機(jī)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(jì)

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

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

3、 年 月 日 </p><p><b>　　xxxx學(xué)院</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p>　　專業(yè)班級(jí)

4、 </p><p>　　學(xué)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(jì) </p><p>　　上交論文（報(bào)告）日期： 年 月 日 &

5、lt;/p><p>　　答辯日期： 年 月 日 </p><p>　　指導(dǎo)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(jì)工作是由本人在指導(dǎo)導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成。盡我所知，在完成論文時(shí)利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　若有不實(shí)之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)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(jì)目標(biāo)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(xiàn)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(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>

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(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)及其大小(表面物理性能方面的參數(shù))等指標(biāo)。已加工表

13、面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能有很大的影響。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)生微裂紋，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(huì)加劇刀具的磨損，已有試驗(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>

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(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(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)際也是曲率半徑無限小的圓弧相交，按理論輪廓加工時(shí)也必然出現(xiàn)過切現(xiàn)象。</p><p>　?。?）刀具補(bǔ)償過程中的過切</p>

17、<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)引起過切；在半徑補(bǔ)償模式下，使用無坐標(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)無指定補(bǔ)償平面內(nèi)的坐標(biāo)移動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致過切現(xiàn)象。前者是刀具補(bǔ)償建立或取消引起的過切，后者是無移動(dòng)類指令引起的過切。</p><p>　?。?）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

18、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，在各段銜接時(shí)由于數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的不同步導(dǎo)致在加工中的停頓，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，這時(shí)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(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>&l

20、t;b>　　(1－1)</b></p><p>　　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，工序的切削加工時(shí)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。

21、</p><p><b>　　1.3.2刀具軌跡</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<

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(gè)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(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。</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(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>　　③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)。</p><p>　　（2)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(shí)，應(yīng)在一次進(jìn)給中切除工序余量。</p><p>　?、诖_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)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(duì)已加工表面質(zhì)量反而不利。</p><p>　?、?/p>

26、確定切削速度：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(jì)</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(dòng)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(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(dá)到0.01mm，外徑達(dá)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(fù)雜曲面精加工，斜面、成形等。球頭立銑刀應(yīng)用時(shí)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>　　（2）確認(rèn)工具的振擺：R部最外徑處應(yīng)在10以內(nèi)、高

31、速加工時(shí)應(yīng)在3以內(nèi)。</p><p>　　（3）加工時(shí)立銑刀應(yīng)盡量縮短伸出量(只伸出需加工長(zhǎng)度)。</p><p>　　（4）小背吃刀量大進(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>　　圖3 球頭銑刀</b></p><p>

32、;　　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)目標(biāo)，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(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，選擇刀具時(shí)應(yīng)考慮加工階段不同而采用不同的刀具選擇方法。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)

33、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(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(qiáng)、摩擦系數(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)Al含量超過5

35、0%時(shí)，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(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

36、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，彈性模量差較??；但從殘余應(yīng)力增韌和微裂紋增韌、提高材料斷裂韌性的角度來看，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(qiáng)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(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區(qū)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)，

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(diǎn)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(diǎn)：</p><p>　　（1）有很高的硬度和耐磨性 陶瓷的硬度達(dá)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(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>

40、<p>　　（2）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)760時(shí)，硬度為87HRA(相當(dāng)于66HRC)，1200時(shí)，仍能保持80HRA的硬度?？梢?，陶瓷刀具在1200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， AlO陶瓷的化學(xué)惰性優(yōu)于TiC、WC和SiN，它與金屬相互反應(yīng)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(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>　　（4）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(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)

42、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：陶瓷刀具材料的最大缺點(diǎn)是脆性大，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度比硬質(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。<

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(jī)超硬材料。其結(jié)構(gòu)與金剛石類似，重要性能如下：</p><p>　　（1）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(shí)，刀具壽命比硬質(zhì)合金提高3～15倍。</p><

44、p>　　（2）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)1300～1400，其高溫硬度高于陶瓷刀具。當(dāng)溫度高達(dá)1370以上時(shí)，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>　?。?）化學(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1000以下時(shí)，不發(fā)生氧化現(xiàn)象，與鐵系金屬在1200～1300時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng)。因此在高速下切削淬火鋼，其

45、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)反應(yīng)。</p><p>　?。?）有較高的熱導(dǎo)率和較小的摩擦系數(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)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1/5～1/2，一般只用于精加工。</p><p&

46、gt;　　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><p><b>　　2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</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(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><p><b>　　根據(jù)進(jìn)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(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槽時(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>　　

49、對(duì)于球頭銑刀，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)離開工件，這樣反復(fù)作用加工。易引起振動(dòng)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(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(shí)

51、，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，并分解為垂直分力與進(jìn)給分力，使刀具彎曲的進(jìn)給分力見效了，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面粗糙度，當(dāng)工件硬度為60HRC時(shí)，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(shí)螺旋角應(yīng)取30。加工50HRC淬硬鋼時(shí)，粗

52、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><p><b>　　2.4.3幾何參數(shù)</b></p><p><b>　?。?）前角 </b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)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(shí)，切削刃幾乎剛開始就會(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)，常因張應(yīng)力而產(chǎn)生崩刃破壞。若采用負(fù)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(qiáng)度很高，解決了崩刃問題。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

54、取絕對(duì)值較小的負(fù)前角，當(dāng)硬度不</p><p>　　高時(shí)，也可取小的正前角和負(fù)刃傾角的搭配。</p><p><b>　?。?）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(yīng)減小切削振動(dòng)，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(xiàn)，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(jī)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(dāng)主軸轉(zhuǎn)

57、速超過15000r/min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><p>　　標(biāo)準(zhǔn)刀夾采用7：24錐柄BT型，應(yīng)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

58、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)速范圍內(nèi)保持高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛性，裝入重

59、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5m，比傳統(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>　　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(dòng)平衡，在高速銑削

60、時(shí)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(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，加工過程中在溫度梯度的作用下，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

61、><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。</p><p>　　本文對(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)刀具切削過程與材料的相互作用的微觀過程進(jìn)行研究，為宏觀的切削實(shí)驗(yàn)提供事實(shí)依據(jù)。同時(shí)進(jìn)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(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳占暉．高速銑削過程建模與仿真．南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006，15～29</p><p>　　[2] 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，20

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

65、指導(dǎo)老師熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，指導(dǎo)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(dǎo)老師都給予了悉心細(xì)致的教誨和無私的幫助，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