CNC铣削加工基础知识.ppt

CNC铣削加工基本知识,内容一.CNC机台认识二.刀具认识三.刀具材质螺旋角y越大时,垂直分力Fv会变大,在切削时要是挟持刀具的力量不够时,刀具可能会从刀把中脱离,当刀具在高速旋转时这是非常危险的。常见的螺旋角有30、38、45、60。,左旋切削及左螺旋角铣刀,右旋切削及右螺旋角铣刀,螺旋角HelixAngle,四.刀具几何,排屑槽切削加工中切层之排出,理想的状况是切屑流出时不致干扰或刮伤工件表面或撞击刀具和伤害到工作者,所以切屑要能够自然断裂成小碎段并且排出至其他地方。故切屑之控制不仅要考虑切屑的流向,而且须使切屑自动断裂。为达到此要求,一般会在刀顶面上作一种设计,能够自动限制切屑长度的机构称之为排层槽或断屑槽。其目的为使切屑能够急速卷曲,藉卷曲的应力迫使切屑断裂。一般的排屑槽设计如下:槽寛W:使产生切屑时形成卷曲,若槽寛太大,则卷曲半径较大,产生的卷曲应力不足以折断屑;若太小,则反之,产生之应力过大时,易使切刃崩裂。槽深H:影响切屑流出的稳定性,若太深则切屑流向槽肩时之卷曲所需的力量较大,易引起刀刃破裂;若太浅则切层可能未流至槽肩时即自行离去,使切屑流向不易控制。槽肩R:为切屑由断层槽卷起作用之部位,关系卷起时之顺畅与否,直接影响卷曲力之大小,若半径太大则切屑易滑上,卷曲应力可能不足以将切屑折断;若半径太小,切屑易被堵塞滑上不易,将产生极大的挤压应力。,适中,太大,排屑槽之构造,四.刀具几何,过中心、未过中心刀具舍弃式圆鼻刀在制作时,通常刀具直径D会比刀刃R角大许多,所以在其底部中间的位置刀刃会未过中心而出现无刀刃区域,也就是说这个区域无切削能力,如左下图。当碰到在加工孔或凹槽形状的工件时,这时会发生右下图的加工间题。虽然刀具的大小可以进入这些区域,但是因为刀刃未过中心,所以刀刃会切削不到中间的料而留下图中黄色柱状的余料,随着越往深处加工,此余料的高度会增加,最后撞到刀具的底部造成刀具损壊。而过中心刀具则是其刀刃过中心,所以没有这样的问题,因此又称钻孔刀具。,四.刀具几何,刀刃数目铣刀的刀刃数目与切削效果的关系会受工件材料,铣刀形状以及加工面亮度等等之影响而异,刃数较多之铣刀,因有较多之切刃产生切削作用,故可获得更光洁平滑之加工面,不过因为无充分之切屑空间以容纳切屑,易受切屑之干扰,且刀刃之强度会较弱。所以一般粗切削,高进给,尤其是较软之材料时,需有较大的切屑空间,而提供切屑空间的最佳方法,即是减少刃数、增大刀刃,不仅能加大切屑空间,亦可增大刀刃之强度,而且铣刀之再研磨次数与寿命也可增加。因此考虑加工方法时,重及粗切削宜选用刃数少、粗齿之铣刀;细及精加工宜选择刃数多、较细齿之铣刀。,四.刀具几何,刀具种类1、依几何形状区分A、端刀B、球刀C、圆鼻刀2、依刀具结构区分A、舍弃式刀具B、整体式刀具,五.刀具种类,三刃,单刃,多刃,两刃,D,R,D=2R,球刀,端刀,圆鼻刀,D2R,五.刀具种类,球刀,端刀,圆鼻刀,R,D,由于是靠刀具高速旋转产生切削力，铣削加工一定会在转角处留下R角，R的大小决定了加工刀具的最大直径，亦即D2R。除非先以较大刀具粗加工后，R角局部预留的地方；另外以小刀具清角。但会浪费加工时间与刀具成本。,五.刀具种类,A、端刀端铣刀之外形如右图所示,铣刀之外缘及底面均有铣齿以构成切刃,所以可以用来铣削工件之垂直面以及垂直面。端铣刀之刀形变化非常复杂,适用于各类加工,如:铣平面、沟槽或轮廓面等等,可说是被运用最为广泛的一种铣刀。一般来说端铣刀非常适用于2D形状的工件,但是应用于3D形状的模具加工时,就不是那么的适用。我们就以下原因说明端铣刀应用于模具加工时所发生的问题:1、如右图框框所指出的区域,你可以看到此处为一尖点。所以甚为脆弱,一但此处尖点崩壊,那么铣刀寿命也就随之完结。所以端铣刀的寿命不甚稳定。2、在铣削2D形状的工件时,由于与工件接触的区域为外缘与底面,所以不论是刀间距或是切削深度都可以使用极有效率的数値。反之如果用于铣削3D形状的模具时,你可以发现与工件接触的区域几乎都是靠近尖点的部位,所以你必须要减少刀间距或是切削深度,因此加工效率降低。,五.刀具种类,端铣刀用于轮廓、平面、沟槽等的切削加工,五.刀具种类,在模具加工中,端铣刀一般会被用来加工模具中的2D区域,如:垂直面以及水平面或是模具中尖角的区域会用端铣刀将之加工出来。而在传统方式的模具加工中,端铣刀也会被用来作粗加工。下面图标为端铣刀的实际加工范例。,五.刀具种类,B球刀如左图所示,底部刀刃为一球形状的铣刀为球刀。球刀在目前的模具加工使用上相当的频繁,尤其是在铣削3D的模具时,球刀更是不可缺少的工具。与前者端铣刀比起来,因为球刀没有像端铣刀底部为尖点的刀刃,而是带有R角的刀刃,所以球刀的刀刃更为强壮,不易崩壊;换句话说,球刀的寿命会比端铣刀更为稳定。除此之外,球刀与工件接触的区域为R角的刀刃,因此在精加工时刀间距可用更大的数値,加工面也有极佳的效果。因此不论是刀具寿命或是加工效率,球刀在模具加工上是不错的选择!不过同样的,球刀在模具加工时也会遭遇一些问题。在铣削3D模具时球刀虽然与工件接触的区域为R角的刀刃,但是实际的接触位置却会随着工件的形状而改变。,五.刀具种类,球刀在铣削较平坦的区域时，球刀底部(图中的2，b，d点)除了切削速度低外，底部的刀刃也会很快的磨损，两侧的刀刃其实并没有用到，所以加工面不仅质量低落而且因为刀具损耗的关系，加工面的精度也会受到影响。,五.刀具种类,球刀用于3D曲面、斜面、沟槽等的切削加工。球形底部因越靠近中心，其线速度越低切削力差，故不适用于平面加工。,中心点线速度为零,五.刀具种类,球刀在模具加工中最常用来铣削3D的模具,尤其是在精加工以及清角加工时,但不适合用于铣削较平坦之区域,因与工件接触面积小,无法加大刀间距。下面图标为球刀的实际加工范例。,精加工,粗加工,五.刀具种类,C圆鼻刀在铣削3D模具时,圆鼻刀还有另外一项优点是使用球刀所比不上的。球刀本身会随着与工件接触的位置不同,切削速度而有非常大的变化,所以加工面质量不稳定。圆鼻刀虽然也有这样的情形,不过它的切削速度的变化并不像球刀那样有极大的变化。因此使用圆鼻刀加工的工件,质量当然稳定。以下说明圆鼻刀切削速度稳定的原因。除此之外,圆鼻刀比球刀、端铣刀有更佳的加工效率,尤其是在粗加工时。因为圆鼻刀底部是平的,圆鼻刀的水平刀间距可以用的比球刀更大。在精加工时,它同样拥有与球刀一样的优点,所以刀问距也可以可用更大的数値。因此圆鼻刀不论是用于粗力口工以至于精加工,都是非常合适的选择。-如左下图所示,圆鼻刀的外型与端铣刀类似,均为平坦的底部设计,所不同的是圆鼻刀的底部为带有R角的刀刃而不是尖点的刀刃,所以刀刃的强度比端铣刀好,不易崩坏,因此刀具的寿命会比端铣刀要好。,五.刀具种类,圆鼻刀的使用右下图为模拟圆鼻刀在铣削3D工件时圆鼻刀与工件接触的情况，在a、b、c、d四点时，刀刃与工件接触的位置。不管刀刃与工件怎么接触，刀刃的接触区域都会落在左下图中所显示的、两个区域。,五.刀具种类,圆鼻刀刀身侧缘与底部铣齿构成切刃，用于平面、斜面、3D曲面、沟槽等的切削加工。,五.刀具种类,左下图为使用圆鼻刀进行粗加工,用圆鼻刀粗加工的好处为其水平刀间距可以使用的很大,所以粗加工效率远比球刀来的好;而右下图则为用圆鼻刀精加工,圆鼻刀的优点就是切削速度变化稳定,所以你可以看到在精加工后工件的表面呈现出金属在被切削后的光亮。,五.刀具种类,面铣刀用于平面加工,五.刀具种类,倒角成型刀用于各类型倒角加工。,五.刀具种类,T型刀用于T型槽、燕尾槽等的精细加工。,五.刀具种类,一、舍弃式刀具此种形式刀具,顾名思义,即铣刀之刀刃部分为可更换的设计。通常在设计上分为刀座以及刀片两部分,刀片即为铣刀中的刀刃用来切削工件,而刀座则做为固定或支撑刀片。刀座的直径即决定铣刀的大小,此外,刀座也可作成多刃的设计。刀片部分则有许多形状,材质等变化。使用者可以视不同的加工情况更换适合的刀片,刀片上所有切刃都使用磨耗后,刀片即抛弃而不重磨,只需更换新的刀片。所以刀具成本、使用弹性为其优点。下列图示为舍弃式刀具。,舍弃式圆鼻刀,舍弃式球刀,五.刀具种类,二、整体式刀具整体式刀具为刀刃与刀体为一体的设计,铣刀上之刀刃与铣刀身皆由同一材料所制成,所以在精度以及刀刃的强度上整体式刀具会比舍弃式刀具来的高,但是相对的制作刀具的材料成本就会提高,而且刀刃需耗后需再重新研磨才可再使用。另外因为考虑刀刃的强度以及制作上的难度,在制作10mm以下的舍弃式刀具极为不易,所以一般10mm以下的铣刀都为整体式刀具。下列图示为整体式刀具。,圆鼻刀,球刀,端铣刀,五.刀具种类,注意事项各类型机台所配备的刀具库，刀具数量有限制。逃料加工用端刀和圆鼻刀精加工用端刀和球刀端刀不适合加工3D面3D面精修要用球刀大中平面禁止用球刀加工越深刀径要越大,防止拉刀.加工原则是遵循从大刀到小刀逐步切削.加工深30mm以下最好用D12的刀具,六.注意事项,注意事项小径刀具的刀柄部最小直径为4mm，且刀具直径越小，其有效刃长越短。,六.注意事项,注意事项加工深度(L)与刀具直径(D)比，L/D一般不大于4/1，太大则可能因刀具强度不足以承受切削阻力(F)而偏摆，影响加工精度，甚至折断刀具。如果是直壁加工，另需注意有效刀刃长度。,六.注意事项,注意事项加工的L/D值大于4/1，则可以加长刀杆辅助。,加长刀杆,六.注意事项,注意事项斜面或曲面使用球刀或圆鼻刀加工，刀具的R愈大，则表面粗糙度可以愈细，且所需的加工路径相对较疏、加工时间愈短。,六.注意事项,注意事项斜面或曲面使用端刀加工，要获得相同的表面粗糙度时，相对于球刀或圆鼻刀，则所需的加工路径要较细密、加工时间较长。,六.注意事项,加工路径设定如下图所示,等宽路径间距参数设定,六.注意事项,加工结果对比,改善前,改善后,改善前:采用等高加等宽路径加工到位,改善后:采用