刀具轨迹生成与动态切削过程仿真五坐标数控加工
丁1，*，双qingzhen2，朱利民2
华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，，武汉430074；
上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，，上海200240
2009年10月9日2009年12月29日收到
五轴数控加工提供了一种有效、高效的方法来制造复杂形状的机械零件，这是一种有效的方法广泛应用于航空航天，能源和国防工业。其技术创新在最近备受关注岁月。在本文中，国家的最先进的技术，五轴加工工艺规划的总结和挑战从刀具路径生成，集成几何/机械仿真和分析的问题进行了分析加工稳定性分析。基于可访问性的刀具定位优化方法研究进展线接触和三点接触加工，刀具包络面形状控制和铣削稳定性预测详细介绍。最后，新兴趋势和未来的挑战进行了简要讨论。
关键词：五轴加工，刀具轨迹生成，集成几何/机械仿真，动力学仿真
引文：
在传统的三轴数控加工的翻译刀具的运动是允许的，而刀具方向可以改变一五轴机床因为另外两个旋转轴。优势五坐标数控加工主要依赖于控制工具取向：（1）零件间的碰撞可通过选择可访问的工具的方向，它提供了机器的能力复杂的形状，如航空航天，涡轮叶片和船用螺旋桨。（2）大的加工条带宽度如果工具方向被正确地规划，则可获得工具提示几何匹配的零件几何。再者,高效的刀面研磨可以应用于机器航空叶轮用一五轴机床。（3）在五轴加工中，切削条件可以得到改善。例如，它是可以缩短的工具悬挑长度如果工具定位优化。确定在一个密闭的空间中，当表面被机械加工时，安全和最短的刀具长度是非常有用的小直径铣刀可用于。切割区域的刀具，从而影响切削力，刀具磨损和机械加工表面质量也可以通过改变来控制刀具导向。
除了上述优点外，还有一些具有挑战性的五轴加工中的问题。自工具方向是可调的，很难像图像的复杂工具的空间运动。因此，它更难以生成无碰撞和高效率的刀具路径，这限制了它的广泛应用。此外，切割力预测和动力学模拟更为复杂因为所涉及的切削参数是随时间变化的在加工过程中。约五轴电流工作机械加工分为三类1类：刀具轨迹生成，集成几何/机械模拟动力学仿真，如图1所示。
刀具轨迹生成是计划的过程，相对于基于零件模型、加工方法和公差要求。刀具轨迹对切削效率和质量有很大的影响。它也是基金会集成的几何/机械模拟，这取决于切削几何与切削力模型的研究技术。切削几何反映了网格的状态在刀具和工件之间的材料清除过程。通过整合切割的几何形状和切削力模型，可以预测的瞬态切削力。切削力，然后可以应用到动态模拟，进给率优化，预测补偿变形。动态仿真目标是预测切削稳定性和加工表面基于切削力和动力学特性的研究机床夹具系统的研究。力学仿真有助于优化切削参数和刀具路径。
五坐标数控加工的文献是巨大的。许多相关的商业系统已经开发出来，如通用CAM软件UG和CATIA，专用CAM软件最大AB加工加工叶片的叶轮和turbosoft 和动力学仿真软件cutterpro。欧盟委员会支持了一个关于刀面铣削优化的方案被称为“火烈鸟”。因为明显的优势后刀面铣刀在切削效率和表面质量的研究，一些著名公司（Snecma，卷劳斯莱斯，达索系统èMES）和大学（汉诺威）参加了这个项目。五轴的研究高效率和高精度的加工也有已在一些著名公司，如联合技术，普拉特。
目前商业凸轮系统提供了很多刀具轨迹生成与动态仿真的策略切削加工。然而，表演的智慧，可用性和计算效率仍然需要改进。例如，刀具的策略选择方向优化取决于程序员的技能；它是很难自动生成的最佳工具的方向，同时考虑所有的实际切割过程所需的目标，如防撞，大型有效切割宽度，全球范围内刀具方向平滑度和刀具长度短。再者,关于动态仿真目标的大部分工作三轴加工。适用的模型和算法要探索五轴加工。
1刀具轨迹生成刀具轨迹生成是最重要的技术数控编程。五轴加工中的关键问题是规划刀具方向。理论上，工具定位可以在高斯球上的任何一点。事实上，可行的刀具方向是唯一的一个有限的区域上的高斯球由于全球冲突的约束避免和机器关节角度限制。提高加工效率与质量，每一个工具的定位刀具位置（氯）数据应考虑优化一个实际切削过程中的重要因素。这些因素包括几何约束，运动学约束，动力特性和物理因素。如何考虑这些因素是最刀具轨迹生成研究中的挑战性问题。
1.1避撞
在过程中必须首先考虑碰撞避免刀具轨迹生成。主要有2种想法为避免干扰：（1）首先生成，然后调整刀具导向，以避免碰撞。（2）基于访问的工具路径生成。与前一个想法，刀具方向都是按照一定的策略计划。碰撞检测方法，然后用于检测的碰撞工具和零件。如果发生碰撞，该工具方向必须改变如图2所示。随着后者的思想，刀具的方向直接生成在无障碍视锥如图3所示。
关于第一思想的研究集中于算法提高碰撞检测效率与调整刀具方向，以避免碰撞。在实际应用中，工具路径通常由成千上万的成千上万的刀具位置。碰撞检测往往需要大量的计算时间和资源。因此已经提出了许多算法，以提高碰撞检测[2,3]计算效率。什么时候加工形状复杂、检测与调整过程通常重复几次。避免碰撞首先关注的。要考虑其他因素的影响是很困难的切割加工时，调整刀具方向。
基于访问的刀具路径生成方法
双步。每一个刀具的无碰撞刀具方向
首先计算接触点。碰撞集—
自由切刀方向称为辅助锥。这个
刀的方向然后在accessibilitycones生成。这种方法最明显的优点是调整刀具方向的迭代过程几乎可以避免。基于可达性锥，可制造性可以直接确定。此外，刀具在碰撞中可以进行方位优化—自由空间。其他目标，如切削力和速度平滑也可以
考虑。问题有了这个想法是在有效地计算无障碍的难度视锥。通常可将成本计算大的计算时间，因为复杂的形状可能包括成百上千的多边形网格。一些算法提出了提高计算效率如空间（配置空间）方法[4,5]和知名度为基础的方法[ 6？10 ]。虽然空间是一个优雅的概念来处理与碰撞回避，自由空间不能被明确地和有效地计算。王等人。[ 5 ]显示所用的时间计算一个由10000个三角形组成的无障碍锥将是1190.33分钟。此外，该算法不考虑刀具座的碰撞。刀具可以被抽象为一个发光的光线，如果它的半径被忽略的话，它发出的光。然后碰撞回避问题被转化为能见度。我们[ 6？8 ]描述刀的可视锥使用空间的概念提出三种加速计算策略计算机隐藏表面去除技术的速度图形。一个复杂的表面制造工艺还分析了基于可视锥。不过,传统的能见度只是必要的条件可访问性，因为一个铣削工具通常由几个有限半径的圆柱形状。真正的可访问方向不能直接从能见度锥，二次碰撞检验和回避策略仍然需要[ 9 ]。无障碍将是平等的加工表面和干涉的能见度检查表面被其偏移表面所代替[ 10 ]。然而，偏移表面通常是不容易获得的和避免工具持人的冲突回避保证，该方法仅适用于简化而且刀具和不能扩展到其他类型的刀具。我们[11,12]提出了一种计算的高效算法利用图形硬件的可访问性锥。算法具有几乎线性时间复杂度，并适用于这两个平端和圆端铣刀。一般来说，氯点可以被指定的，外法线方向的加工表面和刀具方向。如果观看方向与刀具方向相反，全球可访问性的刀然后等于完整的能见度所涉及的气缸和锥。这种等价提供一种有效的方法，用于检测可访问性使用遮挡查询的铣刀图形硬件功能。计算效率在表三中比较了1种算法的比较。它被发现，我们的算法的计算时间是少比2%，在[ 9 ]即使两个三角形的数目和刀具的方向的数目是大于在[ 9 ]中的10倍。平均计算时间为在一个接触点一刀定位小于2的‰在[ 9 ]。平均计算时间也少得多比在[ 3 ]即使输入的三角形的数目比[ 3 ]大得多。
1.2切割效率
目前，球头刀具被广泛采用五轴数控加工。球头的主要优点铣削是，它适用于几乎任何表面，它是相对容易产生的刀具路径。从制造商的观点，但是，主要的缺点球头铣刀是非常耗时的。它可以需要更多的完成传球和每一个通过删除少量材料。与球头铣刀相比，非球头铣刀具有更为复杂的几何形状，和在不同的不同的“有效切割型材”位置。因此，它是可能的位置的刀具，使其“有效切削轮廓”匹配设计表面，这将导致在一个伟大的改进的加工条宽度。因此，越来越多的关注已被吸引到铣削复杂曲面刀具路径优化问题用非球头刀具。
在五个轴的加工，加工表面形成由扫过的刀面包络。真正的加工误差是设计表面之间的偏差和刀具包络面。这是众所周知的刀具包络面形状不能完全除非所有的刀具位置给出[13,14]。由于在本地建模的难度和复杂性刀具包络面，大多数工程采用近似或简化模型，制定的问题最优刀盘定位与刀具逼近表面的设计表面附近的电流控制点[ 15 ]。这些优化模型不真正的加工过程的特点。而且，他们只适用于某些表面或刀具。
只有几个作品已经解决了刀具定位局部逼近的问题设计表面的刀具包络面[ 15？
17 ]。为一平底或盘形刀具，王等。[ 15 ]和饶等。[ 16 ]开发的第三-和二阶近似模型的刀具包络面，分别。然而，为这样的切割机，它的包络面被切割圆，这不是
一个旋转的表面。因此，这2种方法不能适用于其他类型的旋转刀具。最近，贡等。[ 17 ]开发了一个数学模型这描述了二阶近似的包络线邻域内一般旋转刀具的表面的连铸点，然后提出了刀具定位使刀具包络面有接触的策略二阶与设计表面在连铸点。然而，从理论上讲，一个三阶接触刀具包络面与设计曲面可以通过调整刀具方向来实现。这即刀具位置规划的基础上的二—订单模式不充分利用效率和电源，五轴加工提供。上述模型是不兼容的彼此。此外，通过求解2个方程组，得到了最优的氯离子从二阶和三阶接触条件。由于机器关节角度限制的限制，全球碰撞避免和刀具路径平滑，可能没有方程组的可行解。
在我们最近的作品[ 18,19 ]，一对线接触曲面的几何性质进行了研究。然后，基于关于刀具包络面接触的观察与刀具表面和设计表面沿特征曲线与刀接触（连铸）路径，一种描述三阶近似的数学模型在刀具的包络面上一个给定的刀具位置（氯）的开发。它显示即在正常的曲率半径的法线刀具包络面及其导数的截面
关于正常截面的弧长由刀具表面和设计面。这种模式的特点的内在关系在刀具表面，刀具的包络面和在连铸点附近的设计表面。在此提出了一种有效的工具定位策略无球头自由曲面加工通过调节倾斜的倾角，获得最佳的氯离子和倾斜角度的刀具，直到它的包络面设计表面有三阶接触连铸点，从而导致在一个宽的加工条。这个策略可以处理关节角度限制的限制，全局避障与刀具路径平滑自然之道，并适用于一般的旋转刀具和复杂的表面。数值例子证明了三阶点接触法可以提高加工条宽与最近相比二阶二。加工的比较带钢宽度采用不同的CLS五轴加工用环形刀具的螺旋面进行了总结表2。用于仿真的工具参数的值是：圆环面的半径= 10毫米，和半径角= 2.5毫米。
与点铣相比，铣可以提高材料去除率，降低切削力，消除必要的手工完成，并确保改进的组件精度。它提供了一个更好的选择加工细长表面。Lartigue等人。[ 20 ]提出了一种方法在全局优化后刀面铣加工刀具轨迹。这个基本思想是将刀具轴的轨迹曲面变形该工具的包络面符合设计表面根据到最小二乘准则。简化计算，采用一种近似的距离测度。对于一个圆筒形刀具，功等。[ 21 ]提出错误传播原理，将问题转化为最小二乘（最小二乘）近似的轴轨迹曲面的等距曲面的设计。在这些双工作，不是局部的几何误差，而是刀具和刀具的包络面之间的几何误差
设计表面，是第一个关注。因此，它被称为全局优化方法。虽然最小二乘法
是易于实现和高效的计算，它不能把容易的非过切约束所需的半精铣，更重要的是，它不符合最小区域系统的推荐标准由ANSI和ISO标准必要的性能评价。此外，加工表面的几何偏差从名义上没有明确界定和影响的工具轴轨迹表面变形这种偏差的变化并没有定量分析。在我们的研究中[22,23]，最大垂直距离从设计面上到刀具包络线表面被引入来表征的几何误差加工表面。一阶梯度和二阶—阶Hessian矩阵的距离函数的控制轴运动轨迹的控制参数表面衍生。在此基础上，完整的原则，开发了采用圆柱铣刀的五轴铣削刀具路径优化模型和算法从曲面逼近的角度看最小区域准则，并应用于后向铣削非可展直纹面。几何精度与现有的相比提高了约30%算法。另一个优点是，我们的方法可以很容易地与过切自由约束处理。比较结果列于表3。在我们的模型中，包络面由于这一事实，这是没有关系的圆筒形刀具的包络面是等距面刀具轴心轨迹曲面。因此，方法只适用于圆柱形刀具，不能推广其他类型旋转刀具轨迹的推广刀具。
1.刀具角度在切削加工中起着非常重要的作用。刀具前角γ0减小后，切削变形增 大、切削力增大、刃口强度增大、散热条件降低。 2.车床镗内孔时，刀尖安装高于工件回转中心，则刀具工作角度与标注角度相比，前角 减小，而后角增大（增大、减小）。 3.金属切削过程中切削热的来源主要有两个，即变形热和摩 擦热。 4.积屑瘤在切削过程中起到保护刀刃和代替刀刃切削的 作用，但又由于其周期性不稳定性，会影响加工零件的粗糙度和尺寸精度，故在粗加工时可可以有积屑瘤，精加工时要避免产生积屑瘤。 5.砂轮磨钝的磨料会脱落或碎裂，因此砂轮具有自锐性，砂轮硬度越小，磨粒越 容易脱落；磨粒越细，磨削加工的效率越低，表面粗糙度值越高。 6.在精加工中，切削热是影响加工质量的重要因素。切削用量通常首先选择其中对切削热 影响最小的背吃刀量，其次选择进给量，最后选择影响最大的切削速度。 7.就磨削加工的本质而言，磨削是不同切削，它是磨粒对加工表面的切屑、滑 擦和刻划的综合作用。 10.电火花加工过程中，单个脉冲的能量越大，则加工效率，而工件表面粗糙度。 11.超声波加工是磨粒在超声振动作用下的、和的综合结果。超声波加 工最适于加工材料。 12.在基面中测量的刀具角度有主偏角和副偏角，它们的符号分别是kr 和kr‘。 13.切削三要素是指金属切削过程中的切屑速度、进给量和背 吃刀量三个重要参数，总称切削用量，其中对刀具寿命影响最大的是切削速度。 14. 滚齿加工是利用滚刀与齿轮啮合的原理来加工齿轮的，属于展 成法加工。 1. 刀具的工作角度随着刀具的安装条件和进给量的大小变化而变化。……………………（√） 2. 通常切削塑性较大的材料时，最容易出现后刀面磨损。…………………………………（×） 3.在选择车刀的刃倾角 s时，粗加工取正值，以保证刀尖强度；精加工取负值或零，
《金属切削原理与刀具》试题（1） 一、填空题（每题2分，共20分） 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有工具钢、高速钢、硬质合金钢；非金属材料有金刚石、立方氮化硼等。 2．刀具的几何角度中，常用的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角 和副后角六个。 3．切削用量要素包括切削深度、进给量、进给速度三个。 4．由于工件材料和切削条件的不同，所以切屑类型有带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四种。 5．刀具的磨损有正常磨损和非正常磨损两种。其中正常磨损有前面磨损、后面磨损 和前面和后面同时磨损三种。 6．工具钢刀具切削温度超过200度时，金相组织发生变化，硬度明显下降，失去切削能力而使刀具磨损称为相变磨损。 7．加工脆性材料时，刀具切削力集中在刀尖附近，宜取较小的前角和较小的后角。 8．刀具切削部分材料的性能，必须具有高的硬度、良好的强度和韧性、良好的耐磨性和良好的工艺性及经济性。 9．防止积削瘤形成，切削速度可采用低速或高速。 10．写出下列材料的常用牌号：碳素工具钢T8A 、T10A 、T12A ；合金工具钢9SiCr 、CrWMn ；高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。 二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错）（每题1分，共20分）
1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。 （√） 2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关 ( √ ）3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。 （√） 4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB 值，所以高速钢刀具是耐磨损的。 （×） 5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内 容 。 （ √ ）6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。 （√） 7．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成
刀具几何角度的作用及选择原则 答： 1是前角； 2是后角； 3是副偏角； 4是刀尖角； 5是主偏角； 6是副后角； 7是副前角； 8是刃倾角 名称：前角 作用：加大前角，刀具锋利，切削层的变形及前面摩擦阻力小，切削力和切削温度可减低，可抑制或消除积屑瘤，但前角过大，刀尖强度降低； 选择原则：
（1）工件材料的强度、硬度低，塑性好时，应取较大的前角；反之应取较小的前角；加工特硬材料（如淬硬钢、冷硬铸铁等）甚至可取负的前角 （2）刀具材料的抗弯强度及韧性高时，可取较大的前角 （3）断续切削或精加工时，应取较小的前角，但如果此时有较大的副刃倾角配合，仍可取较大的前角，以减小径向切削力 （4）高速切削时，前角对切屑变形及切削力的影响较小，可取较小前角 （5）工艺系统钢性差时，应取较大的前角 名称：后角 作用：减少刀具后面与工件的切削表面和已加工表面之间的摩擦。前角一定时，后角愈锋利，但会减小楔角，影响刀具强度和散热面积。选择原则： （1）精加工时，切削厚度薄，磨损主要发生在后刀面，宜取较大后角；粗加工时，切削厚度大，负荷重，前、后面均要发生磨损、宜取较小后角 （2）多刃刀具切削厚度较薄，应取较大后角
（3）被加工工件和刀具钢性差时，应取较小后角，以增大后刀面与工件的接触面积，减少或消除振动 （4）工件材料的强度、硬度低、塑性好时，应取较大的后角，反之应取较小的后角；但对加工硬材料的负前角刀具，后角应稍大些，以便刀刃易于切入工件； （5）定尺寸刀具（如内拉刀、铰刀等）应取较小后角，以免重磨后刀具尺寸变化太大； （6）对进给运动速度较大的刀具（如螺纹车刀、铲齿车刀等），后角的选择应充分考虑到工作后角与标注后角之间的差异； （7）铲齿刀具（如成形铣刀、滚刀等）的后角要受到铲背量的限制，不能太大，但要保证侧刃后角不小于2°。 名称：主偏角 作用： （1）改变主偏角的大小可以调整径向切削分力和轴向切削分力之间的比例，主偏角增大时，径向切削分力减小，轴向切削分力增大；（2）减小主偏角可减小削厚度和切削刃单位长度上的负荷；同时主切削刃工作长度和刀尖角增大，刀具的散热得到改善，但主偏角过小会使径向切削分力增加，容易引起振动。 选择原则：
金属切削原理及工具 实验指导书 湖南工业大学机械工程学院
实验一 车刀几何角度的测量 一、实验目的及要求: 1. 研究车刀(直头外园车刀、弯头车刀和切断刀等)的构造。 2. 根据刀具几何角度的定义，使用车刀量角仪，按主剖现参考系和法剖面参考系测量车刀的0γ、0α、s λ、r k 、 n γ、n α等角。 3. 根据测量结果绘制车刀的角度标注图及其与工件的相关位置。 二、实验所用的设备及工具 1. 车刀量角仪。 2. 直头外园车刀、弯头车刀、切断刀、900外园车刀、螺纹车刀。 三、仪器的构造与说明： 车刀量角仪的构造如图所示 车刀的几何角度是在车刀的各辅助平面内测量的,而车刀上除法剖面以外的所有剖面均垂直于车刀的基面，因此，以工作台上平面作为车刀的基面，以大指针的量刀板平面代表各剖面，当工作台转到不同位置时，即能测出车刀各剖面内角度(包括切削平面内角度)。 测量基面内角度时，大指针量刀板代表走刀方向。 将副量角器上的小指针指着测出的刃倾角入S s 的值，这时大指针量刀板所在的平面即为车刀的法剖面，因此能测出车刀法剖面内角度。 四、车刀几何角度的测量方法和步骤 将车刀置于如图所示的矩形工作台面上，侧面紧靠定位块，测量车刀主、副切削刀上角度的顺序依次是: r k →s λ→0γ→0α→→' r k →' s λ →' 0γ→' 0α l 、主偏角r k 的测量 大小指针对零，以顺时针方向旋转矩形工作台，同时推动车刀沿刀台侧面(紧贴)前进，使主切副刃与量刀板正面密合，这时量刀板面为切削平面，则矩形工作台指针2a 指向盘形工作台上的刻度值即为主偏角r k 。 2、刃倾角s λ的测量
切削原理、刀具角度练习题 一、是非题 1、计算车外圆的切削速度时，应按照已加工表面的直径数值进行计算。（） 2、铣床的主运动是间歇运动而刨床的主运动是连续运动。（） 3、刀具前角的大小，可以是正值，也可以是负值，而后角不能是负值。（） 4、刀具的主偏角具有影响切削力、刀尖强度、刀具散热及主切削刃平均负荷的作用。（） 5、车槽时的切削深度（背吃刀量）等于所切槽的宽度。（） 6、金属的切削过程也是形成切屑和已加工表面的过程。（） 7、精加工相对于粗加工而言，刀具应选择较大的前角和较小的后角。（） 8、积屑瘤对切削加工总是有害的，应尽量避免。（） 9、刃倾角的作用是控制切屑的流动方向并影响刀头的强度，所以粗加工应选负值。（） 10、切削加工中，常见机床的主运动一般只有一个。（） 11、工艺系统刚性较差时（如车削细长轴），刀具应选用较大的主偏角。（） 二、选择题 1、扩孔钻扩孔时的背吃刀量（切削深度）等于（） A扩孔前孔的直径 B扩孔钻直径的1/2 C扩孔钻直径 D扩孔钻直径与扩孔前孔径之差的1/2 2、在切削平面内测量的角度有（） A前角和后角 B主偏角和副偏角 C刃倾角 D工作角度 3、切削用量中对切削热影响最大的是（） A切削速度 B进给量 C切削深度 D三者都一样 4、影响切削层公称厚度的主要因素是（） A切削速度和进给量 B切削深度和进给量 C进给量和主偏角 D进给量和刃倾角 5、通过切削刃选定点的基面是（） A垂直于主运动速度方向的平面 B与切削速度平行的平面 C与加工表面相切的平面 D工件在加工位置向下的投影面 6、刀具磨钝的标准是规定控制（） A刀尖磨损量 B后刀面磨损高度 C前刀面月牙凹的深度 D后刀面磨损宽度 7、金属切削过程中的剪切滑移区是（） A第Ⅰ变形区 B第Ⅱ变形区 C第Ⅲ变形区 D第Ⅳ变形区 8、确定刀具标注角度的参考系选用的三个主要基准平面是（） A切削表面、已加工表面和待加工表面 B前刀面、后刀面和副后刀面 B基面、切削平面和正交平面 D水平面、切向面和轴向面 9、刀具上能减小工件已加工表面粗糙度值的几何要素是（） A增大前角 B增大刃倾角 C减小后角 D减小副偏角 10、当刀具产生了积屑瘤时，会使刀具的（） A前角减小 B前角增大 C后角减小 D后角增大 11、有色金属外圆精加工适合采用（） A磨削 B车削 C铣削 D镗削 12、车刀刀尖高于工件旋转中心时，刀具的工作角度（） A前角增大，后角减小 B前角减小、后角增大
河南理工大学万方科技学院 金属切削原理与刀具设计 实验报告 班级 学号 姓名 机械与动力工程学院 机械制造实验室
注意事项 为了实验的顺利进行，确保学生人身安全和国家财产安全，特提出以下注意事项： (1)上实验课前必须按指导书作好预习及准备工作。 (2)除了必要的书籍和文具外，其他物品不得带入实验室。 (3)进入实验室后,应保持室内安静和整洁。不准打闹、乱扔纸屑和随地吐 痰。 (4)凡与本次实验无关的仪器设备，均不得使用或触摸。 (5)做实验时应按指导细心操作。如仪器发生故障，应立即报告指导老师， 不得自行拆修或安装软件。 (6)爱护国家财产，实验完毕应将实验仪器整理好，如损坏仪器，按有关规 定处理。 实验结束后，需在三日内上交实验报告，如有特殊情况，需向老师说明原因！ 机械与动力工程学院 机械制造实验室
实验1切削力测量 1.1实验目的和要求： (1)了解切削测力仪的工作原理及测力方法。 (2)掌握切削深度、进给量对车削力的影响规律。 (3)掌握有关软件的应用。 1.2实验内容 (1)测力仪标定。 (2)切削速度、进给量一定的情况下，测量不同的切削深度下车削力的大小。 (3)切削速度、切削深度一定的情况下，测量不同的进给量下车削力的大小。 1.3实验设备、仪器和试件 CA6140车床一台 Kistler测力仪一台 计算机系统（数据分析软件）一台 1.4实验数据处理 初始条件： D=mm n=rpm ν=m/min a p=mm 1实验数据记录 记录ν、a p一定的条件下，不同的测得的切削力(如下图)。 表1.1:ν、a p一定的条件下，f对切削力的影响 序号f F x(N)F y(N)F z(N) 1 2 3 4 5 1
《刀具》练习题 基本定义 一.单选题 1.磨削时的主运动是( ) A.砂轮旋转运动B工件旋转运动C砂轮直线运动D工件直线运动 2.如果外圆车削前后的工件直径分别是100CM和99CM,平均分成两次进刀切完加工余量,那么背吃刀量(切削深度)应为( ) 3.随着进给量增大,切削宽度会( ) A.随之增大 B.随之减小C与其无关D无规则变化 4.与工件已加工表面相对的刀具表面是( ) A.前面B后面C基面D副后面 5.基面通过切削刃上选定点并垂直于( ) A.刀杆轴线B工件轴线C主运动方向D进给运动方向 6.切削平面通过切削刃上选定点,与基面垂直,并且( ) A.与切削刃相切B与切削刃垂直C与后面相切D与前面垂直 7能够反映前刀面倾斜程度的刀具标注角度为( ) A主偏角B副偏角C前角D刃倾角 8能够反映切削刃相对于基面倾斜程度的刀具标注角度为( ) A主偏角B副偏角C前角D刃倾角 9外圆车削时,如果刀具安装得使刀尖高于工件旋转中心,则刀具的工作前角与标注前角相比会( ) A增大B减小C不变D不定 10切断刀在从工件外表向工件旋转中心逐渐切断时,其工作后角( ) A逐渐增大B逐渐减小C基本不变D变化不定 二填空题: 1工件上由切削刃形成的那部分表面,称为_______________. 2外圆磨削时,工件的旋转运动为_______________运动 3在普通车削时,切削用量有_____________________个要素 4沿_____________________方向测量的切削层横截面尺寸,称为切削宽度. 6正交平面参考系包含三个相互垂直的参考平面,它们是_________,___________和正交平面7主偏角是指在基面投影上主刀刃与______________的夹角 8刃倾角是指主切削刃与基面之间的夹角,在___________面内测量 9在外圆车削时如果刀尖低于工件旋转中心,那么其工作前角会___________________ 10刀具的标注角度是在假定安装条件和______________条件下确定的. 三判断题:判断下面的句子正确与否,正确的在题后括号内画”√”,错误的画”×” 1在外圆车削加工时,背吃刀量等于待加工表面与已知加工表面间的距离.() 2主运动即主要由工件旋转产生的运动.( ) 3齿轮加工时的进给运动为齿轮坯的啮合转动.( ) 4主运动.进给运动和切削深度合称为切削量的三要素.( ) 5进给量越大,则切削厚度越大.( ) 6工件转速越高,则进给量越大( )
. 四川建筑职业技术学院2004年秋期期末考试 《金属切削原理及刀具》试卷（A 卷） 一、 填空题：在下列各题的空格中填上正确的文字及其有关符号（每题4分，共60分） 1．车削的主运动是______________，钻削的主运动是 ______________；磨削的主运动是______________。 2．标柱刀具静态角度的静态坐标系包括：（1）____________，（2）____________，测量平面有（1）_________，（2）_________，（3）_________，（4）_________。 3．刀具的前角γo 是在_________平面内测量的_________与_________之间的夹角。 4．表示切削变形程度的方法有：（1）___________________________，（2）__________________，（3） __________________。 5．切屑的类型有以下四种：（1）__________________，（2）__________________，（3）__________________，（4）__________________。 6．工件加工表面质量的指标包括：（1）_________________ （2）__________________，（3）__________________。 7．切削热的产生是切削过程中______________________转换而成的，切削温度是__________和__________综合结果。 8．刀具磨损的主要原因有：__________、__________、 __________、__________等。 9．影响刀具磨损的切削量中，影响最大的是__________，影响最小的是__________，所以选择切削用量时应首先选择尽可能大的__________________。 10．切削液的种类有（1）________切削液，其主要作用是_______，（2）________切削液，其主要作用是_______。 11．刀具材料要求具备的性能有：（1）_______、（2）_______、（3）_______、（4）_______、（5）_______、（6）_______等。 12．硬质合金刀具有以下几类：（1）_______、（2）_______、（3）_______、（4）_______。 13．砂轮的性能参数包括：（1）_______、（2）_______、 （3）_______、（4）_______、（5）_______和（6）_______。 14．磨削过程包括三个阶段：（1）_______阶段、（2）_______阶段和（3）_______阶段。 15．圆周铣削的铣削方式有_______铣和_______铣。端面铣的铣削方式有 班级 姓名 学号
刀具轨迹生成与动态切削过程仿真五坐标数控加工 丁1，*，双qingzhen2，朱利民2 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，，武汉430074； 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，，上海200240 2009年10月9日2009年12月29日收到 五轴数控加工提供了一种有效、高效的方法来制造复杂形状的机械零件，这是一种有效的方法广泛应用于航空航天，能源和国防工业。其技术创新在最近备受关注岁月。在本文中，国家的最先进的技术，五轴加工工艺规划的总结和挑战从刀具路径生成，集成几何/机械仿真和分析的问题进行了分析加工稳定性分析。基于可访问性的刀具定位优化方法研究进展线接触和三点接触加工，刀具包络面形状控制和铣削稳定性预测详细介绍。最后，新兴趋势和未来的挑战进行了简要讨论。 关键词：五轴加工，刀具轨迹生成，集成几何/机械仿真，动力学仿真 引文： 在传统的三轴数控加工的翻译刀具的运动是允许的，而刀具方向可以改变一五轴机床因为另外两个旋转轴。优势五坐标数控加工主要依赖于控制工具取向：（1）零件间的碰撞可通过选择可访问的工具的方向，它提供了机器的能力复杂的形状，如航空航天，涡轮叶片和船用螺旋桨。（2）大的加工条带宽度如果工具方向被正确地规划，则可获得工具提示几何匹配的零件几何。再者,高效的刀面研磨可以应用于机器航空叶轮用一五轴机床。（3）在五轴加工中，切削条件可以得到改善。例如，它是可以缩短的工具悬挑长度如果工具定位优化。确定在一个密闭的空间中，当表面被机械加工时，安全和最短的刀具长度是非常有用的小直径铣刀可用于。切割区域的刀具，从而影响切削力，刀具磨损和机械加工表面质量也可以通过改变来控制刀具导向。 除了上述优点外，还有一些具有挑战性的五轴加工中的问题。自工具方向是可调的，很难像图像的复杂工具的空间运动。因此，它更难以生成无碰撞和高效率的刀具路径，这限制了它的广泛应用。此外，切割力预测和动力学模拟更为复杂因为所涉及的切削参数是随时间变化的在加工过程中。约五轴电流工作机械加工分为三类1类：刀具轨迹生成，集成几何/机械模拟动力学仿真，如图1所示。 刀具轨迹生成是计划的过程，相对于基于零件模型、加工方法和公差要求。刀具轨迹对切削效率和质量有很大的影响。它也是基金会集成的几何/机械模拟，这取决于切削几何与切削力模型的研究技术。切削几何反映了网格的状态在刀具和工件之间的材料清除过程。通过整合切割的几何形状和切削力模型，可以预测的瞬态切削力。切削力，然后可以应用到动态模拟，进给率优化，预测补偿变形。动态仿真目标是预测切削稳定性和加工表面基于切削力和动力学特性的研究机床夹具系统的研究。力学仿真有助于优化切削参数和刀具路径。
常用切削速度計算公式 一、三角函數計算 1.tanθ=b/a θ=tan-1b/a 2.Sinθ=b/c Cos=a/c 二、切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。 2.1 铣床切削速度的計算 Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：線速度(m/min) π：圓周率(3.14159) D：刀具直徑(mm) 例題. 使用Φ25的銑刀Vc為(m/min)25 求S=?rpm Vc=πds/1000 25=π*25*S/1000 S=1000*25/ π*25 S=320rpm 2.2 车床切削速度的計算计算公式如下 v c=( π d w n )/1000 (1-1) 式中 v c ——切削速度 (m/s) ； dw ——工件待加工表面直径（ mm ）； n ——工件转速（ r/s ）。 S：轉速(rpm) 三、進給量(F值)的計算 Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz F：進給量(mm/min) S：轉速(rpm) Z：刃數 Ｆz：(實際每刃進給) 例題.一標準2刃立銑刀以2000rpm)速度切削工件，求進給量(F 值)為多少？(Ｆz=0.25mm) Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz Ｆ＝2000*2*0.25 Ｆ＝1000(mm/min) 四、殘料高的計算 Scallop＝（ae＊ae）／8R Scallop：殘料高(mm) ae：XY pitch(mm) R刀具半徑(mm) 例題. Φ20R10精修2枚刃，預殘料高0.002mm，求Pitch為多 少？mm Scallop=ae2/8R 0.002=ae2/8*10 ae=0.4mm 五、逃料孔的計算 Φ＝√２Ｒ2 Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Φ：逃料孔直徑(mm) R刀具半徑(mm) D：刀具直徑(mm) 例題. 已知一模穴須逃角加工(如圖)， 所用銑刀為ψ10；請問逃角孔最小 為多少？圓心座標多少？ Φ=√２Ｒ2 Φ=√２＊５２ Φ=7.1(mm) Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Ｘ、Ｙ＝１０／４
第一章金属切削原理 一、单项选择题 1.切削铸铁工件时，刀具的磨损部位主要发生在（） A.前刀面 B.后刀面 C.前、后刀面 D.前面三种情况都可能 2.影响刀头强度和切屑流出方向的刀具角度是( ) A.主偏角 B.前角 C.副偏角 D.刃倾角 3.粗车碳钢工件时，刀具的磨损部位主要发生在( ) A.前刀面 B.后刀面 C.前、后刀面 D.前面三种情况都可能 4.钻削时，切削热传出途径中所占比例最大的是( ) A.刀具 B.工件 C.切屑 D.空气介质 5.车削时切削热传出途径中所占比例最大的是( ) A.刀具 B.工件 C.切屑 D.空气介质 6.对铸铁材料进行粗车，宜选用的刀具材料是( ) A.YT15(P10) B.YT5(P30) C.YG3X(K01) D.YG8(K20) 7.下列刀具材料中，强度和韧性最好的是( ) A.高速钢 B.YG类硬质合金 C.YT类硬质合金 D.立方氮化硼 8.任何一种机床必定有，且通常只有一个( ) A.主运动 B.进给运动 C.简单成形运动 D.复合成形运动 9.ISO标准规定刀具的磨钝标准是控制( ) A.沿工件径向刀具的磨损量 B.后刀面上平均磨损带的宽度VB C.前刀面月牙洼的深度KT D.前刀面月牙洼的宽度 10.一般当工件的强度、硬度、塑性越高时，刀具耐用度( ) A.不变 B.有时高，有时低 C.越高 D.越低 11.下列刀具材料中，适宜制造形状复杂的机用刀具的材料是: A.碳素工具钢 B.人造金刚石 C.高速钢 D.硬质合金 12.精车碳钢工件时，刀具的磨损部位主要发生在( ) A.前刀面 B.后刀面 C.前、后刀面 D.前面三种情况都可能 13.滚切或插削钢质齿轮时，一般( ) A.不用切削液 B.用极压切削油 C.用水溶液 D.用低浓度乳化液 14.磨削加工时一般采用低浓度的乳化液，这主要是因为( ) A.润滑作用强 B.冷却、清洗作用强 C.防锈作用好 D.成本低 15.对下述材料进行相应热处理时，可改善其切削加工性的是( ) A.对高碳钢进行球化退火处理 B.对中碳钢的淬火处理 C.对中碳钢进行渗碳处理 D.对低碳钢进行时效处理 16.在机床——工件——夹具——刀具所组成的工艺系统刚性不足时，下列哪个力是造成振动的主要因素？（） A.主切削力 B.背向力 C.进给力 D.三者的影响程度相同 17.生产中用来衡量工件材料切削加工性所采用的基准是( ) A.切削退火状态下的45钢，切削速度为60m/min时的刀具耐用度 B.切削正火状态下的45钢，刀具工作60min时的磨损量
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度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。 图3-15 切削速度对切削力的影响 切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。 ⑶刀具几何参数的影响 ①前角的影响前角γo加大，被切削金属的变形减小，切削厚度压缩比值减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。因此，切削力减小。但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆铜等)，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。 ②负倒棱的影响前刀面上的负倒棱(如图3-16a)，可以提高刃区的强度，
涂层技术对刀具磨损的影响及其发展趋势 陈君（G机械091 220911104） （淮海工学院连云港222005） 摘要：磨损是影响生产效率、加工成本和加工质量的重要问题，所以为了解决这一问题涂层 技术的发展就尤为重要。涂层技术起源于上个世纪的五、六十年代；特别是近30年来，刀具涂层技术迅速发展，使得涂层刀具得到了广泛应用。随着涂层技术迅速发展，它已成为解决刀具磨损的有效方法并且在很大程度上影响刀具的寿命。所以说对刀具进行涂层是机械加工行业前进道路上的一大变革。 关键词：涂层技术刀具磨损发展趋势 The Influence of Tool Wear and Its Development Trend for Coating Technology CHEN Jun (Huaihai Institute of Techology,Lianyungang,222005) Abstract：Wear is the important impact for the production efficiency, processing cost and processing quality of the important problem, so in order to solve this problem the development of coating technology, is important. Coating technology originated in the last century 5, 6 s; Especially for nearly 30 years, the cutting tool coating technology rapid development, make coated tools to a wide range of applications. With the rapid development of coating technology, it has become a effective method to solve the tool wear and significantly impact on the life of cutting tools. So say to coating is of tool machine processing industry on the road of advance a big change. Key words：Coating technology Tool wear Development trend 0 前言 人类社会已经迈入21世纪,科学技术得到了前所未有的发展。在机械加工中金属切削技术是其重要组成部分，并且随着科技的发展越发显示出它在机械加工中的核心地位。目前，切削加工约占整个机械加工工作量的
质量+效率+成本控制=效益怎么计算各中加工中心刀具的切削速度浏览次数：202次悬赏分：10 | 解决时间：2011-3-3 10:15 | 提问者：zhaoqizhi521 问题补充： 例如：（16，20，25，32，50，63，80，125）平面铣刀，（1~20）涂层合金立铣刀，（1~30)钨钢钻，（6~80）镗刀（（求切削速度切削用量））不是公式，公式我知道，就是刀具的切削用量，切削速度！！ 最佳答案 S=Vc*1000/*D F=S*fz*z 刀具线速度（刀具商提供）乘以1000再除去再除掉刀具直径就等于主轴转数； 主轴转数乘以每齿进刀量（刀具不同进刀量不同）再乘以刀具总齿数就等于进给速度； 高速钢铣刀的线速度为50M/MIN 硬质合金铣刀的线速度为150M/MIN 切削用量的话是每齿切削之间。 切削速度为转速*齿数*每齿进给。 不锈钢的话*80% 铝合金本身材料很软,主轴转速应当高点(刀具能承受的情况下),进给速度要竟量小点,如果进给大的话排屑就会很困难,只要你加工过铝,不难发现刀具上总会有粘上去的铝,那说明用的切削液不对, 做铝合金进给可以打快一点 每一刀也可以下多一点
转数不能打的太快10MM F1500 20MM F1200 50MM F1000 加工中心-三菱系统的操作步骤与刀具应用 (2009-04-23 09:02:03)转载标签：数控刀具转速进给杂谈 三菱系统操作： 1，打开机床开关—电源接通按钮 2，归零：将旋钮打到ZRN—按循环启动键，三轴同时归零。（也可以xyz分开来归零：将 旋钮打到ZRN—按Z+，X+,Y+,一般要先将Z轴归零）注意：每次打开机床后，就要归零。 3，安装工件（压板或虎口钳） 4，打表（平面和侧面）侧面打到2丝之内，表面在5丝之内，最好再打一下垂直度。 5，中心棒分中，转速500. 6，打开程序，看刀具，装刀具，注意刀具的刃长和需要的刀长，绝不能装短了。7，模拟程序—传输程序。 8，将旋钮打到DNC，进给打到10%，RAPID OVERRIDE打到0%—然后在RAPID上在0%~25%上快速转换。刀具会在工件上方50mm处停顿一下，当刀具靠近工件时需要特别注意。进给需要打到零。看看刀具与工件的距离与机床显示的残余值是否对应。 9，最后调整转速与进给。
一、选择题 1、在工艺系统刚性很好时，加工硬度高的材料时，为提高刀具强度和寿命，应选取较（B）主偏角。 A、大 B、小 C、中等 2、切削塑性材料与脆性材料相比，刀具的前角应（B） A、减小 B、增大 C、不改变其大小 3、麻花钻的（C）产生的轴向力最大。 A、主切削刃 B、副切削刃 C、横刃 4、在其它条件相同的情况下，进给量增大则表面残留面积高度（A） A、随之增大 B、随之减小 C、基本不变 D、先小后大 5、切削用量选择的一般顺序是（A） A、a p—f—v c B、a p—v c—f C、v c—f—a p D、f—a p—v c 6、一般只重磨前刀面的刀具有（C） A、麻花钻、尖齿成型铣刀、圆柱铣刀。 B、尖齿成型铣刀、圆柱铣刀、成形车刀。 C、成形车刀、铲齿成形铣刀、拉刀。 D、铲齿成形铣刀、拉刀、铰刀。 7、圆柱孔拉刀的齿升量是相邻两刀齿（或两组切削齿）的（B）。 A、直径差 B、半径差 C、齿距差 8、既能车削外圆又能车削端面和倒角的车刀是（C） A、90°偏刀 B、尖头车刀 C、45°弯头车刀 D、75°偏刀 9、W6Mo5Cr4V2是下列哪一类刀具材料（D）。 A、钨系高速钢 B、硬质合金 C、合金工具钢 D、钨钼系高速钢 10、标准麻花钻的前角从外缘向钻心逐渐（D） A、增大 B、先减少后增大 C、先增大后减少 D、减少 11、下列四种结合剂中，适用于金刚石砂轮的结合剂是（D） A、陶瓷结合剂 B、树脂结合剂 C、橡胶结合剂 D、金属结合剂 12、外圆车削时的径向切削力又称为（C） A总切削力B、切削力C、背向力D、进给力 13、平行于铣刀轴线，测量的切削量尺寸是（B）
车刀角度对切削加工的影响（以车削为例）大前角刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。 后角作用主要是减少后刀面和过渡表面之间的摩擦。增大后角可减少摩擦， 提高已加工表面质量和刀具使用寿 命，并使切削刃锋利。但是后角过大， 楔角减小，降低切削刃的强度，减少 散热体积，磨损反而加剧，降低刀具 的耐用度。 主偏角影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少κr，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用度提高，使已加工表面粗糙度减小。较小的主偏角容易形成长而连续的螺旋屑，不利于断屑，因此对切屑控制严格的自动化加工，宜取较大的主偏角。 副偏角影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度。减少κr′，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度，改善散热条件。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量和刀具耐用度。
副偏角的大小主要根据已加工表面粗糙度要求和刀具强度来选择，不引起振动的情况下，尽量取小值。 车刀的角度对加工质量及效率的影响 车刀的主要标注角度有以下5个： 1.前角 2.主后角 3.主偏角 4.副偏角 5.刃倾角 根据经验主偏角和副偏角构成刀尖角度，这个角度要根据粗精加工而定，粗加工时由于主要目的是去除大量的余量，所以这个角度可以适当的大一些，以适应大的进给量；精加工时，余量较少，要保证好的表面质量，所以刀尖角度要小，断屑槽要开的深一些，以免切屑流经已加工表面划伤工件表面。还有刃倾角，负的刃倾角可以保护切削刃，承受大的进给量，反之则可以提高表面质量。 车刀前角对刀具切削性能影响的研究 关于前角大小要根据加工工艺和工件材料来选择！ 1.前角有正前角和负前角之分（还有一种是0度前角多用于石墨加工）
CNC常用计算公式 一、三角函数计算 1.tanθ=b/a θ=tan-1b/a 2.Sinθ=b/c Cos=a/c 二、切削速度的计算 Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：线速度(m/min) π：圆周率(3.14159) D：刀具直径(mm) S：转速(rpm) 例题. 使用Φ25的铣刀Vc为(m/min)25 求S=?rpm Vc=πds/1000 25=π*25*S/1000 S=1000*25/ π*25 S=320rpm 三、进给量(F值)的计算 Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz F：进给量(mm/min) S：转速(rpm) Z：刃数 Ｆz：(实际每刃进给)
例题.一标准2刃立铣刀以2000rpm)速度切削工件，求进给量(F 值)为多少？(Ｆz=0.25mm) Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz Ｆ＝2000*2*0.25 Ｆ＝1000(mm/min) 四、残料高的计算 Scallop＝（ae＊ae）／8R Scallop：残料高(mm) ae：XY pitch(mm) R刀具半径(mm) 例题. Φ20R10精修2枚刃，预残料高0.002mm，求Pitch为多少？mm Scallop=ae2/8R 0.002=ae2/8*10 ae=0.4mm 五、逃料孔的计算 Φ＝√２Ｒ2Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Φ：逃料孔直径(mm) R刀具半径(mm) D：刀具直径(mm) 例题. 已知一模穴须逃角加工(如图)， 所用铣刀为ψ10；请问逃角孔最小为多少？圆心坐标多少？ Φ=√２Ｒ2 Φ=√２＊５２ Φ=7.1(mm) Φ10銑刀(0.0)
Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Ｘ、Ｙ＝１０／４ Ｘ、Ｙ＝2.5 mm 圆心坐标为(2.5,-2.5) 六、取料量的计算 Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００ Ｑ：取料量(cm3/min)ae：XY pitch(mm) ap：Z pitch(mm) 例题. 已知一模仁须cavity等高加工，Φ35R5的刀XY pitch 是刀具的60%，每层切1.5mm，进给量为2000mm/min，求此刀具的取料量为多少？ Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００ Ｑ＝35*0.6*1.5*2000／1000 Ｑ＝63 cm3/min 七、每刃进给量的计算 Ｆz＝ｈm * √(Ｄ／ap ) Ｆz：实施每刃进给量ｈm：理论每刃进给量 ap：Z pitch(mm) D：刀片直径(mm) 例题 (前提depo XY pitch是刀具的60%) depoΦ35R5的刀，切削NAK80材料ｈm为0.15mm，Z轴切深1.5mm，求每刃进给量为多少？
《金属切削原理与刀具》课程教案
《金属切削原理与刀具》课程授课教案 课次一：绪论 0.1 机械制造过程分析 机械是由零件、组件、部件等组成的,因而一台机器的制造过程包含了从零件,部件加工到整机装配的全过程。这一过程可以用图4-1所示的系统图来表示。
图4-1 机械制造过程的构成 首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件。它们都是由毛坯进过相应的机械加工工艺过程变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件的适当的加工方法。加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。 其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件。部件是由若干组件、套件和零件在一个基准上装配而成的。部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能。这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的。部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。 最后在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器。我们把零件和部件装配最终机械产品的过程为总装过程。总装过程是依据总装工艺文件进行的。在产品总装后，还要经过检验、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品。 0.2 机械加工工艺系统与金属切削加工 从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出
合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器。因此，制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。 零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种加工方法得到的，其中在金属切削机床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得符合要求的尺寸精度和表面质量的这种加工方法称为金属切削加工。与其他金属加工方法相比具有如下特点： 1. 2. 3. 因此金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动和承受很大的切削力，必须在金属切削机床上进行加工，零件和刀具需通过机床夹具和刀架与机床可靠的联接，带动它们做相对的运动，实现切削加工，这种由金属切削机床、刀具、夹具和工件（被加工零件的总称）构成的机械加工封闭系统称为机械加工工艺系统（如图4-2所示），其中金属切削机床是加工机械零件的工作机械，起支承和提供动力作用；刀具起直接对零件进行切削加工作用；夹具用来对零件定位和夹紧，使之有正确的加工位置。本章就围绕机械加工工艺系统四个组成部分进行分析，阐述机械零件加工的整个过程。 图4-2 0.3 我国切削加工技术发展概况 切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。它加工的零件能获得较高的尺寸精度与表面质量，是机械制造业中最基本的加工方法，在国民经济中占有重要地位。 我国古代切削加工方面有着光辉的成就。公元前二千多年青铜器时代已出现了金属切削的萌芽。当时青铜刀、锯、锉等已经类似于现代的刀具。春秋中晚期，有一部现存最早的工程技术著作《考工记》上面介绍了木工、金工等三十个专业技术知识。书中指出：“材美工巧”是制成良器的必要条件。“材美”是指用优良的材料，“工巧”则是指采用合理的制造工艺。由大量出土文物与文献推测，最迟在8世纪（唐代）我国已有了原始的车床。 公元1668年（明代）加工2m直径的天文仪器铜环，其外径、内孔、平面及刻度的精度与表面粗糙度均已达到相当高的水平。 近代历史中，由于封建制度的腐败和帝国主义的侵略，我国机械工业非常落后。 新中国成立以来，我国切削加工技术得到飞速的发展。50年代起广泛使用了硬质合金，推广高速切削、强力切削、多刀多刃切削，兴起了改革刀具的热潮。80年代后，在改革开放的新阶段，机械行业从引进国外的先进技术中得到了进一步发展，在与国际学术组织、专家学者的交流活动中，促进了我国切削技术水平的进一步提高，并正在努力
刀具试题及答案 一、填空题 1.刀具材料的种类很多，常用的金属材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、非金属材料有陶瓷、金刚石等。 2.刀具的几何角度中，常用角度有前角r。、主后角a。、楔角β。、主偏角Kr、副偏角Kr'、刀尖角εr和刃倾角λs七个。 3.切削用量要素包括Vc（切削速度）、f（进给量）、a sp（背吃刀量）三个。 4.由于工件材料和切削条件不同，所有切削屑类型有带状切屑、节状切屑、粒 状切屑、崩碎切屑四种。 5.刀具的磨损有正常磨损和非正常磨损两种，其中正常磨损有前面磨损、后面 磨损、前后面同时磨损和便捷磨损。 6.高速钢刀具切削温度超过620℃时，金相组织发生变化，硬度明显下降，失 去切削能力而使刀具磨损称为相变磨损。 7.加工脆性材料时，刀具切削力集中在刀尖附近，宜取较小后角和较小前角。 8.刀具切削部分材料的性能必须具有高硬度、高耐磨性、高耐热性和大的导热 系数。 9.楔角是前面与主后面的夹角。 10.防止切屑瘤产生，切削速度可采用高速。 11.YT类硬质合金的主要化学成分是Co、WC、TiC，其中TiC含量越多，硬质合金硬度越高，耐热性越好，但脆性越大。 12.在金属切削过程中在中低速加工塑料材料时易形成积屑瘤，它将对切削过程带来一定的影响，故在精加工时应尽量避免。 13.外圆车削时，在刀具6个标准角度中，对切削温度影响较大的角度是前角r。和主偏角Kr。 14.在工艺系统刚性好的情况下，刀具的磨钝标准应规定得较大，精加工时应规定较小的磨钝标准。 15.常用的切削液有水溶液、油性切削液和固体润滑剂三大类。采用硬质合金刀具时，由于热硬性较好，故一般不使用切削液。 16.标准角度参考系中三个坐标平面是指几面Pr、正焦平面Po和切削平面Ps，它们之间的关系为互相垂直。 17.一般在精加工时，对加工表面要求高时，刀尖圆弧半径宜取较小。