機(jī)械畢業(yè)論文--淬硬鋼高速銑削加工特征分析與刀具設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　XXXX學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　淬硬鋼高速銑削加工特征分析與刀具設(shè)計(jì)</p><p><b>　　系（分院）</b></p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)</b&g

2、t;</p><p><b>　　指導(dǎo)教師姓名</b></p><p><b>　　職稱</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p><b>　　專業(yè)班級(jí)</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名</b&

3、gt;</p><p>　　目淬硬鋼高速銑削加工特征分析與刀具設(shè)計(jì)</p><p>　　上交論文（報(bào)告）日期：年 月曰</p><p>　　答辯日期：年 月 日</p><p><b>　　« V</b></p><p>　　1高速銑削加工表面質(zhì)量與效率分析1</p&

4、gt;<p>　　1.1高速洗削浮硬模具鋼表面質(zhì)量影響因素1</p><p>　　1.2高速銑削淬硬模具鋼加工精度影響因素分析1</p><p>　　1從材料和刀具和刀具的匹配關(guān)系1</p><p>　　2走刀方式和刀具軌跡的影響1</p><p><b>　　3拐角處過(guò)切1</b></p&

5、gt;<p>　　1.3高速銑削加工效率影響因素分析2</p><p><b>　　1切削參數(shù)2</b></p><p><b>　　2刀具軌跡2</b></p><p>　　1.4高速銑削加工質(zhì)量與加工效率沖突及解決方案2</p><p>　　2.1模具銑刀的分類和使用條件

6、3</p><p>　　2. 1. 1立銑刀4</p><p>　　2. 1.2圓錐銑刀4</p><p>　　2. 1.3球頭銑刀5</p><p>　　2. 2設(shè)計(jì)目標(biāo)和方法5</p><p><b>　　1 齒數(shù)8</b></p><p>　　2. 4.2螺

7、旋角9</p><p>　　2. 4. 3幾何參數(shù)9</p><p>　　2. 5刀具連接結(jié)構(gòu)11</p><p><b>　　辨 M 13</b></p><p><b>　　親14</b></p><p><b>　　摘要</b></

8、p><p>　　本文研究了涉及高速銑削各方面的加工要素，如切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影 響，切削特征量的變化規(guī)律，用數(shù)學(xué)方程描述模具幾何特征，并加以歸類，論述了 模具幾何特征之間的關(guān)系，結(jié)合實(shí)例具體分析，為提高高速加工的編程效率打下了 基礎(chǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵i司：高速銑削淬硬鋼模具銑刀幾何特征</p><p>　　1高速銑削加工表面質(zhì)量與效率分析</p>

9、;<p>　　1.1高速銑削淬硬模具鋼表面質(zhì)量影響因素</p><p>　　已加工表面質(zhì)量，是指零件在加工后的表面層狀態(tài)。主要包括表面粗糙度（表 面幾何學(xué)方面的參數(shù)）、表面層加工硬化程度和表面層殘余應(yīng)力的性質(zhì)及其大?。ū?面物理性能方面的參數(shù)）等指標(biāo)。已加工表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能冇很人的影響。 如表面粗糙度會(huì)影響接觸剛度、配合性質(zhì)、耐磨性、抗腐蝕性及疲勞強(qiáng)度等。表面 層殘余拉應(yīng)力容易使表面產(chǎn)牛.微

10、裂紋，降低疲勞強(qiáng)度，使剛度差的零件發(fā)生變形而 降低形狀精度，但殘余壓應(yīng)力則可阻止微裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，提高零件的使用壽命。 表面加工硬化層雖然會(huì)增加其耐磨性，但由于硬化不均勻，同時(shí)脆性也增加，降低 零件抵抗沖擊的能力，成為發(fā)生裂紋而促使表面破損和疲勞破壞的主要原因。因此， 為了加工出所耍求的表面質(zhì)量，就有必要了解己加工表面層的形成及表面層質(zhì)量的 變化規(guī)律。</p><p>　　1.2高速銑削淬硬模具鋼加工精度影響因

11、素分析</p><p>　　1.2.1從材料和刀具和刀具的匹配關(guān)系</p><p>　　如果材料的硬度和刀具的硬度較接近，切削參數(shù)選擇的不合理，會(huì)加劇刀具的 磨損，己有試驗(yàn)可以證明，刀具加劇磨損階段，表面粗糙度會(huì)急劇惡化，會(huì)造成配 合精度的下降。</p><p>　　1.2.2走刀方式和刀具軌跡的影響</p><p>　　前面曾經(jīng)提到數(shù)控加工

12、一般采用順銑方式，也是考慮到對(duì)加工精度的影響。在 進(jìn)退刀時(shí)，要采用合適的方法，降低對(duì)刀具的沖擊，提高加工精度。在刀具軌跡方 面，要根據(jù)加工對(duì)象幾何特征劃分不同區(qū)域，對(duì)不同的區(qū)域采用不同的刀具軌跡方 法，控制殘留高度值，盡量使其相等。</p><p>　　1.2. 3拐角處過(guò)切</p><p>　　（1）輪廓曲率半徑小于刀具半徑</p><p>　　由于刀具半徑大于曲

13、面的曲率半徑，對(duì)理論輪廓線進(jìn)行刀具功能補(bǔ)償時(shí)，必然 導(dǎo)致部分輪廓線被加工，即產(chǎn)生過(guò)切；而不破壞理論輪廓線加工時(shí)，又有部分未加 工，即產(chǎn)生欠切。而對(duì)于拐角兩直線段相交，實(shí)際也是曲率半徑無(wú)限小的圓弧相交， 按理論輪廓加工時(shí)也必然出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象。</p><p>　?。?）刀具補(bǔ)償過(guò)程屮的過(guò)切</p><p>　　在實(shí)際編程時(shí)，常常由于刀具補(bǔ)償在建立或取消時(shí)程序軌跡方向不當(dāng)引起過(guò)</p>

14、;<p>　　切；在半徑補(bǔ)償模式下，使用無(wú)坐標(biāo)軸移動(dòng)類指令，即兩個(gè)或兩個(gè)以上連續(xù)程序段 內(nèi)無(wú)指定補(bǔ)償平面內(nèi)的坐標(biāo)移動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致過(guò)切現(xiàn)象。前者是刀具補(bǔ)償建立或取消 引起的過(guò)切，后者是無(wú)移動(dòng)類指令引起的過(guò)切。</p><p>　　（3）機(jī)床加減速特性不能滿足插補(bǔ)指令</p><p>　　由于一般數(shù)控機(jī)床只有直線和圓弧插補(bǔ)功能，對(duì)于復(fù)雜曲線加工一般由若干段 直線和圓弧插補(bǔ)逼近形成，

15、在各段銜接時(shí)由于數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的不同步異致在 加工屮的停頓，在節(jié)點(diǎn)處由于銑削力減小，工藝系統(tǒng)的彈性變形減小而產(chǎn)生過(guò)切。 在拐角加工時(shí)，某一加工路徑沿著機(jī)床坐標(biāo)軸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)由于拐角處的轉(zhuǎn)向而導(dǎo)致 某一方向的坐標(biāo)伺服系統(tǒng)減速到零，然后又加速到給定進(jìn)給速度，而另一坐標(biāo)方向 由零直接加速到某一進(jìn)給速度，這吋可能由于機(jī)床坐標(biāo)方向的加減速度不足和運(yùn)動(dòng) 慣性導(dǎo)致過(guò)切。</p><p>　　1.3高速銑削加工效率影響因素分析

16、</p><p>　　1.3. 1切削參數(shù)</p><p>　　材料的切除率材料的切除率是指在特定瞬間、單位時(shí)間里被刀具切除的 工件材料體積。相當(dāng)于切削層公稱橫截面積以K.值沿切削速度方向運(yùn)動(dòng)一個(gè)單位時(shí) 間所包含的空間體積，它是反映切削效率高低的一個(gè)指標(biāo)。其計(jì)算公式如下</p><p>　　Q,=\000vcapf（1 — 1）</p><p&

17、gt;　　影響因素：切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量，加工效率與三者呈正比關(guān)系，因此 使三者乘積最大，工序的切削加工吋間最短。但是提高切削用量要受到工藝裝備（機(jī) 床、刀具）與技術(shù)要求（加工精度和表面質(zhì)量）的限制。粗加工時(shí)，一般是先按照刀 具使用壽命的限制確定切削用量，之后再驗(yàn)算系統(tǒng)剛度、機(jī)床與刀具的強(qiáng)度是否允 許。精加工時(shí)則主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量。</p><p><b>　　2刀具軌跡&

18、lt;/b></p><p>　　高速銑削時(shí)由于切削速度高，金屬切削率高，相應(yīng)地要求提高數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算 速度，選用合適的算法?？刹捎玫葰埩舾叨溶壽E規(guī)劃方法，保證了兩條刀具軌跡之 間殘留高度為定值，刀具軌跡行距疏密一致。</p><p>　　1.4高速銑削加工質(zhì)量與加工效率沖突及解決方案</p><p><b>　　1基本原則</b><

19、;/p><p>　　從式（1 一 1）看，增大三要素中任何一個(gè)似乎都可以提高生產(chǎn)率，但從刀具壽命</p><p>　　與三要素關(guān)系式看，三者的影響程度是不同的，vt.影響最大，/次之，最小。</p><p>　　T = Ct /(v'c,mf],na^p)(1-2)</p><p>　　在刀具壽命已經(jīng)確定的條件下，欲使V，,,/三者乘積

20、即金屬切除率最大，無(wú)疑 應(yīng)首先選擇盡量大的背吃刀量其次再選擇盡量大的進(jìn)給量/，最后依據(jù)三要 素與刀具壽命關(guān)系式計(jì)算確定切削速度v(.。</p><p><b>　　1.4.2解決方法</b></p><p>　　粗加工切削用量的選擇</p><p>　　確定背吃刀量背吃刀量根據(jù)工序余量來(lái)確定。除留給以后工序的余 量外，其余的粗加工雨量盡可能依次

21、切除，以使走刀次數(shù)最少。</p><p>　　確定進(jìn)給量粗加工時(shí)，進(jìn)給量/受切削力的限制。在工藝系統(tǒng)強(qiáng)度和剛 度允許的情況下選擇較大的進(jìn)給量。</p><p>　　確定切削速度在和/選定后，再根據(jù)達(dá)到的合理壽命T(min)，就可 以確定切削速度&(單位：m/s) o</p><p>　　半精加工、精加工切削用量的選擇</p><p>

22、　　確定背吃刀量半精加工的余量較小，約在1?2mm左右，精加工余量更</p><p>　　小，約在0.05?0.80mm之間。在半精加工、精加工時(shí)，應(yīng)在一次進(jìn)給中切除工序 余量。</p><p>　　確定進(jìn)給量半精加工和精加工的?值較小，產(chǎn)生的切削力不大，故進(jìn)</p><p>　　給量主要受到表面粗糙度的限制，一般選得較小。但也不能太小，否則切削層公稱 厚度太薄不易

23、切下，對(duì)已加工表面質(zhì)量反而不利。</p><p>　　確定切削速度v。：半精加工、精加工的&和/較小，切削力對(duì)工藝系統(tǒng)的 剛度影響較小，消耗功率較少，故切削速度vf.值受刀具壽命和己加工表面質(zhì)量的限 制。</p><p><b>　　2高效模具銑刀設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1模具銑刀的分類和使用條件</p>&

24、lt;p>　　模具銑刀包括圓柱銑刀、圓錐銑刀，其頭型井分3類，即直角頭、球頭和圓弧 頭。圖1為整體直角頭圓柱銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p><b>　　2.1.1立銑刀</b></p><p>　　立銑刀主耍用于模具二維型面的粗加工和半精加工。</p><p>　　立銑刀又可分為帶小倒角的直角頭與完全直角頭。完全直角頭用于壁薄，易發(fā) 生

25、振動(dòng)情況卜*與必須加工出90°清角情況使用。帶小倒角直角頭用于完全直角頭易 破損時(shí)，若用它也發(fā)生破損，則需要再改用圓弧頭立銑刀。直角頭立銑刀主要用于 加工槽（包括鍵槽），側(cè)平面等。</p><p>　　圓弧頭立銑刀可以加工有轉(zhuǎn)角R的側(cè)面型模的等高線。零件轉(zhuǎn)角部分是圓弧R 形時(shí)，圓弧頭立銑刀比球頭立銑刀剛性大，加工效率高。在高硬材料加工、高速大 進(jìn)給加工、深雕三維加工時(shí)，直角頭立銑刀頭會(huì)產(chǎn)生缺損，用圓弧頭

26、立銑刀代之， 刀頭抗缺損性能可大為提高。</p><p>　　圓弧頭立銑刀圓弧R的精度也不斷提高高精度圓弧頭立銑刀圓弧R達(dá)到 0. 01mm,外徑達(dá)到0?0. 01mm的高精度。</p><p>　　2. 1.2圓錐銑刀</p><p>　　主要精加工模具拔模面，如模具型腔和外輪廓，如圖2所示。</p><p>　　2. 1.3球頭銑刀<

27、;/p><p>　　球頭銑刀主要用于型腔精加工和復(fù)雜曲面精加工，斜面、成形等。球頭立銑刀 皮用吋注意事項(xiàng)為：</p><p>　　在高速加工機(jī)床上高速加工時(shí)，應(yīng)使用夾緊力大、剛性好的銑削夾頭。</p><p>　　確認(rèn)工具的振擺：R部最外徑處應(yīng)在10//;77以內(nèi)、高速加工時(shí)應(yīng)在3///H以</p><p>　　加工時(shí)立銑刀應(yīng)盡量縮短伸出量(只伸

28、出需加工長(zhǎng)度)。</p><p>　　小竹吃刀量大進(jìn)給量對(duì)工具壽命有利。</p><p>　　盡可能用等高線加工方法加工，不易損傷刀具。</p><p><b>　　3球頭銑刀</b></p><p>　　2. 2設(shè)計(jì)目標(biāo)和方法</p><p>　　以高速高效作為設(shè)計(jì)0標(biāo)，加工表面質(zhì)量、切削力、切

29、削熱、刀具壽命、常用 的刀具軌跡作為約朿條件，進(jìn)行刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、切削參數(shù)的優(yōu)選。在現(xiàn)有條 件下，高速銑削時(shí)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)在10000r/min以上，選擇刀兵時(shí)應(yīng)考慮加工階 段不同而采用不同的刀異選擇方法。粗加工時(shí)應(yīng)首先較高的刀具壽命和金屬切除 率，加工效率要考慮刀具壽命的限制，應(yīng)設(shè)法控制切削力。精加工時(shí)主要考慮高的 表面質(zhì)量控制表切削振動(dòng)。</p><p>　　針對(duì)圖4所示的模具型腔設(shè)計(jì)精加工圓槽的球頭銑刀

30、和精加工有拔模斜度的 三角形槽的圓錐銑刀。</p><p><b>　　4加工示例</b></p><p>　　2.3銑刀材料性能比較</p><p>　　2. 3. 1涂層硬質(zhì)合金</p><p>　　硬質(zhì)合金是用粉末冶金工藝制成的。它用硬度和熔點(diǎn)都很高的金屬碳化物（碳 化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC和碳化鈮Nb

31、C等）作硬質(zhì)相，用金屬鈷、鉬或鎳 等作粘結(jié)相，研制成粉末，按一定比例混合，壓制成型，在高溫高壓下燒結(jié)而成。</p><p>　　在高速切削條件下，廣泛使用的是有涂層的硬質(zhì)合金銑刀。而TiAlN具有硬度 高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強(qiáng)、摩檫系數(shù)小、導(dǎo)熱率低等優(yōu)良特性，尤其 適用于高速銑削加工。當(dāng)A1含量超過(guò)50%時(shí)，為了區(qū)別于HA1N，有人稱其為AlTiN。 AlTiN涂層的硬度隨含鋁量的增加而提高，但增加有一

32、個(gè)限度。</p><p>　　涂層材料的切削性能除了受材料本身特性影響之外。各層之間的熱膨脹系數(shù)的 匹配程度和彈性模量的差別對(duì)材料性能的影響最大。由于熱脹失配程度和彈性模量 的差</p><p>　　別對(duì)材料性能的影響最大。由于熱脹失配程度和彈性模量的不同，在材料內(nèi)部將形 成大小及分布不同的殘余應(yīng)力場(chǎng)。從降低殘余拉應(yīng)力、提高材料強(qiáng)度的角度上講， 應(yīng)使基體與涂層的熱膨脹系數(shù)更接近，彈性模量差

33、較??；但從殘余應(yīng)力増初和微裂 紋增韌、提高材料斷裂初性的角度來(lái)看，存在適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力又是必要的。</p><p>　　界面結(jié)合強(qiáng)度也是影響涂層在切削過(guò)程中發(fā)揮性能的重要因素。除了選擇匹配 的材料外，在工藝中也可采取多種方法來(lái)改善TiAlN膜層與高速鋼和硬質(zhì)合金等基 體的結(jié)合強(qiáng)度。如引入TiAl、Ti等中間過(guò)渡層可增加涂層的臨界載荷。</p><p>　　涂層刀具在使用過(guò)程的磨損形式主要表現(xiàn)

34、為中速時(shí)磨粒磨損和粘著磨損、高速 時(shí)的擴(kuò)散磨損和粘著磨損，最后失效形式多為刀刃微IX剝離，其機(jī)理是涂層中、涂層 間和基體內(nèi)部的裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展。涂層與基體以及層與層之間存在明顯的界面，是 薄膜內(nèi)應(yīng)力的起源，導(dǎo)致涂層的剝落與破損。</p><p>　　在目前的技術(shù)條件下，涂層硬質(zhì)合金應(yīng)用廣泛，而且針對(duì)TiAlN涂層進(jìn)行了廣 泛的切削試驗(yàn)，因此刀具材料選擇TiAlN涂層硬質(zhì)合金。</p><p>

35、;　　2. 3.2陶瓷材料</p><p>　　近年來(lái)，陶瓷刀具得到快速的發(fā)展。一方面由于高硬度難加工材料的不斷增多， 迫切需要解決刀具壽命，提高生產(chǎn)率。另一方面是由于鎢資源的日漸缺乏，而硬質(zhì) 合金刀具材料中大量需要鎢。</p><p>　　陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔點(diǎn)都很高的A12O3、義3/74等氧化物，再</p><p>　　加入少量的金屬碳化物、氧化物

36、或純金屬等添加劑。采用粉末冶金工藝方法制粉， 壓制燒結(jié)而成。</p><p>　　與硬質(zhì)合金相比，主要有下列特點(diǎn)：</p><p>　　有很高的硬度和耐磨性陶瓷的硬度達(dá)91?95HRA,超過(guò)硬質(zhì)合金，其耐磨 性為一般硬質(zhì)合金的5倍。因此，具有比硬質(zhì)合金更高的壽命。加工鋼材時(shí)，壽命 可高達(dá)硬質(zhì)合金的10?20倍，在高速切削時(shí)，約為碳化鈦基硬質(zhì)合金的兩倍。</p><p&g

37、t;　　有很好的高溫性能陶瓷材料具有很高的高溫硬度。當(dāng)切削溫度達(dá)76CTC時(shí)， 硬度為87HRA(相當(dāng)于66HRC), 1200°C時(shí)，仍能保持80HRA的硬度?？梢?jiàn),陶瓷刀 具在1200°C以上的高溫下仍可進(jìn)行切削。</p><p>　　有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗粘結(jié)性能：陶瓷與金屬的親和力較小，Al 2 03陶 瓷的化學(xué)惰性優(yōu)于TiC、WC和Si 3N4,它與金屬相互反應(yīng)的能力比很多碳化物、氮

38、 化物、硼化物都低，即使在熔化溫度與鋼也互不作用。Al 2 03與鋼產(chǎn)粘結(jié)的溫度在</p><p>　　1538'C以上，比硬質(zhì)合金屮各種碳化物的粘結(jié)溫度都高，從而使粘結(jié)磨損減少。 Al 2 03在高溫|不易氧化，即使切削刃處于赤熱狀態(tài)，也能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)切削。這些 特性對(duì)高速切削有重要意義。</p><p>　　摩擦系數(shù)低：能減小切屑、刀具和工件之間的摩檫，產(chǎn)生粘結(jié)和積屑瘤的可 能性

39、減小。有時(shí)，可以或得以銑代磨的效果。在高速精密銑削時(shí)，被加工工件可獲 得鏡面效果。此外由于摩擦系數(shù)較小，切削力也比硬質(zhì)合金要小。</p><p>　　強(qiáng)度和韌性差，熱導(dǎo)率低：陶瓷刀A材料的最大缺點(diǎn)是脆性大，抗彎強(qiáng)度和</p><p>　　沖擊韌度比硬質(zhì)合金低，承受沖擊負(fù)荷的能力差。加之陶瓷的熱導(dǎo)率小，其熱導(dǎo)率 僅是硬質(zhì)合金的1/2?1/5,而熱膨脹系數(shù)卻比硬質(zhì)合金高10%?30%,所以熱沖

40、擊 性能很差。當(dāng)溫度發(fā)生顯著變化時(shí)，容易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致刀片破損；切削時(shí)，一般 也不宜使用切削液，這些缺點(diǎn)大大限制了陶瓷刀具的使用范圍。</p><p>　　2.3.3立方氮化硼</p><p>　　立方氮化硼是繼人造金剛石之后人工合成的又一種新型無(wú)機(jī)超硬材料。其結(jié)構(gòu) 與金剛石類似，重要性能如下：</p><p>　　硬度高立方氮化硼具有僅次于金剛石的硬度和耐磨性，比

41、硬質(zhì)合金和陶 瓷高得多，能在較高切削速度下保持加工精度。加工淬火鋼時(shí)，刀具壽命比硬質(zhì)合 金提高3?15倍。</p><p>　　熱穩(wěn)定性好立方氮化硼具有比金剛石更好的熱穩(wěn)定性，其耐熱性可達(dá) 130CTC?1400°C，其高溫硬度高于陶瓷刀具。當(dāng)溫度高達(dá)1370°C以上時(shí)，才開(kāi) 始由立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄w而軟化。因此CBN適合在高速下加工高溫合金。</p><p>　　化

42、學(xué)穩(wěn)定性好立方氮化硼具有比金剛石更好的化學(xué)惰性，在lOOO'C以丁 吋，不發(fā)生氧化現(xiàn)象，與鐵系金屬在1200°C?1300°C吋也不易起化學(xué)反應(yīng)。因此 在高速下切削淬火鋼，其粘結(jié)和擴(kuò)散磨損比較小，但在高溫時(shí)易與水產(chǎn)生化學(xué)反砬。</p><p>　　有較高的熱導(dǎo)率和較小的摩檫系數(shù)：立方氮化硼的熱導(dǎo)率比金剛石低(約為 金剛石的1/2)但遠(yuǎn)高于陶瓷材料，且熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增加。這一性能對(duì)

43、降 低刀尖處的溫度大有好處。</p><p>　　強(qiáng)度及韌性較差：立方氮化硼的抗彎強(qiáng)度約為陶瓷刀具的1/5?1/2, —般 只用于精加工。</p><p>　　根據(jù)CBN的性能特點(diǎn)，它最適合用于加工高硬度淬火鋼、高溫合金等。通常采 用負(fù)前角高速切削，以發(fā)揮刀具材料在高溫時(shí)相對(duì)工件材料的硬度優(yōu)勢(shì)。但因其脆 性大、耐沖擊性能弱的特點(diǎn)在銑削這種斷續(xù)切削場(chǎng)合受到不少限制。</p>&

44、lt;p><b>　　2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.4.1齒數(shù)</b></p><p>　　立洗刀刃齒一般有2齒、4齒、6齒；6齒用的較少，最近又增加有3齒的。 一般刃齒數(shù)愈多，容屑槽減小，心部實(shí)體直徑增大，剛性更高。但排屑性漸差，故 一般刃齒數(shù)少用與粗加工、切槽。刃齒數(shù)多用于半精加工、精加工、切淺槽。</p

45、><p><b>　　根據(jù)進(jìn)給量公式：</b></p><p>　　在主軸轉(zhuǎn)速一定的情況下，銑刀每增加一個(gè)齒數(shù)，生產(chǎn)效率相應(yīng)增加50%。在 切削長(zhǎng)度和每齒進(jìn)給量一定的情況下，齒數(shù)多的銑刀比齒數(shù)少的銑刀每齒切削次數(shù) 減少了，壽命會(huì)有相應(yīng)的提高。另外在每分鐘進(jìn)給量、轉(zhuǎn)速一定。多刃比少刃加工 表面粗糙度低。多齒較少齒在粗加工切梢時(shí)，由于同時(shí)接觸刃齒數(shù)量多而較少齒切 削阻力大，中

46、心部切屑排除性能也比少齒差，球頭立銑刀磨損時(shí)，多齒比少齒的中 心刃重磨難。</p><p>　　對(duì)于球尖銑刀，使用2齒。對(duì)于錐度模具銑刀，出于延長(zhǎng)刀具壽命和加工效率 的要求使用3齒。</p><p><b>　　2.4.2螺旋角</b></p><p>　　直刃加工時(shí)，切削刃全部同時(shí)切入工件，同時(shí)離開(kāi)工件，這樣反復(fù)作用加工。 易引起振動(dòng)缺損，加

47、工表面質(zhì)量不佳。作用在刀刃上的切削力作用在同?一方向上， 使刀具彎曲，故壁面加工精度差。</p><p>　　立銑刀的螺旋角相當(dāng)于其他刀具的刃傾角。增大刃傾角，可增加實(shí)際工作前角, 增加刀齒的鋸削切割作用，使切削平穩(wěn)輕快，同時(shí)易于排屑，有利于刀具耐用度、 生產(chǎn)率和加工表面質(zhì)量的提高。在適當(dāng)范圍內(nèi)，增大螺旋角可減小受切削力影響的 加工表面寬度，提高加工表面精度。有文獻(xiàn)證明：當(dāng)立銑刀的螺旋角小于3(r之前, 垂直度誤

48、差隨螺旋角的增大而增人，螺旋角大于40°以后，又隨螺旋角的增人而減 小OO</p><p>　　螺旋刃加工切入工件時(shí)，刀刃上某點(diǎn)其受力位置隨刀具回轉(zhuǎn)而變化。結(jié)構(gòu)上難 以引起振動(dòng)，作用在刀刃上的切削力垂直于螺旋角方向，并分解為乖直分力與進(jìn)給 分力，使刀具彎曲的進(jìn)給分力見(jiàn)效了，故壁面加工精度好。根據(jù)本論文收集的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，當(dāng)工件硬度為50HRC時(shí)，使用50°螺旋角可獲得較小的表而粗糙度，當(dāng)工件 硬

49、度為60HRC時(shí)，使用3(r螺旋角可獲得較小的表面粗糙度，而30°螺旋角可獲得 比較小的銑削力。因此粗加工或精加工60HRC的淬硬鋼時(shí)螺旋角應(yīng)取30°。加工 50HRC淬硬鋼時(shí)，粗加工時(shí)螺旋角應(yīng)取30°，精加工時(shí)螺旋角應(yīng)取50°。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的兩把模具銑刀均用于精加工，根據(jù)材料硬度的中間值60HRC,取螺 旋角30°。</p>&l

50、t;p><b>　　2.4.3幾何參數(shù)</b></p><p><b>　　(1)前角</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)表明，采用正前角硬質(zhì)合金車刀加工淬火鋼，特別是高硬度淬火鋼時(shí)，切 削刃幾乎剛開(kāi)始就會(huì)發(fā)生崩刃。因?yàn)榇慊痄撍苄孕?，切削抗力大，切削?fù)荷集中在 切削刃附近，切削力使刀片受到彎曲作用，這正是硬質(zhì)合金及陶瓷等脆性刀具材料 的弱點(diǎn)，

51、常因張應(yīng)力而產(chǎn)生崩刃破壞。若采用負(fù)前角/(>=0°?-15\就改變了刀片</p><p>　　的受力狀況，而硬質(zhì)合金金屬陶瓷的抗壓強(qiáng)度很高，解決了崩刃問(wèn)題。隨著淬火鋼 硬度的提高，負(fù)前角絕對(duì)數(shù)值也相應(yīng)增加。但負(fù)前角絕對(duì)數(shù)值越大，背向力也越大, 容易引起振動(dòng)，降低加工精度。因此，精加工時(shí)宜取絕對(duì)值較小的負(fù)前角，當(dāng)硬度 不</p><p>　　高吋，也可取小的正前角和負(fù)刃傾角的

52、搭配。</p><p><b>　　(2)后角久</b></p><p>　　后角數(shù)值與前角有一定的內(nèi)在關(guān)系，為改善切削刃切入工件的條件，減小后面 的摩擦，提高刀具壽命?？紤]精加工階段應(yīng)減小切削振動(dòng)，前角取5°,后角取10°。</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><

53、p>　　根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，在目前的加工條件下，加工淬硬鋼最佳的切削速度是 vc=240m/min,根據(jù)公式可得出要求的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速。</p><p>　　兩銑刀的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖5、圖6,結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1、表2。</p><p>　　5球頭銳刀結(jié)構(gòu)示意圖 表1球頭銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　6錐銳刀結(jié)構(gòu)示意圖 表2錐銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p

54、>　　基本尺寸(mm)齒數(shù)</p><p>　　銑刀錐度為1°30。</p><p><b>　　2.5刀具連接結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　高速加工，特別當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)15000r/niin后，傳統(tǒng)刀夾系統(tǒng)必須改進(jìn)才能 適應(yīng)高速加工對(duì)刀夾系統(tǒng)提出的實(shí)際要求：高聯(lián)接剛性、高精度、傳遞大扭矩和適 合于高速運(yùn)行。</p&

55、gt;<p>　　標(biāo)準(zhǔn)刀夾采用7: 24錐柄BT型，砬用在高速加工中是不理想的。這種刀夾系 統(tǒng)除重復(fù)精度較低外，更重要的是在高速加工應(yīng)用場(chǎng)合，由于離心力作用會(huì)導(dǎo)致主 軸錐孔擴(kuò)張，使刀夾和主軸聯(lián)接剛性明顯降低，徑向跳動(dòng)精度將急劇下降，甚至出 現(xiàn)顫振。刀具顫振不僅降低零件加工質(zhì)量，甚至引發(fā)造成機(jī)床損壞。</p><p>　　一種空心短錐柄、雙定位新結(jié)構(gòu)的刀夾系統(tǒng)可克服傳統(tǒng)刀央系統(tǒng)在高速加工應(yīng) 用中所存在

56、的缺點(diǎn)。這種新型刀夾系統(tǒng)靠1:10的短錐部和主軸內(nèi)錐定心，同時(shí)要 求刀柄凸緣端面和主軸端面緊貼，形成“雙定位”而取得高轉(zhuǎn)速的聯(lián)接剛性，保證 在高轉(zhuǎn)速離心力作用下，刀夾會(huì)更牢固地鎖緊，適合于傳遞大扭矩，如圖5所示。 在整個(gè)10000r/min?50000r/min轉(zhuǎn)速范圍A保持高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛性，裝入重復(fù) 精度比傳統(tǒng)刀夾提高3倍；軸向重復(fù)定位精度可達(dá)0. 001mm,徑向跳動(dòng)不超過(guò)5//m,</p><p>　　比

57、傳統(tǒng)刀夾低2?3倍。同時(shí)，其重量比傳統(tǒng)刀夾系統(tǒng)減輕了 50%。如圖7所示為 高速切用HSK40刀柄。</p><p>　　刀桿夾緊刀具的方式主要有側(cè)固式、彈性?shī)A緊式、液壓夾緊式和熱裝式等。側(cè) 固式難以保證刀具動(dòng)平衡，在高速銑削時(shí)不宜采用。熱裝式刀桿夾頭的到孔與刀柄 為過(guò)盈配合，須采用專用熱膨脹裝置裝卸刀具，一般使用感應(yīng)加熱或熱空氣加熱刀 桿，使刀孔直徑膨脹，裝卸刀具，冷卻后孔徑收縮將刀柄緊緊夾住，加工過(guò)程中在 溫

58、度梯度的作用下，刀具會(huì)越夾越緊。除了熱膨脹裝置初期投資費(fèi)用較大外，其刀 桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同心度、操作精度高，動(dòng)平衡好，使用簡(jiǎn)便，使最佳的高速銑削刀具 的夾緊方式。</p><p><b>　　3結(jié)論</b></p><p>　　高速銑削淬火鋼是一項(xiàng)具有發(fā)展前景的加工技術(shù)，推動(dòng)高速銑削技術(shù)的發(fā)展與 廣泛應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)作用。<

59、/p><p>　　木文對(duì)于高速銑削技術(shù)的研究除了加強(qiáng)詳細(xì)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出準(zhǔn)確的銑 削力、銑削熱、刀具壽命的變化規(guī)律（公式外）還應(yīng)結(jié)合材料科學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)刀 具切削過(guò)程與材料的相互作用的微觀過(guò)程進(jìn)行研宄，為宏觀的切削實(shí)驗(yàn)提供事實(shí)依 據(jù)。同時(shí)進(jìn)一步加工新一代刀具材料性能的研究或有別于傳統(tǒng)切削加工原理的新一 代無(wú)接觸式加工方法。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>

60、;</p><p>　　陳占暉.高速銑削過(guò)程建模與仿真.南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006, 15? 29</p><p>　　杜曉東.小直徑銑刀高速銑削淬硬鋼的動(dòng)力學(xué)建模與仿真.南京理工大學(xué)碩士 學(xué)位論文，2007, 14?42</p><p>　　夏雨.高速銑削淬硬鋼的試驗(yàn)研宂.南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006, 14 ?22</p><

61、;p>　　吳學(xué)奇.小直徑銑刀高速銑削淬硬鋼機(jī)理及工藝研宄.廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2004,19?32</p><p>　　唐委校.高速切削穩(wěn)定性及其動(dòng)態(tài)優(yōu)化研究.III東大學(xué)博士學(xué)位論文,2005, 56? 65</p><p>　　王玉.模具高速銑削的工藝參數(shù)研究.吉林大學(xué)碩丄?學(xué)位論文，2007, 98?114</p><p>　　潘建新.淬硬模具型腔高

62、速銑削加工參數(shù)優(yōu)化的試驗(yàn)研宄.湖南大學(xué)碩士學(xué)位 論文，2006, 78?96</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論 文的過(guò)程中，指導(dǎo)老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)思和資料 的收集方面，還是在論文的研宄方法以及成文定稿方面，指導(dǎo)老師都給予了悉心細(xì)致 的教誨

63、和無(wú)私的幫助，特別是老師廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和 一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。</p><p>　　在論文的寫作過(guò)程中，也得到了同學(xué)的支持和幫助，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。 感謝所冇關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的良師益友。</p><p>　　最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位老師表示衷 心地感謝！</p>