第2章 刀具夹具与机床的选择.doc

1、2011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 5南昌工程学院专科毕业设计论文第二章刀具夹具与机床的选择一、刀具、夹具和机床的选择2.1（一）刀具材料及其运用在金属切削加工中，刀具材料的切削性能影响着生产效率，工件的加工精度和已加工表面质量，刀具消耗和加工成本。正确选择刀具材料是选用刀具的重要内容之一，特别是对某些难加工材料的切削，刀具材料的选用显得尤为重要。1、刀具材料应具备的基本性能金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触。受到很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦产生很高的切削温度。所以刀具切削部分是在高温高压及居烈摩擦的恶劣条件下工作的。刀具应

2、具备的性能有：（1）高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在 60HRC 以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。图 2-12011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 6南昌工程学院专科毕业设计论文纲的硬度为 6370HRC；硬质合金的硬度为 8993HRA、HRC 和 HRA 都属于络氏硬度，HRA 硬度大于 70，而 HRC 的硬度范围是 2070 之间。 （2）有足够的强度和韧性，刀具切削部分的材料在切削时要承爱很

3、大的切削力和冲动。刀具材料必须要有足够的强度和韧性，如图 2-1。（3）良好的导热性，热导率大，表示导热性越好，切削对产生的热量容量传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损，导热性好的刀具，耐热冲击和抗热危裂的性能增强。（4）抗粘接性，防止工件与刀具材料分子间在高温高压作用下互相吸附产生粘。 （5）化学稳定性刀具在高温下，不容易与周围介质发生化学反应。（6）良好的工艺性和经济性，为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降

4、低。因此在选用时一定要综合考虑。2、立铣刀主要参数的选择：立铣刀主切削刃的前角在法剖面内测量，后角在法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前后角的标注。前后角都为正值，分别根据工件材料和铣刀直径选取，其具体数值可参考表 2-2、表 2-3。工件材料 前角钢 b0.981GPa251510铸铁150HRS 150HRS1510表 2-22011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 7南昌工程学院专科毕业设计论文表 2- 32.2（ 二）选用刀具的注意事项：数控机床对刀具的要求：耐用、稳定、易调、可换等在经济型数控加工中，刀具的选用一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把

5、刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等一.粗加工1、一般采用效率优先原则，快速去除工件毛坯上的加工余量，快速接近工件完工尺寸的“净尺寸”状态；精加工，一般采用精度优先原则，首先保证加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面质量。2、在铣削平面时，一般采用两次走刀，一次粗铣，一次精铣，当连续切削时，粗铣刀具直径要小些以减小切削扭距，精铣刀直径要大一些；最好包容待加工表面的整个宽度。加余量时，尽量先直径小的刀。3、加工精度要求较高的凹

6、槽时，可采用直铣刀直径 do/mm 后角101020202520152011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 8南昌工程学院专科毕业设计论文径比槽宽小一些的立铣刀。如图 2-4 所选 图 2-4二.麻花钻的选用 （1）钻孔刀具较多，有普通麻花钻、可转位浅孔钻及扁钻等。应根据工件材料、加工尺寸及加工质量要求等合理选用。在加工中心上钻孔，大多是采用普通麻花钻。麻花钻有高速钢和硬质合金两种。麻花钻的组成，它主要由工作部分和柄部组成。工作部分包括切削部分和导向部分。麻花钻的切削部分有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。两个螺旋槽是切屑流经的表面，摇臂钻床为前刀面；与工

7、件过渡表面(即孔底)相对的端部两曲面为主后刀面；与工件已加工表面(即孔壁)相对的两条刃带为副后刀面。前刀面与主后刀面的交线为主切削刃，前刀面与副后刀面的交线为副切削刃，两个主后刀面的交线为横刃。横刃与主切削刃在端面上投影间的夹角称为横刃斜角，横刃斜角吵二 50 加工中心*55*；主切削刃上各点的前角、后角是变化的，外缘处前角约为 30*，钻心处前角接近 0*，甚至是负值；两条主切削刃在与其平行的平面内的投影之间的夹角为顶角，标准麻花钻的顶角 2 少二 118。根据柄部不同，麻花钻有莫氏锥柄和圆柱柄两种。直径为 880mm 的麻花钻多为莫氏锥柄，可直接装在带有莫氏锥孔的刀柄内，刀具长度不能调节。

8、如右图所示直径为 0120mm 的麻花钻多为圆柱柄，可装在钻夹头刀柄上。中等尺寸麻花钻两种形式均可选用。2011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 9南昌工程学院专科毕业设计论文麻花钻有标准型和加长型，为了提高钻头刚性，应昼选用较短的钻头，但麻花钻的工作部分应大于孔深，以便排屑和输送切削液。在加工中心上钻孔，因无夹具钻模导向，受两切削刃上切削力不对称的影响，容易引起钻孔偏斜，帮要求钻头的两切削刃必须有较高的刃磨精度（两刃长度一致，顶角 2对称钻头中心线。）钻削加工直径 d=2060mm、l/d3 的中等浅孔时，可选用图 25 所示的可转位浅孔钻，其结构是在带排屑槽

9、及内冷却通道钻体的头部装有两个刀片（多为凸多连形、菱形和四连形），交错排列，切屑排除流畅，钻头定心稳定。另外多采用深孔刀片，通过该中心压紧刀片。靠近钻心的刀用韧性较好的材料。靠近钻头外径刀片选用较为耐磨的材料，这种钻具有刀片可集中刃磨，刀杆刚度高，允许切削速度高，切削效率高及加工精度高等特点，最适合于箱体零件的钻孔加工。图 2-5麻花钻是最常用的钻孔刀具，它适合加工低精度的孔，也可以用于扩孔选择麻花钻。麻花钻主要切削部分，是由两个前面，两个后，两个副后面组成，选择麻花钻，要注意控制钻头的尺寸式角度。 直径、直径是指切削部分测量两刃带间的距离。 远离切削部分的直径逐渐的小，减少刃带与孔壁的磨擦。

10、 钻芯直径，影响钻头的刚性与容屑截面。 螺旋角：钻头刃带棱边螺旋线展开成直线与钻头轴线的夹角。为了提高钻头钢性，应尽量先择较短的钻头，但麻花钻的工作部分应大于孔的深度，以便排屑和输送切削液，靠近钻心的刀，用韧性较好的材料，靠近钻头外径刀片运用较2011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 10南昌工程学院专科毕业设计论文为耐磨的材料，这种钻头具有刀不集中韧磨刀杆刚度高，速度高，切削效率高及加工精度高等优点，适合于泵盖零件的钻孔加工。2.3（三）夹具的选择1夹具的选择 数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时

11、，通常考虑以下几点： 1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 2夹具的类型 数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。 数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：通用台虎钳、数控分度转台等。

12、 3、夹具装置的要求（1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置；（2）夹紧机构一般要有自锁作用；保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。（3）夹紧装置应操作方便、省力、安全。4、夹紧力的确定（1）夹紧力方向的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，为此一般要求夹紧力应垂直指向主根定后而。（2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大方向相一致，以减小工件变形。（3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。2011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 11南昌工程学院专科毕业设计论

13、文数控铣床可以加工形状复杂的零件，但数控铣床上的工件装夹方法，所使用的夹具往往不是很复杂，只要求有简单胡定位、夹紧机构就行，选择夹具通常是用平口虎钳对零件进行装夹，当然在加工当中，还需要用到垫块对孔进行定位。5、夹具的确定加工这个泵盖零件选择平虎钳就可以，在加上两块垫片固定两个孔，定基准点。2.4（四）机床的选择一般单件加工最好选用立式加工中心，如各种板类零件，跨距较小的箱体等。数控铣床规格的选择（1）工作台规格的选择。工作台尺寸应保证工件在其上面能顺利装夹加工尺寸则必须在各坐标行程内。此外，还要考虑换刀空间的各坐标干涩限制。（2）加工范围的选择。应考虑加工中心各坐标行程，主轴端面到工作台中心

14、距离的最大值，最小值。主轴中心的主工作台面距离的最大值，最小值等。在加工中心上加工的零件其各加工部位必须为机床各向行程的最大值与最小值。所决定的空间包容，加工中心工作台面尺寸与三坐标行程一般都有一定的比例如工作台 400*400则三坐标行程分别为 500、400、400.工作台 1250*1250.则三坐标行程分别为 1600、1000、800.若工件尺寸大于坐标行程则加工区域必须在坐标行程以内，另外，工件和夹具的总重量不能大于工作台的额定负载，工件移动轨迹不能与机床防护罩干涩，交换刀具不得与工件相碰等。机床主轴功率及转矩选择。主轴电动机功率反映了整机的切削效率，也反映了整机的切削刚性，加工中

15、心一般都配置功率较大的直流或交流调速电动机，调速范围比较宽，可满足高速切削要求。若采用低速切削，由于输出功率小，转矩受限制，因此。主轴箱需增加减速齿轮副来增大转矩。加工大直径，大余量的工件时，必须对低速切削时的转矩进行较准。否则必须将镗孔改为立铣刀铣孔。机床精度的选择。根据零件关键部位的加工精度选择机床的精度等级。加工中心按精度水平可分为普通型和精密型两种。加工精度和机床精度是两个不同的概念。加工精度是包括机床、夹具、刀具、切削用量、加工余量、加工材料、加工过程中产生的切削力和切削热及冷切润滑条件等，根据工件加工精度，选用相应精度及机床，批量生产的零件，实际加工出的精度数值，可能是定位精度的

16、1.5-2 倍。普通型机床批量加工 8 级2011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 12南昌工程学院专科毕业设计论文精度工件。精密行机床加工精度可达 5-6 级，但要有恒温等工艺措施。据经检验值，一般应选择加工中心的各项精度为零件各项精度的 0.5-0.65 倍较为合理。刀库容量的选择。同一种规格的加工中心，通常都设 2-3 种不同容量的刀库。在选定时，可以根据被加工件的工艺分析结果来确定所需数量。通常以满足一个零件在次装夹中所需刀具数量来确定刀库容量。因为换号一种零件加工时，需要重新安排刀具，否则刀具管理复杂并容易出差错。2.5 零件加工工艺分析在选择并决定数

17、控铣床加工零件及共加工内容后，应对零件加工工艺进行认真、仔细分析，主要对零件图零件结构、零件毛坯进行分析。1、泵盖零件图分析首先应搞清楚各项技术要求对零件装配质量和性能的影响找出主要的和关键技术要求。分析要点：分析图形所标注的尺寸，怎样才能使 编程变的方便构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充要，各种元素的相互关系(如相切、相交、垂直各平行)等是否明确，是否有引起矛盾的多佘尺寸，或影响工序安排的封闭尺寸。零件上有没有统一基准以保证两次装夹加工后其相对位置的正确性，装夹时，最好采用统一基准定位。因此，泵盖零件可以采孔作为定位基准。分析零件的形状及材料的热处理状态会不会在加工过程中变形？哪些部

18、位最容易变形？因为再加工零件时，会造成加工变形的后果，所以无法保证加工的质量遇到这种情况，应当采取先粗后精加工，后精加工及对称去余量常规方法。2、零件结构工艺分析（1）结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低，转角圆弧半径的大小等因数有关，转角圆弧半径大，可以采用较大直径的立铣刀加工。（2）零件铣槽底平面时，铣刀端面刃与铣削平面最大接触直径 d=D-2r3、零件毛胚的工艺分析零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化使余量的大小，如何装夹等问题。（1）毛胚应有充分稳定的加工余量2011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 13南昌工程学院专科毕业设计论文（2）分析毛胚

19、的装夹适应性，主要考虑毛胚在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中加工较多表面。（3）分析毛胚的变形余量大小及均匀性，考虑在加工时要不要分后切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度。2.6 切削用量的合理选择分析数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。 1主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（

20、或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/D 式中 v-切削速度，单位为 m/min，由刀具的耐用度决定； n- -主轴转速，单位为 r/min； D-工件直径或刀具直径，单位为 mm。 计算的主轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。 2进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。 确定进给速度的原则： 1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在 100 200mm/min 范围内选取。 2）在切断、加

21、工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min 范围内选取。 2011 届毕业设计论文 泵盖零件数控加工 第二章 刀具夹具与机床的选择 14南昌工程学院专科毕业设计论文3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在 2050mm/min范围内选取。 4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。 3背吃刀量确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般 0.20.5mm 。 总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。 2.7 材料的性能分析牌号：HT200 GB 9439-88 灰铸铁图 2-6特性及适用范围：