高速铣削的陶瓷端铣刀设计_高速端铣刀

高速铣削的陶瓷端铣刀设计由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“高速端铣刀”。

目 录引言……………………………………………………………………………………1 2 采用高速陶瓷机夹式的意义…………………………………………………………3 2.1 机械夹固式硬质合金端铣刀特点…………………………………………………3 2.2 机械夹固式硬质合金端铣刀实用价值……………………………………………3 2.2.1 节约成本…………………………………………………………………………3 2.2.2 丰富教学和提高技能……………………………………………………………4 3 陶瓷端铣刀的概述………………………………………………………………… 5 3.1 陶瓷刀具的前景………………………………………………………………… 5 3.2 陶瓷刀具的性能 …………………………………………………………………5 3.3 为了改善切削加工性能所采用的手段………………………………………… 5 3.3.1 采用合适的几何参数………………………………………………………… 5 3.3.2 选择合理的切削用量和切削速度…………………………………………… 5 3.3.3 陶瓷刀片的结构与刃磨……………………………………………………… 6 3.3.4 刀体及刀片座形状设计……………………………………………………… 6 3.3.5 刀片夹紧方式………………………………………………………………… 6 3.4 刀柄的设计选择……………………………………………………………… …7 3.5 陶瓷刀具的种类…………………………………………………………… ……7 4 端铣刀的结构……………………………………………………………… ………8 4.1 刀体结构……………………………………………………………… …………8 4.2 刀盘结构…………………………………………………………………………10

陶瓷端铣刀的概述

3.1 陶瓷刀具的前景

陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具，在生产中有美好的应用前景，目前已引起世界各国的重视[19]。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%-10%。近几年来，中国陶瓷刀具的发展也十分迅速，品种增多，性能提高[19]。中国开发的陶瓷与硬质合金的复合刀片，其工作表面既有陶瓷材料高的硬度与耐磨性，而基体又有硬质合金较好的抗弯强度，故能承受冲击负荷，并解决了陶瓷刀具镶焊困难等问题，为推广使用陶瓷刀具创造了条件。尤其是近几年国内外开发的新品种，尽管至今生产还未形成规模，但因性能优异，有广泛的用途，今后必将迅速发展[20]。可以预料，随着高速切削、干式切削和硬切削应用的增多，今后必将促进陶瓷刀具的发展与使用。3.2 陶瓷刀具的性能

陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，其硬度高(91-95HRA)、耐磨性好，在相同切削条件加工钢料时，磨损仅为P10(YT15)，是硬质合金刀具的1/15，刀具寿命长；在1200℃时仍能保持80HRA的高硬度，所以在高温下仍能进行高速切削；它与钢铁金属的亲和力小，摩擦因数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好。另一方面，陶瓷刀具的缺点是脆性大，抗弯强度和抗热冲击性能较差，当切削温度发生显着变化时，容易产生裂纹。3.3 为了改善切削加工性能所采用的手段 3.3.1 采用合适的几何参数

刀具陶瓷的一些新品种在强度和韧性方面有了较大的提高，但毕竟是脆性材料，抗弯强度较低而抗压强度高。为了充分发挥陶瓷刀具材料抗压强度高的特点，陶瓷刀具采用负前角－100，刃倾角－150，主偏角取450，后角取100，刀尖半径0.8mm。

3.3.2 选择合理的切削用量和切削速度

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共 15 页 根据被加工工件材料是高温合金和淬火钢的特点，在机床功率、工艺系统刚性和以充分发挥高温性能好的特点。采用高速切削可以避免积屑瘤，当达到一定速度时，由于切削温度较高，冷焊消失，此时积屑瘤不再存在。在机械加工中切削速度对变形系数有着显著影响，以40钢为例，切削高温合金和淬火钢时有类似的马鞍形变化规律。以350m/min到700m/min切削速度铣削高温合金，可以有效阻止积屑瘤的形成。3.3.3 陶瓷刀片的结构与刃磨

陶瓷刀具的结构采用正四边形机夹可转位刀片的结构形式。根据被加工零件表面粗糙度要求为Ra=0.4以下，故选择刀片内切圆直径d=12.70mm，刀片厚度S=4.76mm。正四边形刀片边L=d/sin550，L=d/sin550，L=15.875/0.760=12.76mm。刃磨陶瓷刀具应在工具磨床上使用专用夹具，以保证刃磨质量。

3.3.4 刀体及刀片座形状设计

刀体采用圆柱形，材料用40Cr,淬火处理后表面硬度不低于HRC30。刀片座长度h=d+2.725=15.875+2.725=18.6mm，宽度B=2.42S=2.42×4.76=11.52mm。刀体外形如图3.1所示。

图 3.1 刀体外形

3.3.5 刀片夹紧方式

机夹式刀具相对整体焊接式而言，没有焊缝也不会出现因焊接而导致的应力集中，节约了大量刀具安装时间，同时刀体刀柄可以重复利用只需要换刀片，第 8 页

共 15 页 节约了刀具成本，所以选择机夹式刀片，其中刀片和刀体间的连接方法中楔块夹紧式（见图3.2）。

1．刀体 2.楔块 3.刀片

图 3.2 楔块夹紧式

3.4 刀柄的设计选择

两种刀体除了各部分具体尺寸是不同的系列外，最大的区别是刀体和刀柄连接处的定位和连接方式不同：分别采用主轴与端面定位，带端键传动，用夹紧螺钉连接刀杆和刀体；平面与心轴定位，带端键传动的7/24锥度带前导部分定心刀杆，用四个M6螺栓连接刀杆和刀体。

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共 15 页 4 端铣刀的结构

4.1 刀体结构

端铣刀有整体式，镶嵌式和机夹式三种，由于机夹式端铣刀的刀片有多个切削刃，当一个切削刃磨损后可以转位，故节省了刀具材料，减少了库存，还具有换刀方便等优点，故现在的端铣刀多采用机夹式结构（见图4.1、4.2、4.3）。

图4.1 刀体前视图

图4.2 刀体俯视图铣刀的设计

为了保证铣刀有良好的切削性能，应满足以下六项基本要求： 1定位精度 ○可转位铣刀的定位包括刀片在刀体上的定位和铣刀在机床上的定位两个方

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共Ⅱ页 面：

刀片的定位：刀片定位的意义在于保证铣刀切削刃的跳动值，限制在允许的公差范围内。为了实现上述目的，除了采用变形小、硬度高的材料来制造定位元件外，在铣刀设计上普遍采用了三点定位的方法。刀片在制造、检验和使用时都采用三点定位的方法。刀片的设计

6.1 可作为陶瓷刀具的陶瓷材料的种类

1氧化铝（Al203）基陶瓷纯氧化铝陶瓷； ○2 氧化铝—碳化物系复合陶瓷； ○3 氧化铝—碳化钛—金属系复合陶瓷； ○4 Al2O3-SiC晶须增韧陶瓷； ○5 氮化硅(Si3N4)基陶瓷； ○6.2 可转位刀片的设计要求

综合考虑各种陶瓷材料的性能，本设计选用氧化铝—碳化钛—金属系复合陶瓷作为刀片材料。

1在同一刀片上，○要有尽可能多的切削刃供转位使用，以提高可转位刀片的使用率。

2尽量简化或有利于刀片在刀具上的夹紧与定位。○3要有足够的强度，以承受切削时产生的切削热、切削力和冲击、震动等○作用。

4各切削刃要有相同的几何参数，○保证转位或更换刀片后的切削要求不变。

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共Ⅱ页 5要有一定的精度，保证可转位刀片的完全互换。○6刀尖在切削加工时的可达性要好。○7 刀片安装槽的设计

7.1 刀片座的设计计算

刀片座尺寸包括槽深h，底座厚度B，刀尖伸出底座长度h1。h=d+2.75=12.70+2.725=15.425 B=2.42S=2.42×4.76=11.519, h1=h－(ab+bc+ef)=h –[s.tg8o +0.5+(B-s).tg16o ] =h-[4.76×tg8o +0.5+1.735] =15.425-[0.601+0.5+1.735] =12.589mm 7.2 计算刀齿槽和压块尺寸刀柄的设计

8.1 刀柄的结构

机床工具系统最突出的特点就是端面和锥面同步接触。夹紧时,由于锥部有过盈,所以锥面受压产生弹性变形,同时刀柄向主轴锥孔轴向位移以消除初始间隙,实现端面之间的贴合,这样就实现了双面同步夹紧。就其本身的定位而言,这种保证锥面和端面同时定位的方式实质上是过定位。接口的径向精度是由锥面接触特性决定的。接口的轴向精度是由接触端面决定的,这与HSK锥柄明显不同(HSK的轴向精度可达到12μm，而 7/24锥柄仅为31μm)。此外,接口的轴向精度不受轴向夹紧力大小的影响 ,仅由结构决定。

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共Ⅱ页 9 结论

陶瓷材料具有极高的硬度及优良的抗磨损性能，但其韧性和强度较差，抗冲击能力差，因此正确选择刀具几何参数对于提高其抗破损性能、获得较高的刀具耐用度有着重要的作用。

本课题在设计高速陶瓷端铣刀的过程中，对端铣刀重新进行了尺寸设计、结构设计以满足陶瓷刀片切削淬火钢等难切削材料的要求。设计中，通过对刀具几何角度的改进，使加工淬火钢难的这一问题得到了一定的改善。

本设计的陶瓷刀具采用负前角－100，刃倾角－150，主偏角取450，后角取100，刀尖半径0.8mm。采用楔块在后刀面压紧的固定方式、用调整块或者涨紧螺栓调整刀片在铣刀轴向的长度,刀片轴向和周向精度还有待提高，刀体造型的美观度需要进一步改善。

通过设计高速陶瓷端铣刀，我受益匪浅，既巩固了所学专业理论知识，还加深了对所学知识的理解运用，学会了系统的查阅资料，对AutoCAD、Solidworks等软件的有更熟练的应用。

参 考 文 献

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