CNC加工中刀具的選擇與切削用量的確定

發(fā)布日期：2012-08-29    蘭生客服中心    瀏覽：3766

刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設計數(shù)據(jù)成為可能，特別是微機與數(shù)控機床的聯(lián)接，使得設計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全部在計算機上完成，一般不需要輸出專門的工藝文件。

現(xiàn)在，許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關問題，比如，刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設定等，編程人員只要設置了有關的參數(shù)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此，數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點。本文對數(shù)控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了探討，給出了若干原則和建議，并對應該注意的問題進行了討論。

1.數(shù)控加工常用刀具的種類及特點



數(shù)控加工刀具必須適應數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。


  • 根據(jù)刀具結(jié)構可分為：


    1. 整體式；
    2. 鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；
    3. 特殊型式，如復合式刀具，減震式刀具等。


  • 根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：


    1. 高速鋼刀具；
    2. 硬質(zhì)合金刀具；
    3. 金剛石刀具；
    4. 其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。


  • 從切削工藝上可分為


    1. 車削刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種；
    2. 鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；
    3. 鏜削刀具；
    4. 銑削刀具等。


為了適應數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應用，在數(shù)量上達到整個數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。

數(shù)控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：


  1. 剛性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及熱變形��；

  2. 互換性好，便于快速換刀；

  3. 壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；

  4. 刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間；

  5. 刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；

  6. 系列化，標準化，以利于編程和刀具管理。


2.數(shù)控加工刀具的選擇

　　　　

刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。

選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很能密，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。

在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應了解機床上所用刀柄的結(jié)構尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用TSG工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄（三種規(guī)格）和錐柄（四種規(guī)格）兩種，共包括16種不同用途的刀柄。

在經(jīng)濟型數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：

  1. 盡量減少刀具數(shù)量；
  2. 一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；
  3. 粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；
  4. 先銑后鉆；
  5. 先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；
  6. 在可能的情況下，應盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。


3.數(shù)控加工切削用量的確定



合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。


  1. 切削深度ap。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數(shù)控機床的精加工余量可略小于普通機床。

  2. 切削寬度ae。一般ae與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟型數(shù)控加工中，一般ae的取值范圍為：ae=（0.6～0.9）Dc。

  3. 切削速度Vc。提高Vc也是提高生產(chǎn)率的一個措施，但Vc與刀具耐用度的關系比較密切。隨著Vc的增大，刀具耐用度急劇下降，故Vc的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時，Vc可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，Vc可選200m/min以上。

  4. 主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度Vc來選定。計算公式為：







    n=
    		1000×Vc


    p×d


    式中，d為刀具或工件直徑（mm）。

    數(shù)控機床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進行整倍數(shù)調(diào)整。

  5. 進給速度Vf。Vf應根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。Vf的增加也可以提高生產(chǎn)效率。加工表面粗糙度要求低時，Vf可選擇得大些。在加工過程中，Vf也可通過機床控制面板上的修調(diào)開關進行人工調(diào)整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。

    隨著數(shù)控機床在生產(chǎn)實際中的廣泛應用，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機交互狀態(tài)下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)水平。

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