滚刀设计参数及工艺参数的选择
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Gen-1-10-2001-M.Broese
选择滚刀的槽数
选用多槽滚刀有下列优点:
High number of gashes for :
Better quality lower chip load less wear less resharpenings reduction of cutting times cutting times
Gen-1-10-2001-M.Broese
粗切区 齿形展成区
窜刀方向 顺铣
滚刀的最短工作长度
滚刀半径 切入深度 齿轮顶圆的半径 滚刀安装角 齿轮的螺旋角
滚刀的螺旋升角
Gen-1-10-2001-M.Broese
L -- 为滚刀的最短长度
展成区长度计算
Gen-1-10-2001-M.Broese
n0
v1000
d0
tH
z2
d0 z0
(EBA)
fzv1000
- 从滚削时间公式可看到的趋势是:
- 加大滚刀直径可增加切削时间,
- 增加滚刀的头数可缩短切削时间.
- 当然在改变这两个参数时,也会带来其它参数的 变化.
z2 = 齿轮齿数, z0 = 滚刀头数 A = 切出长度 E = 切入长度
b = 工件的宽度 n0 = 滚刀的转数 fz = 轴向走刀量 d0 = 滚刀直径 v = 滚刀切削速度
窜刀
- 从降低滚齿的刀具费用,和换刀的辅助时间,滚刀的窜刀长度应尽量长. - 滚刀的窜刀长度应与采用的机床相适应,滚刀可窜刀部份的长度若大于机床能执行的窜刀长度是一种浪
费,会增加刀具的成本.
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择参数的目的是提高加工效率, 降低加工成本
提高加工效率,降低加工成本的途径
0,1
0,13
0,17
0,2 mm 0,3
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
VC m/min
根据不同的齿轮材料的性能选择较好的加工性能的温度确定其加工速度
Gen-1-10-2001-M.Broese
M35带有TIN涂层滚刀的推荐的切削速度
材料强度 700 N/mm2
滚刀的上齿高 变位量
滚刀齿定圆弧半径 压力角 螺旋角 齿数
模数 齿轮顶圆直径 滚刀螺旋升角
展成区长度的计算要考虑两啮合线在滚刀齿顶处 两端点间距和在齿根处两端点间距的大小
-齿轮齿形的生成是在齿形展成区生成, -- 齿形展成区是以节点对称 - 齿形展成区的大小是由两啮合线端点与滚刀齿 顶线交点间的线长lpa和两啮合线与齿轮顶圆交 点间线长Lpf的长者计算.
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窜刀长度的确定
滚刀的窜刀长度按下式计算: Ls = L3- Le - LPO/2 – 3 * mn Ls=滚刀的窜刀长度 L3=滚刀的有效长度 Le=滚刀的切削刃长度(滚刀的 最小长度) LPO=齿轮齿形展成长度
- 滚刀在加工一个或几个齿轮之后,沿其轴向相对于齿轮移动一个距离,以保证滚刀刀齿的均匀磨损—称为
- 应用直槽滚刀所能采用的最多头数应控制滚刀的螺旋升角不大于6度,过并按下面公式计算:
Gen-1-10-2001-M.Broese
确定滚刀的最大头数
按照螺旋升角不大于6度计算滚刀的最大头
数,若滚刀的螺旋升角大于7.5度,将在刀齿楔
角为钝角一侧的齿面质量下降.
z0
0 ,1 d 0
mn
sin 0
• 选取适当的刀具参数 • 选择适当的加工参数 • 合理使用刀具
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选择适当的加工参数
• 切削速度的选择 • 走刀量的选择
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选择切削速度
-
-滚削速度的选择要考虑刀具材料, 和适当的涂层
-要考虑被加工齿轮的模数,
-要考虑被加工齿轮的材料及其热处理条件
Gen-1-10-2001-M.Broese
计算齿轮齿形包絡误差
滚削齿形包絡偏差 滚刀的头数 齿轮的模数 齿轮的压力角 齿轮的齿数 滚刀的槽数
Gen-1-10-2001-M.Broese
采用多头滚刀提高被切齿轮的齿形精度
下图比较12槽滚刀和24 槽滚刀所包絡齿形的误差, 12槽滚刀的理论包絡误差为—0.0015mm, 24槽滚刀的理论包絡误差为—0.0004mm
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择滚刀的长度
滚刀长度的计算:
• 预切区长度的计算 • 展成区长度的计算 • 窜刀长度的确定 • 始,终位置的确定
- 滚削的过程要分成预加工区和展成区, - 从齿坯上切下的绝大部分金属是在预切区进行的. - 预加工区是位于滚刀首先切入齿轮的一侧. - 滚刀的安装位置必须包容整个预加工区,否则会造 成切入端第一个刀齿过载,可能发生打刀现象. - 加工一种齿轮的滚刀的最小长度等于预加工区的 长度, 也称刀具切削刃长.等于粗切区长度加上展成 区长度的一半.
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12 槽滚刀加工齿形误差
Gen-1-10-2001-M.Broese
24 槽滚刀的理论包絡误差
选择多槽滚刀要考虑的因素
使用多槽滚刀要保证下列各条件得到满足: • 保证刀齿刃背有足够的使用长度(刃磨次数)和足够的刚度. •有足够的容屑空间(夹角25°-30 °)防止挤屑,特别是用于强力切削和干切的滚刀 •有足够大的槽底圆弧半径,防止挤屑 •最小滚刀直径的选择,要考虑刀具内孔,槽数和有效刃背长度等因素, • 在同样大小直径的滚刀,增加槽数将缩短滚刀刀齿的有效齿长,刃磨的次数将减少. • 小直径的滚刀要保持大直径滚刀同样的刃磨次数只有减少滚刀的槽数. • 没有精密,高效滚齿机多槽滚刀将不能很好的发挥其作用,得不到应有的齿形精度和加工效率.并 牺牲了刀具的寿命.
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选择滚刀的头数
tH
z2 (EBA)
z0n0 fz
n0 v1d00 00
增大下面三项参数可降低滚削时间:
•滚刀头数 •滚刀转数 rpm •轴向走刀量
Z0
n0
应选择较大的值!!
增加头数是提高效率
fz
的有效途径之一
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选择滚刀的头数
- 选择小直径滚刀在采用同样的切削速度的情况下,提 高滚刀和工被加工齿轮的转数,提高加工效率.
n0
v1000
d0
采用100 m/min 的切削速度,若是直径100mm 的滚刀,no 滚刀的转数318转/分, 若是直径为80mm 的滚刀, no 滚刀的转数398转/分, 80mm直径的滚刀的转数就高出25%,在加上行程长度的影响 ,80mm 滚刀的加工效率要比100mm滚刀的高出28%
材料强度 900 N/mm2
材料强度 1200 N/mm2
M o d u le
<2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14
ro u g h in g m /m in
100 92 84 76 68 60 56 52 48
44 38 35
fin is h in g m /m in
130 120 110 99 88 84 78 73 67
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择滚刀外圆直径要考虑的因素-滚刀外径对走刀波纹深度的影响
选用大直径滚刀的优点: -在保持同样的刃背长度的条件下,可采用较多的槽数,提高滚齿的齿形精度,采用较大的轴向走刀量. -在采用相同的轴向走刀量的条件下,造成的走刀波纹高度要小于小直径滚刀所造成的波纹高度.
Gen-1-10-2001-M.Broese
切削速度和切屑厚度对刀具刃口温升的影响
刀具刃口的温度在一定的范围内随切屑厚度的增大及切削速度的提高而
升高.
550
Return
500
450
VC m/min
Te m pe rature in °C
400
350
300
Chip thickness
250
200
150
从上面公式可看出,在相同的走刀量下,dao 滚刀的顶圆直径愈小走刀波纹的深度愈大,因而,在控制走刀 波度高度一定的前提下,选用较大直径的滚刀可以选择较大的轴向走刀量.如:同采用2mm/rw 的轴向走 刀量,直径 100mm 的滚刀造成的走刀波度为0.0145mm, 而直径为80mm的滚刀造成的走刀波度为 0.0182mm.
z0 ·n0 ·fz = 生成速度
Gen-1-10-2001-M.Broese
滚刀外径与滚刀刀齿有效齿长的关系
7
mm
6
6,5
100
5,8
95
5
5
90
5
85
Usable tooth length
4
4
80
4
75
3
3,2
70
3
65
2
2,5
60
2,5
55
1
1,5
50
hob
mod 2,0mm
bore diam. = 32mm
21 20 19
fin is h in g m /m in
77 70 56 42 36 35 34 32 21
29 28 27
Gen-1-10-2001-M.Broese
ASP30带TIN 涂层滚刀推荐的切削速度
刀具材料 ASP30
模数 <2
2
3
4
5
6
7
8
9
Gen-1-10-2001-M.Broese
10
易加工材料 强度<700N/mm2
粗加工
精加工
120 m/min
150 m/min
110 m/min
138 m/min
101 m/min
126 m/min
91 m/min 114 m/min
81 m/min 102 m/min
72 m/min 90 m/min
67 m/min 84 m/min
-滚刀的槽数多,齿形好.
-减轻前刀面上的切削载荷,减少刀具的磨损,并可加大走刀量, -可延长一次刃磨的切削时间,增加一次刃磨的切削工件件数,减少换刀的次数. - 若滚刀的圆周齿数是20,这20个刀齿一次刃磨可切削100M的齿长,若是滚刀只有12个刀齿,一 次刃磨可能切60M齿长,这就是说滚刀的槽数多,可增加每一次刃磨加加工齿轮的件数.
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择滚刀外圆直径要考虑的因素-滚刀直径影响切削行程长度
- 采用较大直径的滚刀可以选择较大的滚刀内孔.刀杆有较好的刚性.
选用小直径滚刀的优点:
-选择小直径滚刀可减小滚削的切出,切入行程长度,降低切削工时:
tHz2dz00fz(vE1B 00A0)
图中E为切入行程,U为切出行程,两者都随着滚刀的外 圆直径的加大而加大,因而采用小直径滚刀可缩短走刀 时间.
滚刀的头数 Zo 对加工时间有着重要的影响.
在某些请况下采用多头滚刀对降低加工工时 有着显著的作用.选择滚刀的头数要考率下面 的事项:
tH
z2(EBA) z0n0 fz
- 齿轮的齿数和滚刀的头数之间不应有 1 以外的公约数,以便分散刀具分度误差和刀具安装的径向
跳动误差为齿轮造成的相临齿距误差.
- 滚刀的头数和滚刀的槽数之间不应有1以外的公约数.
Zo = 2,right ni = 12 Profile DIN 3972, BPI
0 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 outside diameter of hob(mm)
滚刀槽数为12, 头数为2,采用不同的外圆直径可从上图看到其有效齿长不同: 当外圆直径为95mm时刀齿的有效齿长为5.9mm.可刃磨19-20次. 当外圆直径为65mm时刀齿的有效齿长为3 mm.可刃磨8-10次.
z 0 mn d0
- 随着滚刀头数的增加,刀齿的切削负荷随之增加,故所采用的走刀量要相应降低:
滚刀的头数 1 2 3 4 5 6
走刀量下降的百分比 0
20% 45% 58% 65% 70%
相对的走刀量 1 mm
0.63 mm 0.61 mm 0.59 mm 0.57 mm 0.55 mm
多头滚刀在机床和刀具不适于采用大的轴向走刀,及高速切削的条件下,是提高效率的一个途径. 因采用多头滚刀会增大齿距误差,故对于精密滚削不用多头滚刀为好.
62 53 49
ro u g h in g m /m in
75 69 63 57 51 45 42 39 36
33 29 26
fin is h in g m /m in
98 90 82 74 66 63 59 55 50
46 41 36
ro u g h in g m /m in
55 50 40 30 26 25 24 23 22
滚刀设计参数和工艺参数的选择
Samputensili S.p.A
选择参数的目的是提高加工效率, 降低加工成本
提高加工效率,降低加工成本的途径
• 选取适当的刀具参数 • 选择适当的加工参数 • 合理使用刀具
Gen-1-10-2001-M.Broese
滚刀外径与滚削时间的关系
tH
z2
(EBA) z0 n0 fz
选择滚刀的槽数
选用多槽滚刀有下列优点:
High number of gashes for :
Better quality lower chip load less wear less resharpenings reduction of cutting times cutting times
Gen-1-10-2001-M.Broese
粗切区 齿形展成区
窜刀方向 顺铣
滚刀的最短工作长度
滚刀半径 切入深度 齿轮顶圆的半径 滚刀安装角 齿轮的螺旋角
滚刀的螺旋升角
Gen-1-10-2001-M.Broese
L -- 为滚刀的最短长度
展成区长度计算
Gen-1-10-2001-M.Broese
n0
v1000
d0
tH
z2
d0 z0
(EBA)
fzv1000
- 从滚削时间公式可看到的趋势是:
- 加大滚刀直径可增加切削时间,
- 增加滚刀的头数可缩短切削时间.
- 当然在改变这两个参数时,也会带来其它参数的 变化.
z2 = 齿轮齿数, z0 = 滚刀头数 A = 切出长度 E = 切入长度
b = 工件的宽度 n0 = 滚刀的转数 fz = 轴向走刀量 d0 = 滚刀直径 v = 滚刀切削速度
窜刀
- 从降低滚齿的刀具费用,和换刀的辅助时间,滚刀的窜刀长度应尽量长. - 滚刀的窜刀长度应与采用的机床相适应,滚刀可窜刀部份的长度若大于机床能执行的窜刀长度是一种浪
费,会增加刀具的成本.
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选择参数的目的是提高加工效率, 降低加工成本
提高加工效率,降低加工成本的途径
0,1
0,13
0,17
0,2 mm 0,3
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
VC m/min
根据不同的齿轮材料的性能选择较好的加工性能的温度确定其加工速度
Gen-1-10-2001-M.Broese
M35带有TIN涂层滚刀的推荐的切削速度
材料强度 700 N/mm2
滚刀的上齿高 变位量
滚刀齿定圆弧半径 压力角 螺旋角 齿数
模数 齿轮顶圆直径 滚刀螺旋升角
展成区长度的计算要考虑两啮合线在滚刀齿顶处 两端点间距和在齿根处两端点间距的大小
-齿轮齿形的生成是在齿形展成区生成, -- 齿形展成区是以节点对称 - 齿形展成区的大小是由两啮合线端点与滚刀齿 顶线交点间的线长lpa和两啮合线与齿轮顶圆交 点间线长Lpf的长者计算.
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窜刀长度的确定
滚刀的窜刀长度按下式计算: Ls = L3- Le - LPO/2 – 3 * mn Ls=滚刀的窜刀长度 L3=滚刀的有效长度 Le=滚刀的切削刃长度(滚刀的 最小长度) LPO=齿轮齿形展成长度
- 滚刀在加工一个或几个齿轮之后,沿其轴向相对于齿轮移动一个距离,以保证滚刀刀齿的均匀磨损—称为
- 应用直槽滚刀所能采用的最多头数应控制滚刀的螺旋升角不大于6度,过并按下面公式计算:
Gen-1-10-2001-M.Broese
确定滚刀的最大头数
按照螺旋升角不大于6度计算滚刀的最大头
数,若滚刀的螺旋升角大于7.5度,将在刀齿楔
角为钝角一侧的齿面质量下降.
z0
0 ,1 d 0
mn
sin 0
• 选取适当的刀具参数 • 选择适当的加工参数 • 合理使用刀具
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选择适当的加工参数
• 切削速度的选择 • 走刀量的选择
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择切削速度
-
-滚削速度的选择要考虑刀具材料, 和适当的涂层
-要考虑被加工齿轮的模数,
-要考虑被加工齿轮的材料及其热处理条件
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计算齿轮齿形包絡误差
滚削齿形包絡偏差 滚刀的头数 齿轮的模数 齿轮的压力角 齿轮的齿数 滚刀的槽数
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采用多头滚刀提高被切齿轮的齿形精度
下图比较12槽滚刀和24 槽滚刀所包絡齿形的误差, 12槽滚刀的理论包絡误差为—0.0015mm, 24槽滚刀的理论包絡误差为—0.0004mm
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择滚刀的长度
滚刀长度的计算:
• 预切区长度的计算 • 展成区长度的计算 • 窜刀长度的确定 • 始,终位置的确定
- 滚削的过程要分成预加工区和展成区, - 从齿坯上切下的绝大部分金属是在预切区进行的. - 预加工区是位于滚刀首先切入齿轮的一侧. - 滚刀的安装位置必须包容整个预加工区,否则会造 成切入端第一个刀齿过载,可能发生打刀现象. - 加工一种齿轮的滚刀的最小长度等于预加工区的 长度, 也称刀具切削刃长.等于粗切区长度加上展成 区长度的一半.
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12 槽滚刀加工齿形误差
Gen-1-10-2001-M.Broese
24 槽滚刀的理论包絡误差
选择多槽滚刀要考虑的因素
使用多槽滚刀要保证下列各条件得到满足: • 保证刀齿刃背有足够的使用长度(刃磨次数)和足够的刚度. •有足够的容屑空间(夹角25°-30 °)防止挤屑,特别是用于强力切削和干切的滚刀 •有足够大的槽底圆弧半径,防止挤屑 •最小滚刀直径的选择,要考虑刀具内孔,槽数和有效刃背长度等因素, • 在同样大小直径的滚刀,增加槽数将缩短滚刀刀齿的有效齿长,刃磨的次数将减少. • 小直径的滚刀要保持大直径滚刀同样的刃磨次数只有减少滚刀的槽数. • 没有精密,高效滚齿机多槽滚刀将不能很好的发挥其作用,得不到应有的齿形精度和加工效率.并 牺牲了刀具的寿命.
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选择滚刀的头数
tH
z2 (EBA)
z0n0 fz
n0 v1d00 00
增大下面三项参数可降低滚削时间:
•滚刀头数 •滚刀转数 rpm •轴向走刀量
Z0
n0
应选择较大的值!!
增加头数是提高效率
fz
的有效途径之一
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择滚刀的头数
- 选择小直径滚刀在采用同样的切削速度的情况下,提 高滚刀和工被加工齿轮的转数,提高加工效率.
n0
v1000
d0
采用100 m/min 的切削速度,若是直径100mm 的滚刀,no 滚刀的转数318转/分, 若是直径为80mm 的滚刀, no 滚刀的转数398转/分, 80mm直径的滚刀的转数就高出25%,在加上行程长度的影响 ,80mm 滚刀的加工效率要比100mm滚刀的高出28%
材料强度 900 N/mm2
材料强度 1200 N/mm2
M o d u le
<2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14
ro u g h in g m /m in
100 92 84 76 68 60 56 52 48
44 38 35
fin is h in g m /m in
130 120 110 99 88 84 78 73 67
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选择滚刀外圆直径要考虑的因素-滚刀外径对走刀波纹深度的影响
选用大直径滚刀的优点: -在保持同样的刃背长度的条件下,可采用较多的槽数,提高滚齿的齿形精度,采用较大的轴向走刀量. -在采用相同的轴向走刀量的条件下,造成的走刀波纹高度要小于小直径滚刀所造成的波纹高度.
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切削速度和切屑厚度对刀具刃口温升的影响
刀具刃口的温度在一定的范围内随切屑厚度的增大及切削速度的提高而
升高.
550
Return
500
450
VC m/min
Te m pe rature in °C
400
350
300
Chip thickness
250
200
150
从上面公式可看出,在相同的走刀量下,dao 滚刀的顶圆直径愈小走刀波纹的深度愈大,因而,在控制走刀 波度高度一定的前提下,选用较大直径的滚刀可以选择较大的轴向走刀量.如:同采用2mm/rw 的轴向走 刀量,直径 100mm 的滚刀造成的走刀波度为0.0145mm, 而直径为80mm的滚刀造成的走刀波度为 0.0182mm.
z0 ·n0 ·fz = 生成速度
Gen-1-10-2001-M.Broese
滚刀外径与滚刀刀齿有效齿长的关系
7
mm
6
6,5
100
5,8
95
5
5
90
5
85
Usable tooth length
4
4
80
4
75
3
3,2
70
3
65
2
2,5
60
2,5
55
1
1,5
50
hob
mod 2,0mm
bore diam. = 32mm
21 20 19
fin is h in g m /m in
77 70 56 42 36 35 34 32 21
29 28 27
Gen-1-10-2001-M.Broese
ASP30带TIN 涂层滚刀推荐的切削速度
刀具材料 ASP30
模数 <2
2
3
4
5
6
7
8
9
Gen-1-10-2001-M.Broese
10
易加工材料 强度<700N/mm2
粗加工
精加工
120 m/min
150 m/min
110 m/min
138 m/min
101 m/min
126 m/min
91 m/min 114 m/min
81 m/min 102 m/min
72 m/min 90 m/min
67 m/min 84 m/min
-滚刀的槽数多,齿形好.
-减轻前刀面上的切削载荷,减少刀具的磨损,并可加大走刀量, -可延长一次刃磨的切削时间,增加一次刃磨的切削工件件数,减少换刀的次数. - 若滚刀的圆周齿数是20,这20个刀齿一次刃磨可切削100M的齿长,若是滚刀只有12个刀齿,一 次刃磨可能切60M齿长,这就是说滚刀的槽数多,可增加每一次刃磨加加工齿轮的件数.
Gen-1-10-2001-M.Broese
选择滚刀外圆直径要考虑的因素-滚刀直径影响切削行程长度
- 采用较大直径的滚刀可以选择较大的滚刀内孔.刀杆有较好的刚性.
选用小直径滚刀的优点:
-选择小直径滚刀可减小滚削的切出,切入行程长度,降低切削工时:
tHz2dz00fz(vE1B 00A0)
图中E为切入行程,U为切出行程,两者都随着滚刀的外 圆直径的加大而加大,因而采用小直径滚刀可缩短走刀 时间.
滚刀的头数 Zo 对加工时间有着重要的影响.
在某些请况下采用多头滚刀对降低加工工时 有着显著的作用.选择滚刀的头数要考率下面 的事项:
tH
z2(EBA) z0n0 fz
- 齿轮的齿数和滚刀的头数之间不应有 1 以外的公约数,以便分散刀具分度误差和刀具安装的径向
跳动误差为齿轮造成的相临齿距误差.
- 滚刀的头数和滚刀的槽数之间不应有1以外的公约数.
Zo = 2,right ni = 12 Profile DIN 3972, BPI
0 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 outside diameter of hob(mm)
滚刀槽数为12, 头数为2,采用不同的外圆直径可从上图看到其有效齿长不同: 当外圆直径为95mm时刀齿的有效齿长为5.9mm.可刃磨19-20次. 当外圆直径为65mm时刀齿的有效齿长为3 mm.可刃磨8-10次.
z 0 mn d0
- 随着滚刀头数的增加,刀齿的切削负荷随之增加,故所采用的走刀量要相应降低:
滚刀的头数 1 2 3 4 5 6
走刀量下降的百分比 0
20% 45% 58% 65% 70%
相对的走刀量 1 mm
0.63 mm 0.61 mm 0.59 mm 0.57 mm 0.55 mm
多头滚刀在机床和刀具不适于采用大的轴向走刀,及高速切削的条件下,是提高效率的一个途径. 因采用多头滚刀会增大齿距误差,故对于精密滚削不用多头滚刀为好.
62 53 49
ro u g h in g m /m in
75 69 63 57 51 45 42 39 36
33 29 26
fin is h in g m /m in
98 90 82 74 66 63 59 55 50
46 41 36
ro u g h in g m /m in
55 50 40 30 26 25 24 23 22
滚刀设计参数和工艺参数的选择
Samputensili S.p.A
选择参数的目的是提高加工效率, 降低加工成本
提高加工效率,降低加工成本的途径
• 选取适当的刀具参数 • 选择适当的加工参数 • 合理使用刀具
Gen-1-10-2001-M.Broese
滚刀外径与滚削时间的关系
tH
z2
(EBA) z0 n0 fz