合理选择铣刀和铣削策略-案例分析
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铣削技术的新发展使制造商有可能通过提高加工效率而节省大量时间和金钱。从为加工任务选择合适的铣削刀具，到在面铣加工中采用滚动切入法，以及在条件适合时用铣刀进行孔加工，制造商可以在无需投资购买新设备的情况下，大
铣削技术的新发展使制造商有可能通过提高加工效率而节省大量时间和金钱。从为加工任务选择合适的铣削刀具，到在面铣加工中采用滚动切入法，以及在条件适合时用铣刀进行孔加工，制造商可以在无需投资购买新设备的情况下，大幅提高生产能力。在选择适合加工任务的铣刀时，必须考虑从被加工零件的几何形状和尺寸到工件材质的各种因素。在机加工车间，用90°方肩铣刀进行平面铣削的情况十分常见。在某些情况下，这种选择有其合理性。如果需要铣削的工件形状不规则，或铸件表面会导致切深量发生变化，则方肩铣刀可能是最佳选择。但在其他情况下，选用标准的45°面铣刀可能会获益更多。当铣刀的切入角小于90°时，由于切屑变薄，轴向切屑厚度会小于铣刀的进给率，则铣刀切入角将对其适用的每齿进给量产生很大的影响。在面铣加工中，切入角为45°的面铣刀会使切屑变得更薄。随着切入角的减小，切屑厚度会小于每齿进给量，而这反过来可以使进给率提高到原来的1.4倍。在这种情况下，如果采用切入角为90°的面铣刀，由于无法获得45°面铣刀所产生的轴向切屑减薄效应，生产率会降低40％。用户往往会忽视选择铣刀的另一个重要方面――铣刀的尺寸。许多加工车间对大型零件（如发动机缸体或飞机结构件）进行面铣加工时，都是使用直径较小的铣刀，这就为提高生产率留下了很大余地。在理想情况下，铣刀应有70％的切削刃参与切削。例如，铣削一个大型零件的多个表面时，一把直径50mm的面铣刀将只有35mm参与切削，从而降低了生产效率。如果使用直径更大的铣刀，就能节省大量加工时间。改进铣削加工的另一种方式是优化面铣刀的铣削策略。在对平面铣削进行加工编程时，用户必须首先考虑刀具切入工件的方式。通常，铣刀都是简单地直接切入工件(图1)。这种切入方式通常会伴随很大的冲击噪声，这是因为当刀片退出切削时，铣刀所产生的切屑最厚所致。由于刀片对工件材料形成很大的冲击，往往会引起振动，并产生会缩短刀具寿命的拉应力。图1 面铣刀直接切入工件会引起振动和产生拉应力一种更好的进刀方式是采用滚动切入法，即在不降低进给率和切削速度的情况下，铣刀滚动切入工件(图2)。这意味着铣刀必须顺时针旋转，确保其以顺铣方式进行加工。这样形成的切屑由厚到薄，从而可以减小振动和作用于刀具的拉应力，并将更多切削热传入切屑中。通过改变铣刀每次切入工件的方式，可使刀具寿命延长1－2倍。为了实现这种进刀方式，刀具路径的编程半径应采用铣刀直径的1/2，并增大从刀具到工件的偏置距离。图2 滚动切入法可以减小振动和作用于刀具的拉应力虽然滚动切入法主要用于改进刀具切入工件的方式，但相同的加工原理也可应用于铣削的其他阶段。对于大面积的平面铣削加工，常用的编程方式是让刀具沿工件的全长逐次走刀铣削，并在相反方向上完成下一次切削。为了保持恒定的径向吃刀量，消除振动，采用螺旋下刀和滚动铣削工件转角相结合的走刀方式通常效果更好。机械师们对振动引起的切削噪声都很熟悉，它通常发生在刀具切入工件时，或刀具在吃刀状态下进行90°急剧转向时。滚动铣削工件转角可以消除这种噪声和延长刀具寿命。一般来说，工件的转角半径应为铣刀直径的75%－100%，这样可以缩短铣刀的吃刀弧长和减小振动，并允许采用更高的进给率。为了延长刀具寿命，在面铣加工中，应尽量避免刀具从工件上的孔或中断部位通过（如果可能的话）。当面铣刀从工件上一个孔的中间通过时，刀具在孔的一侧是顺铣，而在孔的另一侧是逆铣，这样会对刀片造成很大冲击。通过在对刀具路径编程时绕过孔和凹腔，就可以避免发生这种情况。越来越多的制造商利用铣刀以螺旋插补或圆周插补方式来加工孔。虽然这种方法的加工速度比钻孔略逊一筹，但对于许多加工来说却更具优势。在不规则表面上钻孔时，钻头可能很难沿中心线钻入工件，从而导致钻头在工件表面发生偏移。此外，钻头每加工25mm的孔径，就需要大约10马力的功率，这就意味着，在小功率机床上钻孔时，可能达不到所需的最佳功率值。此外，某些零件上需要加工许多不同尺寸的孔，如果机床的刀库容量有限，采用铣孔方式则可避免机床因更换刀具而频繁停机。用铣刀铣孔时，刀具尺寸变得尤为重要。如果相对于孔径而言，铣刀的直径太小，则加工时可能会在孔的中心形成一个料芯。当该料芯落下时，可能会损坏工件或刀具。如果铣刀直径过大，则会损坏刀具本身和工件，因为铣刀不在中心切削，可能会在刀具底部发生碰撞。此外，用铣刀铣孔时，应从刀具的中心线进行加工编程。因为用可转位刀片式铣刀进行螺旋插补铣削时，刀片外缘处的进给率会比中心处高得多，而编程人员有时会忽视这一点，并无意中采用超过刀具有效操作范围的过高进给率。通过选择合适的铣刀，使刀具以振动和拉应力最小的方式切入工件材料，并知道在哪种情况下铣孔比钻孔加工更有效，制造商就能高效率、低成本地将工件毛坯加工成精美的零件。(end)
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TA15、TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择
TA15、TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择摘要：MasterCAM在叶片零件四联动数控加工应用 刀具分等标准目录机械年谱CIMS环境下CAD/CAM的开发消除型腔铣加工深腔时出现台阶问题中国首个拥有自主知识产权磁轴承在富阳问世全闭环法国立车的数控改造多功能激光加工机计算机控制系统德国将出新型二合一连接器齿轮泵常见故障的排除为大机械装备“中国脑”，沈阳破解高精数控技术难题 数控等离子切割技术高速加工中心对夹具的要求 几种机械部件的堆焊方法PLC在千吨液压机控制系统改造中的应用雅马哈开发可实现3D及蓄光的表面技术准分子激光微细加工微锥体的旋转抛磨加工法利用Autodesk Inventor实现计算机辅助的组合机床三维用户宏程序功能加工圆周等分孔21/4Cr-1Mo厚壁乙烯裂解炉管焊接工艺 [标签:tag]
本文提出的TA15、TB6钛合金切削加工用量及刀具的选择方法，在TA15、TB6钛合金零件研制过程中得到了验证，为今后进一步开展其他钛合金切削加工的研究提供了参考与借鉴。 傅勇： 1987年毕业于南京航空航天大学机械制造工艺及设备专业，一直从事机械制造工艺技术工作。先.
本文提出的TA15、TB6钛合金切削加工用量及刀具的选择方法，在TA15、TB6钛合金零件研制过程中得到了验证，为今后进一步开展其他钛合金切削加工的研究提供了参考与借鉴。傅勇：1987年毕业于南京航空航天大学机械制造工艺及设备专业，一直从事机械制造工艺技术工作。先后担任多个机型的型号主任师，现任洪都航空工业集团公司制造工程部零件工艺室主任，高级工程师。TA15、TB6两种钛合金材料具有重量轻、强度高、耐热、耐腐蚀、疲劳性能好等一系列优良的力学、物理性能，成为航空航天、核能、船舶等领域理想的结构材料之一。但由于该材料价格昂贵，难加工，尤其是铣削加工制造周期长、成本高，制约了它的应用。而新一代航空产品需要具备更优异的性能新材料、新结构、新工艺被广泛应用。同时，为了竞争的需要，研制周期短和制造成本低是取胜的关键，因此，开展对TA15、TB6两种钛合金材料切削加工的研究是必要的，特别是铣削高效加工的探索尤其显得紧迫和重要。 TA15、TB6钛合金材料主要特征TA15 a钛合金是a相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在930MPa以上，耐热性高于纯钛，组织稳定，抗氧化能力强，500～600 ℃下仍保持其强度，抗蠕变能力强，但不能进行热处理强化。 TB6 b钛合金是b相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在1105MPa 以上，但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 TA15、TB6钛合金的切削加工工艺特性摩擦系数大，导热系数低，刀尖切削温度高。钛合金热导率仅为钢的1/4 、铝的1/14 、铜的1/25 , 因而散热慢，不利于热平衡。切削时产生的切削热都集中在刀尖上，使刀尖温度很高，易使刀尖很快熔化或粘结磨损而变钝。 弹性模量小。钛合金的弹性模量只有30CrMnSi的56% ，这说明零件的刚性差，切削时易产生弹性变形和振动，不仅影响零件的尺寸精度和表面质量，而且还影响刀具的使用寿命；同时造成已加工面的弹性恢复较大，刀具后面摩擦增加导致刀具过快磨损。 化学活性大。在300℃ 以上时有强烈的吸氢、氧、氮的特性，造成加工表面易产生脆硬的化合物，切屑形成短碎片状，使刀具极易磨损。 钛合金化学亲和力较强，极易与其他金属亲和结合。在加工中切屑与刀具的粘结现象严重，使刀具的粘结和扩散磨损加大。TA15、TB6钛合金零件切削用量和刀具参数的选择主要加工方法 钛合金零件的加工余量比较大，有的部位很薄(2～3mm) ，主要配合表面的尺寸精度、形位公差又较严，因此每项结构件都必须按粗加工→半精加工→精加工的顺序分阶段安排工序。主要表面分阶段反复加工，减少表面残余应力，防止变形，最后达到设计图的要求。其主要的加工方法有铣削、车削、磨削、钻削、铰削、攻丝等。铣削用量及刀具的选择 钛合金结构件中大量应用铣削加工，如零件内外型面。 刀具应选择具有高硬度、高抗弯强度和韧性、耐磨性好、热硬性好、工艺性好、散热性好的材料，主要为高速钢W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4VCo5(M42)和硬质合金YG8、K3O、Y330。 刀具几何参数应以保证刀具强度高、刚性好、锋利为原则，细长比不能过大，并分粗、精加工两种，加工时最好采用顺铣。铣削刀具参数见表1，常规加工铣削用量见表2。 铣削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，切削液流量应不小于5L/min ，以延长刀具的使用寿命。 在上述常规加工的基础上，为进一步提高铣削加工效率，我们在强力铣加工中心机床上进行了高效铣削试验，获得了较理想的切削用量、刀具和切削液，铣削用量数据见表3。 通过高效铣削与常规对比可以看出，高效铣削加工比常规加工效率提高了2～4倍，零件表面质量也得到较大的提高，加工周期大大缩短，制造成本相应降低。车削用量及刀具的选择 在刀具、切削用量、切削液选择合理的情况下，钛合金车削并不困难，与加工合金钢接近。但车削钛合金表面氧化皮较为困难，一般在加工前用酸洗方法去掉表面薄层氧化皮，然后车削剩余的氧化皮，车削时切削深度应超过氧化皮深度1～5倍，走刀量可加大，但切削速度应降低。 刀具材料应选择YG类硬质合金材料。 刀具几何参数选择：前角g0=4°～8°，后角a0=12°～18°，主偏角&O45°～75°，刃倾角l=0°，刀尖圆弧半径r=0.5～1.5mm 。 切削用量的选择：主轴转速n≥23Or/min，进给量f ≥0.10～0.15mm/r ，切削深度ap=1.5～2.0mm 。 车削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，提高刀具的耐用度。 表1 铣削刀具参数刀具前角g0(°)后角a0(°)螺旋角b(°)刀尖齿背备注立铣刀粗O～412～1530～45按需R形b大：切削平稳精4～815～2030～45按需R形a0大：切削力小，机床震动小三面刃铣刀3～1012～15 按需
端铣刀0～512～15
主偏角&O45°～75°表2 常规加工铣削用量刀具材料立铣刀直径d(mm)切削速度V(m/min)进给量f(mm/min)切削深度ap(mm)切削宽度ac(mm)切削刃总长l(mm)使用机床K30≤2525～3550～1000.3～0.51.550～150数控加工中心K30&2525～35100～1500.3～0.52.550～150数控加工中心表3 高效加工铣削用量刀具材料立铣刀直径d(mm)切削速度V(m/min)进给量f(mm/min)切削深度ap(mm)切削宽度ac(mm)切削刃总长l(mm)使用机床K30≤2540～70200～3000.3～0.81.5～530～40强力铣加工中心K30&2540～120300～4000.3～0.82.5～830～60强力铣加工中心磨削用量及刀具的选择 磨削加工可获得较高精度，但由于钛合金的特有性质决定了钛合金磨削非常困难。磨削时砂轮磨损严重，容易变钝，磨削比也较低；同时易在表面产生有害的拉应力及严重的表面烧伤现象，因此应尽量避免磨削加工，以精铣代替。 磨削材料选择：磨削钛合金选用绿碳化硅(TL)、黑碳化硅(TH)两种磨料。如出现磨削烧伤趋势，应使用人造金刚石或立方氮化硼砂轮，其效果好，但价格昂贵。砂轮硬度选择较软砂轮R3、ZR1、ZR2，粒度选择46、60为佳，选A类结合剂。 磨削用量选择见表4。 钛合金零件在磨削过程中必须充分冷却，否则零件会变色甚至烧伤。磨削液除具有冷却、润滑和冲洗作用外，更重要的还在于能有效地抑制钛与磨料的粘附和化学反应。 表4 磨削用量磨削方法砂轮速度v(m/s)工作台速度V1(m/min)工件速度V2(m/min)磨削深度ap(mm)横向进给①fa(mm/st)纵向进给②fb(mm/r)(砂轮宽度B)平面磨粗15～1810～20 0.025～0.0350.5～4.0 精15～186～12 0.010(最大)0.5～4.0 外圆磨粗15～18 15～300.025～O.035 1/5B精15～18 15～300.010(最大) 1/10B注：①横向进给fa(mm/st)指工作台每单行程砂轮对工件横向移动量；②纵向进给fb(mm/r)指工件每旋转一转，砂轮对工件纵向移动量。钻削用量及钻头的选用 钛合金钻削材料应选择具有足够的硬度、强度、韧性、耐磨性及与钛合金亲合能力低的材料，主要为W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Al、W12Cr4V4Mo、W2Mo9Cr4VCo5和YG8、K30等。 钻头的几何形状，应注意： 表5 不同规格钻头的螺旋角钻头直径D：(mm)2～66～1818～50螺旋角b：(°)43～4540～4235～40表6 钻头直径与外缘处后角af的关系钻头直径D：(mm)2～66～1818～50外缘处后角af：(°)17～2015～1812～15表7 钻头直径D与倒锥度的关系钻头直径D：(mm)2～66～1818～50倒锥度：(mm/100mm)0.03～0.050.04～0.080.05～0.12表8 钻头直径D与切削用量的关系钻头直径D：(mm)主轴转速(r/min)进给量f (mm/r)≤3650～4500.04～0.063～6450～3500.06～0.116～10350～3000.07～0.1210～15250～2000.08～0.1415～20180～1500.11～0.1520～25120～900.12～0.20表9 铰削用量刀具材料铰刀直径D(mm)主轴速度n(r/min)每齿进给量ar(mm)铰削余量(单边)ap(mm)M42≤10250～1200.02～0.04粗铰：0.10～0.15&10～20120～800.025～0.050精铰：0.05～0.10K30≤10800～4000.02～0.04粗铰：0.1～0.2&10～20400～2000.025～0.050精铰：0.05～0.10适当增大钻头顶角，顶角范围由118°～120°增加到135 °～140°，其目的是增强切削部分并使切削厚度增加，改善钻削效果。 选择合适的螺旋角b，b角增加，前角也增加，切削轻快，易于排屑，扭矩和轴向力也小，见表5。 增大钻心厚度，以提高钻头强度。钻心厚度一般为：K=(0.45～0.32)D，D为钻头直径。 增大钻头外缘处后角，可以使横刃锋利，改善切削性能，特别对钻心处的钻削加工有明显改善，外缘处后角选择见表6 。 加工成倒锥K，减小棱带同孔壁摩擦，使钻头切削时扭矩减小，提高效率，倒锥度见表7。钻削用量见表8 。 钛合金进行钻削和攻丝加工时最好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆。钻削浅孔时，可用电解切削液；钻削深孔时，可用N32机械油加煤油，也可用硫化切削铰削用量及刀具的选用 钛合金铰孔是最后一道精加工工序，不仅要考虑生产率的问题，更重要的是要保证孔的加工质量(精度和表面粗糙度)。为此必须保证刀具质量，合理选择切削用量，注意铰刀与钻铰模的协调和正确的操作技术。通过钻孔→扩孔(粗铰)→精铰的加工方法，一般都能满足产品零件规定的要求。 刀具材料一般选用M42高速钢或硬质合金K30。刀具的几何参数为：前角g0=3°～7°，后角a0=12°～18°，主偏角&O=5°～18°，刃倾角l=0°。校准部分刃带宽度b=0.05～0.15mm ，过宽容易同钛合金加工表面粘结，过窄容易在铰削时产生振动。铰刀齿数Z=4～8(铰刀直径为&O10～20mm)。我们加工的肋和接头，因加工的两孔跨度较长，同轴度要求较高，为此专门设计了加长钻头和铰刀。 切削用量的选择见表9。 铰削时应不断地注人冷却润滑液以获得较好的表面粗糙度，同时应勤排屑，及时清除铰刀刃上的切屑末，铰削时要匀速地进退刀。攻丝用量及刀具参数的选 钛合金攻丝时会产生很大的挤压变形，作用在螺纹齿侧的摩擦力加大，这样不但使加工出来的螺纹表面粗糙度不好，而且丝锥容易折断。为了改变这种情况，可以采用跳牙丝锥或改进丝锥结构(加大校正段刀齿的后角或加大倒锥度)的方法，以减少切削扭矩和摩擦扭矩，增大容屑空间，改善攻丝的切削性能。另外，钛合金攻丝前的底孔直径一般应大于标准值，而且底孔的表面粗糙度应达到Ra≤3.2&m 。 刀具材料和几何参数选橄丝锥材料选用M2Al、M42高速钢。丝锥几何参数为：前角g0=5°～8°，后角a0=8°～10°，丝锥校堆段齿背圆柱刃带b1=0.1～0.2mm 。主偏角&O6°～10°(通孔)、&O=15°～20°(不通孔)；头锥&O=2°～3°，二锥&O=4°～5°。 切削用量选择：攻丝的切削用量也只有速度(转速)一项可选，钛合金攻丝速度v为3～6m/min。攻丝时应及时清除丝锥刃部毛刺、切屑末，以免损伤螺纹；攻丝时要勤退刀。 攻丝时要加适量的冷却润滑液，建议使用蓖麻油或机油，以保证螺纹粗糙度要求。
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平面铣削加工中对于铣刀直径的选择发布者：专家－中山科挺 发布时间：&&&&&&平面铣削是控制加工工件高度的加工。平面铣削相对复杂的轮廓运动显得比较简单，通常使用的切削刀具是面铣刀，为多齿刀具。但在小面积范围内有时也使用立铣刀进行平面铣削，面铣刀加工垂直于它的轴线的工件上表面。&&&&&&在CNC编程中，平面铣削工艺需要考虑以下几个问题：刀具直径的选择、铣削中刀具相对于工件的位置、刀具的刀齿，而对于铣刀直径的选择是平面铣削最重要的一点&&&&&&对于单次平面铣削，平面铣刀最理想的宽度应为材料宽度的1.3～1.6倍。如果需要切削的宽度为80mm，那么选用直径为120mm的面铣刀比较合适。1.3～1.6倍的比例可以保证切屑较好地形成和排出。&&&&&&对于面积太大的平面，由于受到多种因素的限制，如考虑到机床功率等级、刀具和可转位刀片几何尺寸、安装刚度、每次切削的深度和宽度以及其他加工因素，面铣刀刀具直径不可能比平面宽度更大时，宜多次铣削平面。&&&&&&应尽量避免面铣刀刀具的全部刀齿参与铣削，即应该避免对宽度等于或稍微大于刀具直径的工件进行平面铣削。面铣刀整个宽度全部参与铣削（全齿铣削）会迅速磨损镶刀片的切削刃，并容易使切屑粘结在刀齿上。此外，工件表面质量也会受到影响，严重时会造成镶刀片过早报废，从而增加加工的成本。更多资讯 |&查看次数：
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