,一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡,切削力波动较小,已加工表面粗糙 度较小。 挤裂切屑 这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形, 内表面有时有裂纹。 这种切屑大多在切削 速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。 单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上,裂纹扩展到整个面上,则整个单元被切离,成为梯形的单元切 屑,如图 c 所示。 以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中,带状切屑的切削过程最平稳,单元 切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑,有时得到挤裂切屑,单元切屑则很 少见。 假如改变挤裂切屑的条件, 如进一步减小刀具前角, 减低切削速度, 或加大切削厚度, 就可以得到单元切屑。反之,则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而 转化的。掌握了它的变化规律,就可以控制切屑的变形、形态和尺寸,以达到卷屑和断屑的 目的。? 崩碎切屑 这是属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的,加工表面是凸凹不平的。从切削过 程来看,切屑在破裂前变形很小,和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于 材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料,如高硅铸铁、白口铁等,特别是当切削 厚度较大时常得到这种切屑。由于它的切削过程很不平稳,容易破坏刀具,也有损于机床, 已加工表面又粗糙,因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度,使切屑成针状或片 状;同时适当提高切削速度,以增加工件材料的塑性。 以上是四种典型的切屑, 但加工现场获得的切屑, 其形状是多种多样的。 在现代切削加工中, 分类:数控刀具技术

切削速度与金属切除率达到了很高的水平,切削条件很恶劣,常常产生大量“不可接受”的 切屑。所谓切屑控制(又称切屑处理,工厂中一般简称为“断屑”),是指在切削加工中采取 适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断,使形成“可接受”的良好屑形 切削液的常见问题解答(2008-07-13 15:50:27) 标签:切削油 切削液 极压剂 极压性 表面张力 杂 谈 一、油基切削液与水基相比各有何特点? 总的来说,油基切削液的润滑性好些,水基切削液的冷却性好些。油基切削液在高温 时易产生烟雾、易着火;水基切削液易生菌腐败,使用期短,容易生锈。 二、切削油的质量检测有哪些项目? 切削油的主要质量控制指标有粘度、闪点、倾点、脂肪含量、硫含量、氯含量、铜片 腐蚀、水分、机械杂质、四球试验等。关于测定方法可参考有关的试验方法标准,在 此仅对部分项目给予简单说明。 脂肪含量 脂肪是切削油中的油性添加剂,是划分切削油类别的一个重要指标。脂肪在切削油中 可起到降低摩擦系数、减少刀具磨损的作用(对防止后刀面的磨损尤为有效)。加有较多 脂肪的切削油特别适合于有色金属加工以及切削量不大但产品精度及光洁度要求高的 场合(如精车丝杠)。一般可用皂化值来大致判定其脂肪含量。切削油中脂肪含量过高或 其质量控制不当,容易在机器上形成粘性物质造成机件运动不灵活,严重时会变成漆 膜即所谓“穿黄袍” 。 氯含量 切削油中氯主要来自含氯的极压剂。氯需要在较高含量(大于 1%)时,方可显现出有效 的极压作用。如果氯含量不足 1%,可以认为它不是为了提高润滑性。一般含氯极压切 削油其氯含量都在 4%以上,最高时可达 30%~40%。但出于职业卫生及环保方面的考 虑,有些国家已对切削油中氯的最高含量做了规定,如日本的 JIS 规定氯含量不得超过 15%。氯对不锈钢的加工以及在拉拔成型加工中都非常有效。其缺点是不够稳定,遇水 或温度过高时会分解产生 HCl 引起腐蚀、生锈。 硫含量 切削油中硫来自两个方面。一个是加入的含硫极压剂,另一个是来自其他没有极压作 用的含硫化合物,如基础油中原有的天然硫化物以及防锈剂、抗氧剂等。有效的硫只 需很低含量(0.1%)即可产生明显的极压效果。含硫极压剂对抑制积屑瘤特别有效,但可 惜现在还没有简单的方法能分别测出有极压性的硫和没有极压性的硫。所以很难仅仅 依据其硫含量(特别是硫含量不高时)判断其极压性如何。 不过现在多数切削液制造厂家 在其产品说明书中都标明加入的极压剂硫含量。 铜片腐蚀 测定的方法是铜片法。腐蚀活性的大小用级数表示,1~2 级为低活性或非活性,3~4 级为高活性。级数越大,腐蚀活性越强。铜对硫很敏感,用此法可以判断切削油中有 分类:数控刀具技术

没有含硫极压剂和极压剂的活性大小(注意:此法不能判断含硫剂的多少)。此项目也是 划分切削油类别的一个重要指标。 四球试验 可测定最大无卡咬负荷。用此法可大致判断切削油的极压性,特别是用结合硫、氯含 量及铜片腐蚀进行综合分析时,可以对其润滑性有更全面的了解。但应强调说明,四 球试验所给出的极压性只是在标准条件下的评定结果,此结果与切削性能优劣并没有 严格的对应关系。 三、水基切削液的质量控制项目有哪些? 水基切削液在应用时都是要加水稀释的,其试验项目也可分为直接测定和加水测定两 部分。直接定的项目有储存安定性、硫及氯含量、不挥发组分等。加水后再测定的项 目有表面张力、pH 值、起泡性、防锈性、腐蚀性、对油漆的适应性、食盐允许量、抗 菌性等。这些项目大部分意义比较明确,以下只对个别项目做些说明。 储存安定性 水基切削液的浓缩物在外观上虽然是均匀的液态,但实际上大多是胶态体系,而且含 有相当多的水。经过长期储存以及温度的波动,如果配方不当很容易产生沉淀、分层 等现象并且往往是不能复原的。因此这是一个很重要的检测项目。 不挥发组分 水基切削液浓缩物中含有水分,这个项目是用来测定其有效组分含量的。 食盐允许量 通过这一试验用以了解该切削液能否允许使用含氯量较高的自来水配制工作液。 表面张力 就多数情况而言,表面张力小的液体容易在固体表面展开,因而有相当多的人把表面 张力看做是切削液渗透性的一个度量指标。但严格说来,二者并无直接对应关系。渗 透性是个比较含混的概念,似乎与润湿性及流动性(粘度)的关系更密切。表面张力可做 为切削液中是否加有表面活性剂的判定指标。因为少量的表面活性剂即可使水的表面 张力大幅度下降。另外,表面张力并非越小越好。表面张力过小有时也会带来其他负 作用。 抗菌试验 水基液特别是乳液易生菌腐败,所以抗菌能力是其重要的性能指标,但过去在我国并 末引起重视,也没有将其做为水基液的质量指标加以采用。现在国外已有一些简易的 测定方法,有条件的单位应尽可能加以应用。


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