制造工藝與刀具

1、制造工藝與刀具 之銑刀 主要內(nèi)容什么是銑刀呢？ 銑刀銑刀即為具有圓柱體外形,并在圓周及底部帶有切削刃,使其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來切削加工工件的切削刀具。幾種常見的銑刀端銑刀面銑刀幾種常見的銑刀鍵槽銑刀盤銑刀T形槽銑刀燕尾槽銑刀幾種常見的銑刀角度銑刀:用于銑削成一定角度的溝槽，側(cè)銑刀幾種常見的銑刀圓弧成型銑刀齒輪成型銑刀銑刀材料的基本要求1高硬度和高耐磨性2好的耐熱性3高的強(qiáng)度和好的韌性4工藝性好銑削方式相對于工件的進(jìn)給方向和銑刀的旋轉(zhuǎn)方向有兩種方相對于工件的進(jìn)給方向和銑刀的旋轉(zhuǎn)方向有兩種方式：第一種是順銑，銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和切削的進(jìn)給式：第一種是順銑，銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和切削的進(jìn)給方向是相同的，在開始切削時(shí)

2、銑刀就咬住工件并切方向是相同的，在開始切削時(shí)銑刀就咬住工件并切下最后的切屑。第二種是逆銑，銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和下最后的切屑。第二種是逆銑，銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和切削的進(jìn)給方向是相反的，銑刀在開始切削之前必切削的進(jìn)給方向是相反的，銑刀在開始切削之前必須在工件上滑移一段，以切削厚度為零開始，到切須在工件上滑移一段，以切削厚度為零開始，到切削結(jié)束時(shí)切削厚度達(dá)到最大。削結(jié)束時(shí)切削厚度達(dá)到最大。 順銑時(shí)，切削力將工件壓向工作臺，逆銑時(shí)切削力順銑時(shí)，切削力將工件壓向工作臺，逆銑時(shí)切削力使工件離開工作臺。使工件離開工作臺。由于順銑的切削效果最好，通由于順銑的切削效果最好，通常首選順銑常首選順銑，只有當(dāng)機(jī)床存在螺紋間隙

3、問題或者有，只有當(dāng)機(jī)床存在螺紋間隙問題或者有順銑解決不了的問題時(shí)，才考慮逆銑。順銑解決不了的問題時(shí)，才考慮逆銑。 銑刀幾何角度銑刀幾何角度(1)(1)前角前角Y Y：表示前刀面相對基面的傾斜程度，：表示前刀面相對基面的傾斜程度，它主要影響切屑的變形。它主要影響切屑的變形。(2)(2)后角后角：表示后刀面相對切削平面的傾：表示后刀面相對切削平面的傾斜程度，它主要影響刀具后刀面與工件之間斜程度，它主要影響刀具后刀面與工件之間的摩擦。的摩擦。(3)(3)楔角楔角：前刀面與后刀面的夾角。它反：前刀面與后刀面的夾角。它反映了刀具切削部分的鋒利程度和強(qiáng)度。映了刀具切削部分的鋒利程度和強(qiáng)度。銑刀幾何角度這三

4、個(gè)角度的關(guān)系：這三個(gè)角度的關(guān)系：+ +=90=90。 對于焊接式整體銑刀，一般推薦的刀齒對于焊接式整體銑刀，一般推薦的刀齒后角為后角為10-1510-15度，前角為度，前角為25-3525-35度，楔角為度，楔角為40-5540-55度。組合式硬質(zhì)合金成形裝配式銑刀度。組合式硬質(zhì)合金成形裝配式銑刀推薦的楔角為推薦的楔角為30-4030-40度，軟材取度，軟材取3030度，硬材度，硬材取取4040度，后角一般為度，后角一般為10-2010-20度，推薦的前角度，推薦的前角加工軟材時(shí)為加工軟材時(shí)為25-3525-35度，加工硬材時(shí)為度，加工硬材時(shí)為10-2510-25度。度。球頭銑刀球頭銑刀球頭銑

5、刀的出現(xiàn)與應(yīng)用 球頭銑刀是在立銑刀的基礎(chǔ)上發(fā)球頭銑刀是在立銑刀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的展起來的, ,主要用于加工模具型腔表面主要用于加工模具型腔表面及其它成形表面。由于球頭銑刀的有及其它成形表面。由于球頭銑刀的有效刀刃角范圍較大效刀刃角范圍較大( (可達(dá)可達(dá)180180度度),),可以可以加工有嚴(yán)格變化曲率的切削面或很陡加工有嚴(yán)格變化曲率的切削面或很陡的曲面的曲面, ,因此在制造業(yè)因此在制造業(yè)( (尤其在模具生尤其在模具生產(chǎn)行業(yè)產(chǎn)行業(yè)) )中應(yīng)用廣泛中應(yīng)用廣泛, ,可用于加工渦輪、可用于加工渦輪、沖模、壓模、飛機(jī)零件、具有復(fù)雜外沖模、壓模、飛機(jī)零件、具有復(fù)雜外形的新產(chǎn)品等。形的新產(chǎn)品等。球頭銑刀的使

6、用壽命由此可知，球頭銑刀各處的切削進(jìn)由此可知，球頭銑刀各處的切削進(jìn)度度 V V 隨直徑隨直徑 D D（Z Z）的變化而變）的變化而變化化。球頭銑刀的使用壽命為了研究球頭銑刀銑削參數(shù)對刀具使用壽命為了研究球頭銑刀銑削參數(shù)對刀具使用壽命的影響，根據(jù)微分原理，沿銑刀軸線方向截的影響，根據(jù)微分原理，沿銑刀軸線方向截取厚度為取厚度為 dzdz，橫截面直徑為，橫截面直徑為 D D（Z Z）的銑刀）的銑刀切削部分作為球頭銑刀微元。切削部分作為球頭銑刀微元。球頭銑刀的使用壽命球頭銑刀球頭銑刀 Z Z（R Rh h）R R 段非常短，對稱段非常短，對稱銑削集中在銑刀頂部；而銑削集中在銑刀頂部；而 Z Z（R R

7、aPaP）（R Rh h）段比較長，是球頭銑刀銑削的主要）段比較長，是球頭銑刀銑削的主要切削工作段，球頭銑刀銑削以非對稱銑削為切削工作段，球頭銑刀銑削以非對稱銑削為主。主。球頭銑刀的使用壽命 球頭銑刀頂部的對稱銑削微元的球頭銑刀頂部的對稱銑削微元的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非對稱銑削微元的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非對稱銑削微元的使用壽命。因此，球頭銑刀非對稱銑使用壽命。因此，球頭銑刀非對稱銑削削 Z Z（R Rapap）（）（R Rh h）處，銑削）處，銑削微元使用壽命決定了球頭銑刀使用壽微元使用壽命決定了球頭銑刀使用壽命的高低。命的高低。(aP (aP 為銑削深度，為銑削深度，P P 為銑為銑削行距，削行距，

8、R R 為銑刀球面半徑，為銑刀球面半徑，h h 為銑為銑削行距間殘留面的高度削行距間殘留面的高度) )球頭銑刀銑削微元使用壽命球頭銑刀銑削微元使用壽命 Tw Tw 變化曲線變化曲線球頭銑刀銑削過程中，非對稱銑削處球頭銑刀銑削過程中，非對稱銑削處 Z Z（R RaPaP）時(shí)，銑削微元使用壽命時(shí)，銑削微元使用壽命 Twa Twa 較低，磨削較大，較低，磨削較大，Z Z（R Rh h）時(shí)，銑削微元使用壽命）時(shí)，銑削微元使用壽命 Twh Twh 較高，磨損較較高，磨損較小。小。球頭銑刀使用壽命球頭銑刀使用壽命 若球頭銑刀使用壽命若球頭銑刀使用壽命 T TTwaTwa，則銑，則銑削過程中更換刀具時(shí)，僅削

9、過程中更換刀具時(shí)，僅 Z Z（R Ra aP P）處）處銑削微元達(dá)到了使用壽命，而其它銑削微銑削微元達(dá)到了使用壽命，而其它銑削微元遠(yuǎn)未達(dá)到使用壽命。這不僅未能充分發(fā)元遠(yuǎn)未達(dá)到使用壽命。這不僅未能充分發(fā)揮刀具的切削效能，而且由于使用壽命過揮刀具的切削效能，而且由于使用壽命過低，刀具更換頻繁，增加了換刀時(shí)間，使低，刀具更換頻繁，增加了換刀時(shí)間，使銑削效率降低，加工成本增加。銑削效率降低，加工成本增加。球頭銑刀的使用壽命 若球頭銑刀使用壽命若球頭銑刀使用壽命 T TTwhTwh，則銑削，則銑削過程中更換刀具時(shí)，其它銑削微元已大大超過程中更換刀具時(shí)，其它銑削微元已大大超過了各自的使用壽命而發(fā)生劇烈磨損

10、。此時(shí)，過了各自的使用壽命而發(fā)生劇烈磨損。此時(shí)，銑削力急劇增大，加工質(zhì)量明顯惡化。由此銑削力急劇增大，加工質(zhì)量明顯惡化。由此可知，球頭銑刀使用壽命過高或過低均不利可知，球頭銑刀使用壽命過高或過低均不利于球頭銑刀銑削的順利進(jìn)行。于球頭銑刀銑削的順利進(jìn)行。 為了充分發(fā)揮球頭銑刀銑削的順利進(jìn)行，為了充分發(fā)揮球頭銑刀銑削的順利進(jìn)行，以非對稱銑削以非對稱銑削 Z Z（R RaPaP）（）（R Rh h）處）處銑削微元平均使用壽命銑削微元平均使用壽命Twp Twp 作為球頭銑刀的作為球頭銑刀的使用壽命。使用壽命。球頭銑刀使用壽命球頭銑刀使用壽命Dp Dp 反映了反映了 apap、h h 及球頭銑刀銑削部分

11、橫截及球頭銑刀銑削部分橫截面直徑面直徑 D(Z)D(Z)對刀具使用壽命的影響程度。對刀具使用壽命的影響程度。由于指數(shù)由于指數(shù)q(1/mq(1/m）-1-1，則，則 Dp Dp 隨（隨（apaph h）的減少而增大。球頭銑刀使用壽命各階層隨的減少而增大。球頭銑刀使用壽命各階層隨之增大。該結(jié)果與球頭銑刀銑削的實(shí)際情況之增大。該結(jié)果與球頭銑刀銑削的實(shí)際情況相符。相符。微分化方法微分化方法, ,建立了球頭銑刀使用壽命數(shù)學(xué)建立了球頭銑刀使用壽命數(shù)學(xué)模型模型, ,實(shí)現(xiàn)了球頭銑刀使用壽命的預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)了球頭銑刀使用壽命的預(yù)報(bào), ,為刀為刀具優(yōu)選提供了可靠的依據(jù)。具優(yōu)選提供了可靠的依據(jù)。銑刀壽命在線監(jiān)測 由于機(jī)床

12、主電機(jī)的功率隨刀具的磨損程由于機(jī)床主電機(jī)的功率隨刀具的磨損程度的加重而增大度的加重而增大, ,并且并且, ,電機(jī)功率信號的獲取電機(jī)功率信號的獲取只需通過從機(jī)床電氣柜中引出相應(yīng)的電流和只需通過從機(jī)床電氣柜中引出相應(yīng)的電流和電壓信號線即可?，F(xiàn)在以加工過程中采集到電壓信號線即可。現(xiàn)在以加工過程中采集到的功率信號為基礎(chǔ)的功率信號為基礎(chǔ), ,利用主軸功率、功率波利用主軸功率、功率波動量與刀具壽命之間的關(guān)系動量與刀具壽命之間的關(guān)系, ,針對球頭銑刀針對球頭銑刀, ,提出了一種新的在線監(jiān)控刀具狀態(tài)的方法提出了一種新的在線監(jiān)控刀具狀態(tài)的方法, ,并能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測出刀具剩余壽命進(jìn)行刀具壽并能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測出刀具剩余壽

13、命進(jìn)行刀具壽命管理。命管理。銑刀壽命在線監(jiān)測刀具壽命在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)主要由信號檢測與處刀具壽命在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)主要由信號檢測與處理模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和刀具磨損識別模塊三部分組理模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和刀具磨損識別模塊三部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。銑刀壽命在線監(jiān)測為滿足和適應(yīng)先進(jìn)制造系統(tǒng)對于刀具為滿足和適應(yīng)先進(jìn)制造系統(tǒng)對于刀具磨損的監(jiān)測要求磨損的監(jiān)測要求, ,以刀具壽命相對消耗以刀具壽命相對消耗量為衡量刀具磨損與否的標(biāo)準(zhǔn)。量為衡量刀具磨損與否的標(biāo)準(zhǔn)。所謂刀具壽命相對消耗量所謂刀具壽命相對消耗量, ,是指在一定是指在一定的切削條件下的切削條件下, ,刀具已切削時(shí)間與此條刀具已切削

14、時(shí)間與此條件下的刀具理論磨損壽命的比值。即件下的刀具理論磨損壽命的比值。即: : =t/T=t/T銑刀壽命在線監(jiān)測銑削條件不同銑削條件不同, ,刀具磨損壽命也不同。刀具刀具磨損壽命也不同。刀具壽命相對總消耗量壽命相對總消耗量是各個(gè)銑削條件下的消是各個(gè)銑削條件下的消耗量之和。即耗量之和。即: :當(dāng)當(dāng)=1=1時(shí)時(shí), ,刀具達(dá)到磨損極限刀具達(dá)到磨損極限, ,要求換刀或重要求換刀或重新刃磨。新刃磨。根據(jù)式可知根據(jù)式可知, ,在加工過程中在加工過程中, ,只要預(yù)測出各個(gè)只要預(yù)測出各個(gè)銑削條件下的刀具壽命銑削條件下的刀具壽命, ,通過刀具已切削時(shí)通過刀具已切削時(shí)間即可計(jì)算出刀具相對壽命消耗量間即可計(jì)算出刀

15、具相對壽命消耗量, ,從而實(shí)從而實(shí)現(xiàn)刀具壽命在線監(jiān)控。現(xiàn)刀具壽命在線監(jiān)控。銑刀壽命在線監(jiān)測刀具磨損壽命理論公式為刀具磨損壽命理論公式為: :式中式中C CT T為刀具壽命系數(shù)為刀具壽命系數(shù), ,與工件材料與工件材料, ,刀具材刀具材料和其它切削條件有關(guān)的修正系數(shù)。料和其它切削條件有關(guān)的修正系數(shù)。v,av,ap p,a,ae e,f,fz z,z,D,z,D0 0, ,分別為刀具切削速度分別為刀具切削速度, ,切削切削深度深度, ,切削寬度切削寬度, ,每齒進(jìn)給量每齒進(jìn)給量, ,刀具齒數(shù)及刀刀具齒數(shù)及刀具直徑具直徑, ,而而x,u,y,p,q,mx,u,y,p,q,m分別為相應(yīng)參數(shù)的指分別為相應(yīng)

16、參數(shù)的指數(shù)數(shù), ,銑刀壽命在線監(jiān)測銑削時(shí)功率的理論計(jì)算公式為銑削時(shí)功率的理論計(jì)算公式為: :式中式中n n、v vc c、分別為主軸轉(zhuǎn)速、主軸線速、分別為主軸轉(zhuǎn)速、主軸線速度度;x;xf f、y yf f、u uf f、q qf f、w wf f分別為相應(yīng)的指數(shù)。分別為相應(yīng)的指數(shù)。功率波動量指的是在一定的切削條件下功率波動量指的是在一定的切削條件下, ,銑銑削功率的最大值、最小值之差與平均值的比削功率的最大值、最小值之差與平均值的比值。即值。即: :銑刀壽命在線監(jiān)測實(shí)測相對消耗量與理論預(yù)測相對消耗量與切實(shí)測相對消耗量與理論預(yù)測相對消耗量與切削時(shí)間的關(guān)系如圖所示。由圖可以看出削時(shí)間的關(guān)系如圖所示

17、。由圖可以看出, ,理理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。銑刀壽命在線監(jiān)測(1)(1)用該方法預(yù)測的刀具壽命與實(shí)測壽命基用該方法預(yù)測的刀具壽命與實(shí)測壽命基本吻合本吻合, ,因此因此, ,刀具壽命在線監(jiān)控方法具有可刀具壽命在線監(jiān)控方法具有可行性行性, ,其檢測結(jié)果能滿足實(shí)際工作需要。其檢測結(jié)果能滿足實(shí)際工作需要。(2)(2)該方法能夠預(yù)測刀具失效時(shí)間該方法能夠預(yù)測刀具失效時(shí)間, ,且具有傳且具有傳感器安裝方便感器安裝方便, ,信號檢測和算法實(shí)現(xiàn)較為簡信號檢測和算法實(shí)現(xiàn)較為簡單單, ,系統(tǒng)成本低系統(tǒng)成本低, ,可靠性高可靠性高, ,容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。本方法具有很好的推廣價(jià)值。本方法具有很好的推廣價(jià)值。(3)(3)該方法不僅適用于球頭銑刀該方法不僅適用于球頭銑刀, ,也適用于其也適用于其他不同類型的刀具壽命監(jiān)控。他不同類型的刀具壽命監(jiān)控。結(jié)論 球頭銑刀是復(fù)雜曲面數(shù)控銑削加工球頭銑刀是復(fù)雜曲面數(shù)控銑削加工的主要刀具，球頭銑刀的使用壽命關(guān)的主要刀具，球頭銑刀的使用壽命關(guān)系到銑削加工的質(zhì)量、效率和成本，系到銑削加工的質(zhì)量、效率和