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NC加工刀具轨迹设计中的几个优化问题

对于一个复杂程度高、精度要求高、需要用数控机床来加工的零件，如何从CAD产生的设计图，通过CAM变成实际的实物产品，是CAD/CAM的技术目标。其中一个重要的技术环节是如何根据CAD设计图和具体加工刀具的有关参数，设计出NC刀具的运动轨迹。刀具运动轨迹设计质量的好坏，将直接影响零件的加工质量及加工成本。这里研究并解决了刀轨设计中的几个优化问题，并在自已开发设计的CAD/CAM系统的NC刀具运动轨迹设计中得到很好地应用。

1 NC刀具运动轨迹设计中的误差源

在计算机自动编制数控程序前，必须根据零件的轮廓，产生相应的刀具运动轨迹。刀具的尺寸不一样，设计产生的刀具运动轨迹也不一样。因此误差将产生于刀具的尺寸和刀具运动轨迹的设计算法两个方面。

1.刀具尺寸的影响

主要是以刀具公称尺寸作为刀具运动轨迹的设计参数而引起的。在进行刀具运动轨迹设计的计算时，刀具的尺寸应该是刀具的实际尺寸，这样就可以避免由于刀具尺寸有误而引起的误差。

2.刀具运动轨迹设计算法的影响

主要是由算法设计者考虑不周而引起的：

a.刀具沿零件轮廓的法向切入时，由于机床运动惯性引起的刀痕误差。

b.在加工零件的轮廓包围面时，为使加工能连续进行，同时避免在轮廓加工起点上出现交点的重合，引起计算机在数控编程时无法判定下一步的走向，往往采取分离加工轮廓的起点和终点的方法。但是，当简单的采用打断轮廓面曲线的方式，就会产生轮廓加工误差。

c.对于零件轮廓锐角外拐角尖角处的加工，为了使尖角能够很好的保留，若严格按照轮廓的尖角来设计，所产生的刀具轨迹会使加工消耗大量的时间做无意义的运动，而且还很有可能产生对零件其他部分的干涉，造成加工零件的报废。

d.当采用复合轨迹加工时，如何设计出较优化的刀轨，即保证加工质量，又使加工路径最短，是值得研究的问题。

图1 切向切入会发生干涉的情况

2 刀轨设计中的几个优化问题

1.刀痕误差解决方法

对于减小刀具切入方向不同可能引起刀痕误差的解决办法是：尽量避免沿零件轮廓的法向切入，尽量沿零件轮廓的切向切入。对于有些有特殊加工起点要求的零件，一味地追求切向切入，可能产生干涉(如图1所示)。为此，在切入点的设计中我们采用了分别对待的办法。对于圆柱体，设置了自动优化为切向切入的功能；对于其它的轮廓采用在计算机的揭示帮助下，用人机对话的方式来设定优化切入点。这样既避免了为追求某一目标而出现新的问题，又发

挥了计算机和人的各自优势。

2.零件的加工

在加工零件的轮廓包围面时，首先要保证各轮廓被完整地加工出来，同时避免在加工过程中出现重合的交点以使加工能连续进行。为达到这一目的，在零件的轮廓上我们做了如正气处理：先切断轮廓曲线，然后根据原轮廓曲线的设计，加长轮廓曲线，使刀具加工的轨迹通过起点后，再沿着轮廓曲线前进0.5mm左右才达到终点。这样设计的终点就能顺利地与刀具的下一步加工轨迹相连接，同时轮廓面也能被完整光滑地加工出来。

图2 尖角处的情况

3.锐角外拐角尖角处的自动优化设计

a.外拐角尖角处的分析

如图2所示，刀具运动轨迹中心离开零件实际轮廓(尖角处)的距离DS为：

DS=RO÷sina/2

其中：RO为刀具半径，a为尖角角度。

距离与尖角角度的关系如表1所示。从中可以看出，当尖角角度小于60°(DS=2RO)以后，DS距离增加开始加快，这时采用优化刀具运动轨迹的技术将起到很好的效果。

表1 距离与尖角角度的关系

a(°) 70 60 50 40 30 20 10 5 2.5

DS/RO 1.73 2.0 2.37 2.92 3.86 5.76 11.5 22.9 45.8

b.算法简介

第一步，找出刀具运动轨迹中“线与线”相连接点PT1。

第二步，测量接点PT1到零件轮廓上“线与线”接点PS1间距离DS，当DS=RO(刀具半径)时，返回第一步，继续往下寻找，直到整个加工刀具运动轨迹查找完毕后，转到第七步。第三步，DS＞RO时，检查角PT23A＞60°，返回第一步。

第四步，以PT1为圆心、DS-RO为半径作圆，使该圆内的线段截断删除。

第五步，用直线连接两个断点，形成优化刀具运动轨迹。

第六步，检查整个加工刀具运动轨迹是否查找完毕，若没有查找完，则返回第一步。

第七步，停止工作。

4.复合刀具运动轨迹的优化设计

所谓复合刀轨，是指在加工轮廓及其所包围的面时(包围面内可以有保物体，如凸台等)，为保证轮廓质量又能使轮廓面内得到完整的加工，设计时先按轮廓加工，再按平行轨迹加工轮廓包围的面。为设计出最短距离的优化轨迹，采取了先离散各刀轨，然后用优化算法连接设计出优化刀轨。优化算法是：

a.从连接的起始点出发，检查各个需要连接的离散轨迹，从中找出距离起始点最近的轨迹端点。

b.用直线连接起始点及最近的轨迹端点，并设该段轨迹的另个端点为新的起始点

c.判别是否还有需要连接的离散轨迹，有则返回a继续，否则结束优化设计工作。

3 结束语

通过对NC加工刀具运动轨迹设计中的误差分析，讨论研究了NC刀具路径优化问题。找出了减少和消除设计误差的方法，建立并开发了优化刀具加工路径的算法和应用程序，并嵌入了开发设计的CAD/CAM系统中，为实现自动生成刀具加工路径提供了方便。对实现CAD/CAM技术具有很好的参考价值。

干切削加工刀具及其设计

干切削加工刀具及其设计合肥工业大学刘志峰摘要适宜的刀具材料和刀具几何参数是干切削加工的关键条件之一。文章在分析干切削加工对刀具要求的基础上,阐述了干切削刀具设计的要点,并结合应用实例说明了刀具设计对干切削加工的重要性。关键词干切削刀具设计加工技术工艺方法 1概述随着环境保护法律法规越来越严格,国外在汽车以及中小型制造业中,干切削的应用越来越广泛,目前在西欧已有近一半企业采用了干式切削加工,德国企业尤为普遍[2]。日本的5生产设备市场6杂志选出的1997年日本工厂自动化行业的国内十大新闻中就包括/保护环境的加工技术具体化0。由此可见:干切削加工技术将成为未来加工技术的发展方向之一。干切削并不是简单地取消切削液就能实现,有意义且经济可行的干切削加工要求仔细分析特定的边界条件和掌握干切削加工的复杂因素,并为干切削工艺系统的设计提供所需的技术数据。干切削加工刀具工作条件恶劣,寿命缩短。因此,须合理选择刀具材料及涂层,设计合理的刀具几何参数。本文分析干切削加工的特点,提出了干切削对刀具的具体要求,讨论了干切削刀具的设计要点。 2干切削加工对刀具的要求干切削加工就是要在没有切削液的条件下创造具有与湿切相同或相近的切削条件。因此,对刀具提出了更高的要求。 (1)刀具应具有优异的耐高温性能目前的刀具材料,如新性能硬质合金、聚晶陶瓷和CBN等有足够的耐高温磨损性能,能够在干切削条件下使用。此外,最有效的方法就是对刀具进行涂层。涂层在切削过程中的作用如同在刀具与切屑之间增加了一道力和热的隔离层,可阻止将热量传递到刀具基体,因而能保证刀具切削刃锋利,使刀头硬度不会很快下降,可大大提高其耐高温性能。生产实践证明,尽管在干切削中还不能将切削区产生的热量完全随切屑排出,但只要合理选择刀具几何形状、切削参数,将能使绝大部分切削热随切屑排出,取得良好的加工效果。[1]。 (2)切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小干切削加工时,在切削区产生的高温产生化学不稳定性、刀具与切屑之间的摩擦增大、排屑速度减慢,极易产生积屑瘤,加剧刀具磨损。因此,须减小切屑和刀具之间的摩擦系数,最有效的方法就是进行刀具表面涂层,并设计排屑良好的刀具结构。如大螺旋角T iAlN涂层丝锥就是具有这种性能的干切削刀具。 (3)刀具的结构要能快速排屑干切削加工中,为了保证工件加工质量和刀具寿命,要求刀具能快速排出切屑,使传入工件和刀具的热量大大减少。 (4)刀具应有更高的强度和耐冲击韧性选择适宜于干切削的刀具材料,如超细晶粒硬质合金、陶瓷和金属陶瓷刀具材料、金刚石和CBN等,也可在高速钢、硬质合金基体上进行适宜的涂层,如T iAlN涂层、T iCN涂层、T iAlN+MoS2涂层、类金刚石DLC(Diamond-Like-Carbon)涂层等。金刚石和CBN可用于干切铸铁、过共晶铝合金、各种钢和钛合金等。 3干切削刀具设计要点及应用 311干车(铣)刀具设计要点干切削刀具通常以月牙洼磨损为主要失效原因,这是因为加工中刀具与切屑接触区域的温度升高所致。因此,通常应使刀具有大的前角和刃倾角。但前角增大后,刀刃强度会受影响,此时应配合以适宜的负倒棱或前刀面加强单元,使刀尖和刃口有足够体积的材料和较合理的方式承受切削热和切削力,减缓冲击和月牙洼扩展,使刀尖和刃口可在较长的切削时间里保持足够的强度。此外,配合大的刀尖前角和刀尖后角,可使刀具刃口楔角增大,减少刀具与已加工表面之间的接触长度,有效降低后刀面的磨损和破损几率。采用如图1所示的几何形状刀片,可大大减小刀具与切屑之间的接触面积,使切屑带走大量热量。图2为干切削和普通车、铣的加工过程示意图。由图可见,当切屑流过普通刀片前刀面时,由于接触面积大, # 20 #5制造技术与机床6

硬质合金可转位车刀设计

七、硬质合金可转位车刀设计［原始条件］加工推动架工序1中车￠50端面，工件材料HT200，铸件。表面粗糙度要求达到Ra6.3，需采用粗车完成其端面车削，总余量为3 mm，使用机床为CA6140普通车床。试设计一把硬质合金可转位车刀。设计步骤为：（1）选择刀片夹固结构。考虑到加工在CA6140普通车床上进行，且属于连续切削，由《切削手册》表4-22典型刀片夹固结构简图和特点，采用偏心式刀片夹固结构。（2）选择刀片材料（硬质合金牌号）。由原始条件给定：被加工工件材料为HT200，连续切削，完成粗车工序，按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料（硬质合金牌号）为YT15。（3）选择车刀合理角度。根据刀具合理几何参数的选择原则，并考虑到可转位车刀几何角度的形成特点，选取如下四个主要角度：①前角γo=15°；②后角αo= 5°；③主偏角k r = 90°；④刃倾角λs= -6°。后角αo的实际数值以及副后角α'o和副偏角k'rg在计算刀槽角度时，经校验后确定。（4）选择切削用量。根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量。粗车时：切削深度a p=3mm，进给量f=0.5mm/r，切削速度v= 122m/min ；（5）选择刀片型号和尺寸： ①选择刀片有无中心固定孔。由于刀片夹具结构已选定为偏心式，因此应选

用中心有固定孔的刀片。 ②选择刀片形状。按选定的主偏角k r = 90°，根据《切削手册》表4-20刀片形状的选择原则，选用正三角形刀片。 ③选择刀片精度等级。由《切削手册》表4-17刀片精度等级的选择原则，选用U 级。 ④选择刀片切圆直径d （或刀片边长L ）。根据已确定的a p =3mm ，k r = 90°和λs = 0°，将a p 、k r 和λs 代入《金属切削刀具课程设计指导书》公式（2.5），可求出刀刃的实际参加工作长度L se 为 L se =s r p k a λcos sin =?-?6cos 90sin 3=3.0mm 则所选用的刀片边长L 应为 L ＞1.5 L se =1.5×3.016=4.50mm 因为是正三角形刀片，L=√3d d=2.60mm ⑤选择刀片厚度s 。根据已选定的a p =3mm 、f=0.5mm/r ，根据刀片厚度的诺模图求得刀片厚度s ≥3.8mm 。 ⑥选择刀尖圆弧半径r ε。根据已选定的a p =3mm 、f=0.5mm/r 及通过刀尖圆弧半径诺模图，求得连续切削时的r ε=0.8mm 。 ⑦由于工件材料为HT200，所以刀片可以无断屑槽。综合以上七方面的选择结果，确定选用的刀片型号是：TNUM160408-V2（《金属切削刀具课程设计指导书》表2.11），其具体尺寸为 L =16.5mm ；s=4.76mm ；d 1=3.81mm ；m=13.494mm ；r ε=0.8mm 刀片刀尖角εb = 60°；刀片刃倾角λsb = 0°；断屑槽宽Wn =2mm ；取法前角γnb = 20°。刀片法后角αnb = 0°

复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展

第51卷第15期2015年8月机械工程学报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.51 No.15 Aug. 2015 DOI：10.3901/JME.2015.15.168 复杂曲面五轴端铣加工刀具轨迹规划研究进展* 樊文刚叶佩青 (清华大学机械工程系北京 100084) 摘要：五轴端铣加工是提高重点工业和国防领域复杂曲面类零部件加工质量和加工效率的重要手段。围绕刀位优化、刀路规划和刀轴矢量优化三个关键问题，综述近年来五轴端铣加工刀具轨迹规划技术的研究进展。根据刀具和工件曲面之间切触点数量，将五轴端铣加工刀位优化算法分为单点切触、多点切触和无切触点三类，并建立多点切触刀位优化的通用数学模型。然后系统梳理了刀路规划、全局干涉检测及刀轴矢量优化理论和方法。最后分析了当前研究存在的不足，指出五轴端铣加工刀具轨迹规划应该尽可能从整体角度出发，且应充分考虑机床的运动学和动力学特性，同时应加强多点切触加工理论和应用研究，使其在工程实际中真正发挥高效优势。关键词：复杂曲面；五轴加工；端铣；刀路；研究进展中图分类号：TP391 Research Progress in Tool Path Planning for Five-axis End Milling Machining of Sculptured Surfaces FAN Wengang YE Peiqing (Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084) Abstract：Five-axis end milling machining is an important means to improve the processing quality and processing efficiency for parts with sculptured surfaces in the key industry and national defense areas. Around the three critical issues including tool positioning, tool path and tool orientation optimization, the recent research progress of tool path planning for five-axis end milling machining is summarized. Based on the number of the cutter contact (CC) point between the tool and the design surface, the tool positioning optimization strategy of five-axis end milling machining is divided into three categories that are single-point contact, multi-point contact and non-point contact. And the general mathematic model of the multi-point contact tool positioning optimization is established. The theories and methods of tool path, global interference detection and tool orientation optimization are systematically discussed. The deficiencies in current research are analyzed. It is pointed out that tool path planning of five-axis end milling machining should be carried out from the overall perspective as far as possible, and fully considers the kinematic and dynamic properties of machine tool. Meanwhile, the theory and application research for multi-point contact machining should be strengthened to indeed play its efficiency advantage in engineering practice. Key words：sculptured surface；five-axis machining；end milling；tool path；research progress 0 前言复杂曲面类零部件广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源、国防等行业，这些曲面通常需要在五轴数控机床上依靠刀具和工件的相对切削运动才能产生，其制造技术水平对于国民经济发展和国防现代化建设都具有十分重要的意义。因此，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》[1]和国家自然科学基金委员会《机械工程学科发展战 *国家科技重大专项(2011ZX04004-012)和中国博士后科学基金(2014T70073，2012M510423)资助项目。20140815收到初稿，20150216收到修改稿略报告(2011—2020)》[2]均将复杂曲面类零部件的数字化制造技术列为制造业的优先主题之一。而“高档数控机床与基础制造装备”和“大型飞机”重大专项的开展，更是对关键复杂曲面类零部件的高效、精密制造技术提出了前所未有的迫切需求[3]。五轴数控加工相比于三轴在提高加工质量和加工效率方面具有明显优势，增加的两个旋转自由度使刀轴姿态更加灵活，通过调整刀轴矢量不仅可以避免刀具与工件及夹具等的干涉，也使刀具和工件曲面之间能够获得更好的几何匹配，有利于增大加工带宽，提高实际加工效率。然而，五轴数控机床的这一运动特性和工件曲面的复杂性也给数控编程带来了新的挑战。刀具轨迹规划是复杂曲面五轴

刀具设计

佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业（卓越工程师）设计说明书（工业产品造型设计）题目：可转位车刀设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：指导教师：完成日期：2013年11月26日佳木斯大学机械工程学院

目录一刀片材料的选择 (3) 二刀具合理几何参数的选择 (3) 三切削用量的选择 (4) 四刀片夹固结构的选择 (4) 五刀片形状和尺寸的选择 (4) 六刀片型号和基本参数的确定 (6) 七刀杆选择（刀杆材料、尺寸） (6) 八刀槽角度的计算 (6) 九选择硬质合金刀垫（国家标准） (8) 十绘制刀具工作图和零件图 (9)

设计要求：杠销式75°机夹不重磨车刀工件：40Mn，HB≤229 光轴，Ra12.5机床：C620 推荐：V=80，αp=4—10，f =0.4—0.8 一刀片材料的选择硬质合金是由难熔金属碳化物（如WC、TiC℉、TaC、NbC等）和金属粘结剂经粉末冶金方法制成的。硬质合金分为三类：YT,YG,YW。 YG类硬质合金主要用于加工铸铁和有色金属，YT类主要用于加工钢料，YW 类抗弯强度、疲劳强度和冲击韧度高，抗氧化能力和耐磨性也比较好，可用于加工铸铁及有色金属。YT类硬质合金适于加工钢料。加工钢料时，金属塑性变形大，摩擦很剧烈，切削温度很高。YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，特别是较高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好。在加工钢料时，刀具磨损小，刀具耐用度较高，所以在加工40 Mn材料工件时应选择YT类硬质合金作为刀具材料。选取刀片材料为YT15。二刀具合理几何参数的选择 1.主偏角主偏角kr主偏角对可转位车刀的寿命影响较大。一般来说，减小主偏角可提高刀具工作寿命。但当工艺系统或被加工工件刚性不足时，减小主偏角会增大径向力，从而加大变形挠度，引起加工振动，降低加工精度和加工表面质量，同时影响刀具寿命，因此，应针对不同的加工条件选择不同的主偏角。设计刀具时的主偏角推荐值见表1。 2.前角的选择加工塑性材料时（钢），应选用较大前角。切削钢料时，切削变形很大，切屑与前刀面的接触面积较长，刀屑之间的压力和摩擦力都很大，为了减小切屑的变形和摩擦，宜选用较大的前角。用硬质合金刀具加工一般钢料时，前角可选用10°-20°，在这里选取15°。

金属切削刀具课程设计

1绪论 1.1刀具的发展切削加工是现代制造业应用最广泛的加工技术之一。据统计，国外切削加工在整个制造加工中所占比例约为80%?85%，而在国内这一比例则高达90%。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，无论是普通机床，还是先进的数控机床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系统(FMC)，都必须依靠刀具才能完成切削加工。刀具的发展对提高生产率和加工质量具有直接影响。材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500?600r提高到1200r以上, 允许切削速度已超过1000n Z mi n,使切削加工生产率在不到100年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 1.2设计目的金属切削刀具课程设计是学生在学完“金属切削原理及刀具”等有关课程的基础上进行的重要的实践性教学环节，其目的是使学生巩固和深化课堂理论教学内容，锻炼和培养学生综合运用所学知识和理论的能力，是对学生进行独立分析、解决问题能力的强化训练。通过金属切削刀具课程设计，具体应使学生做到： (1)掌握金属切削刀具的设计和计算的基本方法； (2)学会运用各种设计资料、手册和国家标难； (3)学会绘制符合标准要求的刀具工作图，能标注出必要的技术条件。

2成形车刀设计被加工零件如图1.所示，工件材料为：青铜；硬度HBS115 ;强度c b = 360Mpa 。 (1)刀体总宽度L 0，如图1所示L 0 L c , 2.1棱体成形车刀的结构尺寸 0. 8 W 6 ^ 0 0 1 『' :?-/ 列— 10 ■ l-fc 20 ■ ----- 48 12.5 其余：一 3.2 \/ 0 0 -5- 3.2 3.2 f 1 .6 6d10 6键均布 0.012 A 1x45° 图1. 图2. 棱体成形车刀多采用燕尾结构，夹固可靠，能承受较大切削力主要结构尺寸有：刀体总宽度L o 、刀体高度H 、刀体厚度B 及燕尾尺寸M 等。图1

金属切削加工刀具材料的选择

金属切削加工刀具材料的选择金属切削加工刀具分为：车刀、铣刀、刨刀、钻头等。下面我们就针对这些做出说明。（一）车刀车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面和副后刀面，刀尖角成。车刀的切削部分和柄部(即装夹部分)的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接-机械夹固式。机械夹固式车刀可以避免硬质合金刀片在高温焊接时产生应力和裂纹，并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一般是用螺钉和压板将刀片夹紧，装可转位刀片的机械夹固式车刀。刀刃用钝后可以转位继续使用，而且停车换刀时间短，因此取得了迅速发展。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面、后面和副后面等组成。它的几何形状由前角γo、后角αo、主偏角κr、刃倾角γ S、副偏角κ惤和刀尖圆弧半径rε所决定。车刀几何参数的选择受多种因素影响，必须根据具体情况选取。前角γo根据工件材料的成分和强度来选取，切削强度较高的材料时，应取较小的值。例如，硬质合金车刀在切削普通碳素钢时前角取10°～15°；在切削铬锰钢或淬火钢时取-2°～-10°。一般情况下后角取6°～10°。主偏角κr根据工艺系统的刚性条件而定,

一般取30°～75°,刚性差时取较大的值，在车阶梯轴时，由于切削方式的需要取大于或等于90°。刀尖圆弧半径rε和副偏角κ惤一般按加工表面粗糙度的要求而选取。刃倾角γ S则根据所要求的排屑方向和刀刃强度确定。车刀前面的型式主要根据工件材料和刀具材料的性质而定。最简单的是平面型，正前角的平面型适用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀，负前角的平面型适用于加工高强度钢和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提高切削刃强度，适用于加工铸铁和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀，可用带负倒棱的圆弧面型，或在平面型的前面上磨出断屑台。车刀分类：按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。车刀按材质可分为.高碳钢、高速钢、非铸铁合金刀具、烧结碳化刀具、陶瓷车刀、钻石刀具、氮化硼刀具等。高碳钢车刀是由含碳量0.8%~1.5%之间的一种碳钢，经过淬火硬化后使用，因切削中的摩擦四很容易回火软化。高速钢为一种钢基合金俗名白车刀，含碳量0.7~0.85%之碳钢中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。例如18-4-4高速钢材料中含有18%钨、4%铬以及4%钒的高速钢。高速钢车刀切削中产生的摩擦热可高达至600℃，适合转速1000rpm以下及螺纹之车削。

数控加工中心铣削内螺纹刀具的设计

数控加工中心铣削内螺纹刀具的设计上海市大众工业学校高明（201800）【内容摘要】数控加工中心铣削内螺纹是一种较为新型的加工方法，螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比，在加工精度、加工效率等方面具有极大优势。基于阀盖梯形内螺纹的尺寸和零件的材质，设计了专门的螺纹铣刀用于批量生产，来满足加工质量的要求。关键词梯形内螺纹螺纹铣刀工效 [Abstract] The milling of internal thread is a new-style method of processing in Numerical Control Machining Center. Compared with the way of traditional thread processing, the milling of internal thread has the advantage over processing accuracy and efficiency. According to the size of the internal thread and the material of the part, we designed the special thread milling cutter to meet the need of processing quality and batch process. Keyword：metric trapezoidal screw internal thread thread milling cutter work efficiency 今年，上海中洲公司求助我校试制一批美国化工厂用的阀体和阀盖，两者的毛坯均为铜镍合金铸件，其中阀盖需加工一处3/4—6ACME英制梯形螺纹（图1）。该梯形螺纹具有内径小，螺距大，牙槽深等特点。起初采用传统螺纹加工方法，即用普通螺纹车刀加工内螺纹，加工过程中出现撞刀、粘刀等现象，工效极差，且加工质量得不到保证。后改用数控加工中心，配以专门设计加工的铣刀铣削此内螺纹，工效提高了近10倍。

金属切削原理与刀具课程设计

金属切削原理与刀具课程设计题目：圆孔拉刀设计 D M L O 说明：设计加工如下图所示零件内孔的拉刀要求：在L6110型卧式拉床上，拉制上图所示零件的孔，已知工件材料为45钢，GPa b 735.0=σ，185～220HBS ，坯孔为钻孔，尺寸见下表分组。要求设计一把圆孔拉刀。完成拉刀工作图及设计说明书。设计说明书格式：1、内容摘要2、目录；3、前言；4、加工图示零件内孔所需拉刀的设计过程及计算说明；5、结束语；6 、参考文献主要参考书及手册： 1、金属切削原理与刀具，陆剑中，上海理工大学，2005。 2、金属切削原理与刀具，吴善元，机械工业出版社，1995。 3、非标准刀具设计手册，许先绪，机械工业出版社，1992。 4、复杂刀具设计手册(上册)，四川省机械工业局，机械工业出版社，1979。

内容摘要拉刀的种类很多，其中圆孔拉刀是使用很广泛的一种，圆孔拉刀由工作部分与非工作部分组成。圆孔拉刀在加工工件时，因拉削方式不同每个刀齿的切屑层形状，切削顺序和切削位置也不同，而且它与切削力的大小，刀齿的负荷，加工质量，拉刀耐用度拉削长度等都有密切的关系，因此要根据需要设计拉刀。拉刀上有很多齿，后一个刀齿（或后一组刀齿）的齿高要高于（或齿宽宽于）前一个刀齿（或前一组刀齿），所以当拉刀作直线运动时，便能依次的从工件上切下很薄的金属层。故加工质量好，生产效率高。拉刀寿命长，并且拉床结构简单。拉削有如下特点： 1）拉削时只有主运动，拉床结构简单操作方便。 2）拉削速度较低，一般为，拉削平稳，且切削厚度很薄，因此拉刀精度可达到，表面粗糙度达。 3）同时工作的刀齿多，切削刃长，一次行程完成粗、精加工，生产效率高。4）每一刀齿在工作过程中只切削一次，刀齿磨损慢，刀具耐用度高，寿命长。5）加工范围广，可拉削各种形状的通孔和外表面，但拉刀设计、制造复杂，价格昂贵，较适于大批量生产中应用。前言将近一学期的金属切削原理及刀具的学习和认识，我们了解了各种刀具的材料，使用范围，使用方法及其性能；并且能够自己动手设计并能根据设计条件及加工条件查用资料、工作手册及公式具备计算设计简单刀具的能力目录前言 1 拉刀设计要求 (1) 2 确定拉削余量、齿升量、齿数和刀齿半径 (2) 3 选择几何参数 (3) 4确定齿距、容屑槽、分屑槽 (3) 5 拉刀检测 (5) 6 确定拉刀非工作部分及总长度 (5) 7 材料及热处理硬度 (6) 8 绘图 (6) 9 总结 (6) 参考文献 (7)

金属切削原理与刀具第版课后习题答案

第一章：刀具几何角度及切削要素 1-1 车削直径80mm ，长200mm 棒料外圆，若选用ap=4mm ，f=，n=240r/min ，试计算切削速度vc ，机动切削时间tm ，材料去除率Q 是多少答：切削速度机动时间材料去除率Q 1-2 正交平面参考系中参考平面pr ，ps ，po 及刀具角度γo ，αo ，κr ，λs 如何定义答：基面pr ：过切削刃上选定点，平行或垂直与刀具上的安装面（轴线）的平面切削平面Ps ：过切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面正交平面po ：过切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的表面前角γo ：在正交平面中测量的，基面和前刀面的夹角后角αo ：在正交平面中测量的，切削平面和后刀面的夹角，主偏角κr ：在切削平面中测量的，切削刃和进给运动方向的夹角。刃倾角λs ：在切削平面中测量的，切削刃和基面的夹角。 1-3法平面参考系与其基本角度的定义与正交平面参考系及其刀具角度的定义有何异同在什么情况下， γo= γn 答：法平面参考系和正交平面参考系的相同点：都有基面和切削平面。不同点：法平面参考系的法平面是过切削刃选定点垂直于切削刃的表面，法平面不一定垂直于几面；正交平面参考系中的正交平面是过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的表面。刀具角度定义的相同点为：都有偏角，刃倾角。不同点是：法平面参考系中min /32.601000240801000m dn v c =??== ππmin /12064032.605.0410*******mm fv a Q c p =???==

定义前角和后角分别为法平面中测量的法前角和法后角；而正交平面参考系定义的前角和后角为正交平面中测量的前角和后角。只有当刀具的刃倾角为0时，γo= γn 1-4假定进给工作平面pf，背平面pp，假定工作平面参考系刀具角度是如何定义的在什么情况下γf= γo，γp= γo 答：假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行与假定进给运动方向并垂直于基面的平面背平面Pp：过切削刃上选定点，同时垂直于假定工作平面和基面的平面。假定工作平面参考系刀具角度定义了在基面中测量的主偏角和副偏角，在假定工作平面Pf中测量的侧前角和侧后角，背平面Pp中测量的背前角和背后角。当刀具的主偏角为90度时，γf= γo，当刀具的主偏角为0度时γp= γo 1-6 poe系平面poe，pse，pre及工作角度γoe，αoe，κre，λse如何定义答：工作基面pre：过切削刃上选定点，垂直于合成切削速度的平面。工作切削表面pse：过切削刃上选定点，和切削刃相切并垂直于工作基面的平面。工作正交表面poe：过切削刃上选定点，同时垂直于工作基面和工作切削表面的平面。 γoe，αoe：在工作正交表面中测量的前刀面和工作基面的夹角为γoe，后刀面和工作切削表面的夹角为αoe。 κre：在工作基面中测量的切削刃和进给运动方向的夹角。λse：在工作切削表面中测量的切削刃和工作基面的夹角。

钛合金的切削加工及刀具设计

钛合金的切削加工及刀具设计核心提示：分析了钛合金的相对可切削性,阐述了钛合金切削加工条件;以钛合金车加工和孔加工为例介绍了钛合金加工刀具的设计. 1.引言钛及钛合金不仅是制造飞机、导弹、火箭等航天器的重要结构材料，而且在机械工程、海洋工程、生物工程及化学工程中的应用也日益广泛。如在阀门制造中，将不锈钢阀门与钛制阀门同时在酸性介质中使用，钛制阀门具有更好的使用寿命。在钛中加入合金元素形成钛合金，其强度显着提高,σb可从350～700MPa提高到1200 MPa，因此在工业上应用钛合金的意义更具重要性。通常按使用状态下的组织将钛合金分为α钛合金（以TA表示）、β钛合金和（α+β）钛合金（以TC表示）三类，三种钛合金中最常用的是α钛合金和(α+β)钛合金。由于钛合金可切削性极差，因此给实际应用带来很多困难。笔者从钛合金的相对可切削性研究出发，根据多年生产经验提出较实用的刀具，供读者应用时参考。 2.钛合金可切削性的研究若以45号钢的可切削性为100%，则钛合金的可切削性约为20～40%，其可切削性比不锈钢差，但比高温合金稍好。在钛合金中又按β型钛合金、α+β型钛合金、α型钛合金为序其可切削性逐步改善，而纯钛的可切削性最好。即在一般情况下，材料硬度愈高，加入合金元素越多，材料的可切削性越差。加工钛合金时，若材料硬度小于HB 300将会出现强烈粘刀现象，而硬度大于HB370时加工又极其困难，因此最好使钛合金材料的硬度在HB300～370之间。 2.1 钛合金切削机理的研究（1）气体杂质的影响各种气体杂质对于钛合金的可切削性有很大影响，其中最显着的是氧、氢和氮；钛合金的可切削性随着气体在钛合金中的含量增加而恶化。

机械制造技术基础课程设计-刀具课程设计指导书

机械制造技术基础课程设计指导书（刀具部分）一、设计目的及要求：刀具课程设计是机械制造类(冷加工)专业学生在学习《机械制造技术基础》、《机械制造装备设计》等课程及其它有关课程之后进行的一个实践性教学环节，其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决生产实际中刀具设计问题的能力。通过刀具课程设计，应使学生达到如下要求：（一）初步掌握几种典型刀具的设计计算方法，（二）学会绘制刀具工作图，标注必要的技术条件，（三）学会使用各种设计资料、手册和国家标准，设计内容：刀具课程设计的内容是从成形车刀、成形铣刀、拉刀、可转位车刀或可转位铣刀中选择两把进行设计，每把刀具设计内容包括： 1.刀具工作图：1 张； 2.设计计算说明书：1 份（不少于3000 字）。二、设计刀具的一般步骤（一）确定刀具的类型；（二）选择刀具材料；（三）确定刀具合理的几何角度；（四）确定刀具结构参数(包括：刀体尺寸、刀齿齿数、刀齿和容屑槽形状和尺寸、刀具夹持部分的结构和尺寸等)；（五）设计计算刀具的廓形；（六）制订合理的技术条件(包括：重要尺寸的公差、形位公差、各重要表面的粗糙度、对刀具材料及热处理的要求等)；（七）考虑刀具的制造工艺及检验方法；（八）绘制刀具工作图；（九）编写出刀具设计计算说明书。三、刀具工作图及设计计算说明书（一）制刀具工作图时应注意的主要问题：刀具设计计算最终要用刀具工作图表示出来，为刀具制造提供全部参数及要求。刀具工作图在图纸中的布置，应当各部分之间协调，松、密恰当，整体美观。绘制刀具工作图时应注意的主要问题如下： 1.刀具工作图的画法：刀具工作图应表示出该刀具的结构特征及其具体尺寸。同时除主要视图外，常有剖面图，局部放大图。如切削刃口型式，分屑槽结构型式、小圆角及空刀槽等。在绘制刀具工作图时，除按机械制图投影理论绘制外，通常还采用简化画法。例如齿轮滚刀、蜗轮滚刀、花键滚刀等正视图其外圆及两端面用粗实线画，而刀齿、螺旋槽则可用双点划线简化表示，但螺旋方向必须一致。拉刀切削部粗切齿、精切齿、校准齿，按类只画前后几个齿而中间齿可以用简化画出，即外圆用粗实线，容屑槽底用细实线，其拉刀长度可以断开等。 2.刀具工作图的标注：刀具工作图像其它图纸一样按国家标准规范进行标注尺寸、公差及表面粗糙度。形位公差尽量标注在图形上，有时为了简便也可用文字说明，写在技术要求中。

刀具轨迹生成与动态切削过程仿真

刀具轨迹生成与动态切削过程仿真五坐标数控加工丁1，*，双qingzhen2，朱利民2 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，，武汉430074；上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，，上海200240 2009年10月9日2009年12月29日收到五轴数控加工提供了一种有效、高效的方法来制造复杂形状的机械零件，这是一种有效的方法广泛应用于航空航天，能源和国防工业。其技术创新在最近备受关注岁月。在本文中，国家的最先进的技术，五轴加工工艺规划的总结和挑战从刀具路径生成，集成几何/机械仿真和分析的问题进行了分析加工稳定性分析。基于可访问性的刀具定位优化方法研究进展线接触和三点接触加工，刀具包络面形状控制和铣削稳定性预测详细介绍。最后，新兴趋势和未来的挑战进行了简要讨论。关键词：五轴加工，刀具轨迹生成，集成几何/机械仿真，动力学仿真引文：在传统的三轴数控加工的翻译刀具的运动是允许的，而刀具方向可以改变一五轴机床因为另外两个旋转轴。优势五坐标数控加工主要依赖于控制工具取向：（1）零件间的碰撞可通过选择可访问的工具的方向，它提供了机器的能力复杂的形状，如航空航天，涡轮叶片和船用螺旋桨。（2）大的加工条带宽度如果工具方向被正确地规划，则可获得工具提示几何匹配的零件几何。再者,高效的刀面研磨可以应用于机器航空叶轮用一五轴机床。（3）在五轴加工中，切削条件可以得到改善。例如，它是可以缩短的工具悬挑长度如果工具定位优化。确定在一个密闭的空间中，当表面被机械加工时，安全和最短的刀具长度是非常有用的小直径铣刀可用于。切割区域的刀具，从而影响切削力，刀具磨损和机械加工表面质量也可以通过改变来控制刀具导向。除了上述优点外，还有一些具有挑战性的五轴加工中的问题。自工具方向是可调的，很难像图像的复杂工具的空间运动。因此，它更难以生成无碰撞和高效率的刀具路径，这限制了它的广泛应用。此外，切割力预测和动力学模拟更为复杂因为所涉及的切削参数是随时间变化的在加工过程中。约五轴电流工作机械加工分为三类1类：刀具轨迹生成，集成几何/机械模拟动力学仿真，如图1所示。刀具轨迹生成是计划的过程，相对于基于零件模型、加工方法和公差要求。刀具轨迹对切削效率和质量有很大的影响。它也是基金会集成的几何/机械模拟，这取决于切削几何与切削力模型的研究技术。切削几何反映了网格的状态在刀具和工件之间的材料清除过程。通过整合切割的几何形状和切削力模型，可以预测的瞬态切削力。切削力，然后可以应用到动态模拟，进给率优化，预测补偿变形。动态仿真目标是预测切削稳定性和加工表面基于切削力和动力学特性的研究机床夹具系统的研究。力学仿真有助于优化切削参数和刀具路径。

金属切削刀具课程设计——拉刀设计

金属切削刀具课程设计题目：圆孔拉刀设计学院：装备制造学院班级：专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：がくしう学号：指导教师： Mr. Lu 完成时间： 2014年5月17日成绩：

目录一．原始条件及设计要求 ........................................................................................... 3 二．刀具结构形式确定 ............................................................................................... 3 三．刀具材料的确定 ................................................................................................... 3 四．刀具几何参数的合理选择和计算 .. (3) 1.拉削余量 δ (3) 2.拉削前孔的最小直径min d ω........................................................................ 4 3.拉刀前角 015γ=?..................................................................................... 4 4.拉刀后角0α及韧带宽1b α .......................................................................... 4 5.校准部......................................................................................................... 4 6.齿升量f a .................................................................................................... 4 7.齿距p (5) 8.容削槽......................................................................................................... 5 9.分削槽......................................................................................................... 5 10.前柄部形状和尺寸................................................................................... 6 11.前导部尺寸 ............................................................................................... 6 12.前柄部至第一齿距离............................................................................... 6 12.后导部尺寸............................................................................................... 6 13.齿数设计................................................................................................... 7 14.切削部分直径设计................................................................................... 7 15.切削部分长度........................................................................................... 7 16.拉刀总长度.. (8) 五．设计体会 ............................................................................................................... 8 六．参考文献 (8)

基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证

18 本文将对基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹生成算法进行实验，并通过实验对该种刀具轨迹规划算法生成的刀具轨迹与平面区域加工方法生成的刀具轨迹进行比较分析。 1　实验对象实验中取一远红外线成像仪的盖子作为实验对象。其实验模型如图1所示。图1　实验模型图2　XkN714立式数控床身铣床 2　刀具轨迹计算在充分理解算法的基础上，以Matlab为工具，以红外线成像仪上盖为加工对象，算出该平面型腔的加工轨迹。 3　实验过程 3.1　实验条件实验设备：采用XkN714立式数控床身铣床（见图2），主要参数见表1：表1　机床主要参数主轴最高转速 /r?min -1 最大进给速度/mm?min -1 工作台面/ mm 最大力矩/N?m 6000 1500 750×500 5.80 加工刀具：Ф6键铣刀。工件材料：铝。 3.2　NC程序编制利用程序计算出刀具轨迹点后，将这些单独的点转化为刀具轨迹线。图3为平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹，图4为基于单调链概念的平面型腔行切轨迹。从图中可看出平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹产生了3次抬刀动作，而基于单调链概念的型腔行切轨迹在整个加工过程中没有产生抬刀动作。图3　平面区域加工方法生成的型腔行切轨迹基于单调链的平面型腔行切刀具轨迹规划方法验证杨春花（云南机电职业技术学院机械工程系，云南昆明 650203）摘要：基于单调链技术的型腔行切刀具轨迹的规划方法，特点在于用单调链的数目来抽象描述内外轮廓的多边形几何形状的复杂性，从而建立起抬刀次数与行切行距、内外轮廓多边形的几何形状，内外轮廓多边形的数目之间的具体关系式，并在此基础上，采用相应的算法规定，最大程度地减少了抬刀动作的次数。关键词：数控加工；刀具轨迹；单调链；抬刀次数；行切行距；内外轮廓中图分类号： TG506 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）31-0018-03 2012年第31/34期（总第238/241期）NO.31/34.2012 （CumulativetyNO.238/241）