機械系畢業(yè)論文淬硬鋼高速銑削加工特征分析與刀具設(shè)計

1、<p><b>　　xxxx學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　題 目 淬硬鋼高速銑削加工特征分析與刀具設(shè)計</p><p>　　系（分院） </p>

2、<p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　指導教師 姓名 </p><p>　　職稱 </p><p>　　日 期

3、 年 月 日 </p><p><b>　　xxxx學院</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）任務書</p><p>　　專業(yè)班級

4、 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　題 目 淬硬鋼高速銑削加工特征分析與刀具設(shè)計 </p><p>　　上交論文（報告）日期： 年 月 日 &

5、lt;/p><p>　　答辯日期： 年 月 日 </p><p>　　指導日期： 年 月 日 </p><p><b>　　本人聲明</b></p><p&g

6、t;　　我聲明，本論文及設(shè)計工作是由本人在指導導師的指導下獨立完成。盡我所知，在完成論文時利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　若有不實之處，本人愿意承擔相關(guān)法律責任。</p><p>　　作 者 簽 名 ： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p><b&

7、gt;　　目　錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　1高速銑削加工表面質(zhì)量與效率分析1</p><p>　　1.1高速銑削淬硬模具鋼表面質(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>

8、;　　1.2.1從材料和刀具和刀具的匹配關(guān)系1</p><p>　　1.2.2走刀方式和刀具軌跡的影響1</p><p>　　1.2.3拐角處過切1</p><p>　　1.3高速銑削加工效率影響因素分析2</p><p>　　1.3.1切削參數(shù)2</p><p>　　1.3.2刀具軌跡2</p>

9、;<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)計目標和方法5</

10、p><p><b>　　2.4.1齒數(shù)8</b></p><p>　　2.4.2螺旋角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>　　參考文獻13</b></p><p>&l

11、t;b>　　致謝14</b></p><p><b>　　摘 要</b></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)對表面粗糙度的影響，切削特征量的變化規(guī)律，用數(shù)學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>

12、;　　關(guān)鍵詞：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><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(表面幾何學方面的參數(shù))、表面層加工硬化程度和表面層殘余應力的性質(zhì)及其大小(表面物理性能方面的參數(shù))等指標。已加工表

13、面質(zhì)量對零件的使用性能有很大的影響。如表面粗糙度會影響接觸剛度、配合性質(zhì)、耐磨性、抗腐蝕性及疲勞強度等。表面層殘余拉應力容易使表面產(chǎn)生微裂紋，降低疲勞強度，使剛度差的零件發(fā)生變形而降低形狀精度，但殘余壓應力則可阻止微裂紋的產(chǎn)生與擴展，提高零件的使用壽命。表面加工硬化層雖然會增加其耐磨性，但由于硬化不均勻，同時脆性也增加，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，為了加工出所要求的表面質(zhì)量，就有必要了解

14、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，會加劇刀具的磨損，已有試驗可以證明，刀具加劇磨損階段，表面粗糙度會急劇惡化，會造成配合精度的下降。</p>

15、<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)控加工一般采用順銑方式，也是考慮到對加工精度的影響。在進退刀時，要采用合適的方法，降低對刀具的沖擊，提高加工精度。在刀具軌跡方面，要根據(jù)加工對象幾何特征劃分不同區(qū)域，對不同的區(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>　　1.2.3拐角處過切</p>&

16、lt;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面的曲率半徑，對理論輪廓線進行刀具功能補償時，必然導致部分輪廓線被加工，即產(chǎn)生過切；而不破壞理論輪廓線加工時，又有部分未加工，即產(chǎn)生欠切。而對于拐角兩直線段相交，實際也是曲率半徑無限小的圓弧相交，按理論輪廓加工時也必然出現(xiàn)過切現(xiàn)象。</p><p>　　（2）刀具補償過程中的過切</p>

17、<p>　　在實際編程時，常常由于刀具補償在建立或取消時程序軌跡方向不當引起過切；在半徑補償模式下，使用無坐標軸移動類指令，即兩個或兩個以上連續(xù)程序段內(nèi)無指定補償平面內(nèi)的坐標移動，也會導致過切現(xiàn)象。前者是刀具補償建立或取消引起的過切，后者是無移動類指令引起的過切。</p><p>　?。?）機床加減速特性不能滿足插補指令</p><p>　　由于一般數(shù)控機床只有直線和圓弧插補功

18、能，對于復雜曲線加工一般由若干段直線和圓弧插補逼近形成，在各段銜接時由于數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的不同步導致在加工中的停頓，在節(jié)點處由于銑削力減小，工藝系統(tǒng)的彈性變形減小而產(chǎn)生過切。在拐角加工時，某一加工路徑沿著機床坐標軸時，會出現(xiàn)由于拐角處的轉(zhuǎn)向而導致某一方向的坐標伺服系統(tǒng)減速到零，然后又加速到給定進給速度，而另一坐標方向由零直接加速到某一進給速度，這時可能由于機床坐標方向的加減速度不足和運動慣性導致過切。</p><p

19、>　　1.3高速銑削加工效率影響因素分析</p><p><b>　　1.3.1切削參數(shù)</b></p><p>　　材料的切除率：材料的切除率是指在特定瞬間、單位時間里被刀具切除的工件材料體積。相當于切削層公稱橫截面積以值沿切削速度方向運動一個單位時間所包含的空間體積，它是反映切削效率高低的一個指標。其計算公式如下</p><p>&l

20、t;b>　　(1－1)</b></p><p>　　影響因素：切削速度、進給量、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，工序的切削加工時間最短。但是提高切削用量要受到工藝裝備(機床、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，一般是先按照刀具使用壽命的限制確定切削用量，之后再驗算系統(tǒng)剛度、機床與刀具的強度是否允許。精加工時則主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量。

21、</p><p><b>　　1.3.2刀具軌跡</b></p><p>　　高速銑削時由于切削速度高，金屬切削率高，相應地要求提高數(shù)控系統(tǒng)的運算速度，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<

22、;/p><p><b>　　1.4.1基本原則</b></p><p>　　從式(1－1)看，增大三要素中任何一個似乎都可以提高生產(chǎn)率，但從刀具壽命與三要素關(guān)系式看，三者的影響程度是不同的，影響最大，次之，最小。</p><p><b>　　(1－2)</b></p><p>　　在刀具壽命已經(jīng)確定的條

23、件下，欲使三者乘積即金屬切除率最大，無疑應首先選擇盡量大的背吃刀量，其次再選擇盡量大的進給量，最后依據(jù)三要素與刀具壽命關(guān)系式計算確定切削速度。</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>　?、俅_定背吃刀量：背吃刀量根據(jù)工序余量來確定。除留給以后工序的余量外，其余的粗加

24、工雨量盡可能依次切除，以使走刀次數(shù)最少。</p><p>　?、诖_定進給量：粗加工時，進給量受切削力的限制。在工藝系統(tǒng)強度和剛度允許的情況下選擇較大的進給量。</p><p>　?、鄞_定切削速度：在和選定后，再根據(jù)達到的合理壽命T(min)，就可以確定切削速度(單位：m/s)。</p><p>　?。?)半精加工、精加工切削用量的選擇</p><

25、p>　?、俅_定背吃刀量：半精加工的余量較小，約在1～2mm左右，精加工余量更小，約在0.05～0.80mm之間。在半精加工、精加工時，應在一次進給中切除工序余量。</p><p>　?、诖_定進給量：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切下，對已加工表面質(zhì)量反而不利。</p><p>　　③

26、確定切削速度：半精加工、精加工的和較小，切削力對工藝系統(tǒng)的剛度影響較小，消耗功率較少，故切削速度值受刀具壽命和已加工表面質(zhì)量的限制。</p><p><b>　　2高效模具銑刀設(shè)計</b></p><p>　　2.1模具銑刀的分類和使用條件 </p><p>　　模具銑刀包括圓柱銑刀、圓錐銑刀，其頭型共分3類，即直角頭、球頭和圓弧頭。圖1為整體

27、直角頭圓柱銑刀結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　圖1 整體圓柱直角頭立銑刀結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2.1.1立銑刀</b></p><p>　　立銑刀主要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)生振動情況下與必須加工出清角情況

28、使用。帶小倒角直角頭用于完全直角頭易破損時，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，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、高速大進給加工、深雕三維加工時，直角頭立銑刀頭會產(chǎn)生缺損，用圓弧頭立銑刀代之，刀頭抗缺損性能可大為提高。</p>

29、;<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達到0.01mm，外徑達到0～0.01mm的高精度。</p><p><b>　　2.1.2圓錐銑刀</b></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><b>　　圖2圓錐銑刀</b>&l

30、t;/p><p><b>　　2.1.3球頭銑刀</b></p><p>　　球頭銑刀主要用于型腔精加工和復雜曲面精加工，斜面、成形等。球頭立銑刀應用時注意事項為：</p><p>　?。?）在高速加工機床上高速加工時，應使用夾緊力大、剛性好的銑削夾頭。</p><p>　　（2）確認工具的振擺：R部最外徑處應在10以內(nèi)、高

31、速加工時應在3以內(nèi)。</p><p>　?。?）加工時立銑刀應盡量縮短伸出量(只伸出需加工長度)。</p><p>　?。?）小背吃刀量大進給量對工具壽命有利。</p><p>　　（5）盡可能用等高線加工方法加工，不易損傷刀具。</p><p><b>　　圖3 球頭銑刀</b></p><p>

32、;　　2.2設(shè)計目標和方法</p><p>　　以高速高效作為設(shè)計目標，加工表面質(zhì)量、切削力、切削熱、刀具壽命、常用的刀具軌跡作為約束條件，進行刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、切削參數(shù)的優(yōu)選。在現(xiàn)有條件下，高速銑削時機床主軸轉(zhuǎn)速應在10000r/min以上，選擇刀具時應考慮加工階段不同而采用不同的刀具選擇方法。粗加工時應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，應設(shè)法控制切削力。精加工時主要考慮高的表面質(zhì)

33、量控制表切削振動。</p><p>　　針對圖4所示的模具型腔設(shè)計精加工圓槽的球頭銑刀和精加工有拔模斜度的三角形槽的圓錐銑刀。</p><p><b>　　圖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

34、金是用粉末冶金工藝制成的。它用硬度和熔點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NbC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、摩擦系數(shù)小、導熱率低等優(yōu)良特性，尤其適用于高速銑削加工。當Al含量超過5

35、0%時，為了區(qū)別于TiAlN，有人稱其為AlTiN。AlTiN涂層的硬度隨含鋁量的增加而提高，但增加有一個限度。</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

36、余應力場。從降低殘余拉應力、提高材料強度的角度上講，應使基體與涂層的熱膨脹系數(shù)更接近，彈性模量差較?。坏珡臍堄鄳υ鲰g和微裂紋增韌、提高材料斷裂韌性的角度來看，存在適當?shù)臍堄鄳τ质潜匾摹?lt;/p><p>　　界面結(jié)合強度也是影響涂層在切削過程中發(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改善TiAlN膜層與高速鋼和硬質(zhì)合金等基體的結(jié)合強度。如引入TiAl、Ti等中間過渡層可增加涂層的臨

37、界載荷。</p><p>　　涂層刀具在使用過程的磨損形式主要表現(xiàn)為中速時磨粒磨損和粘著磨損、高速時的擴散磨損和粘著磨損,最后失效形式多為刀刃微區(qū)剝離,其機理是涂層中、涂層間和基體內(nèi)部的裂紋產(chǎn)生和擴展。涂層與基體以及層與層之間存在明顯的界面,是薄膜內(nèi)應力的起源,導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)合金應用廣泛，而且針對TiAlN涂層進行了廣泛的切削試驗，

38、因此刀具材料選擇TiAlN涂層硬質(zhì)合金。</p><p>　　2.3.2 陶瓷材料</p><p>　　近年來，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都很高的AlO、等氧化物，再加入少量的金

39、屬碳化物、氧化物或純金屬等添加劑。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：</p><p>　　（1）有很高的硬度和耐磨性 陶瓷的硬度達91～95HRA，超過硬質(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，壽命可高達硬質(zhì)合金的10～20倍，在高速切削時，約為碳化鈦基硬質(zhì)合金的兩倍。</p>

40、<p>　?。?）有很好的高溫性能 陶瓷材料具有很高的高溫硬度。當切削溫度達760時，硬度為87HRA(相當于66HRC)，1200時，仍能保持80HRA的硬度?？梢?，陶瓷刀具在1200以上的高溫下仍可進行切削。</p><p>　　（3）有很好的化學穩(wěn)定性和抗粘結(jié)性能：陶瓷與金屬的親和力較小， AlO陶瓷的化學惰性優(yōu)于TiC、WC和SiN，它與金屬相互反應的能力比很多碳化物、氮化物、硼化物都低，即

41、使在熔化溫度與鋼也互不作用。AlO與鋼產(chǎn)粘結(jié)的溫度在1538以上，比硬質(zhì)合金中各種碳化物的粘結(jié)溫度都高，從而使粘結(jié)磨損減少。AlO在高溫下不易氧化，即使切削刃處于赤熱狀態(tài)，也能長時間連續(xù)切削。這些特性對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擦，產(chǎn)生粘結(jié)和積屑瘤的可能性減小。有時，可以或得以銑代磨的效果。在高速精密銑削時，被加工工件可獲得鏡面效果。此外由于摩擦系數(shù)

42、較小，切削力也比硬質(zhì)合金要小。</p><p>　?。?）強度和韌性差，熱導率低：陶瓷刀具材料的最大缺點是脆性大，抗彎強度和沖擊韌度比硬質(zhì)合金低，承受沖擊負荷的能力差。加之陶瓷的熱導率小，其熱導率僅是硬質(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%，所以熱沖擊性能很差。當溫度發(fā)生顯著變化時，容易產(chǎn)生裂紋，導致刀片破損；切削時，一般也不宜使用切削液，這些缺點大大限制了陶瓷刀具的使用范圍。<

43、/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機超硬材料。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，刀具壽命比硬質(zhì)合金提高3～15倍。</p><

44、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1300～1400，其高溫硬度高于陶瓷刀具。當溫度高達1370以上時，才開始由立方晶體轉(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>　　（3）化學穩(wěn)定性好 立方氮化硼具有比金剛石更好的化學惰性，在1000以下時，不發(fā)生氧化現(xiàn)象，與鐵系金屬在1200～1300時也不易起化學反應。因此在高速下切削淬火鋼，其

45、粘結(jié)和擴散磨損比較小，但在高溫時易與水產(chǎn)生化學反應。</p><p>　　（4）有較高的熱導率和較小的摩擦系數(shù)：立方氮化硼的熱導率比金剛石低(約為金剛石的1/2)但遠高于陶瓷材料，且熱導率隨溫度的升高而增加。這一性能對降低刀尖處的溫度大有好處。</p><p>　　（5）強度及韌性較差：立方氮化硼的抗彎強度約為陶瓷刀具的1/5～1/2，一般只用于精加工。</p><p&

46、gt;　　根據(jù)CBN的性能特點，它最適合用于加工高硬度淬火鋼、高溫合金等。通常采用負前角高速切削，以發(fā)揮刀具材料在高溫時相對工件材料的硬度優(yōu)勢。但因其脆性大、耐沖擊性能弱的特點在銑削這種斷續(xù)切削場合受到不少限制。</p><p><b>　　2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.4.1齒數(shù)　</b></p><

47、;p>　　立銑刀刃齒一般有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><p><b>　　根據(jù)進給量公式：</b></p><p><b>　　(2－1)</b></p>

48、<p>　　在主軸轉(zhuǎn)速一定的情況下，銑刀每增加一個齒數(shù)，生產(chǎn)效率相應增加50%。在切削長度和每齒進給量一定的情況下，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，壽命會有相應的提高。另外在每分鐘進給量、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槽時，由于同時接觸刃齒數(shù)量多而較少齒切削阻力大，中心部切屑排除性能也比少齒差，球頭立銑刀磨損時，多齒比少齒的中心刃重磨難。</p><p>　　

49、對于球頭銑刀，使用2齒。對于錐度模具銑刀，出于延長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，切削刃全部同時切入工件，同時離開工件，這樣反復作用加工。易引起振動缺損，加工表面質(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&g

50、t;　　立銑刀的螺旋角相當于其他刀具的刃傾角。增大刃傾角，可增加實際工作前角，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。有文獻證明：當立銑刀的螺旋角小于30之前，垂直度誤差隨螺旋角的增大而增大，螺旋角大于40以后，又隨螺旋角的增大而減小。。</p><p>　　螺旋刃加工切入工件時

51、，刀刃上某點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，作用在刀刃上的切削力垂直于螺旋角方向，并分解為垂直分力與進給分力，使刀具彎曲的進給分力見效了，故壁面加工精度好。根據(jù)本論文收集的實驗數(shù)據(jù)，當工件硬度為50HRC時，使用50螺旋角可獲得較小的表面粗糙度，當工件硬度為60HRC時，使用30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的淬硬鋼時螺旋角應取30。加工50HRC淬硬鋼時，粗

52、加工時螺旋角應取30，精加工時螺旋角應取50。</p><p>　　本文設(shè)計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><p><b>　　2.4.3幾何參數(shù)</b></p><p><b>　?。?）前角 </b></p><p>　　實驗表明，采用正前角硬

53、質(zhì)合金車刀加工淬火鋼，特別是高硬度淬火鋼時，切削刃幾乎剛開始就會發(fā)生崩刃。因為淬火鋼塑性小，切削抗力大，切削負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，常因張應力而產(chǎn)生崩刃破壞。若采用負前角，就改變了刀片的受力狀況，而硬質(zhì)合金金屬陶瓷的抗壓強度很高，解決了崩刃問題。隨著淬火鋼硬度的提高，負前角絕對數(shù)值也相應增加。但負前角絕對數(shù)值越大，背向力也越大，容易引起振動，降低加工精度。因此，精加工時宜

54、取絕對值較小的負前角，當硬度不</p><p>　　高時，也可取小的正前角和負刃傾角的搭配。</p><p><b>　　（2）后角 </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]精加工階段應減小切削振動，前角取，后角取。</p><p>&l

55、t;b>　?。?）結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　根據(jù)相關(guān)文獻，在目前的加工條件下，加工淬硬鋼最佳的切削速度是=240m/min，根據(jù)公式可得出要求的機床主軸轉(zhuǎn)速。</p><p>　　兩銑刀的結(jié)構(gòu)示意圖見圖5、圖6，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1、表2。</p><p>　　圖5球頭銑刀結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　表1球頭銑刀結(jié)

56、構(gòu)參數(shù)</p><p>　　圖6錐銑刀結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　表2錐銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)</b></p><p><b>　　銑刀錐度為。</b></p><p><b>　　2.5刀具連接結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　高速加工，特別當主軸轉(zhuǎn)

57、速超過15000r/min后，傳統(tǒng)刀夾系統(tǒng)必須改進才能適應高速加工對刀夾系統(tǒng)提出的實際要求：高聯(lián)接剛性、高精度、傳遞大扭矩和適合于高速運行。</p><p>　　標準刀夾采用7：24錐柄BT型，應用在高速加工中是不理想的。這種刀夾系統(tǒng)除重復精度較低外，更重要的是在高速加工應用場合，由于離心力作用會導致主軸錐孔擴張，使刀夾和主軸聯(lián)接剛性明顯降低，徑向跳動精度將急劇下降，甚至出現(xiàn)顫振。刀具顫振不僅降低零件加工質(zhì)量，甚

58、至引發(fā)造成機床損壞。</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)在高速加工應用中所存在的缺點。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，刀夾會更牢固地鎖緊，適合于傳遞大扭矩，如圖5所示。在整個10000r/min～50000r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高的靜態(tài)和動態(tài)剛性，裝入重

59、復精度比傳統(tǒng)刀夾提高3倍；軸向重復定位精度可達0.001mm，徑向跳動不超過5m，比傳統(tǒng)刀夾低2～3倍。同時，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>　　圖7HSK刀柄與主軸連接　　 圖8高速切削用HSK40刀柄</p><p>　　刀桿夾緊刀具的方式主要有側(cè)固式、彈性夾緊式、液壓夾緊式和熱裝式等。側(cè)固式難以保證刀具動平衡，在高速銑削

60、時不宜采用。熱裝式刀桿夾頭的到孔與刀柄為過盈配合，須采用專用熱膨脹裝置裝卸刀具，一般使用感應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，加工過程中在溫度梯度的作用下，刀具會越夾越緊。除了熱膨脹裝置初期投資費用較大外，其刀桿結(jié)構(gòu)簡單，同心度、操作精度高，動平衡好，使用簡便，使最佳的高速銑削刀具的夾緊方式。</p><p><b>　　3結(jié)論</b></p

61、><p>　　高速銑削淬火鋼是一項具有發(fā)展前景的加工技術(shù)，推動高速銑削技術(shù)的發(fā)展與廣泛應用，對推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、帶動國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實作用。</p><p>　　本文對于高速銑削技術(shù)的研究除了加強詳細規(guī)范的實驗研究，總結(jié)出準確的銑削力、銑削熱、刀具壽命的變化規(guī)律（公式外）還應結(jié)合材料科學的基礎(chǔ)上，對刀具切削過程與材料的相互作用的微觀過程進行研究，為宏觀的切削實驗提供事實依據(jù)。同時進一

62、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接觸式加工方法。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳占暉．高速銑削過程建模與仿真．南京理工大學碩士學位論文，2006，15～29</p><p>　　[2] 杜曉東．小直徑銑刀高速銑削淬硬鋼的動力學建模與仿真．南京理工大學碩士學位論文，20

63、07,14～42</p><p>　　[4] 夏雨．高速銑削淬硬鋼的試驗研究．南京航空航天大學碩士學位論文，2006, 14～22</p><p>　　[5] 吳學奇．小直徑銑刀高速銑削淬硬鋼機理及工藝研究．廣西大學碩士學位論文，2004,19～32</p><p>　　[6] 唐委校．高速切削穩(wěn)定性及其動態(tài)優(yōu)化研究．山東大學博士學位論文，2005,56～65<

64、;/p><p>　　[7] 王玉．模具高速銑削的工藝參數(shù)研究．吉林大學碩士學位論文，2007,98～114</p><p>　　[8] 潘建新．淬硬模具型腔高速銑削加工參數(shù)優(yōu)化的試驗研究．湖南大學碩士學位論文，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

65、指導老師熱情關(guān)懷和悉心指導。在我撰寫論文的過程中，指導老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，指導老師都給予了悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是老師廣博的學識、深厚的學術(shù)素養(yǎng)、嚴謹?shù)闹螌W精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。 </p><p>　　在論文的寫作過程中，也得到了同學的支持和幫助，在此一并致以誠摯的謝意