淬硬钢高速铣削加工特征分析与刀具设计机械系毕业论文

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1、毕业论文（设计）淬硬钢高速铣削加工特征分析与刀具设计目　录摘要III1高速铣削加工表面质量与效率分析11.1高速铣削淬硬模具钢表面质量影响因素11.2高速铣削淬硬模具钢加工精度影响因素分析11.2.1从材料和刀具和刀具的匹配关系11.2.2走刀方式和刀具轨迹的影响11.2.3拐角处过切11.3高速铣削加工效率影响因素分析21.3.1切削参数21.3.2刀具轨迹21.4高速铣削加工质量与加工效率冲突及解决方案22.1模具铣刀的分类和使用条件32.1.1立铣刀42.1.2圆锥铣刀42.1.3球头铣刀52.2设计目标和方法52.4.1齿数82.4.2螺旋角92.4.3几何参数92.5刀具连接结构11

2、参考文献13致谢14摘要本文研究了涉及高速铣削各方面的加工要素，如切削参数对表面粗糙度的影响，切削特征量的变化规律，用数学方程描述模具几何特征，并加以归类，论述了模具几何特征之间的关系，结合实例具体分析，为提高高速加工的编程效率打下了基础。关键词：高速铣削淬硬钢模具铣刀几何特征1高速铣削加工表面质量与效率分析1.1高速铣削淬硬模具钢表面质量影响因素已加工表面质量，是指零件在加工后的表面层状态。主要包括表面粗糙度(表面几何学方面的参数)、表面层加工硬化程度和表面层残余应力的性质及其大小(表面物理性能方面的参数)等指标。已加工表面质量对零件的使用性能有很大的影响。如表面粗糙度会影响接触刚度、配合性

3、质、耐磨性、抗腐蚀性及疲劳强度等。表面层残余拉应力容易使表面产生微裂纹，降低疲劳强度，使刚度差的零件发生变形而降低形状精度，但残余压应力则可阻止微裂纹的产生与扩展，提高零件的使用寿命。表面加工硬化层虽然会增加其耐磨性，但由于硬化不均匀，同时脆性也增加，降低零件抵抗冲击的能力，成为发生裂纹而促使表面破损和疲劳破坏的主要原因。因此，为了加工出所要求的表面质量，就有必要了解己加工表面层的形成及表面层质量的变化规律。1.2高速铣削淬硬模具钢加工精度影响因素分析1.2.1从材料和刀具和刀具的匹配关系如果材料的硬度和刀具的硬度较接近，切削参数选择的不合理，会加剧刀具的磨损，已有试验可以证明，刀具加剧磨损阶

4、段，表面粗糙度会急剧恶化，会造成配合精度的下降。1.2.2走刀方式和刀具轨迹的影响前面曾经提到数控加工一般采用顺铣方式，也是考虑到对加工精度的影响。在进退刀时，要采用合适的方法，降低对刀具的冲击，提高加工精度。在刀具轨迹方面，要根据加工对象几何特征划分不同区域，对不同的区域采用不同的刀具轨迹方法，控制残留高度值，尽量使其相等。1.2.3拐角处过切（1）轮廓曲率半径小于刀具半径由于刀具半径大于曲面的曲率半径，对理论轮廓线进行刀具功能补偿时，必然导致部分轮廓线被加工，即产生过切；而不破坏理论轮廓线加工时，又有部分未加工，即产生欠切。而对于拐角两直线段相交，实际也是曲率半径无限小的圆弧相交，按理论轮

5、廓加工时也必然出现过切现象。（2）刀具补偿过程中的过切在实际编程时，常常由于刀具补偿在建立或取消时程序轨迹方向不当引起过切；在半径补偿模式下，使用无坐标轴移动类指令，即两个或两个以上连续程序段内无指定补偿平面内的坐标移动，也会导致过切现象。前者是刀具补偿建立或取消引起的过切，后者是无移动类指令引起的过切。（3）机床加减速特性不能满足插补指令由于一般数控机床只有直线和圆弧插补功能，对于复杂曲线加工一般由若干段直线和圆弧插补逼近形成，在各段衔接时由于数控系统与伺服系统的不同步导致在加工中的停顿，在节点处由于铣削力减小，工艺系统的弹性变形减小而产生过切。在拐角加工时，某一加工路径沿着机床坐标轴时，会

6、出现由于拐角处的转向而导致某一方向的坐标伺服系统减速到零，然后又加速到给定进给速度，而另一坐标方向由零直接加速到某一进给速度，这时可能由于机床坐标方向的加减速度不足和运动惯性导致过切。1.3高速铣削加工效率影响因素分析1.3.1切削参数材料的切除率：材料的切除率是指在特定瞬间、单位时间里被刀具切除的工件材料体积。相当于切削层公称横截面积以值沿切削速度方向运动一个单位时间所包含的空间体积，它是反映切削效率高低的一个指标。其计算公式如下　　　　　　　　　(1－1)影响因素：切削速度、进给量、背吃刀量，加工效率与三者呈正比关系，因此使三者乘积最大，工序的切削加工时间最短。但是提高切削用量要受到工艺装

7、备(机床、刀具)与技术要求(加工精度和表面质量)的限制。粗加工时，一般是先按照刀具使用寿命的限制确定切削用量，之后再验算系统刚度、机床与刀具的强度是否允许。精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。1.3.2刀具轨迹高速铣削时由于切削速度高，金属切削率高，相应地要求提高数控系统的运算速度，选用合适的算法。可采用等残留高度轨迹规划方法，保证了两条刀具轨迹之间残留高度为定值，刀具轨迹行距疏