| 第一章3D銑削技術1.銑削參數我們的加工流程中﹐工件加工的面粗度﹐加工時間的快慢在很大程度上都取決於我們對參數設置的合理性。那我們通過以下公式對這些參數進行瞭解。一、三角函數計算1.tanθ=b/a θ=tan-1b/a2.Sinθ=b/c Cos=a/c二、切削速度的計算Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：線速度(m/min)π：圓周率(3.14159) D：刀具直徑(mm) S：轉速(rpm)例題.使用Φ25的銑刀Vc為(m/min)25求S=?rpm Vc=πds/100025=π*25*S/1000 S=1000*25/π*25 S=320rpm三、進給量(F值)的計算Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz F：進給量(mm/min) S：轉速(rpm) Z：刃數Ｆz：(實際每刃進給)例題.一標準2刃立銑刀以2000rpm)速度切削工件，求進給量(F值)為多少？(Ｆz=0.25mm)Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊ＦzＦ＝2000*2*0.25Ｆ＝1000(mm/min)四、殘料高的計算 Scallop＝（ae＊ae）／8R Scallop：殘料高(mm) ae：XY pitch(mm) R刀具半徑(mm)例題.Φ20R10精修2枚刃，預殘料高0.002mm，求Pitch為多少？mm Scallop=ae2/8R 0.002=ae2/8*10 ae=0.4mm五、逃料孔的計算Φ＝√２Ｒ2 Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４ Φ：逃料孔直徑(mm) R刀具半徑(mm) D：刀具直徑(mm)例題.已知一模穴須逃角加工(如圖)，所用銑刀為ψ10；請問逃角孔最小為多少？圓心座標多少？Φ=√２Ｒ2Φ=√２＊５２Φ=7.1(mm)Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４Ｘ、Ｙ＝１０／４Ｘ、Ｙ＝2.5 mm圓心座標為(2.5,-2.5)六、取料量的計算Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００Ｑ：取料量(cm3/min) ae：XY pitch(mm) ap：Z pitch(mm)例題.已知一模仁須cavity等高加工，Φ35R5的刀XY pitch是刀具的60%，每層切1.5mm，進給量為2000mm/min，求此刀具的取料量為多少？Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００Ｑ＝35*0.6*1.5*2000／1000Ｑ＝63 cm3/min七、每刃進給量的計算 Ｆz＝ｈm *√(Ｄ／ap )Ｆz：實施每刃進給量ｈm：理論每刃進給量 ap：Z pitch(mm) D：刀片直徑(mm)例題(前提WORLD XY pitch是刀具的60%) WORLDΦ35R5的刀，切削NAK80材料ｈm為0.15mm，Z軸切深1.5mm，求每刃進給量為多少？ Ｆz＝ｈm *√(Ｄ／ap ) Ｆz＝0.2*√10/1.5Ｆz＝0.5mm 沖模刀口加工方法 刀口加工深度＝板厚－刀口高＋鉆尖（０．３Ｄ） Ｄ表示刀徑鑽頭鑽孔時間公式Ｔ（ｍｉｎ）＝Ｌ（ｍｉｎ）／Ｎ（ｒｐｍ）＊ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）＝πＤＬ／１０００ｖｆＬ：鑽孔全長 Ｎ：回轉數 ｆ：進刀量系數 Ｄ：鑽頭直徑 ｖ：切削速度如圖 孔深ｌ 鑽頭孔全長Ｌ 則Ｌ＝ｌ＋Ｄ／３ Ｔ＝Ｌ／Ｎｆ＝πＤＬ／１０００ｖｆ系數表ｆ直徑ｍｍ 進刀ｍｍ／ｒｅｖ 1.6~3.20.025~0.0753.2~6.4 0.05~0.15 6.4~12.8 0.10~0.25 12.8~25 0.175~0.37525以上 0.376~0.625 １英寸＝２５．４ｍｍ＝８分２５．４／牙數＝牙距 管牙計算公式例如 ２５．４／１８＝１．４１４ 牙距為５／１６絲攻馬力（槍鑽）Ｗ＝Ｍｄ＊Ｎ／９７．４１０ Ｗ：所要動力（ＫＷ）Ｍｄ：扭矩（ｋｇ－ｃｍ） Ｎ：回轉數（ｒ.ｐ.ｍ）扭矩計算公式如下：Ｍｄ＝１／２０＊ｆ＊ｐｓ＊ｆ為進給量ｍｍ／ｒｅｖ系數ｒ為鑽頭半徑賽（ｍｍ）α：切削抵抗比值ｐｓ．在小進給時，一般鋼為５００ｋｇ／ｍ㎡；一般鑄鐵為 ３００ｋｇ／ｍ㎡；2.銑削策略我們在加工過程中,要做到:1.無人化加工;2.刀具無折損。這就使得製作程式的方式及方法顯得極為重要?為此制定出如下銑削策略供大家共同參考:一?決定粗銑加工的刀具在選擇粗銑刀時要考慮機器的馬力?進給及轉速?其次要考慮所加工工件的尺寸與形狀?要在節省時間的情況下?盡快將粗銑加工完成?粗加工優先選用不過中心的刀具。二?決定精銑加工的刀具選擇主要的精銑刀具?加工部位應盡可能遵循80:20原則?80代表80%的部位將被加工到位?20代表20%的部位留給後面的刀具加工?決定精銑刀具首先應考慮機器的轉速?其次應考慮工件的形狀及尺寸?其選擇原則如下:1.檢測工件之最小R角及切削加工的最深點?決定刀具的直徑及長度,一般要求底部R角比刀具R角大0.50MM.2.加工深度不要超過精銑刀具直徑的5倍(如直徑10MM?加工深度不要超過50MM)。當刀具伸出長度於4D以下時可依刀具切刖數據公式全速切削使用若超過5D時則依條件減半使用。3.精銑刀具盡量選擇刃數多的刀具。我們通過公式: Vc=DπN/1000得出D=1000 Vc/Dπ精加工線速度Vc以300M/M?N為機台的最高轉速?得出精加工時所使用的刀具的最小直徑?這只要考慮精銑80%面的刀具?不考慮清角的刀具。4.刀具這偏擺在0.015mm以內。三?決定粗銑與精銑程式之間的刀具選擇原則為:1.確保精銑加工的安全性?包括工件之餘量?轉角R的大小;2.決定精銑刀前一把刀具的直徑一定要小於或等於精銑刀具;3.最後一把刀的R角一定要小於或等於精銑加工之刀具的R角;4.等高加工的刀具一定要大於粗銑刀具或前一把等高加工刀個的一半;5.等寬加工前的刀具?等高刀具必須是過中心刀具?因為過中心刀具留料少?使得等寬加工時刀具負荷減少?切削輕松?且等寬刀具一定要大於或等於等高刀具,避免轉角留料多使得加工變得困難。採用等高路徑作精加工時?為避免因底面殘料過多面產生過切?在等高精銑時應將工件零點上升0.03MM加工?等寬路徑直接加工至工件直正的零點即可?現在我們以下圖所示之工件為例作一詳細分析如上圖所示,工件長450.0mm寬440.0mm高319.09mm?所要銑削的Z軸最大範圍為269.09MM.1)決定粗銑刀具考慮此工件之形狀,大小及銑削深度?我們第一把刀選用Φ42R5(五角刀片)?將工件最大輪廓邊界向外補正(R+1)=5+1=6mm?然後進行粗加工。2)決定精銑刀具按80:20的加工理念進行選擇刀具?此工件不但型狀大而深﹐而且型腔部位凸台多,考慮到刀具的夾持長度及銑削麵的大小﹐為保証工件尺準確性﹐先用Φ15R3.5沿中間破開分別採用45度和135度等寬加工型腔﹐Φ25R5等高等寬加工四周靠破面﹐最後用Φ2R0.5將凸台精銑到位。3)決定粗銑刀與精銑刀之間的刀具根據等高加工之刀具一定要大於粗銑刀具的一半?得出Φ42R5的刀具粗銑完後?等高刀具應大於Φ21?若選用Φ30R5或Φ25R5刀具又有點較大?最重要的是此工件型腔凸台較多﹐Φ42R5粗銑完後凸台部位留料較多﹐且此工件加工面深?加工時有一定的困難?所以我們選用過中心Φ24R6的刀具作為第二把中銑刀?根據等寬加工前的刀具必須大於前一把刀具?得出第三把刀應為Φ25R5的刀具?再因精銑前一把刀具必需大於或等於精銑刀﹐為將殘料減小到最小﹐所以選用過中心刀具﹐得出第四把刀具為Φ13R3.5。4)精銑後去出殘料刀具根舉WORLD原則﹐等高銑削刀具一定要小於或等於前一把刀﹐得出精銑後第一把去殘料刀具應為Φ8R2﹐其次為Φ5R2.5﹐Φ3R0.5﹐最後再用Φ2R0.4中銑一次。在以後的程式製作過程中?只要嚴格遵照上面的加工策略進行製作?你將會得到意想不到的效果。我們提供一種安全﹐簡易的選刀方法(供參考)。把刀具分為以下兩個系列。當我們在系列中選擇了一把精銑刀具﹐然後就在另一個系列選對﹐粗中銑刀具。例﹕如選取D10R3作為精銑刀﹐就可以不加思索在另一系列中依次選取D35﹑D20﹑D12﹑D8這幾把刀作為粗中銑刀具﹐這們選出的刀具就一定符合WORLD銑削策略。D42(R1﹐R5) D35(R1﹐R5)D32(R8)D25(R1﹐R3.5﹐R5)D24(R6) D20(R1﹐R3.5﹐R5﹐R10)D15(R3.5) D16(R1﹐R8) D12(R1﹐R3.5﹐R6) D13(R3.5)D10(R3﹐R5) D8(R2﹐R4)D6(R1﹐R3) D5(R0.8﹐R2.5)D4(R0.6﹐R2) D3(R0.5,R1.5)D3(R0.5,R1.5) D2(R0.4﹐R1)D2(R0.4﹐R1) D1.5(R0.3﹐R0.75)D1(R0.2﹐R0.5)第三章 WORLD系列刀具1.整體式刀具整體式刀具是指刀片與刀杆為一體的刀具。由於刀與刀杆為一體所以整體式刀具之抗振性﹐精確度要比捨棄式刀具好﹐但整體刀具只要刀刃壞掉整支刀具就報廢了﹐而捨棄式刀具如果刀有磨損只須更換刀片即可。所以整體式刀具費用比捨棄式刀具昂貴。我們在粗中銑時能用到捨棄式刀具就盡量用捨棄式刀具﹐而在精銑時用整體式刀具加工效果比較好。在整體式刀中因其不同又分為以下幾種﹕高速鋼刀﹑硬質合金刀﹑鍍膜刀不同材質刀具可切削材質硬度﹕高速鋼H.S.S High speed steel 30HRC碳化鎢Carbide Micro grain Carbide 40HRC鍍鈦 TIN Titanium Nitride 40HRC鍍氮化鈦 TICN Titanium Carbon Nitride 45HRC鍍氮化鈦鋁合金 TIALN Titanium Aluminum Nitrid 55HRC或以上注1.使用TIALN鍍層銑刀﹐於中粗切削時﹐勿使用切削冷卻液以免妨礙切悄排出及氧化鋁之生成﹐縮短刀具壽命。2.於精切削時﹐可使用切削冷卻液或噴霧以達切削麵之潤滑效果﹐增加工件表面之光澤度。2.捨棄式刀具捨棄式圓鼻刀的構成是螺紋接頭加上圓鼻刀刀頭,結構如下圖所示﹕以下將針對它的分類與編號作介紹﹕主要分爲20系列;90系列;91系列等。例如它的編號原則﹕ K 31220/8 K……它與M.L同時應用表示有短型.中型.加長型3……表示有3刃12……表示刀徑爲Φ1220……表示系列號/……表示刀頭有斜度8……刀頭螺紋爲M8根據公司的經驗和測試﹕A.粗銑刀頭至少要用M8的螺紋才夠強壯。B. M6以下的刀具一般不作粗加工﹐粗加工至少Φ13才夠強壯。C.在同一系列中﹐以刃數少的爲粗加工﹐而刃數多的爲精銑。相同直徑的圓鼻刀具其刃數各有不同,像Φ25的WORLD刀具其刃數從2~6不等,所用刀片之大小也有不同,一般情況下,刃數較少的刀具用於粗銑,因爲其刃數少,刀片大,強度好,排屑良;刃數較多的刀具用於精銑,因刃數多,刀片小變得鋒利其強度小,進給快,加工出來的面也很漂亮,須注意的是,刀片小而鋒利易崩裂,所以精加工時的餘量須少而均勻★圓鼻刀過中心的有:Φ32R8Φ24R6Φ20R5Φ13R3.5Φ12R3.5,此類刀具缺點是:只有兩刃,程式路徑中相鄰兩路徑之間的距離即PITCH值小。PITCH值的計算公式: PITCH=0.7(刀具直徑D-2倍的刀尖R角值)註﹕1)90系列由於接觸面比較大﹐只能作2D加工﹐不用於3D加工﹐常用圓鼻刀銑很深的工件時易産生振動且噪音很大,這是因爲在加工過程中出現垂直接觸時,刀片爲90度接觸,圓鼻刀切削刃爲1/4圓弧接觸,接觸面積大,導致每次的切削量大.如下圖所示:針對此種狀況解決的方法有兩種:a.分層加工,將深度分成幾層,用不同長度的刀具去進行加工,短的刀具吃深一點,長的刀具吃淺一點,以提高加工效率.b.降低刀尖R角可減小切削時刀具的接觸面積,噪音也會減小,減小刀尖R角就是將圓角刀片改爲91系列的刀片而91系列正是考慮到爲減小振動﹐在相同條件下減小接觸面﹐並用較小的R。2)編號爲H 65220/16 H 76620/16﹐兩種類型只適用於粗加工﹐銑模具的一些不重要的槽﹐而不能用於精加工。3)在WORLDCAM刀具編號手冊的第1.10中FACEMILL WITH ROUND INSERTS的各系列刀具只能用於粗加工﹐而FACEMILL WITH RHOMBICCARBIDE INSERTS 只能用於平面加工﹐第1.11頁中採用五角刀片的刀具﹐也是考慮其切削麵的長度﹐在相同條件下減小接觸面而設計﹐使用這些刀具需首先考慮機器的馬力是否夠強壯的條件下才可使用。捨棄式刀片介紹﹕刀具材質的分類:切削狀況銑削材質刀片名稱耐磨性(WR)韌性(T)顔色:藍色 P切削鐵削很長?鋼鐵?鑄鐵?不銹鋼 P01P10P20P30P40P50顔色:黃色 M切削鐵削介於長短之間?合金鋼鑄鐵??無磁性不銹鋼??錳鋼??耐熱鋼??NI 合金鋼 M01M10M20M30M40顔色:紅色 K切削鐵削很短??硬化後鑄鐵??硬化後鋼材??非鋼材料??銅??鋁??塑膠 K01K03K10K20K30K40刀片厚度的尺寸的編號例如:0105800105……代表刀片的尺寸厚度80……爲系列號注:數位越大?作粗銑較佳;而數位越小?作精銑越好。刀片按鍍層分類:A.無鍍層(UNCOATED)B.鍍DC 2(TIALN)耐高溫達到840°C?硬度達到2500VcC.鍍NTV(TI)耐高溫達到1000°C?硬度達到1500VcD.鍍NT 7(TICN)耐高溫達到400°C?硬度達到3000Vc註:1)鍍層是根據工件的材質和硬度來選擇?鍍NT 7一般需打開冷設備?以延長刀片的壽命。2)原則上粗銑採用P系列的加工?例如25;精銑採用K系列的材質加工?例如:K03。3)所有的刀具都比較利於軟材加工。它擁有設計獨特的排屑槽?且非常鋒利。4)對加工面有孔或深孔加工?採用P40加工?能抗振且軔性好。5) ROUND INDEXABLE INSERTS IN SEMIFINISHING-QUALITY的所有刀片只作粗銑或中粗銑加工?無法作精加工。6)FULL-FACE-CBN-INDESABLE INSERTS ROUND & FULL-FACE-CBN-INDESABLE INSERTS RHOMBIC的所有刀片都是CBN材質?即鑽石?只能用於精加工?且要求餘量非常均勻。7) CERMET INDEXABLE INSERTS ROUND的所有刀片是瓷晶材質?只能用於精加工?且要求餘量非常均勻。它與CBN材質的刀片都比較昂貴3.刀具類型比較由於模具業的不斷發展﹐所用的刀具也發生了變化。傳統的銑刀有﹕圓鼻刀(TOROIDAL CUTTER)、平刀(FLATE CUTTER)、球刀(BALL CUTER)等三種。(1).平刀(FLATE CUTTER)﹕即端刀.模具加工中﹐現基本上不用來作3D的加工﹐主要的原因在於它的尖部損耗大磨損快﹐導致加工不準確、不到位。它主要用在2D的銑削中。(2).球刀(BALL CUTER)﹕它可用在3D的銑削中﹐主要的缺點是切削速度變化大、不太穩定﹐當加工到平面時﹐即以球刀的中心切削時﹐切削的速度爲0。從而它的切削速度無法演算﹐現場加工會變慢﹐同時﹐以相同的PITCH下﹐它的面粗度不如圓鼻刀。但它可用作清角加工之用。3.圓鼻刀(TOROIDAL CUTTER)﹕它從平刀演化而來﹐它在切削過程中﹐幾乎可以用準確的資料來計算切削速度﹐與此同時﹐相對平刀來講﹐它的損耗會慢很多。可用在2D.3D的加工﹐最主要的一點是﹕圓鼻刀的切削速度永遠不會爲零(V≠0),切削速度穩定,在pitch值相同的情況下,面粗度比球刀好。圓鼻刀的計算是球刀往外offset,故計算速度比較慢,但適用於各類切削加工。(附注:任何刀具都是有R角磨損,圓鼻刀之刀尖R角就是端刀磨損成具體數值的R角.)刀具類型特性平刀圓鼻刀球刀散熱性差中優抗振性優中差面粗度差中優4.刀把型號首先分析一下傳統的TB50型刀把結構﹐在加工中其受力作用在錐度部位﹐經過長時間的粗銑﹐會發覺錐度部分有一些傷痕﹔像鍍上了一層銅﹐其實是在加工中刀把與機器主軸共振所產生﹐長時間使用此種刀把﹐刀把的變形量大﹐而且主軸也會磨損﹐而影響同心度和准確度﹐為解決此類問題。BT40及HSK型刀把便是針對BT50的缺點所改進而來。HSK型刀把是把其大平面與主軸的平面相接觸﹐使其加工中受力大部分作用在此平面上﹐以達到增加刀把的鋼性﹐減小錐度部分受力﹐延長刀把和主軸壽命﹐具有良好的准確度和同心度。現公司主要用HSK型刀把﹐其刀把按裝刀方式分為以下幾種﹕(1).筒夾夾頭刀把﹕此刀把精度﹑平衡性較佳。(2).螺紋式配合刀把﹕此刀把主要與其刀頭配合後使用。(3).熱脹冷縮配合刀把(即燒結式刀把)此類刀把現為最常用之刀把﹐其主要優點有﹕1)增加刀具的同心度。2)增加刀具的強度。3)在相同的條件下採用莫式錐度相結合?以減小刀具裝夾的長度。使用熱縮刀把的原理:鋼比鋼的膨漲係數大一些?及刀把(工具鋼)比刀柄(鎢鋼)膨漲係數大一些。使用熱縮刀把的注意事項與步驟:1)刀把的熱縮孔?然後熱縮設備將其升溫?加熱5分鐘?使其膨漲。2)清潔要熱縮的鎢鋼銑刀?然後將刀具放入已膨漲的熱縮孔中?再將其放入冷卻設備中冷卻?即OK。★注意事項:1)熱縮溫度控制在250°C?加熱時間控制在5分鐘。2)冷卻時間在10分鐘即可。3)只能熱縮鎢鋼材質的銑刀。4)刀具的夾持長度至少是3倍刀具直徑。5)熱縮的刀把使用完後必須立刻將其重新熱縮?把刀具取下?不可以用完後置之不理?否則鎢鋼將會銹蝕?將難以拔出。熱縮刀把採用工具鋼?熱處理(1500°C)而製成?所以每次熱縮和冷卻對其晶體的變化影響很小?一般來說?一個刀把至少可以熱縮幾千次。如果刀具斷裂也可以把刀把熱縮?從刀把後面把刀柄敲出。5.刀片損壞分析(如圖﹕刀片使用況分析表)6.線速度與切削量分析在作分析之前﹐我們先回刀以下幾個公式﹕Ｖc＝(π*Ｄ*Ｓ)／１０００ Vc：線速度(m/min)π：圓周率(3.14159) D：刀具直徑(mm) S：轉速(rpm)Ｆ＝Ｓ＊Ｚ＊Ｆz F：進給量(mm/min) S：轉速(rpm) Z：刃數Ｆz：(實際每刃進給)根據以上兩公式可以推出以下公式﹕FZ=(F*D*π)/1000*Z*VC從以上公式可以看出﹐當同一把刀具(即D﹑Z 一定時)在一定的進給量下﹐VC(線速度)越大﹐FZ(每刃切削量)就越少。 |
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