CNC銑削加工基礎(chǔ)知識

1、CNC銑削加工基本知識 內(nèi) 容一.CNC機(jī)臺認(rèn)識二.刀具認(rèn)識三.刀具材質(zhì)&鍍層四.刀具幾何五.刀具種類六.注意事項(xiàng)七.CNC工件設(shè)計(jì)要點(diǎn)一.CNC機(jī)臺認(rèn)識一.CNC機(jī)臺認(rèn)識舍棄式球刀端刀圓鼻刀成型刀倒角刀T型刀舍棄式盤刀鉆頭絲錐(攻牙用，前端引導(dǎo)部，隨著頭攻、二攻會有兩到三牙的不飽牙。)1、刀具材質(zhì) 近代機(jī)制生產(chǎn)能力不斷的大幅提高,尤其在大量生產(chǎn)的工作要求下,從事于大量且高速的切削工作 。為發(fā)揮高性能工作母機(jī)應(yīng)有之生產(chǎn)工作效能,則切削刀具尤須密切的配合 。為了發(fā)揮刀具之切削能力,故刀具材料需有顯著之進(jìn)展與改良,目前使用之各種刀具材料均有其特性以適應(yīng)各種不同加工的要求 。一般刀具材料必須

2、具備的性能為生產(chǎn)制造費(fèi)用須最低、具有高溫之抵抗軟化的能力、低的摩擦系數(shù)、較高的抵抗磨耗性質(zhì),導(dǎo)熱性良好、充分的韌性以及耐沖擊性等等,一般使用的刀具材料有下列幾種 :A:高速鋼B:燒結(jié)式般化物 (硬質(zhì)合金)C:陶瓷刀具D:多晶鉆石刀具 CBN刀具三.刀具材質(zhì)&鍍層2、鍍層由于工程材料不斷持續(xù)的發(fā)展,在1960年之后,陸續(xù)開發(fā)出新一代的合金材料 。這些新材料不僅有高強(qiáng)度,而且具有高磨損性甚至有極高的化學(xué)性質(zhì),在切削時會與切削刀具產(chǎn)生化學(xué)作用造成侵蝕現(xiàn)象 。除此之外,在時間及成本降低的要求下,高速切削正逐漸被人們廣泛的接受 。因此以往的刀具材料已不敷人們的需求 。在因應(yīng)如此嚴(yán)格的需求下,發(fā)展

3、出刀具材料再加上鍍層保護(hù) 。具有鍍層保護(hù)的刀具其壽命將近是一般沒有鍍層刀具的10倍,常見的刀具鍍層有下列幾種:A:uncoated未鍍層B:TiN 氮化鈦C:TiCN氮碳化鈦D:TiAIN氮鋁鈦E: Al23氧化鋁三.刀具材質(zhì)&鍍層左邊的圖表顯示出自1900年后至今 , 由于刀具技術(shù)的發(fā)展使得切削時間縮短了100倍 。而在1960年之后,因?yàn)殄儗拥毒叩某霈F(xiàn),縮短了四倍的加工時間三.刀具材質(zhì)&鍍層刀具之能切削金屬的基本要件乃為刀具須比被切削材硬,且被切削材要有足夠之力量予以固定,以使刀具施力時能切入工件。這些要件滿足后其次就是有足夠之動力以克服工件材料之阻力,除此之外,刀具的幾何

4、形狀也會影響實(shí)際的切削效果甚至結(jié)果 。選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀慰梢栽黾拥毒叩膲勖?、維持加工精度、減少切削之動力等等 。常見之刀具相關(guān)幾何如下:1、刀具刃角2、間隙角3、排屑槽4、過中心、未過中心刀具5、刀刃數(shù)目四.刀具幾何刀具刃角科角的改變可由正値變化到負(fù)値,如下圖所示 。以切削力與所需之動力來看,正科角所形成的刀尖角度較小,刀具能夠輕易切入工件,而且切屑流出排除順暢,可減少切削壓力,所以切削效率較大 。但太大的正斜角形成尖鋭的刀尖,故刀口較脆弱易于磨耗或崩裂 。負(fù)科角則反之具有較強(qiáng)之切刃 ,刀口強(qiáng)度較大適合切削高強(qiáng)度的材料 。正一斜角零斜角負(fù)一斜角斜角Rake Angle四.刀具幾何間隙角又稱之為

5、離隙角,均為正値 。其作用為刀具切入工件時,避免刀腹與工件表面產(chǎn)生么擦或物理現(xiàn)象之干擾現(xiàn)象,如下圖 。小的間隙角給予切刃有較大的支撐,一般用于有高強(qiáng)度機(jī)械性質(zhì)的工件材料 。 大的間隙角可使刀刃尖鋭,但刀口強(qiáng)度減低,易于磨耗或崩裂,適合較軟或低強(qiáng)度的工件材料 。較小之間隙角具有較強(qiáng)之切刃 零或負(fù)的間隙角會使刀腹在工件表面上拖滯而阻止刀具之切入 較大間隙角之切刃會較尖鋭但是脆弱四.刀具幾何此為銑刀之刀槽成螺旋狀 ,可分為左螺旋及右螺旋兩種 ,如下 。在切削時當(dāng)刃刃進(jìn)入工件時,如右下圖切削力 F會瞬間增至最大,當(dāng)?shù)度须x開工件時, 切削力急速降低,此為造成切削時發(fā)生震動的原因。螺旋角此時的作用可避免切

6、削力過于集中某個方向,讓切削力分散于其他兩個方向一水平分力FH 以及垂直分力Fv 。當(dāng)螺旋角lr越小時,水平分力FH 會變大,造成切削時刀具擺動;螺旋角y越大時, 垂直分力Fv會變大,在切削時要是挾持刀具的力量不夠時,刀具可能會從刀把中脫離,當(dāng)?shù)毒咴诟咚傩D(zhuǎn)時這是非常危險的 。常見的螺旋角有30、38、45、60 。左旋切削及左螺旋角銑刀 右旋切削及右螺旋角銑刀螺旋角Helix AngleFHFFv四.刀具幾何排屑槽切削加工中切層之排出,理想的狀況是切屑流出時不致干擾或刮傷工件表面或撞擊刀具和傷害到工作者 , 所以切屑要能夠自然斷裂成小碎段并且排出至其他地方 。故切屑之控制不僅要考慮切屑的流向

7、,而且須使切屑自動斷裂 。為達(dá)到此要求,一般會在刀頂面上作一種設(shè)計(jì),能夠自動限制切屑長度的機(jī)構(gòu)稱之為排層槽或斷屑槽。其目的為使切屑能夠急速卷曲,藉卷曲的應(yīng)力迫使切屑斷裂 。一般的排屑槽設(shè)計(jì)如下:槽寛W: 使產(chǎn)生切屑時形成卷曲,若槽寛?zhí)?則卷曲半徑較大,產(chǎn)生的卷曲應(yīng)力不足以折斷屑;若太小,則反之,產(chǎn)生之應(yīng)力過大時,易使切刃崩裂 。 槽深H :影響切屑流出的穩(wěn)定性,若太深則切屑流向槽肩時之卷曲所需的力量較大,易引起刀刃破裂;若太淺則切層可能未流至槽肩時即自行離去,使切屑流向不易控制 。槽肩R:為切屑由斷層槽卷起作用之部位,關(guān)系卷起時之順暢與否,直接影響卷曲力之大小,若半徑太大則切屑易滑上,卷曲應(yīng)

8、力可能不足以將切屑折斷; 若半徑太小,切屑易被堵塞滑上不易,將產(chǎn)生極大的擠壓應(yīng)力 。適中太大排屑槽之構(gòu)造四.刀具幾何過中心、未過中心刀具舍棄式圓鼻刀在制作時,通常刀具直徑D會比刀刃R角大許多,所以在其底部中間的位置刀刃會未過中心而出現(xiàn)無刀刃區(qū)域,也就是說這個區(qū)域無切削能力,如左下圖 。當(dāng)碰到在加工孔或凹槽形狀的工件時,這時會發(fā)生右下圖的加工間題 。雖然刀具的大小可以進(jìn)入這些區(qū)域 , 但是因?yàn)榈度形催^中心 , 所以刀 刃會切削不到中間的料而留下圖中黃色柱狀的余料,隨著越往深處加工,此余料的高度會增加,最后撞到刀具的底部造成刀具損壊 。而過中心刀具則是其刀刃過中心,所以沒有這樣的問題,因此又稱鉆孔

9、刀具 。四.刀具幾何刀刃數(shù)目銑刀的刀刃數(shù)目與切削效果的關(guān)系會受工件材料 , 銑刀形狀以及加工面亮度等等之影響而異, 刃數(shù)較多之銑刀,因有較多之切刃產(chǎn)生切削作用,故可獲得更光潔平滑之加工面,不過因?yàn)闊o充分之切屑空間以容納切屑,易受切屑之干擾,且刀刃之強(qiáng)度會較弱 。所以一般粗切削,高進(jìn)給,尤其是較軟之材料時, 需有較大的切屑空間,而提供切屑空間的最佳方法,即是減少刃數(shù)、增大刀刃,不僅能加大切屑空間,亦可增大刀刃之強(qiáng)度,而且銑刀之再研磨次數(shù)與壽命也可增加 。因此考慮加工方法時,重及粗切削宜選用刃數(shù)少、粗齒之銑刀;細(xì)及精加工宜選擇刃數(shù)多、較細(xì)齒之銑刀 。四.刀具幾何刀具種類1、依幾何形狀區(qū)分A、端刀B

10、、球刀C、圓鼻刀2、依刀具結(jié)構(gòu)區(qū)分A、舍棄式刀具B、整體式刀具五.刀具種類三刃單刃多刃兩刃DRD=2R球刀端刀圓鼻刀R=0D有效刃長D2R五.刀具種類球刀端刀圓鼻刀RD由于是靠刀具高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生切削力，銑削加工一定會在轉(zhuǎn)角處留下R角，R的大小決定了加工刀具的最大直徑，亦即D2R。除非先以較大刀具粗加工后，R角局部預(yù)留的地方；另外以小刀具清角。但會浪費(fèi)加工時間與刀具成本。五.刀具種類A、端刀端銑刀之外形如右圖所示,銑刀之外緣及底面均有銑齒以構(gòu)成切刃 ,所以可以用來銑削工件之垂直面以及垂直面 。 端銑刀之刀形變化非常復(fù)雜,適用于各類加工,如:銑平面、溝槽或輪廓面等等,可說是被運(yùn)用最為廣泛的一種銑刀

11、。一般來說端銑刀非常適用于2D形狀的工件,但是應(yīng)用于3D形狀的模具加工時,就不是那么的適用 。我們就以下原因說明端銑刀應(yīng)用于模具加工時所發(fā)生的問題 :1、如右圖框框所指出的區(qū)域,你可以看到此處為一尖點(diǎn) 。所以甚為脆弱,一但此處尖點(diǎn)崩壊,那么銑刀壽命也就隨之完結(jié) 。所以端銑刀的壽命不甚穩(wěn)定 。2、在銑削2D形狀的工件時,由于與工件接觸的區(qū)域?yàn)橥饩壟c底面,所以不論是刀間距或是切削深度都可以使用極有效率的數(shù)値 。反之如果用于銑削3D形狀的模具時,你可以發(fā)現(xiàn)與工件接觸的區(qū)域幾乎都是靠近尖點(diǎn)的部位,所以你必須要減少刀間距或是切削深度,因此加工效率降低 。五.刀具種類端銑刀用于輪廓、平面、溝槽等的切削加工

12、五.刀具種類在模具加工中,端銑刀一般會被用來加工模具中的2D區(qū)域, 如 : 垂直面以及水平面或是模具中尖角的區(qū)域會用端銑刀將之加工出來 。而在傳統(tǒng)方式的模具加工中,端銑刀也會被用來作粗加工 。下面圖標(biāo)為端銑刀的實(shí)際加工范例 。五.刀具種類B 球刀如左圖所示,底部刀刃為一球形狀的銑刀為球刀 。球刀在目前的模具加工使用上相當(dāng)?shù)念l繁,尤其是在銑削3D的模具時,球刀更是不可缺少的工具 。與前者端銑刀比起來,因?yàn)榍虻稕]有像端銑刀底部為尖點(diǎn)的刀刃 ,而是帶有R角的刀刃 ,所以球刀的刀刃更為強(qiáng)壯,不易崩壊;換句話說,球刀的壽命會比端銑刀更為穩(wěn)定 。除此之外,球刀與工件接觸的區(qū)域?yàn)镽角的刀 刃 , 因此在精加

13、工時刀間距可用更大的數(shù)値,加工面也有極佳的效果 。因此不論是刀具壽命或是加工效率,球刀在模具加工上是不錯的選擇!不過同樣的,球刀在模具加工時也會遭遇一些問題。在銑削3D模具時球刀雖然與工件接觸的區(qū)域?yàn)镽 角的刀刃 ,但是實(shí)際的接觸位置卻會隨著工件的形狀而改變。五.刀具種類abcd123球刀在銑削較平坦的區(qū)域時，球刀底部(圖中的2，b，d點(diǎn))除了切削速度低外，底部的刀刃也會很快的磨損，兩側(cè)的刀刃其實(shí)并沒有用到，所以加工面不僅質(zhì)量低落而且因?yàn)榈毒邠p耗的關(guān)系，加工面的精度也會受到影響。五.刀具種類球刀用于3D曲面、斜面、溝槽等的切削加工。球形底部因越靠近中心，其線速度越低切削力差，故不適用于平面加工

14、。中心點(diǎn)線速度為零五.刀具種類球刀在模具加工中最常用來銑削3D的模具,尤其是在精加工以及清角加工時,但不適合用于銑削較平坦之區(qū)域,因與工件接觸面積小,無法加大刀間距 。下面圖標(biāo)為球刀的實(shí)際加工范例 。精加工粗加工五.刀具種類C 圓鼻刀在銑削3D模具時,圓鼻刀還有另外一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是使用球刀所比不上的 。球刀本身會隨著與工件接觸的位置不同, 切削速度而有非常大的變化,所以加工面質(zhì)量不穩(wěn)定 。 圓鼻刀雖然也有這樣的情形,不過它的切削速度的變化并不像球刀那樣有極大的變化 。因此使用圓鼻刀加工的工件,質(zhì)量當(dāng)然穩(wěn)定 。以下說明圓鼻刀切削速度穩(wěn)定的原因 。除此之外,圓鼻刀比球刀、 端銑刀有更佳的加工效率, 尤其

15、是在粗加工時 。因?yàn)閳A鼻刀底部是平的,圓鼻刀的水平刀間距可以用的比球刀更大 。在精加工時,它同樣擁有與球刀一樣的優(yōu)點(diǎn),所以刀問距也可以可用更大的數(shù)値 。因此圓鼻刀不論是用于粗力口工以至于精加工,都是非常合適的選擇。 -如左下圖所示,圓鼻刀的外型與端銑刀類似,均為平坦的底部設(shè)計(jì),所不同的是圓鼻刀的底部為帶有R角的刀刃而不是尖點(diǎn)的刀刃 ,所以刀刃的強(qiáng)度比端銑刀好,不易崩壞,因此刀具的壽命會比端銑刀要好 。五.刀具種類圓鼻刀的使用右下圖為模擬圓鼻刀在銑削3D工件時圓鼻刀與工件接觸的情況，在a、b、c、d四點(diǎn)時，刀刃與工件接觸的位置。不管刀刃與工件怎么接觸，刀刃的接觸區(qū)域都會落在左下圖中所顯示的、兩個

16、區(qū)域。 五.刀具種類圓鼻刀刀身側(cè)緣與底部銑齒構(gòu)成切刃，用于平面、斜面、3D曲面、溝槽等的切削加工。五.刀具種類左下圖為使用圓鼻刀進(jìn)行粗加工 , 用圓鼻刀粗加工的好處為其水平刀間距可以使用的很大,所以粗加工效率遠(yuǎn)比球刀來的好;而右下圖則為用圓鼻刀精加工,圓鼻刀的優(yōu)點(diǎn)就是切削速度變化穩(wěn)定,所以你可以看到在精加工后工件的表面呈現(xiàn)出金屬在被切削后的光亮。五.刀具種類面銑刀用于平面加工五.刀具種類倒角成型刀用于各類型倒角加工。五.刀具種類T型刀用于T型槽、燕尾槽等的精細(xì)加工。五.刀具種類一、舍棄式刀具此種形式刀具,顧名思義,即銑刀之刀刃部分為可更換的設(shè)計(jì) 。通常在設(shè)計(jì)上分為刀座以及刀片兩部分 , 刀片即

17、為銑刀中的刀 刃 用來切削工件 , 而刀座則做為固定或支撐刀片 。刀座的直徑即決定銑刀的大小,此外,刀座也可作成多刃的設(shè)計(jì) 。刀片部分則有許多形狀,材質(zhì)等變化 。使用者可以視不同的加工情況更換適合的刀片,刀片上所有切刃都使用磨耗后,刀片即拋棄而不重磨,只需更換新的刀片 。所以刀具成本、使用彈性為其優(yōu)點(diǎn) 。下列圖示為舍棄式刀具 。舍棄式圓鼻刀舍棄式球刀五.刀具種類二、整體式刀具整體式刀具為刀刃與刀體為一體的設(shè)計(jì) , 銑刀上之刀刃與銑刀身皆由同一材料所制成,所以在精度以及刀刃的強(qiáng)度上整體式刀具會比舍棄式刀具來的高,但是相對的制作刀具的材料成本就會提高,而且刀刃需耗后需再重新研磨才可再使用 。另外因

18、為考慮刀刃的強(qiáng)度以及制作上的難度,在制作10mm以下的舍棄式刀具極為不易,所以一般10mm以下的銑刀都為整體式刀具 。下列圖示為整體式刀具 。圓鼻刀球刀端銑刀五.刀具種類注意事項(xiàng)各類型機(jī)臺所配備的刀具庫，刀具數(shù)量有限制。 逃料加工用端刀和圓鼻刀 精加工用端刀和球刀 端刀不適合加工3D面 3D面精修要用球刀 大中平面禁止用球刀 加工越深刀徑要越大,防止拉刀. 加工原則是遵循從大刀到小刀逐步切削. 加工深30mm以下最好用D12的刀具六.注意事項(xiàng)R=0D有效刃長注意事項(xiàng)小徑刀具的刀柄部最小直徑為4mm，且刀具直徑越小，其有效刃長越短。六.注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)加工深度(L)與刀具直徑(D)比，L/D 一般不大于4/1，太大則可能因刀具強(qiáng)度不足以承受切削阻力(F)而偏擺，影響加工精度，甚至折斷刀具。如果是直壁加工，另需注意有效刀刃長度。R=0D有效刃長加工深度六.注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)加工的 L/D 值大于4/1，則可以加長刀桿輔助。加長刀桿六.注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)斜面或曲面使用球刀或圓鼻刀加工，刀具的R愈大，則表面粗糙度可以愈細(xì)，且所需的加工路徑相對較疏、加工時間