铣削工艺与刀具设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,.,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,铣削原理与刀具,燕山大学机械工程学院 胡占齐,1,.,主要内容,1.铣刀的种类和用途,2.铣刀的几何角度,3.铣削的切削参数和切削面积,4.铣削的切削力,5.铣削的切削用量,6.尖齿铣刀设计,7.硬质合金端铣刀设计,8.铣刀制造过程中的基本问题,9.仿形齿轮铣刀设计与制造,10.铣刀的正确使用,2,.,1 铣刀的种类和用途,铣刀的种类特点和用途,3,.,立铣刀的变形,4,.,立铣刀的变形,5,.,立铣刀的变形,6,.,盘铣刀的变形,7,.,铣刀的应用,1.粗铣刀2.粗铣刀3.加深立铣刀,4.半精铣刀5半精铣刀6.精铣刀,8,.,2 铣刀的几何角度,9,.,圆柱铣刀的几何角度,10,.,端铣刀的几何角度,11,.,12,.,名称,符号,定义,作用,前角,0,前面与基面间的夹角，在主剖面中测量。,决定切削刃的锋利程度和强度。增大前角可减小切屑变形，减小切削力和切削功率。tr,刃倾角,s,主切削刃与基面间的夹角，在切削平面中测量。,控制切屑流向，影响切削刃强度和切削分力的大小。,背前角,（轴向前角）,p,前面与基面间的夹角，在背平面中测量,决定切削刃的强度和切屑的流向，影响切削分力的大小和表面质量。,侧前角,（径向前角）,f,前面与基面间的夹角，在假定工作平面中测量。,决定刀齿的强度和切削力的大小。,13,.,名称,符号,定义,作用,主偏角,k,r,主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。,影响刀尖部分的强度、切削分力之间的比例、工件表面的形状和切削刃参加切削的长度。,副偏角,k,r,副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量,减小副切削刃、副后面与工件已加工表面的摩擦，影响表面粗糙度。,后角,a,0,后面与切削平面间的夹角，在正交平面中测量。,减小后面与工作表面间的摩擦，并与前角决定切削刃的锋利和强度。,14,.,主剖面参考系,几何角度,进给切深面参考系,几何角度,法剖面参考系,几何角度,各参考系几何角度间的关系,15,.,工程图中角度标注原则：1 尽量按照参考系标注2 考虑加工调整方便。,16,.,17,.,18,.,3 铣刀用量和切削层参数,(1)铣削用量四要素,铣削速度v:切削刃上指定点的线速度,v=,d,0,n/(1000*60)(m/s),进给量a,f,：铣刀转过一个刀齿，铣刀与工件的相对位移（mm/z）；,f：铣刀转过一转，铣刀与工件的相对位移(mm/rev)；,v,f,：铣刀沿进给运动方向的运动速度(mm/min)。,v,f,=f*n=a,f,*z*n,铣削深度a,p,:平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸,铣削宽度a,e,:垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸,19,.,铣削用量,20,.,(2)切削层参数,切削厚度a,c,:在基面内测量的相邻刀齿主切削刃运动轨迹间的距离。,切削宽度a,w,:在基面内测量的 铣刀主切削刃的工作长度。,切削面积,每齿切削面积 A,c,:在基面内测量的每齿切削层面积,A,c,=a,c,*a,w,:,铣刀切削面积 A,c,:在基面内测量的每转切削层面积,A,c,=A,c,:,金属切除率z,w,：,z,w,=a,p,*a,e,*,v,f,=a,p,*a,e,*,a,f,*z*n,21,.,铣削时切削厚度的变化,22,.,铣削时切削层参数的计算（周铣）,23,.,铣削时切削层参数的计算（端铣）,24,.,球头铣刀的切削层,25,.,铣削,用量,切削层,参数,26,.,铣削方式左：周铣下：端铣,27,.,284 铣刀的切削力,29,.,铣削力的分解,切向铣削分力Fc：作用在铣刀切线方向,径向铣削分力Fp：作用于铣刀半径方向,轴向铣削分力Fo：作用于铣刀轴线方向,纵向铣削分力Fx：作用于机床纵向工作台方向,横向铣削分力Fy：作用于机床横向工作台方向,垂直铣削分力Fz：作用于机床升降工作台方向,对于不同的研究内容，采用不同的分解方法。,30,.,铣削力的计算,31,.,32,.,5 铣刀的切削用量,铣削用量的选择原则是：“在保证,加工质量,的前提下，充分发挥机床,工作效能,和刀具,切削性能,”。,在工艺系统刚性所允许的条件下，首先应尽可能选择较大的铣削深度a,p,和铣削宽度a,c,；其次选择较大的每齿进给量f,z,；最后根据所选定的耐用度计算铣削速度v,c,。,（1）铣削深度a,p,和铣削宽度a,c,的选择,对于端铣刀，选择吃刀量的原则是：当加工余量8mm，且工艺系统刚度大，机床功率足够时，留出半精铣余量0.52mm以后，应尽可能一次去除多余余量；当余量8mm时，可分两次或多次走刀。铣削宽度和端铣刀直径应保持以下关系：,d,0,=(l.l1.6)a,c,（mm）,对于圆柱铣刀，铣削深度a,p,应小于铣刀长度，铣削宽度a,c,的选择原则与端铣刀铣削深度的选择原则相同。,33,.,（2）,进给量的选择,每齿进给量,f,z,是衡量铣削加工效率水平的重要指标。粗铣时,f,z,主要受切削力的限制，半精铣和精铣时，,f,z,主要受表面粗糙度限制。,34,.,(3)铣削速度,vc,的确定,公式法：,使用方法：,初选铣削深度和铣削宽度；,计算切削速度；,调整切削参数以满足切削速度的要求。,其中的指数和系数查表。,35,.,查表法：,铣削速度的确定可查铣削用量手册，如机械加工工艺手册第l卷等,36,.,6 尖齿铣刀设计,（1）尖齿铣刀的主要结构参数,直径和孔径：d,0,=d+2m+2H,齿数 z0.12 d,0,（密齿）,刀齿及容屑槽,37,.,（2）尖齿铣刀的改进设计,大螺旋角铣刀,s=60,o,（切钢材）,s=40,o,（切铸铁）,增加刀齿强度和容屑空间,可以增加切削深度，提高生产率。38,.,采用分屑措施,采用高性能刀片材料,涂层硬质合金,CBN,金刚石,39,.,7 硬质合金端铣刀设计,40,.,（1）硬质合金端铣刀的结构,整体式 焊接装配式,可转位端铣刀,41,.,（2）刀片的定位与夹紧,定位：六点定位消除六个自由度,42,.,实际定位元件,43,.,实际定位元件,44,.,实际定位元件,45,.,夹紧机构,楔块夹紧：,夹紧可靠,刀垫加工要求高,46,.,夹紧机构,楔块夹紧：,定位夹紧效果好,结构复杂,47,.,夹紧机构,弹性夹紧：,换刀方便,夹紧力小,48,.,夹紧机构,上压式夹紧：,结构简单,加工要求高,49,.,简化上压式夹紧：,结构简单,加工要求高,50,.弹性挤压夹紧：,结构简单,加工要求高,51,.,压孔式夹紧：,结构简单,加工要求高,刀片有后角,52,.,夹紧机构,53,.,夹紧机构,54,.,夹紧机构,55,.,（3）端铣刀与主轴的连接形式,56,.,端铣刀与主轴的连接形式,57,.,端铣刀与主轴的连接形式,58,.,端铣刀与主轴的连接形式,59,.,端铣刀与主轴的连接形式,60,.,（4）端铣刀刀槽位置计算,刀具角度=刀片角度+刀槽角度,（图4-31b）,61,.,62,.,63,.,（5）端铣刀的改进设计,非均匀分布刀齿设计,为防止工艺系统出现共振，使切削平稳，还开发出一种不等分齿距铣刀。,在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。,64,.,阶梯型刀齿设计,阶梯型铣刀的切削图形,65,.,大型铣刀盘在离心力作用下的应力云图,66,.,大型铣刀盘在切削力作用下的应力云图,67,.,立装刀片铣刀设计,由于刀片采用切削力夹紧，夹紧力随切削力的增大而增大，因此可省去夹紧元件，增大容屑空间。,由于刀片切向安装，在切削力方向的硬质合金截面较大，因而可进行大切深、大走刀量切削，这种铣刀适用于重型和中量型的铣削加工。,68,.,合理选择刀片材料,(1)P类合金(包括金属陶瓷)用于加工产生长切屑的金属材料，如钢、铸钢、可锻铸铁、不锈钢、耐热钢等。分类号及选择原则如下：,P01 P05 P10 P15 P20 P25 P30 P40 P50,69,.,合理选择刀片材料,（2)M类合金 用于加工产生长切屑和短切屑的黑色金属或有色金属，如钢、铸钢、奥氏体不锈钢、耐热钢、可锻铸铁、合金铸铁等。分类号及选择原则如下：,M10 M20 M30 M40,70,.,合理选择刀片材料,(3)K类合金用于加工产生短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铝合金、铜合金、塑料、硬胶木等。分类号及选择原则如下：K01 K10 K20 K30 K40,71,.,合理选择刀具角度,72,.,铣刀前角的选择,双负前角：,双负前角的铣刀通常均采用方形(或长方形)无后角的刀片，铣刀强度高、抗冲击性好，适用于铸钢、铸铁的粗加工。由于切屑收缩比大，需要较大的切削力，因此要求机床具有较大功率和较高刚性。由于轴向前角为负值，切屑不能自动流出，当切削韧性材料时易出现积屑瘤和刀具振动。,双正前角：,双正前角铣刀采用有带后角的刀片，这种铣刀楔角小，具有锋利的切削刃。由于切屑收缩比小，所耗切削功率较小，切屑成螺旋状排出，不易形成积屑瘤。这种铣刀最宜用于软材料和不锈钢、耐热钢等材料的切削加工。对于刚性差(如主轴悬伸较长的镗铣床)、功率小的机床和加工焊接结构件时，也应优先选用双正前角铣刀。,正负前角(轴向正前角、径向负前角)：,这种铣刀综合了双正前角和双负前角铣刀的优点，轴向正前角有利于切屑的形成和排出；径向负前角可提高刀刃强度，改善抗冲击性能。此种铣刀切削平稳，排屑顺利，金属切除率高，适用于大余量铣削加工。,73,.,铣刀主偏角的选择,可转位铣刀的主偏角有90、75、60、45等几种。,90主偏角在铣削带凸肩的平面时选用，一般不用于纯平面加工。该类刀具通用性好(即可加工台阶面，又可加工平面)，在单件、小批量加工中选用。由于该类刀具的进给抗力大，易振动，因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。在加工带凸肩的平面时，也可选用88主偏角的铣刀，较之90主偏角铣刀，其切削性能有一定改善。,6075主偏角适用于平面铣削的粗加工。由于径向切削力明显减小(特别是60时)，其抗振性有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。75主偏角铣刀为通用型刀具，适用范围较广；60主偏角铣刀主要用于镗铣床、加工中心上的粗铣和半精铣加工。,45主偏角此类铣刀的径向切削力大幅度减小，约等于轴向切削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高；在加工铸铁件时，工件边缘不易产生崩刃。,74,.,8 铣刀制造过程中的基本问题,单角度铣刀和双角度铣刀加工容屑槽,75,.,对刀方法,76,.,对刀方法,77,.,对刀方法,78,.,9 仿形齿轮铣刀设计与制造,仿形齿轮铣刀的类型,盘形铣刀：指形铣刀：,79,.,齿轮铣刀齿形及样板,80,.,齿轮铣刀的分套,同一模数不同齿数的齿轮齿形不同,4把一套,8把一套,15把一套,24把一套,铣刀号,1,2,3,4,5,6,7,8,齿数范围,12,13,14,16,17,20,21,25,26,34,35,54,55,134,135,81,.,指形铣刀螺旋面的加工,82,.,铣刀的铲齿,问题：铲齿运动刀具齿形砂轮直径,83,.,铲齿铣刀后角随刃型变化,84,.,铲齿铣刀后角过小时的改进措施a)修改工件形状b)磨出凹槽或副偏角c)采用斜向铲齿,85,.,铣刀的选择,材料：,结构：,规格：,铣刀的磨钝标准,和安全工作区域,10 铣刀的正确使用,86,.,铣刀的刃磨,87,.,铣刀角度检测,88,.,铣刀角度检测,89,.,铣刀角度检测,90,.,总结,铣刀的几何角度,铣削的切削参数和切削面积,铣削的切削用量,尖齿铣刀设计,硬质合金端铣刀设计,铣刀的正确使用,91,.,谢谢！,92,.,