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[刀具培训资料] 邹军老师:一图告诉你,数控铣削的几个重要切削参数(附编程实战讲解)

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    2019-9-6 07:22
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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2020-11-3 15:53:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    (本文由邹军老师原创,在没有人指引你的时候,你靠自己的能力,或者靠自己一点点去打通去积累,是很慢的,如果别人把自己的经验倾囊相授,你可以少走很多弯路。【跟邹军学数控编程】,让你成为经验丰富的编程高手。想学习《UG编程》,《宏编程》,学习加微信:Yuki7557)


    前段时间有位师傅为了提高加工效率,直接提把程序中的转速S提升不少了;我一听,心想完了,这师傅可能会造成刀具成本上的增加。(为什么呢?下面我会讲到。)


    关于车间生产效率的提升,实则由两大部分组成:


    生产准备


    生产时间


    生产准备占生产时间最多,尤其是小批量多品种的加工生产,(比如材料,刀具,夹具等的准备与周转),这主要是管理层面的事情,考验的是车间管理能力!


    生产时间又分为两种情况:


    停机等待时间


    切削时间


    停机等待时间,比如装卸工件,更换装夹刀具等,这一部分也比较费时。而切削时间,也就是程序运行时间,这只占用生产的一小部分时间,如下图所示:



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    好,生产管理是提效的核心 ,这是管理层面的事情,作为我们普通员工,怎么把刀具用好,怎么把切削参数给的合理,这才是我们关心的事情!

    今天这篇文章,我就从切削参数方面,用一张图给你介绍几个铣削方面的重要加工参数:

    93fde045fbe278e17ac70b3fbd265082.png

    第一个公式就是:金属去除率公式(Q = F x ap x ae)

    金属去除率高低和 F ,ap,ae成正比,也就是这三个参数中提升其中一个参数就可以提升金属去除率。


    这就是为什么在程序中提升转速,并不能直接提升加工效率。

    (这里指的是不能直接提升加工效率)


    通过提升切削参数来提高加工效率,前面说过,切削时间只占用整个生产效率的很小一部分,所以,我重点讲下,简单粗暴的提高切削参数,可能会增加车间刀具费用以及影响零件的质量等。


    比如程序中的进给量F是非常容易调整的,加大进给量F,那么金属去除率就会提升那,这么一个小改动,它可能会对刀具,零件造成什么影响呢?


    具体看第二个公式:进给量公式(F= n xZn x fz)

    假定其它两个参数不变的情况下:

    1、n变大,也就是你提高了程序中的转速S,这个影响那就显而易见了,要想n变大  那么线速度Vc就需要变大(Vc和n的关系具体看第三个公式:n=Vc/3.14*Dc)。


    线速度就要上升,线速度和刀具寿命有着最直接的关系。


    刀具界:做了大量关于切深ap,进给F和线速度Vc对刀具寿命的影响。



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    如上图:横轴代表刀具的磨损量,纵轴T代表刀具寿命。


    其中:

    1,       切深Ap增加50%刀片磨损增加20%;


    2,       走刀量F增加20%刀片磨损增加20%;


    3,       切削速度增加20%刀片磨损增加50%;


    也就是,切削速度提高,刀具寿命会急剧缩短,因此当刀具寿命过短或者说切削过程中刀具磨损的特别快,可以降低切削速度,反应在程序上面,可以降低程序中的转速S;


    2、z 变大,也就是齿数增加了,这样,铣削狭窄空间的零件可能会造成排屑问题,同时,多的刀片同时和工件啮合,切削力就会变大,也就意味着切削过程中震动的趋势就会增大。


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    加工中有了震动,可以减少刀具齿数来解决。当然,震动和很多因素有关系,比如:刀具的齿数,刀具的主偏角,刀具的悬深,零件装夹,编程,机床,等等。因篇幅原因,我后面将用循环图的方式,给大家解释其中的因果关系和对应的解决办法。

    3、fz变大,也就是说每齿进给量要大,每齿的进给量大了,最直接的影响就是切削力就变大了。

    切削力变大,这样对刀具刃口强度要求也就变高了,比如下图,切削刃口:


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    那么,切削过程中,如果刀片容易蹦刃

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    关于刀片磨损有很多形式,蹦刃只是其中一种,我将在微信朋友圈小范围分享刀片各种形式磨损的应对措施。常见的8种磨损形式,我用了上万字,分析了其中的原理以及给出了对应的解决办法。)
    如果刀片容易蹦刃,选择更软的刀片(牌号更高的,具体可以看我之前的刀具材质分类一文),刀片软了,就耐冲击,自然就不容易崩刀了。

    邹军我一直分享编程干货,这里我从编程角度,给大家一种解决办法。

    强调下:

    铣削是刀具切削刃进入工件-----切削------退出工件,这么一个循环的过程(除轴向进给,比如钻孔,插铣外)。

    这一循环过程刀路常有两种形式:

    顺铣

    逆铣

    接触过加工中心的很多师傅可能都清楚:顺铣,逆铣;
    但是这两种刀路和刀具蹦刃有什么关系呢?
    其实,顺逆铣只是表面现象,这背后是刀具承受力压应力和拉应力的大小。
    来来,看下面两张图解释刀具切削刃的受力原理:
    这张图是顺铣:刀具切入工件的时候,切削厚度最大,退出工件的时候,切削厚度最小。

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    那么,采用顺铣,刀具切入工件的一瞬间,铁屑厚度最大,对刀具切削刃冲击力就大,(也就是给切削刃一个大的压力);退出工件时候,切屑厚度最最小,根据力的作用力与反作用力,刀具切削刃受到拉应力就小。


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    下面这张图是逆铣:刀具切入工件的时候,切削厚度最小,退出工件的时候,切削厚度最大。

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    那么, 采用逆铣,刀具切入工件的一瞬间,切削厚度最小,对刀具的冲击力就小;(也就是给刀具切削刃一个小的压力);退出工件的一瞬间,铁屑厚度最大,那么刀具承受的最大的压力突然释放,根据力的作用力与反作用力,刀具切削刃受到的拉应力最大。

    如下图所示:

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    好,理解了铣削过程中刀具切削刃的受力原理,补充说明下,编程时候如何判断顺铣和逆铣?

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    我曾说过,万事万物划分两了种状态,比如上和下、左和右、东和西、男和女……。这两种状态衍生了丰富多彩的世界,那么不管多么复杂的零件,按照工件特征也有两种形态,要么是外(形),要么是内(形),从而组成了各种形状的零件。

    那么针对铣“外形”

    顺时针走刀即为顺铣,逆时针走刀即为逆铣。(如下图所示:)


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    那么针对铣“内形”

    顺时针走刀即为逆铣,逆时针走刀即为顺铣。

    如下图:


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    好了 ,用心看一下上面的图,很有用,记住,你就会判断了。

    好了,顺铣和逆铣涉及的理论先分析这,这些理论在我们实际编程中有什么用?

    举个简单例子(如下图),要求铣平面。



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    编写此程序前我们先选择刀具,常有两种选择:
    1,刀具直径小于零件平面尺寸
    2,刀具直径大于零件平面尺寸
    以上两种情况,相信大家都会选择刀具直径尺寸略大于零件平面尺寸,这样加工效率高。
    那么,刀具直径大于零件平面尺寸,又有三种走刀方法, 邹军我给你绘制三张刀路图。

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    1,(如左图)刀具中心和零件中心重合,切入工件和退出工件,切削厚度始终一样。
    2,(如中图)刀具中心偏零件中心靠左侧,切入工件时候切削厚度最厚,切出工件切削厚度最薄。
    3,(如中图)刀具中心偏零件中心靠右侧,切入工件时候切削厚度最薄,切出工件切削厚度最厚。

    好,重要的事情再重复一遍(同时你最好看三遍),通过上面三种刀路:

    第一种情况:刀具中心和零件中心重合,或者可以理解成铣削工件时候采用的是满刀切削,刀具切入和退出工件切削厚度一样。

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    第二种情况:刀具中心偏零件中心靠左侧,或者可以理解成铣削工件外轮廓(顺时针走刀),如图所示,也就是采用顺铣,刀具切入工件时候切削厚度最厚,切出工件切削厚度最薄。

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    第三种情况:刀具中心偏零件中心靠右侧,或者可以理解成铣削工件外轮廓(逆时针走刀),如下图所示,也就是采用了逆铣,切入工件时候切削厚度最薄,切出工件切削厚度最厚。

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    例子分析完毕, (除轴向进给和插铣外),不管是平面加工,轮廓,还是型腔加工,编程时候的刀具位置相对于零件不外乎上面三种。(再次强调,虽然以平面铣为例子,你也可以看成铣轮廓,型腔等等。)

    那么,第一种情况,相当于满刀切削,比如说一块板的中间铣出一道槽,比如说一实体工件铣型腔,第一刀都是满刀切削,这种情不分顺铣铣。(当然除高速铣削的一些编程策略除外,后面我会专门讲高速铣的编程策略)。

    其它两种情况,由刀具位置和进给方向决定了顺逆铣。

    那么结合上面的讲解,编程时候怎么应用顺逆铣呢?我重点从刀具这个角度给大家简单分析。

    刀具的种类非常多,也有不同材质的,比如高速钢,硬质合金,陶瓷,CBN,金刚石等等,总体上从刀具材质这个角度,至少有两个重要指标:硬度和韧性。


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    横轴代表韧性,(如上图所示),越靠右侧所对应的刀具材质韧性越好,也就是高速钢材质的刀具韧性好,金刚石材质的刀具韧性差。

    纵轴代表硬度,(如上图所示),越往上所对应的刀具材质硬度高,也就是金刚石材质的刀具硬度高,高速钢材质的刀具硬度低。

    韧性好的刀具耐冲击,但不耐磨;硬度高的刀具耐磨,但不懒冲击。

    把顺逆铣编程策略和刀具韧性和硬度这两个特性结合起来,分为四种类型:


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    1. 硬度高的刀具 编程采用顺铣

    2. 硬度高的刀具 编程采用逆铣

    3. 韧性好的刀具 编程采用顺铣

    4. 韧性好的刀具 编程采用逆铣

    编程时候,你会选择哪种?

    比如,你目前使用的是硬度比较高刀具(比如立方氮化硼CBN刀具)

    推荐的方法是采用第1种:硬度高的刀具 编程采用顺铣。

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    顺铣,切入工件,虽然切的切屑最厚,刀具承受压应力最大,但是由于有刀体(定位面)的支撑,切出工件时候切屑最薄,刀具承受拉应力最小,这样就不容易蹦刃,刀具寿命会显著提高。

    反之,若硬度高的刀具编程采用逆铣,切出工件时候切屑最厚,刀具承受到的最大压应力突然释放,(根据力的作用力与反作用力),刀具切削刃受到的拉应力最大,切削刃很容易被铁屑带走,造成刀具切削刃大块掉落。


    好,我从刀具材质这个角度简单分析了下。当然编程时候顺逆铣策略还可以从其它角度考虑,比如加工工况,粗精加工等等。

    比如以粗精加工为例,邹军我再简单分析下:

    回到文章开头,提到的第一个公式:金属去除率(Q = F x ap x ae)

    是的,粗加工就是为了提高金属去除率,所以尽量要大的切深,切宽。

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    铣削过程中大的切深,切宽意味着刀具切削刃带就和工件接触的多,若采用顺铣,刀具切入工件切削厚,将会受到较大的冲击力,(对机床的功率,零件装夹刚性等等也都有要求)容易引起切削过程中的震动,甚至刀具的蹦刃。反之,逆铣是切削薄进厚出,这样就很好解决了粗加工大切深,容易造成震动等问题。

    好啦,数控编程中的顺逆铣策略还可以从机床,夹具,工件材料等多维度分析,以后慢慢讲解。

    总之,[数控编程] 从图纸的分析→工艺路线确定→产品装夹 →刀具选择→程序编制 →数控加工,最终环节要反应在数控程序上面!编写程序的过程就是体现这些步骤的过程!如何快速掌握数控编程?如何让自己编程功底再提升一个层次?跟邹军我学接地气的数控编程,请私信我!
                   
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