數(shù)控機床刀具的選用與編程

丁　暉

摘要:數(shù)控刀具的選擇與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。因此,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,正確選擇刀刃具及切削用量。

關(guān)鍵詞:數(shù)控刀具;數(shù)控編程

1 前言

數(shù)控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(shù)的發(fā)展,使得在數(shù)控加工中直接利用CAD設(shè)計數(shù)據(jù)成為可能,特別是DNC系統(tǒng)微機與數(shù)控機床的聯(lián)接,使得設(shè)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。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,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,正確選擇刀刃具及切削用量。

2 數(shù)控加工常用刀具的原理及種類

數(shù)控車床的工作原理是將加工過程所需要的各種操作例如主軸變速、工件的松開和夾緊、進刀和退刀、開車與停車、自動關(guān)停冷卻液等和步驟以及工件形狀尺寸用數(shù)字化的代碼來表示。通過磁盤或網(wǎng)絡(luò)等介質(zhì),將數(shù)字信息送入到數(shù)控裝置,數(shù)控裝置對輸入的信息進行處理與運算,發(fā)出各種控制信號,控制車床的伺服系統(tǒng)或者其它驅(qū)動組件,使車床自動加工出所需要的工件。

數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點,一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。數(shù)控刀具的分類有多種方法。

根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為:整體式;鑲嵌式,采用焊接或機夾式聯(lián)接,機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種;特殊型式,如復(fù)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:高速鋼刀具;硬質(zhì)合金刀具;金剛石刀具;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:車削刀具,分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種;鉆削刀具,包括鉆頭、鉸刀、絲錐等; 鏜削刀具;銑削刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求,近幾年機夾或轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用,在數(shù)量上達(dá)到整個數(shù)控刀具的30%-40%,金屬切除量占總數(shù)的80%-90%。

3 數(shù)控機床具有以下特點:

具有高度柔性。相對普通車床,數(shù)控車床不需要制造、更換許多工具,夾具。不需要經(jīng)常調(diào)整車床,特別適合小件或批量生產(chǎn)?？梢钥s短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,節(jié)省大量工藝設(shè)變的費用。

加工精度高。數(shù)控車床的精度一般可以達(dá)到0.005～0.01mm。數(shù)控機床是按數(shù)字信號形式控制的,而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可以由數(shù)控裝置進行補償。

加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。數(shù)控機床用同一條程序,相同的刀具可以制造出多件一致性好、質(zhì)量穩(wěn)定的零件。

生產(chǎn)效率高?？梢杂行p少零件的加工和輔助時間,允許高進給、高轉(zhuǎn)速的高速加工。

改善勞動條件。數(shù)控機床能自動完成程序的運行,大大減少傳統(tǒng)機床操作者的勞動量。且機床一般采用封閉式加工,清潔、安全。

適合生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。能全自動的進行生產(chǎn),程序的運行有可預(yù)見性。

3 數(shù)控加工刀具的選擇

刀具的選擇是在數(shù)據(jù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應(yīng)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(guān)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(yīng)。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(yīng)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(模具)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,切削行距一般采用頂端密距,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(yīng)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)刀柄,以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速、準(zhǔn)確地裝到機床主軸或刀庫上。編程人員應(yīng)了解機床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)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(3種規(guī)格)和錐柄(4種規(guī)格)2種,共包括16種不同用途的刀柄。

在經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工過程中,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(yīng)遵循以下原則:盡量減少刀具數(shù)量; 一把刀具裝夾后,應(yīng)完成其所能進行的所有加工步驟; 粗精加工的刀具應(yīng)分開使用,即使是相同尺寸規(guī)格的刀具;先銑后鉆;先進行曲面精加工,后進行二維輪廓精加工;在可能的情況下,應(yīng)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。

4 加工過程中切削用量的確定

合理選擇切削用量的原則:粗加工時,一般以提高生產(chǎn)率為主,但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應(yīng)在保證加工質(zhì)量前提下,兼顧切削效率、經(jīng)濟性和成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊,并結(jié)合經(jīng)驗而定。具體要考慮以下幾個因素:切削深度t。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下,t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(yīng)留一定的余量可略小于普通機床;切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比,與切削深度成反比。經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工過程中,一般L的取值范圍為:L=(0.6-0.9)d;切削速度v。v越大,生產(chǎn)率越高;但v與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著v的增大,刀具耐用度急劇下降,故v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(guān)系,例如用立銑刀銑削合金剛30Cr Ni2MoVA時,v可采用8m/min左右;而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時,v可選200m/minn以上;主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度v來選定。計算公式為:v=Пnd/1000。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(guān),可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進行整倍數(shù)調(diào)整;進給速度Vf。Vf應(yīng)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(guān)進行人工調(diào)整,但是最大進給速度要受到設(shè)備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。

結(jié)束語:

隨著數(shù)據(jù)控機床在生產(chǎn)實際中的廣泛應(yīng)用,量化生產(chǎn)線的形成,數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)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。