切削用量的合理選擇(2008-07-1315:37:22)標簽：刀具壽命用量生產率切削性能雜談 分類：數控刀具技術切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數，而且其數值合理與否對加工質量、加工效率、生產成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩)，在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。一制訂切削用量時考慮的因素切削加工生產率在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素ap、f、v均保持線性關系，即其中任一參數增大一倍，都可使生產率提高一倍。然而由于刀具壽命的制約，當任一參數增大時，其它二參數必須減小。因此，在制訂切削用量時，三要素獲得最佳組合，此時的高生產率才是合理的。刀具壽命切削用量三要素對刀具壽命影響的大小，按順序為v、f、ap。因此，從保證合理的刀具壽命出發，在確定切削用量時，首先應采用盡可能大的背吃刀量；然后再選用大的進給量；最后求出切削速度。加工表面粗糙度精加工時，增大進給量將增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工時抑制生產率提高的主要因素。二刀具壽命的選擇原則切削用量與刀具壽命有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據優化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目標確定，后者根據工序成本最低的目標確定。選擇刀具壽命時可考慮如下幾點：根據刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些;當某工序單位時間內所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來確定。三切削用量制定的步驟背吃刀量的選擇進給量的選擇切削速度的確定校驗機床功率四提高切削用量的途徑采用切削性能更好的新型刀具材料；在保證工件機械性能的前提下，改善工件材料加工性；改善冷卻潤滑條件；改進刀具結構，提高刀具制造質量。大進給銑削在現有加工程序中很容易采用，越來越普及有兩個加工車間發現，他們采用相當簡單的銑削技術，就能改進他們的粗加工工序。Tri-Core模具公司現在粗切零件，比以前快了33%，而Harrison鑄鋼公司，在粗銑工序中，通過實現這些新技術，已經不再出現刀具突然折毀的現象了。美國伊利諾伊州的Tri-Core用通常所說的大進給銑削法；而美國印第安納州的Harrison則利用切向銑削法。大進給銑削法是采用淺深度的切削，進給量大于平均進給量400英寸/分鐘或更快。該技術的主要優點是，它能使車間盡可能快地粗銑零件，使它接近零件的最終形狀。大進給銑削進給率增加4倍Tri-Core制造注塑模，模座的98%是它自己加工的。當用2英寸直徑按鈕式銑刀粗加工大的陽模體和陰模體時，在40錐度的加工中心上，車間在0.030英寸的切深上，不能超過80英寸/分鐘的進給率。在這種情況下，公司的銑刀常發生嚴重的刀顫。最好的情況，銑刀的刀片只能用1.25個小時便需要換位。開始用大進給銑削并改用IngersollCuttingTools的刀具以后，Tri-Core提高了它的進給率，達到100英寸/分鐘，并且切深增加到0.050英寸。Tri-Core的編程主管ChariesLubsford說，最大的優點是新的大進給銑削不需像車間標準的按鈕式刀片那樣頻繁地換位。“我們每小時要停機，把刀片換位。現在，機床運轉4小時都不用把刀片換位，因而我們有大量的時間不用看管機床，”Lunsford說。大進給銑削刀進給率增加4倍大多數切削刀具制造商都同意，用專門為這技術設計的刀具和刀片最有效。刀片的特點是半徑大、回程淺和正前角。這些幾何特點使刀片特別剛強，減小了切削力，并且使它們指向機床主軸的里面和向上，這就把橫向切削力和振動減到最小。大進給銑削刀片的形狀是它成功的關鍵。Lunsford說：當Ingersoll的刀具移進一個角落時，機床主軸載荷沒有出現峰值。以前要用足夠大的半徑加工角落，以適應按鈕式刀具，現在就不必了。“例如，當加工模具時，車間要花大量時間揀選角落和細節部位的資料，在粗加工中能快速達到零件最終形狀的刀具或銑削技術是有利的。由于大進給銑削刀具產生較小的切削力，因而車間能使用較長的刀具，從機床主軸可懸出較遠，以便達到零件的角落和細節部位，這些部位對于傳統粗加工刀具，可能太深，”Ingersoll模具產品經理WilliamFiorenza說。除了為大進給銑削設計的刀具和刀片外，使用正確的機床，也是從粗銑技術中取得最大好處的關鍵。例如，Ingersoll估計，如果Tri-Core車間使用它的牧野MakinoS33加工中心代替40錐度機床，便能容易地使用其2英寸半徑大進給銑刀，用300英寸/分鐘的進給率進行陽模和陰模的加工。這是因為用于大進給銑削的機床需要有這樣現代化的特點，如有足夠的高速機床先行特性的自適應控制、400英寸/分鐘的進給率和剛性的機床工作臺，能承受多方向力的急速而劇烈的變化。Seco-Carboloy的銑削產品經理JamesMinock說："進給率低于150英寸/分鐘的老機床，不能像較新的機床那樣提供大進給銑削的全部優越性。”他還說，切削長度是大進給銑削的另一個機床方面的考慮因素。如果車間粗加工一個短坑或表面，機床必須在一個相當短的時間間隔內加速并維持300英寸/分鐘的進給率或更快。Minock說：“它減少了刀具所含有的齒/刀片數。刀片越少，越小，可達到的切深越小。很多機床使用較小尺寸的刀具，能進行大進給銑削，但大多數車間愿意用刀片更多的大刀具。”在試切中，Seco-Carboloy的6英寸直徑大進給銑刀，從實心的4340鋼，粗切出一個12英寸直徑、14英寸深的孔，用不到20分鐘。但是，這樣的切削需要大機床，機床要有很強的馬力和很好的排屑系統。Minock說，大進給銑削的關鍵是刀具進給要足夠快，以保持平均切削厚度。切向銑削刀刃的壽命倍增或達3倍，并且材料切除率也較高除了能進行大進給銑削的刀具和機床的可用性之外，大進給銑削還因為很容易地在現有機床上進行，而被越來越廣泛地推廣。很多車間有專用的CNC程序，根據刀具路徑變化，調整這些程序，要花很長時間。但使用大進給銑削，只需改變進給率，不用改變刀具路徑。Minock說：“其它技術，如切入法銑削，需要改變程序以使Z軸運動，很多車間都有一個困難時期，使這銑削技術適應他們的CNC程序。對于大進給銑削，機床操作者可以在機床上快速進行所需的調整。”切向銑削在采用切向銑削以前，哈里森(Harrison)鑄鋼公司傳統上使用定位的圓刀片，在推土機鑄鋼墊500平方英寸的面積上，粗銑0.625英寸的材料。圓刀片需要更新，以便具有最強勁的刀片形狀的橫截面。但是，哈里森(Harrison)進行兩個粗銑和兩個半精銑工序，每個工序后都必須更換刀片。刃口崩壞使刀具過載，迫使車間要修理爆裂的坑或更換整個刀具，大約每星期進行一次。哈里森(Harrison)過程控制經理J.D.Gray說：“刀片會在一剎那間崩壞，這時刀片將犁著金屬而不是切削。4個粗銑工序要花一個小時的時間’制作’切屑，而停機換刀刃又拉長了工序時間。”在換用Ingersoll的切向定向、雙面方形刀片以后，該車間發現，它的刀片能耐用到每個零件的所有4個工序，都不再出現刀具損壞的情況。切向銑刀的刀片是這樣定向的，即它們平放在銑刀上，而不像傳統的那樣立起來。這樣就把刀片最強的截面與主切削力矢量對準。這種配置的改變，能把切削刃的壽命提高2至3倍，在粗切中提高工序的可靠性，同時也提高材料切除率，Ingersoll這樣指出。該技術需要特殊的銑刀和刀片，價格與同樣規格的傳統粗銑刀相同。大多數車間經常把該技術用于闊面銑和平面銑，用大的切深，刀具的徑向壓力相當大。但應當注意，該技術更適合用于平面銑削，而不是輪廓銑削如凹坑銑削。車間可以在許多不同類型的機床上進行切向銑削，但是，立式加工中心是最經常用于切向銑削的機床。因為它是粗切技術，機床的主軸可以滿足要求，而且需要考慮機床的規格、銑刀直徑和功率的匹配。Ingersoll公司的Fiorenza指出，一個車間使用切向銑削，其切深必須與機床的功率成比例。甚至用2.5馬力這樣低功率機床的車間，也能從切向銑削中受益。低功率限制能用0.300英寸切深的銑刀，采用到0.100英寸的切深。但是他們仍能從該技術的相對較高的金屬切除率中受益。“用傳統刀片粗銑，由于切削力大，車間會經歷刀具折斷，”Fiorenza說。“用切向銑刀，同樣的車間能用大的進給，而且刀片仍保持完好。”國內應用的數控機床工具柄部及配用拉釘標準標簽：雜談.國家標準GB10944-89《自動換刀機床用7:24圓錐工具柄部40、45和50號圓錐柄》這個國家標準規定的柄部，在型式與尺寸上與國際標準ISO7388/1完全相同。詳見圖7.3-1和7.3-1。與ISO7388/1相比，增加了一些必要的技術要求，標注了表面粗糙度及形位公差，以保證刀柄的制造質量，滿足自動加工中刀具的重復換刀精度要求。它主要應用于鏜銑類加工中心機床的各種刀柄。.國家標準所規定的拉釘，《自動換刀機床用7:24圓錐工具柄部40、45和50號圓錐柄用拉釘》這個國家標準所規定的拉釘，在型式與尺寸上與ISO7388/II相同。可與前述標準GB10944-89中所規定的柄部配合使用。.日本標準JISB6339-1986《加工中心機床用工具柄部及拉釘》這個標準只適用于日本進口的加工中心機床及過去幾年我國的部分機床廠與日本合作設計和生產的加工中心機床。它是在日本機床工業協會標準MAS403-1982的基礎上制訂出來的，在日本得到廣泛的應用。我國1985年以后設計的加工中心機床已改用新的國家標準GB10994和GB10945。.國家標準GB3837-83《機床工具7:24圓錐聯結》這種錐柄主要用于手動換刀數控機床及重型鏜銑床等。二.整體式工具系統標準JB/GQ5010-1983燈SG工具系統型式與尺寸》TSG工具系統中的刀柄,其代號(按1990年國家標準報批稿)由四部分(JT-45-Q32-120)組成，各部分的含義如下：JT-表示工具柄型代碼。45-對圓錐柄表示錐度規格。Q32-表示工具的規格。120-表示刀柄的工作長度。它所表示的工具為：自動換刀機床用7:24圓錐工具柄(GB10944),錐柄為45號，前部為彈簧夾，最大夾持直徑32mm，刀柄工作長度(錐柄大端直徑＜p57.15mm處到彈簧夾頭前端面的距離)為120mm。表1工具柄部型式代號代號工具柄部型式JT自動換刀機床用7:24圓錐工具柄GB10944-89BT自動換刀機床用7:24圓錐BT型工具柄JISB6339ST手動換刀機床用7:24圓錐工具柄GB3837.3-83MT帶扁尾莫氏圓錐工具柄GB1443-85MW無扁尾莫氏圓錐工具柄GB1443-85ZB直柄工具柄GB6131-85切屑的類型標簽：切屑帶狀前角塑性材料切削力雜談 分類：數控刀具技術帶狀切屑它的內表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金屬材料，當切削厚度較小、切削速度較高、刀具前角較大時，一般常得到這類切屑。它的切削過程平衡，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。擠裂切屑這類切屑與帶狀切屑不同之處在外表面呈鋸齒形，內表面有時有裂紋。這種切屑大多在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時產生。單元切屑如果在擠裂切屑的剪切面上，裂紋擴展到整個面上，則整個單元被切離，成為梯形的單元切屑，如圖c所示。以上三種切屑只有在加工塑性材料時才可能得到。其中，帶狀切屑的切削過程最平穩，單元切屑的切削力波動最大。在生產中最常見的是帶狀切屑，有時得到擠裂切屑，單元切屑則很少見。假如改變擠裂切屑的條件，如進一步減小刀具前角，減低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到單元切屑。反之，則可以得到帶狀切屑。這說明切屑的形態是可以隨切削條件而轉化的。掌握了它的變化規律，就可以控制切屑的變形、形態和尺寸，以達到卷屑和斷屑的目的。崩碎切屑這是屬于脆性材料的切屑。這種切屑的形狀是不規則的，加工表面是凸凹不平的。從切削過程來看，切屑在破裂前變形很小，和塑性材料的切屑形成機理也不同。它的脆斷主要是由于材料所受應力超過了它的抗拉極限。加工脆硬材料，如高硅鑄鐵、白口鐵等，特別是當切削厚度較大時常得到這種切屑。由于它的切削過程很不平穩，容易破壞刀具，也有損于機床，已加工表面又粗糙，因此在生產中應力求避免。其方法是減小切削厚度，使切屑成針狀或片狀；同時適當提高切削速度，以增加工件材料的塑性。以上是四種典型的切屑，但加工現場獲得的切屑，其形狀是多種多樣的。在現代切削加工中，切削速度與金屬切除率達到了很高的水平，切削條件很惡劣，常常產生大量“不可接受”的切屑。所謂切屑控制（又稱切屑處理，工廠中一般簡稱為“斷屑”），是指在切削加工中采取適當的措施來控制切屑的卷曲、流出與折斷，使形成“可接受”的良好屑形切削液的常見問題解答標簽：切削油切削液極壓劑極壓性表面張力雜 分類：數控刀具技術談一、油基切削液與水基相比各有何特點？總的來說，油基切削液的潤滑性好些，水基切削液的冷卻性好些。油基切削液在高溫時易產生煙霧、易著火；水基切削液易生菌腐敗，使用期短，容易生銹。二、切削油的質量檢測有哪些項目？切削油的主要質量控制指標有粘度、閃點、傾點、脂肪含量、硫含量、氯含量、銅片腐蝕、水分、機械雜質、四球試驗等。關于測定方法可參考有關的試驗方法標準，在此僅對部分項目給予簡單說明。脂肪含量脂肪是切削油中的油性添加劑，是劃分切削油類別的一個重要指標。脂肪在切削油中可起到降低摩擦系數、減少刀具磨損的作用（對防止后刀面的磨損尤為有效）。加有較多脂肪的切削油特別適合于有色金屬加工以及切削量不大但產品精度及光潔度要求高的場合（如精車絲杠）。一般可用皂化值來大致判定其脂肪含量。切削油中脂肪含量過高或其質量控制不當，容易在機器上形成粘性物質造成機件運動不靈活，嚴重時會變成漆膜即所謂“穿黃袍”。氯含量切削油中氯主要來自含氯的極壓劑。氯需要在較高含量（大于1%）時，方可顯現出有效的極壓作用。如果氯含量不足1%，可以認為它不是為了提高潤滑性。一般含氯極壓切削油其氯含量都在4%以上，最高時可達30%?40%。但出于職業衛生及環保方面的考慮，有些國家已對切削油中氯的最高含量做了規定，如日本的JIS規定氯含量不得超過15%。氯對不銹鋼的加工以及在拉拔成型加工中都非常有效。其缺點是不夠穩定，遇水或溫度過高時會分解產生HCl引起腐蝕、生銹。硫含量切削油中硫來自兩個方面。一個是加入的含硫極壓劑，另一個是來自其他沒有極壓作用的含硫化合物，如基礎油中原有的天然硫化物以及防銹劑、抗氧劑等。有效的硫只需很低含量（0.1%）即可產生明顯的極壓效果。含硫極壓劑對抑制積屑瘤特別有效，但可惜現在還沒有簡單的方法能分別測出有極壓性的硫和沒有極壓性的硫。所以很難僅僅依據其硫含量（特別是硫含量不高時）判斷其極壓性如何。不過現在多數切削液制造廠家在其產品說明書中都標明加入的極壓劑硫含量。銅片腐蝕測定的方法是銅片法。腐蝕活性的大小用級數表示，1?2級為低活性或非活性，3?4級為高活性。級數越大，腐蝕活性越強。銅對硫很敏感，用此法可以判斷切削油中有沒有含硫極壓劑和極壓劑的活性大小（注意：此法不能判斷含硫劑的多少）。此項目也是劃分切削油類別的一個重要指標。四球試驗可測定最大無卡咬負荷。用此法可大致判斷切削油的極壓性，特別是用