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/a
2.Sinθ=b/c      Cos=a/c不锈钢棒厂家
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/1000
           25=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＊Ｆz
   Ｆ＝2000*2*0.25
   Ｆ＝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=√２Ｒ2
         Φ=√２＊５２
         Φ=7.1(mm)
         Ｘ、Ｙ＝Ｄ／４
       Ｘ、Ｙ＝１０／４
       Ｘ、Ｙ＝2.5 mm
    圓心座標為(2.5,-2.5)
六、取料量的計算
Ｑ＝（ae＊ap＊Ｆ）／１０００
Ｑ：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）／１０００
Ｑ＝35*0.6*1.5*2000／1000
    Ｑ＝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*√10/1.5
Ｆz＝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／１０００ｖｆ
Ｌ：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
　　　　　　 　   1.6~3.2                 0.025~0.075
                     3.2~6.4　　　　        0.05~0.15
　　　　　　　　　6.4~12.8　　           0.10~0.25
　　　　　　      12.8~25　　　　        0.175~0.375                                                                       
                  25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 3 12 20 / 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Φ12
        20……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: Φ32R8  Φ24R6  Φ20R5  Φ13R3.5Φ12R3.5,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 6 52 20/16  H 7 66 20/16 ﹐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:   01 05 80
01 05……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2500Vc
C.鍍NTV(TI) 耐高溫達到1000°C?硬度達到1500Vc
D.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。