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。