数控铣刀刀具角度论文

数控铣刀刀具角度论文（共6篇）

篇1：数控铣刀刀具角度论文

一、选题的目的和意义：

刀具是机械制造系统中重要的组成部分之一,机械工业的生产过程中涉及大量的金属切削加工。其中要采用各类标准与非标准刀具,其共性是规格多、品种杂、数量大、精度高,在实际加工中刀具的性能和质量直接影响到能否顺利加工出符合要求的产品,影响到加工工艺,影响到产品的精度;而能否按时保质保量地将调度或修磨好的刀具顺利地提供给生产线又将直接影响到生产能否正常持续地进行下去,特别是在实施高精益生产的CAM中,生产的中间环节是整个生产线的核心环节。因此,一把关键的刀具特别是非标准刀具如不能按时提供到位,将会造成整个生产线的停产作业,此时如没有完善的应急措施或迅速反应,可能会造成最后的装配线的停产作业,这将给整个企业带来大的经济损失。由此看来,刀具的管理无疑是影响其效率发挥的重要因素之一,刀具管理是否合理、科学,在很大程度上决定了CAM系统的可靠性和生产效率的高低。刀具管理的目标就是保证及时、准确地为指定的机床提供所需的刀具。一个合理有效的全面刀具管理系统必然会对整个系统生产力水平的提高、投资费用的减少起重要作用。

在开发数据库应用的软件项目中, 建立有效管理生产车间的刀具, 在利用刀具开发的系统中能否实现利用最小的刀具资源来达到企业的生产要求, 尽可能减少对刀具资源的占有, 使刀具的存取更便利, 刀具交换次数少, 准备时间短, 利用率更高, 为提高自动化生产效率奠定基础

二、国内外研究现状及存在问题：

自第一个切削数据库诞生以来，世界各工业发达国家大都开发了各自的金属切削数据库。据不完全统计，迄今已有德国、美国、瑞典、英国、日本、挪威、比利时和匈牙利等12个国家建立了30多个金属切削数据库，提供各种形式的信息服务。对世界各国切削数据库所作的调查情况，目前切削数据库中的数据来源于实验室、生产车间及文献，主要应用于车削、铣削、钻削及磨削。

在已建立的切削数据库中，当属CUTDATA与INFOS最为著名。1964年，美国金属切削联合研究公司和美国空军材料实验所联合建立了美国空军加工性数据中心(AFMDC)。该中心开发的CUTDATA切削数据库，是世界上第一个金属切削数据库，该数据库包含大量的切削试验数据，并且经过多次更新，比较全面、可靠，可以为3750种以上的工件材料，22种加工方式及12种刀具材料提供切削参数。德国1971年建立了切削数据情报中心(INFOS)。该中心存储的材料可加工性信息达二百多万个单数据，成为世界上存储信息最多、软件系统最完整和数据服务能力最强的切削数据库之一。

我国建立的切削数据库是从20世纪80年代开始的。目前，国内有成都工具研究所、南京航空航天大学、北京理工大学、西北工业大学、上海工业大学、山东大学、哈尔滨理工大学和天津大学等单位，在切削数据库方面开展了一些研究工作。

成都工具研究所在1987年建成了我国第一个试验性车削数据库TRN10，又于1988年从当时的联邦德国引进了INFOS车削数据库软件(在国内运行后，被称为ATRN90)，并加以改进，向国内推出其修订版的ATRN90E。随后又继续开发并推出了车削数据库软件CTRN90V1.0。CTRN90与原版INFOS比较，它改进、扩展了系统，增强了功能，增添了中国数据，应用了“可加工性材料组——切削材料副”的概念，实现了软件的汉语化和英语化。它在汉化VAX/CVMS操作系统环境中运行，用户界面为人机对话方式，采用多层菜单驱动。软件本身规模约为8MB，带有11个专用子程序库。采用了国内的机床、刀具和试验数据，同时也包含了部分国外数据。1991年推出了CTRN90V2.0，1992年又推出CTRN90V3.0。在上述基础上，1998年开发了在Windows环境下运行的数据库软件。

南京航空航天大学是研究金属切削数据库比较早的高校，早在1986年，南航的张幼桢教授就对建立金属切削数据库的若干问题进行了探讨，许洪昌等对金属切削数据库又进行了更深一步的研究，近年来，着重研究切削数据的优化和专家系统技术在切削数据库中的应用。1988年，开发了一个专用切削数据库软件系统NAIMDS，1991年进一步开发了KBMDBS切削数据库系统。

北京理工大学建立了一个主要面向硬质合金刀具材料和涂层刀具生产厂家的切削数据库系统。根据切削数据的不同来源和特点，将其分为三大类：即浓缩型切削数据、离散型切削数据和资料型切削数据。北京理工大学对切削试验曲线在切削数据库中的存储与绘制进行了研究，并在此基础上实现了刀具磨损、刀具寿命、断屑和切削力等六种试验曲线的存储和绘制，使金属切削数据库在功能上不仅能够存储数据，而且也能处理曲线。这对于丰富切削数据库的内容，扩大切削数据库的范围，以及工程数据库的建立都有积极的意义。除了各国均建立自己的切削数据库外，国际学术机构也开展了切削数据库的研究开发工作，如于1995年成立的国际生产工程学会(CIRP)切削加工模型研究小组，从事切削加工预报模型的研究，为机械制造业提供切削参数，自1998年开始邀请世界著名研究机构加盟其切削数据库的研究与建立。

建立切削数据库的根本目的是为生产实际服务，但已建立的切削数据库及工艺数据库，付诸实用的还不多，分析其原因是多方面的：①企业对切削数据库的重视不够；②数据的信息量还不够多，且尚未解决与CAPP、CAM等系统的联接问题；③关键的问题是现有切削数据库本身还存在一些问题，首先是切削数据的可靠性，由于数据的来源较多，有来自工厂的数据、实验室的数据，还有来自各种手册上的数据，这些数据应经过严格的分析、处理和评估，否则，其应用效果必然不佳。

三、主要研究内容：

1，了解刀具管理系统的国内外研究现状及其存在的问题。

2，根据系统总体的需求分析，思考系统需采用的一些相关技术，然后分析设计系统数据库，创建数据库。

3，构建刀具管理模型，应用数据库技术设计的原理和方法，建立刀具管理数据库系统。

四、研究方法：

利用网络资源查找相关资料，找到数控加工刀具数据库和切削参数数据库的建立方案，以Microsoft SQL Server 2000为后台，完成数据库的建立，并以VB为开发工具，创建了SQL数据库数据的连接和显示, 实现了多维数据影射技术。通过构建数据关联, 完成程序设计即可实现刀具数据库系统的登录和系统操作的应用，开发一个合理的刀具参数和切削参数查询软件。

五、研究步骤：

1，接触课题，利用学校图书馆资源查找相关文献，了解课题。2，学习课题所需的技术手段，如VB，SQL等。

3，分析有关资料，提出数控加工刀具数据库和切削参数数据库的建立方案。4，设计数据库。5，通过SQL、Excel等，构建刀具数据库，尽量使数据库结构合理，内容全面。6，利用VB软件，构建刀具管理系统，软件的界面友好，操作方便、可靠。7，测试完成的系统，使其能够根据所需刀具类型交互式地查询刀具参数、加工材料、切削参数等内容。

8，文档资料编写，完成课程设计所规定的内容。

六、参考文献: [1] 陈志同 陈五一 林东 《优化型切削参数数据库的数据结构》 2007.11 [2] 刘勇贤 刘红军 《数控加工工艺参数查询系统》 2007年第4期

[3] 宋玉贵 黄小霞 苏炜 《面向工艺设计的数控刀具管理控件开发》 2006年2月 [4] 刘战强 黄传真 万熠等 《切削数据库的研究现状与发展》 2003年11月 [5] 丁娜仁花 《基于开放式数控系统的刀具数据库管理研究与设计》 2007年1月 [6] 田先亮 《数控加工中的刀具选择和切削用量的确定》 科技资讯 2007年NO.24

篇2：数控铣刀刀具角度论文

在车床上车削凸轮时, 凸轮随车床主轴转动的同时, 车削刀具沿径向要快速往复移动, 移动距离的大小由凸轮的轮廓与主轴转角的函数关系来决定。除此之外, 无论是采用仿形车削还是数控车削来加工凸轮, 需要考虑两个关键问题:

1) 由于凸轮轮廓的非圆度的影响, 车削半径的改变导致切削刀具的工作前、后角产生变化。凸轮的工作升、降程范围越大, 则刀具的工作前、后角变化越大, 导致车削凸轮轮廓时, 有时切削条件好, 有时切削条件差, 使得凸轮轮廓加工质量不均, 且影响刀具的使用寿命。

2) 同样由于凸轮轮廓的非圆度引起的车削半径变化, 在转速恒定的情况下, 使切削速度变化很大, 切削温度会加剧变化, 影响产品加工质量, 加快刀具的磨损。

因此车削凸轮时, 为了获得良好的加工质量, 以及延长刀具使用寿命, 在实现刀具往复快速移动情况下, 车床刀架应随车削凸轮的轮廓位置实时摆动相应的角度, 使刀具在车削凸轮过程中工作前、后角保持一致。

1 刀具工作角度可实时补偿的摆动刀架结构设计

1.1 摆动刀架的整体结构设计问题

摆动刀架要满足对刀具的工作角度进行实时控制, 必须设置有驱动伺服电机, 其工作驱动信号与刀具摆动角度值相对应, 摆动角度值是根据凸轮的曲线轮廓方程与主轴的转角计算得出。另外考虑数控车削凸轮时因凸轮轮廓的非圆度较大, 除刀具的工作角度要实时调整外, 刀具还要作高速往复移动, 这要求转动刀架自身重量小, 因此整体结构紧凑, 要满足大减速比。车削过程中刀具的工作角度实时可变, 则刀具要绕一个回转中心旋转, 车削刀具相当于悬臂结构, 刚性及自锁性能要好。刀具工作角度实时补偿的角度有正负值, 转动刀架要正反转, 传动机构若存在间隙会影响回转, 从而影响刀具工作角度的实时补偿精度, 因此要有消除传动间隙机构。

1.2 转动刀架的刚性问题

图1为车削刀具的受力分析图, 根据受力平衡分析, 得

式中:M为回转进给扭矩;F为切削力;l1为刀架座端面到回转中心的距离;l2为刀具刀尖到刀架座端面的距离。

车削时作用在刀具上的切削力使转动刀架受到弯矩作用。当切削力F较大、力臂较长时, 弯矩很大, 在这种状态下, 转动刀架的抗力性能不佳, 因此结构设计及安装刀具时应尽量使l1、l2值小。

1.3 转动刀架的传动方式选择

传动方式可以采用全齿轮传动方式及蜗轮蜗杆传动方式, 但从整体设计结构紧凑、减速比大考虑, 转动刀架传动方式选用了蜗轮蜗杆传动方式, 此传动方式采用一级齿轮传动与蜗轮蜗杆机构的组合。蜗轮蜗杆传动易达到大减速比, 传动级数少, 且具有自锁性, 适合整体结构设计的需要。传动方式如图2所示。

1.4 转动刀架的支承方式与润滑方式

支承方式与润滑方式对整个结构的精度、刚性及稳定性非常重要。考虑凸轮车削时主轴转速不高, 实现刀具摆动补偿的摆动轴与凸轮轮廓车削同步, 因而蜗轮蜗杆的线速度相对较小, 选用高质量的油脂润滑方式。支承方式可以采用角接触球轴承支承结构或圆锥滚子轴承支承结构, 但考虑整个转动刀架的转动速度较小, 线速度较低, 切削力不是很大的情况下, 也可采用深沟球轴承支承结构。

1.5 转动刀架机构的防尘与密封

转动刀架机构中安装刀具的摆动头部分呈开放式的, 需要防止灰尘及切屑进入传动链及支承结构中。在满足性能要求的前提下, 尽量采用简单方法来达到目的, 如使用带防尘罩的轴承等。

2 转动刀架刀具摆动角度的设计计算

2.1 凸轮与刀架的几何关系

数控车削凸轮时安装刀具的刀架既能左右移动又要以回转中心回转来补偿刀具工作前、后角的变化, 因此车削时, 凸轮轴的转动、刀架的复合运动确保车刀刀尖的切削点与回转中心的连线与过切削点的法线n-n重合, 即在切削凸轮轮廓曲线的不同部位时, 车刀切削点的法线始终通过刀架的回转中心, 因而车削过程中刀具工作前角始终不变。如图3所示。安装刀具时, 在切削的起始位置, 刀尖应与刀架回转中心在同一个水平位置, 车削时刀尖绕回转中心摆动, 相对于刀架, 刀尖的轨迹是以回转中心为圆心, 以刀尖到回转中心的距离, 即前面所述的l1+l2距离之和为半径R的圆。

图3中O为凸轮的转动中心, O1为刀架的回转中心, B为切削点, 也即刀尖运动的轨迹圆与凸轮的切点, α角即为刀具实时摆动对应的角度。当刀架向着凸轮中心移动时, 刀具逆时针转动α角, 背离凸轮中心移动时, 刀具顺时针转动α角, 以实时补偿刀具前、后角的变化, 因此, 在摆动车削过程中, 刀尖点B一般不在刀架的往复移动直线OO1上, 而是偏转了一个角度, 但刀尖点B的运动轨迹仍然是待加工凸轮的实际轮廓曲线。

2.2刀具摆动角度的计算分析

摆动车削凸轮时, 刀具相对于被加工凸轮的运动轨迹相当于滚子对心从动件平面凸轮机构运动状态, 其回转中心可假想成凸轮的滚子中心, 如图4所示。图4中回转中心O1点为滚子对心从动件的理论廓线一点, 而过回转中心的理论法线上等距R点即B点为实际廓线上一点, 在直角坐标系XOY中, 转子中心O1的直角坐标为

B点直角坐标为

由高等数学可知, 曲线上任一点的法线斜率与该点的切线斜率互为倒数, 故理论廓线上O1点的法线n-n斜率为

则根据式 (1) 、式 (2) 、式 (3) 、式 (4) 及凸轮运动规律方程、主轴的角速度, 从而运用数控系统的宏程序功能可方便计算出刀具的实时摆角。

2.3 刀具实时摆动角度的宏程序计算

从上面推导出的刀具摆动角度计算公式可知, 要计算摆动角度α, 首先要确定凸轮的转角φ, 即主轴的实时角度位置, 然后按推导的公式进行宏程序编程计算摆动角度α。

主轴的转角φ计算公式:

1) φ=ωt=2πnt/60。其中, n为主轴的转速, t为主轴转动的计算时间, 从如图4所示切削起始角度0°开始计时, 主轴转一圈计时结束, 此式不适用于恒线速切削。

上述主轴转角的两个计算公式要实现宏程序运算, 则要利用数控系统的系统变量来读取时间t、主轴转速n或脉冲数△N。在数控机床中, 数控系统有很多可用的系统变量, 这些系统变量能获取包含在机床处理器或NC内存中的只读或读/写信息, 包括与机床处理器有关的交换参数、机床状态参数、加工参数等系统信息, 不同的数控系统, 使用的系统变量规定不同, 使用时要按使用手册来设定。例如FANUC 0i中运用系统时钟系统变量#3001及主轴转速系统变量#4119, 作为宏程序的局部变量, 按照式 (1) 利用宏程序就能方便计算出主轴的实时转角。

3 结论

宏程序计算出的刀具工作角度实时摆动的角度值信号输入到数控驱动装置, 经驱动装置输出的驱动电源驱动电动机转动, 从而带动刀架转动。因刀具摆动的角度与凸轮的轮廓有关联, 所以设计时应考虑刀架摆动一个周期要与主轴转一圈同步。刀具实时摆动角度可以根据凸轮的轮廓函数关系式利用宏程序计算, 能够快速适应不同凸轮轮廓的加工。

摘要：车削凸轮时刀具要快速往复移动, 但由于凸轮轮廓非圆度的影响, 刀具工作角度随着刀具切削点位置的不同其角度会产生变化, 这将降低产品的加工质量, 影响刀具的使用寿命, 因此在车削凸轮的过程中要对刀具工作角度的变化给予补偿, 以使其恒定不变。文中提出了一种摆动刀架结构设计方案, 使刀具能根据凸轮轮廓的变化其工作角度可以实时调整, 并分析推导出了刀具摆动角度的计算方法, 可利用数控系统的系统变量通过宏程序来实现刀具摆动角度的自动计算。

关键词：刀具工作角度,摆动刀架,实时摆动,宏程序

参考文献

[1]申永胜.机械原理教程[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]Smid P.FANUC数控系统用户宏程序与编程技巧[M].罗学科, 译.北京:化学工业出版社, 2008.

[3]陆金贵.凸轮制造技术[M].北京:机械工业出版社, 1986.

[4]张政泼, 覃学东.五轴联动机床的结构性能分析与设计探讨[J].装备制造技术, 2009, 21 (10) :5-8.

篇3：立式数控铣床常用铣刀的应用

关键词：立式数控铣床 面铣刀 立铣刀 键槽铣刀 模具铣刀

一、立式数控铣床的常见形式和工作方式

立式数控铣床有小型和中型之分。小型数控铣床一般为立式升降台结构，即机床的主运动和进给运动都是由工作台完成的；而中型立式铣床的主运动Z方向由主轴箱完成，进给运动X和Y方向运动由工作台完成。由于立式数控铣床一般都是三坐标机床，根据可控制联动的坐标轴数分类，立式数控铣床有三坐标联动数控铣床和两轴半坐标联动数控铣床。立式数控铣床常加工的零件有平面轮廓类零件、空间曲面轮廓类零件和模具类零件等，可用于零件的平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削等。

二、立式铣床大平面加工常用刀具——硬质合金可转位面铣刀

1.面铣刀的定义

立式数控铣床加工大平面类零件时，一般选用面铣刀，也称端铣刀。面铣刀有一个大直径的刀盘，切削面积大，切削效率高。面铣刀的主切削刃分布在铣刀周围的圆柱面和圆锥面上，副切削刃分布在铣刀的端面上。

2.硬质合金面铣刀的分类及应用

立式数控铣床最常用的面铣刀是硬质合金可转位面铣刀，根据刀片主偏角的不同分为45°面铣刀、75°面铣刀和90°面铣刀等。45°面铣刀由于振动小，被经常使用，可加工平面和斜面、倒角面等。用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高。75°面铣刀的抗震性较90°面铣刀有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。该类面铣刀为通用型刀具，适用范围较广，可用于粗加工。90°面铣刀既可加工台阶面，又可加工平面，但加工时振动大，要求机床具有较大功率和足够的刚性，一般用于薄壁件加工。

3.面铣刀直径和齿数选择方法

面铣刀直径选择时，主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。面铣刀直径可按公式D=1.5d（d为主轴直径）选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。面铣刀有粗齿、中齿和细齿之分。粗齿齿数少，容屑空间大，刀齿强度大，适合用于粗加工；中齿铣刀切削平稳，应用广泛；细齿铣刀齿数多，容屑空间小，刀齿的强度小，适合用于精加工。

三、立式数控铣床轮廓加工常用刀具——立铣刀

1.立铣刀的定义

立铣刀是数控铣床上利用率最高的刀具，可以加工平面、零件轮廓和一些开口通槽和成形面等。立铣刀的形状是圆柱形的，一般有三刃以上，主切削刃分布在铣刀的圆柱面上，端面上是副切削刃，铣刀端面的形状有中心孔式或是开口式。

2.立铣刀的螺旋角及其作用

立铣刀有左螺旋和右螺旋之分，铣削刃也有左刃和右刃之分，最常见的是右刃右螺旋。立铣刀圆柱表面上的刃可以是直刃，也可以是螺旋刃。但直刃是断续切削，振动大，表面质量不好；而螺旋刃是连续切削各刀齿沿切削刃逐渐切入和切出，振动很小，从而提高了切削过程的平稳性和工件的加工表面质量，带有螺旋刃的立铣刀最常见。

螺旋角一般有30°和45°两种。对于一些加工要求较低的工件，一般用30°螺旋角，用大进给量、小转速。而如果零件要求质量较高，就要选用45°螺旋角，用小进给量、大转速，提高零件的表面质量。

3.立铣刀的齿数选择

立铣刀的容屑槽随着刃数的增多而减小，而刚性则相反，刃数越多的立铣刀刚性越好，而刚性影响着铣削时刀具的平稳性。所以，一般将刀齿个数为3～6个的立铣刀用于粗加工，而将刀齿个数为5～10个的立铣刀用于精加工。

4.立铣刀的进给

立铣刀在应用时，有一个禁忌，即一般不能沿铣刀的轴向做进给运动，而推荐沿铣刀的径向做进给运动。但是如果改变加工方式，也可以沿Z方向切深进刀。常见的进刀方式如下。

（1）利用钻头和工艺孔进刀。先选用直径较小的钻头加工出工艺孔，再用立铣刀进行Z向垂直切深进给。

（2）利用螺旋进刀方法。数控铣床可以实现三轴联动螺旋线进刀，使得Z向进刀和内轮廓加工自然平滑过渡，一般不会产生加工刀痕，因此，这种方式得到广泛应用。

（3）斜线进刀方法。采用三轴联动的斜线方式进刀，利用立铣刀的端面刃切削，从而避免了刀具的中心部分参与切削。但不足之处是，这种进刀方式无法实现Z向进刀和内轮廓加工的平滑过渡，容易产生加工痕迹。

5.立铣刀的新成员——硬质合金螺旋齿铣刀

硬质合金螺旋齿铣刀比普通立铣刀直径大，在铣刀的圆周上开螺旋槽，在一个刀槽中装上两片或多片硬质合金刀片，并使相邻刀齿间的接缝相互错开，利用同一刀槽刀片之间的接缝作为分屑槽。这种铣刀的刀片多，而且相互错开，形同成熟的玉米，俗称“玉米铣刀”。由于是由多个硬质合金刀片组成的螺旋刃，因此“玉米铣刀”的强度高、切削力大，多被用于粗加工，可以有大的背吃刀量、大的进给量，铣削效率很高。如图1所示。

图1

6.立铣刀的新成员——波形刃铣刀

波形刃铣刀的刀刃为波形，可以有效地减低切削阻力，振动小，铣削效率高。波形刃铣刀将狭长的切屑经波刃分割为又厚又短小的碎切屑，排屑顺畅；波形刃能使切削刃的长度增大，不仅有利于散热，还可以更方便切削液渗入切削区，冷却效果好，可以用于精加工，如图2所示。

图2

四、立式数控铣床槽类常用刀具——键槽铣刀

键槽铣刀在外形上和立铣刀非常相近，只是键槽铣刀都是两刃刀具，端面上没有中心孔，端面的刀齿从外圆开至轴心，螺旋角一般为30°，端面刀齿的强度高，所以端面刀齿上的切削刃为主切削刃，圆柱面上的切削刃为副切削刃。和立铣刀不同，键槽铣刀既可以沿轴向进给，也可以沿径向进给。槽铣刀因为只有两刃，所以刚性没有立铣刀大。但是，圆柱直径的精度和公差很严，铣刀的整体精度较高，这也使得在利用键槽铣刀铣削封闭圆头键槽时，要选择和键槽直径相同的铣刀，用铣刀的直径精度保证键槽的精度。在立式铣床刀具不够完备时，我们可以用键槽铣刀做多个内容加工，如平面、沟槽、轮廓等。这种方法经常在学生初学铣床对加工精度要求不是很高时使用。endprint

五、立式数控铣床加工模具常用刀具——模具铣刀

在立式铣床上加工模具型腔和三维成型面时，要用到模具铣刀。模具铣刀按工作部分外形可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形平头铣刀等几种，一般常选用直径规格较小的模具铣刀，可以灵活地加工模具上的一些曲面和有斜度的出模面等。模具铣刀的圆柱面、圆锥面和球面上的切削刃均为主切削刃，在铣削中铣刀可以沿轴向和径向做进给运动。

1.球头立铣刀

球头立铣刀以斜线铣或螺旋插补铣加工型腔，适用于高速加工，但因为球铣刀的球头的切削速度为0，一般不推荐用球头铣刀轴向进给，为保证加工精度，顶端切削一般采用很小行距，故球头铣刀常用于曲面的精加工。如图3所示。

图3

2.圆锥形铣刀

圆锥形铣刀的圆锥半角有3°、7°、10°、30°等。圆锥形模具铣刀在模具加工领域中应用很广泛，其作为成型刀具可以很方便地加工出斜面，生产效率高，编程简单。但要注意根据模具的出模角和斜面要求选用合适的铣刀，如图4所示。

图4

六、普通立铣刀和钻铣刀的区别

普通立铣刀的端面中心有中心孔，一般不能轴向进给。而钻铣刀虽属于立铣刀，但有至少一对端面的切削刃是连在一起的，即切削刃是过中心的，兼具了钻头和立铣刀的功用，所以可以轴向进给，但应选择较低的切削进给速度。在一些数控比赛中，经常使用这种新型钻铣刀，加工效率和加工质量均较高。

七、铣刀的选用

在实际数控铣削加工中，要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等情况，选择合适的刀具，还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。如：虽然面铣刀、立铣刀都可以加工平面，但是如果平面的面积较大，还是优先选用面铣刀。在平面零件周边轮廓的加工中，一般选用立铣刀。加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的“玉米铣刀”。槽的铣削，开口槽或通槽用立铣刀和键槽铣刀均可，如果是圆头封闭键槽，要用键槽铣刀，如果是圆底槽，就要考虑球头铣刀了。

参考文献：

[1]人力资源和社会保障部教材办公室.数控加工工艺学（第三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.

[2]邓建新，赵军.数控刀具材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

（作者单位：开封市技师学院）endprint

五、立式数控铣床加工模具常用刀具——模具铣刀

在立式铣床上加工模具型腔和三维成型面时，要用到模具铣刀。模具铣刀按工作部分外形可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形平头铣刀等几种，一般常选用直径规格较小的模具铣刀，可以灵活地加工模具上的一些曲面和有斜度的出模面等。模具铣刀的圆柱面、圆锥面和球面上的切削刃均为主切削刃，在铣削中铣刀可以沿轴向和径向做进给运动。

1.球头立铣刀

球头立铣刀以斜线铣或螺旋插补铣加工型腔，适用于高速加工，但因为球铣刀的球头的切削速度为0，一般不推荐用球头铣刀轴向进给，为保证加工精度，顶端切削一般采用很小行距，故球头铣刀常用于曲面的精加工。如图3所示。

图3

2.圆锥形铣刀

圆锥形铣刀的圆锥半角有3°、7°、10°、30°等。圆锥形模具铣刀在模具加工领域中应用很广泛，其作为成型刀具可以很方便地加工出斜面，生产效率高，编程简单。但要注意根据模具的出模角和斜面要求选用合适的铣刀，如图4所示。

图4

六、普通立铣刀和钻铣刀的区别

普通立铣刀的端面中心有中心孔，一般不能轴向进给。而钻铣刀虽属于立铣刀，但有至少一对端面的切削刃是连在一起的，即切削刃是过中心的，兼具了钻头和立铣刀的功用，所以可以轴向进给，但应选择较低的切削进给速度。在一些数控比赛中，经常使用这种新型钻铣刀，加工效率和加工质量均较高。

七、铣刀的选用

在实际数控铣削加工中，要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等情况，选择合适的刀具，还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。如：虽然面铣刀、立铣刀都可以加工平面，但是如果平面的面积较大，还是优先选用面铣刀。在平面零件周边轮廓的加工中，一般选用立铣刀。加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的“玉米铣刀”。槽的铣削，开口槽或通槽用立铣刀和键槽铣刀均可，如果是圆头封闭键槽，要用键槽铣刀，如果是圆底槽，就要考虑球头铣刀了。

参考文献：

[1]人力资源和社会保障部教材办公室.数控加工工艺学（第三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.

[2]邓建新，赵军.数控刀具材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

（作者单位：开封市技师学院）endprint

五、立式数控铣床加工模具常用刀具——模具铣刀

在立式铣床上加工模具型腔和三维成型面时，要用到模具铣刀。模具铣刀按工作部分外形可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形平头铣刀等几种，一般常选用直径规格较小的模具铣刀，可以灵活地加工模具上的一些曲面和有斜度的出模面等。模具铣刀的圆柱面、圆锥面和球面上的切削刃均为主切削刃，在铣削中铣刀可以沿轴向和径向做进给运动。

1.球头立铣刀

球头立铣刀以斜线铣或螺旋插补铣加工型腔，适用于高速加工，但因为球铣刀的球头的切削速度为0，一般不推荐用球头铣刀轴向进给，为保证加工精度，顶端切削一般采用很小行距，故球头铣刀常用于曲面的精加工。如图3所示。

图3

2.圆锥形铣刀

圆锥形铣刀的圆锥半角有3°、7°、10°、30°等。圆锥形模具铣刀在模具加工领域中应用很广泛，其作为成型刀具可以很方便地加工出斜面，生产效率高，编程简单。但要注意根据模具的出模角和斜面要求选用合适的铣刀，如图4所示。

图4

六、普通立铣刀和钻铣刀的区别

普通立铣刀的端面中心有中心孔，一般不能轴向进给。而钻铣刀虽属于立铣刀，但有至少一对端面的切削刃是连在一起的，即切削刃是过中心的，兼具了钻头和立铣刀的功用，所以可以轴向进给，但应选择较低的切削进给速度。在一些数控比赛中，经常使用这种新型钻铣刀，加工效率和加工质量均较高。

七、铣刀的选用

在实际数控铣削加工中，要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等情况，选择合适的刀具，还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。如：虽然面铣刀、立铣刀都可以加工平面，但是如果平面的面积较大，还是优先选用面铣刀。在平面零件周边轮廓的加工中，一般选用立铣刀。加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的“玉米铣刀”。槽的铣削，开口槽或通槽用立铣刀和键槽铣刀均可，如果是圆头封闭键槽，要用键槽铣刀，如果是圆底槽，就要考虑球头铣刀了。

参考文献：

[1]人力资源和社会保障部教材办公室.数控加工工艺学（第三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.

[2]邓建新，赵军.数控刀具材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

篇4：数控铣刀刀具角度论文

车削凸轮时, 刀具根据凸轮轮廓的变化作高速往复移动的同时还要摆动一定的角度以修正补偿刀具工作角度变化, 使车削过程中刀具的工作角度保持恒定值, 如图1 所示。切削过程中凸轮随主轴转动, 刀具往复移动的同时绕回转中心摆动 α 角, 在切削凸轮轮廓曲线的不同部位时, 车刀切削点的法线始终通过刀具的回转中心, 确保车刀刀尖的切削点与刀具回转中心的连线在切削点的法线n-n上, 因而使车削过程中刀具工作角度恒定不变, 使凸轮始终在合理状态下切削[3]。

由车削时刀具与凸轮的几何位置关系可以得出, 刀具相对于被加工凸轮的运动轨迹相当于滚子对心从动件平面凸轮机构运动状态, 如图2 所示[3]。图2 中凸轮的滚子中心可假设成刀具回转中心, 刀具回转中心点即为滚子对心从动件的理论廓线上一点, B点为滚子与凸轮的切点, 为凸轮实际廓线上的一点, 也即刀具的切削点, 刀具的回转半径相当于滚子半径。图2 中O为凸轮的回转中心, ∠OO1B为凸轮的瞬时压力角。经图1 与图2 比较, 凸轮的瞬时压力角与刀具摆动补偿角度值相等, 即与刀具实时摆动角度 α 相等。

车削时根据凸轮轮廓实时计算切削点的刀具摆动角度值, 此值作为控制信号控制伺服电机转动对应的角度, 从而控制刀具的转角以达到车削时刀具保持恒定前、后角的目的。

1 刀具实时摆动角度的计算分析

车削凸轮时刀具工作角度保持不变, 其刀尖绕回转中心回转而摆动相应的角度。刀具摆动的角度相当于凸轮的瞬时压力角, 与∠OO1B相等, 因此可根据图2 来计算。图2 中滚子中心O1点的坐标计算式为[1]:x= (s0+s) ·sinφ;y= (s0+s) cosφ 。式中:x、y为滚子中心点坐标;s0为凸轮的基圆半径;s为凸轮的行程距离;φ 为凸轮的转角。

B点直角坐标计算式为:x'=x-rccosβ;y'=y -rcsinβ。 式中:x'、y'为B点的坐标;rc为滚子半径, 相当于刀具切削点到回转中心的距离R;β 为法线n-n与水平线的夹角。

根据曲线上任一点的法线斜率与该点的切线斜率互为倒数的关系, 可将B点坐标计算式变换为:x'=x+Rv/τ;y'=y-Ru/τ。式中:u=dx/dφ, v=dy/dφ,

令∠OO1B=α, 则刀具摆动角度计算式为

其中:OB2=x2+y2, OO12=x'2+y'2。

2 刀具摆动角度实时计算的数控系统变量选择

从刀具摆动角度计算式推导过程可知实时摆动角度值 α 与凸轮的转角即主轴的转角 φ 成函数关系, 所以需要获得主轴的实时转角来计算刀具的摆动角度值, 为此选用数控系统的系统变量来实时获得主轴转角信息, 通过宏程序来实现实时计算。

数控系统变量能够获取包含在机床处理器或NC内存中的只读或读/写信息, 包括与机床处理器有关的交换参数、机床状态参数、加工参数等系统信息[2]。实现凸轮的数控车削加工, 通过宏程序利用数控系统旋转轴功能来控制伺服电机转动来控制刀具的摆动角度, 同时加工中要实时读取主轴位置信息, 需要选用带三轴、四轴功能的数控系统的数控车床。由于选用的机床具有伺服电机主轴功能, 因而可以利用主轴位置信息数控系统变量直接读取主轴位置信息。 如FANUC0i -TD数控系统, 根据FANUC 0i -D系统变量的设定, 位置信息中当前指令位置机床坐标系下的系统变量为#5021~#5025, #5021、#5022 对应第一轴、第二轴, 即2 个基本轴X、Z轴系统变量, #5023 则对应为主轴当前位置的系统变量, 应用#5203 变量就能直接得到凸轮的实时转角 φ 值。

3 宏程序编程分析

刀具摆动角度计算除与凸轮的转角 φ有函数关系外, 还与凸轮行程s有函数关系, 而凸轮的行程也与凸轮的转角有函数关系。因此根据上述公式计算刀具摆动角度值时, 首先要根据凸轮从动件运动规律方程式来计算s值[1]。对于不同的凸轮轮廓只要改变从动件运动方程式, 运用基本相同的宏程序即可实现刀具实时摆动角度的计算和摆角指令控制信号的输出。

3.1 刀具实时摆动角度宏程序编程的变量定义

宏程序的相关变量的确定是依据计算刀具摆动角度的公式来定义, 如刀具的摆动角度、凸轮回转角度即主轴转动角度、凸轮从动件行程等, 具体变量参数如表1 所示。

3.2 宏程序程序段设计

刀具摆动角度计算与凸轮的转角即主轴的转角有关, 凸轮转角 φ 的变量#12 由主轴位置信息系统变量#5023 来定义, 即#12=#5023。

3.2.1 凸轮从动件行程的程序段

根据凸轮从动件运动方程式, 如凸轮为等速直线运动, 升程时方程式为:

回程方程式为:

则升程位移程序段为:#17=#18*#12/#13;回程位移程序段为:#17=#18* (1-#12/#14) 。

3.2.2 刀具摆动角度计算相关坐标的程序段

滚子中心点坐标x坐标程序段为:#5= (#16+#17) *sin[#12]。

滚子中心点坐标y坐标程序段为:#6= (#16+#17) *cos[#12]。

刀具切削点B点直角坐标需要通过对滚子中心坐标求导才能求出, 计算如下:

1) 升程求导:

x = (s0+hφ/Φ1) sinφ, 则dx/dφ =s0cosφ + (hsinφ +hφcosφ) /Φ1;

y= (s0+hφ/Φ1) cosφ, 则dy/dφ=-s0sinφ+ (hcosφ-hφsinφ) /Φ1。

u变量#10的程序段为:#10=#16*cos[#12]+#18/#13*sin[#12]+#18*#12*cos[#12]]/#13。

υ变量#9的程序段为:#9=-#16*sin[#12]+#18/#13*cos[#12]-#18*#12*sin[#12]]/#13。

τ变量#11的程序段为:#11=SQRT[#9*#9+#10*#10]。

2) 回程求导:

x=s0+h (1-φ/Φ2!) "sinφ, 则dx/dφ= (s0+h) cosφ- (hsinφ-hφcosφ) /Φ2;

y=s0+h (1-φ/Φ2!) "cosφ, 则dy/dφ= (s0+h) sinφ- (hcosφ+hφsinφ) /Φ2。

u变量#10的程序段为:#10=#16*cos[#12]+#18/#13*sin[#12]+#18*#12*cos[#12]]/#13。

υ变量#9的程序段为:#9=-#16*sin[#12]+#18/#13*cos[#12]-#18*#12*sin[#12]]/#13。

τ变量#11的程序段为:#11=SQRT[#9*#9+#10*#10]。

3.2.3 摆角计算的宏程序段

摆角计算根据前面推导的公式计算, 式中:OB变量#3=SQRT (#5*#5+#6*#6) ;OO1变量#2=SQRT (#7*#7+#8*#8) 。

OO1变量的计算要先计算出x'、y' 的变量值:x' 的变量#7=#5+#4*#9/#11;y' 的变量#8=#6-#4*#10/#11。

则摆角计算变量#1 的宏程序段为:#1 =ACOS[#2*#2+#4*#4-#3*#3]/[2*#2*#4]。

4 刀具摆动角度的宏程序设计

计算刀具摆动角度的宏程序计算的变量可以分为已知量, 如凸轮运动方程中升距、停止角、升程角、降程角及基圆半径, 车削刀具刀尖到刀架回转中心的距离。对这些变量直接赋值。

以一个实际凸轮为例来编写宏程序。该凸轮顺时针转过180°时, 从动件上升50mm;当凸轮接着转过90°时, 从动件停歇不动;当凸轮转过剩余90°时, 从动件返回原处。

程序段中A为第四轴地址字, A#1 指令控制伺服电机转动对应的角度, 以实时控制刀具的工作角度, 使其保持恒定值。

5 结论

刀具工作角度要保持恒定值是数控车削凸轮时要解决的一个关键问题, 车削时刀具要绕刀架回转中心摆动一定的角度, 摆动值要随凸轮轮廓变化实时计算出来。选用高端数控系统如FANUC 0i-D的数控机床, 利用数控系统主轴位置信息系统变量实时读取主轴的转角, 通过宏程序实现刀具摆动角度的实时计算, 同时旋转轴指令作为控制信号控制伺服电机转动, 不仅解决了实时计算并能实时输出旋转角度指令A#1的难题, 还能实现不同的凸轮轮廓只要改变凸轮运动条件参数赋值均可采用宏程序进行实时计算输出控制指令A#1, 以实时控制刀具摆动的角度, 适应性强, 应用范围广。

参考文献

[1]申永胜.机械原理教程[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[2]杨钢, 陈小安.宏程序在数控加工中的应用[J].现代制造工程, 2007 (12) :32-33.

篇5：数控铣刀刀具角度论文

常州乐钢刀具有限公司利用五轴数控工具磨床, 自主研发了硬质合金螺纹铣刀, 提高了难加工材料螺纹加工效率。与传统加工方法加工的螺纹铣刀相比, 新产品精度更高, 适合于航空高精度螺纹孔加工。

传统的螺纹加工方法主要采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙手工攻丝及套扣。随着数控加工技术的发展, 尤其是三轴联动数控加工系统的出现, 使更先进的螺纹加工方式——螺纹的数控铣削得以实现。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比, 在加工精度、加工效率方面具有极大优势, 且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制, 如一把螺纹铣刀可加工多种不同旋向的内、外螺纹。对于不允许有过渡扣或退刀槽结构的螺纹, 采用传统的车削方法或丝锥、板牙很难加工, 但采用数控铣削却十分容易实现。此外, 螺纹铣刀的耐用度是丝锥的十多倍甚至数十倍, 而且在数控铣削螺纹过程中, 对螺纹直径尺寸的调整极为方便, 这是采用丝锥、板牙难以做到的。

篇6：数控铣刀的若干改进设计

随着科学技术进步, 钛合金、高温合金及复合材料等新材料在航空航天、高端装备、远洋船舶、核能核电等行业中得以大量应用, 但从切屑加工角度来看, 这些性能优异的新材料往往在强化其使用性能的同时又恶化其切削加工性, 大量难加工材料的出现必然对刀具的切削性能和耐用度提出了更高的要求[1]。

刀具的切削性能主要由刀体材料、表面涂层及刀具结构三个方面的综合作用而得到, 其中, 良好的刀具结构是刀具切削性能得到充分发挥的基础。国际生产工程学会 (CIRP) 的研究报告指出, 由于刀具结构和几何参数的改进, 刀具寿命每隔十年几乎提高两倍。可见, 对刀具结构进行优化设计, 是提升刀具切削性能的有效途径, 并在降低制造成本显示出越来越大的优越性, 已成为现代数控刀具技术的基础和关键。

贵州劲锋精密工具有限公司一直从事数控刀具新工艺新技术的研究, 近几年来取得了一定成果, 本文介绍了数控铣刀的若干改进设计, 不足之处还请读者批评指正。

1 排屑槽弧形槽面设计

现有的刀具主要是由刃口和排屑槽组成, 其中刃口负责切削, 排屑槽用于将切削后的废屑导向排出。刀具的加工速度很大程度上取决于排屑的速度, 但现有设计理念, 排屑槽的截面中含有凸点, 即一条排屑槽内含有棱线 (见图1) , 该棱线在排屑的过程中阻碍了废屑顺畅排出, 形成废屑堆积, 由于废屑在该棱线处受阻力, 加大了零件、废屑和刀具之间的摩擦系数, 使数控铣刀在使用过程中产生大量的热量, 刀具发烫甚至发红, 在这种高热的情况下, 导致刀具的刃口切削时损耗非常大。

为克服上述难题, 贵州劲锋精密工具有限公司对数控铣刀排屑槽槽形进行了设计改进, 如图2所示, 排屑槽2两侧槽壁设计为光滑的弧形曲面, 即排屑槽的槽口线上的任一点与槽底之间形成光滑的弧形曲线, 排屑槽2的槽底也设计为弧形曲面, 即铣刀垂直于排屑槽2方向进行剖面后, 排屑槽2的剖面外形是一条光滑的曲线, 该曲线的曲率从排屑槽2线处开始向后延伸, 曲率半径逐渐减小, 到排屑槽2高度的1/3-1/2时, 曲率半径达到最小, 曲率半径逐步增大, 也就是排屑槽2的槽口横截面的面积逐步缩小, 同时将数控铣刀刃口后部也设计为弧线形状, 通过对数控铣刀排屑槽槽形的改变, 便于利用刀具排屑槽2的导向作用将废屑排出, 实现了排屑槽的顺畅排屑, 减少了因槽体内棱线的存在而导致的废屑堆积问题, 减少了数控铣刀与零件之间因棱线存在而加大的摩擦阻力, 从而大大减少了数控铣刀使用过程中产生的热量, 使数控铣刀的使用寿命延长了50% 以上, 并且提高了工作效率, 节约了机械加工中的生产成本。

2 双重芯径结构设计

随着科技的发展, 钛合金、高温合金等材料在航空航天中大量应用, 由于钛合金与高温合金等材料本身的抗拉强度高, 切削过程中切削温度高, 在加工这些材料时经常会遇到断屑困难、排屑难、粘刀、刀具磨损过快等现象;此外, 传统的等齿距立铣刀铣削零件时, 各刀齿进给量相同, 因而其铣削力波形完全相同, 使得切削过程产生的激振能量高度集中于少数频率上, 易激发铣削系统产生谐振, 导致工件加工表面质量较差, 刀具耐用度降低等问题。为克服上述难题, 贵州劲锋精密工具有限公司设计了一种双重芯径立铣刀, 如图3所示, 包括切屑刃和螺旋槽, 立铣刀的切屑刃上设有前角和后角, 切屑刃前端芯径小于后端芯径, 切屑刃的前角为双前角, 立铣刀的螺旋槽螺距不等。通过上述改进, 双重芯径结构的设计增强了刀具的刚性和排屑性能, 并在粗加工中进一步的提高刀具的切削性能;双前角的设计有利于切削过程中断屑并尽可能的避免粘刀;螺旋槽螺距不等的排屑空间抑制了铣削过程中激振能量向特定频率集中, 减少了切屑振动, 有利于加工的稳定性, 同时延长了使用寿命。

3 刀具夹紧装置结构设计

在机械零部件加工过程中, 经常出现铣床配置的刀具夹头在使用过程中, 刀具夹紧力不足, 发生刀具脱落现象, 同时刀具不能夹紧会影响零件加工精度, 严重时还会损伤工件或机床。为克服上述难题, 贵州劲锋精密工具有限公司设计了一种刀具夹紧装置结构, 如图4所示, 该装置由圆台和圆柱体组成, 圆台大端与圆柱体同轴连接为一体, 圆柱体内设置有用于安装机床主轴的孔槽, 圆台内设置有用于安装刀柄的安装孔, 安装孔的底部孔壁上设置有内螺纹, 刀柄头设置有与安装孔内螺纹相适配的外螺纹, 安装孔与孔槽之间设置有用于连接刀柄头与机床主轴的拉钉, 使用时, 通过旋转刀具, 刀柄旋入圆台安装孔的内螺纹实现安装固定。由于本设计采用了刀柄与圆台内的孔螺纹连接, 刀具加工工件时, 刀具不会被拉出或松动, 从而保证了加工的稳定性, 降低了废品率, 节约了加工成本, 同时拉钉的应用更加确保刀具不被拉出, 使切削加工更为稳定可靠。

4 结论

从实践应用来看, 通过采用排屑槽弧形槽面设计、双重芯径结构设计和刀具夹紧装置结构设计, 使贵州劲锋精密工具有限公司开发的数控铣刀在使用性能和使用寿命上均有很大提高, 现已在航空航天、军工、汽车、工程机械、船舶等行业中得到应用, 取得了良好的经济效益和社会效益。

摘要：简要介绍了数控铣刀的若干改进设计, 包括排屑槽弧形槽面设计、双重芯径结构设计和刀具夹紧装置结构设计, 上述改进设计减少了废削堆积、切削发热和切削振动等问题, 延长了铣刀使用寿命, 提高了被加工材料的表面性状, 具有良好的推广和应用价值。

关键词：数控铣刀,弧形槽面,双重芯径,夹紧装置

参考文献