機械數(shù)控銑加工過程刀具使用優(yōu)化探討

王雪 薛影 白新寧

1、黃河交通學(xué)院 2、焦作市數(shù)控銑床設(shè)備工程技術(shù)研究中心

引言

隨著技術(shù)水平的發(fā)展，機械行業(yè)變得越來越機械化、自動化、智能化，其發(fā)展進步也推動了我國工業(yè)的發(fā)展。數(shù)控銑加工采用機械加工技術(shù)，生產(chǎn)更加標準化、模塊化，逐漸發(fā)展成為一種精密加工技術(shù)，不但解放了勞動生產(chǎn)力，而且推動了社會的發(fā)展和進步，發(fā)揮出了巨大的作用。數(shù)控加工刀具的設(shè)計與使用作為數(shù)控加工中的重點，影響著加工的質(zhì)量，也對生產(chǎn)效率有重要的影響，所以在設(shè)計使用刀具時，確保刀具的質(zhì)量，以此來提高加工的零件質(zhì)量，提高生產(chǎn)速度。下文將立足于實際，結(jié)合實踐經(jīng)驗，對機械數(shù)控銑加工過程中的刀具使用進行優(yōu)化分析。

1 數(shù)控銑加工

1.1 數(shù)控銑加工簡述

數(shù)控銑削就是利用數(shù)控銑床來加工工件，它具有自動化程度高、操作安全性高、加工效果顯著等特點。數(shù)控銑床分為有刀庫和無刀庫兩種類型，而其中有刀庫又被叫作“加工中心”。在計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、自動化技術(shù)、精密測量這些先進技術(shù)的指導(dǎo)下，經(jīng)過數(shù)控中心的精確計算以及對機床運行軌跡的準確控制，數(shù)控銑床就可以快速地對精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件進行加工。在實操時，加工人員要先在編程界面選擇好刀具，設(shè)置好加工的各個參數(shù)，如尺寸、用量等，同時還要確定好加工的流程和步驟，隨后加工中心會自動生成程序代碼，而機床會根據(jù)其設(shè)計好的程序進行零件加工。

1.2 數(shù)控銑加工所具有的特點

傳統(tǒng)的數(shù)銑削與現(xiàn)代的數(shù)控銑加工相比較，數(shù)控銑加工對零件加工的包容性更大，可以應(yīng)用于各式各樣的零件加工，尤其是在加工復(fù)雜的，多樣形狀的零件方面，比傳統(tǒng)銑削的適應(yīng)能力更強；數(shù)控銑由于自身的先進性，可以在裝夾定位后進行多道后續(xù)工序，簡化了工序流程，提高了加工效率；數(shù)控銑擅于加工含有復(fù)雜曲線以及三維曲面的零件，相較于傳統(tǒng)銑削無法精確計算出數(shù)值，更不能控制好加工的實施，數(shù)控銑的計算機技術(shù)顯然方便快捷，加之控制中心的自動化進程，使得加工也更為精確。精度高、效率高、自動化是數(shù)控銑的三大特點，也更符合當前社會發(fā)展的趨勢。

2 數(shù)控銑加工刀具的選擇和優(yōu)化

2.1 刀具種類

數(shù)控銑削加工一般多用于加工形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)曲折的零件，對精度的要求很高，所以使用的刀具類型也各有不同。在當前工業(yè)化的發(fā)展狀況下，數(shù)控機床不僅可以滿足現(xiàn)代化社會需求，還可以表現(xiàn)為高效率、自動化、智能化的機械工程，加工刀具也隨之更加標準化、通用化。加工刀具主要分為三大類，分別是切削刀具、孔加刀具和其他刀具。其實按照不同的分類方法，刀具可分為很多種，例如，按照材料來劃分，可分為高速鋼、硬質(zhì)合金型、鉆石型和其他材料型；按刀具結(jié)構(gòu)可劃分為三種，分別為整體型、特殊型和鑲嵌型；按照刀具用途來劃分，可分為加工平面用銑刀、加工溝槽用銑刀和加工成形面銑刀。在實際操作中要注意零件材料、形狀、性質(zhì)、加工方式所造成的影響，選擇好刀具，保證其不影響最終加工的質(zhì)量。

2.2 切削刀具的選擇

銑刀是數(shù)控銑加工中用來對零件曲面進行加工的工具。在使用銑刀的加工過程中，要注意精準把控切削精度，保證加工零件輪廓符合要求和標準水平，進而提升零件加工的質(zhì)量和品質(zhì)，更為重要的一點是，要合理選擇刀具。在進行粗加工時，最好選用雙刃型銑刀；在進行細加工時，最好選用四刃型銑刀；圓盤型銑刀可作為加工有工件表面質(zhì)量要求、表面積較大的零件工具；最后，通用型銑刀一般是用來加工有臺階面的零件。不同刀具有不同的選擇方法，只有選擇好刀具，才能有事半功倍的效果。

2.3 孔加工刀具的選擇

孔加工工具就是用來保證數(shù)控銑加工中的孔型加工過程順利完成。關(guān)于選擇孔加工工具，有以下五項基本原則：一是在對零件整體進行控制加工時，最好是取消其對應(yīng)的轉(zhuǎn)型配置；二是必須結(jié)合加工條件和鉆頭剛性這兩方面內(nèi)容對孔加工工具進行合理的選擇；三是要確認中心孔的位置，保證加工前鉆孔的正確性和準確性；四是為了滿足鉸鏈的需求，要注意提前做好倒角，用浮動式工具對其進行處理，保證其符合標準要求;五是對鏜孔進行處理時，既要保證加工的質(zhì)量不受影響，又要注意減少平衡性震動，最終根據(jù)實際情況來選擇刀頭對稱的鏜刀。

2.4 銑刀加工優(yōu)化分析

在選擇加工路徑時，要注意零件的加工精度和粗糙度必須在標準值范圍內(nèi)，走刀路線盡量不要重復(fù)，也不要空刀，做到節(jié)能低耗并且提高工作的效率。要采用圓弧來作為零件斜面相鄰的兩行切刀路間的過渡階段，保證其順暢并且光滑，可以順利轉(zhuǎn)移進入下一個加工的路線，這樣一來就避免了急轉(zhuǎn)對刀具造成的損傷，減慢了刀具的磨損，保證了工件加工的質(zhì)量。在加工斜面高度相同的情況下，也可以采用這樣的方法來過渡。對于內(nèi)斜面的加工，要注意下刀時要采用螺旋進刀的方式，不可垂直下刀。這是因為垂直下刀時，速度會降低，只有提高切削力才能達到原本切削的完成量，這樣會加快刀具的損耗，還會使得加工工件表面的粗糙度變大，不符合標準，而螺旋進刀則能很好地解決這個問題。同時，必須設(shè)置合適的螺旋直徑范圍，系統(tǒng)會根據(jù)實際情況對螺旋直徑小于設(shè)置范圍時，降低直徑再下刀。

3 數(shù)控銑加工切削用量的設(shè)計

3.1 設(shè)計切削速度

切削速度作為切削用量設(shè)計的核心，對切削質(zhì)量的影響極大，因此要重視對切削速度的設(shè)計。就理論和實際來講，關(guān)于切削速度的設(shè)計有三個要注意的方面：第一，要考慮到總齒數(shù)對銑削的影響，選擇合適的齒數(shù)；第二，吃刀量；第三，側(cè)面吃刀量要符合標準。三者缺一不可，因此在設(shè)計切削速度時，必須根據(jù)這三個條件進行綜合考慮，使三者關(guān)系保持一定的平衡穩(wěn)定性，保證設(shè)計出的切削速度最佳。據(jù)有關(guān)資料顯示，銑削加工中的總齒數(shù)越多，其吃刀量和側(cè)面吃刀量越大，刀具越不耐用、耐磨，這是因為總齒數(shù)增加時，刀具負載會變大，切削熱會增加，進而導(dǎo)致刀具磨損變大。所以要通過改善切削的散熱來減小刀具的磨損，進而提高切削的速度。

3.2 設(shè)計切削深度

要提高切削的質(zhì)量，必須保證數(shù)控機床和加工零件的配合程度高，而切削深度的設(shè)計就是為了解決這一問題。在設(shè)計切削深度時，也要注意以下幾點：第一，切削深度的增加可以降低切削次數(shù)，對于粗加工來講是一種常用的提高加工速度的方法，可以有效提高工作的效率，但必須牢記，切削深度和刀具有著緊密的聯(lián)系，必須同時考慮，以保證其可以切割；第二，要檢查好刀刃和機床金屬部位，確保二者不會直接接觸，且刀口朝里；第三，刀具的剛度對切削深度也有影響，在設(shè)計時，應(yīng)該綜合考慮好這兩方面，調(diào)整切削深度到合適的位置，可以有效地減少刀具的損耗。綜上所述，在設(shè)計時，要根據(jù)刀具材料與性能、被加工材料性能與形狀以及機床類型等方面對其進行調(diào)整。

3.3 設(shè)計進給量

給進量作為數(shù)控機床加工中的一個重要參數(shù)，影響著加工零件的精度、形狀以及質(zhì)量。在設(shè)計給進量時，要從三方面進行考慮，即工件材料、加工精度和表面粗糙度，同時還要注意一點，就是刀具的質(zhì)量。在設(shè)計時，要注意對需要進行曲面加工的工件，要根據(jù)曲面角度和形狀兩方面做出給進量的調(diào)整，保證其在加工時加工充分卻不會多余，規(guī)避了慣性和變形對其帶來的影響；保證進給度的選擇范圍在100~200mm/min 之間；對粗糙度有要求的工件，應(yīng)適當減少給進量，一般情況下在20~50mm/min 之間。

3.4 設(shè)計背吃刀量及側(cè)吃刀量

除了給進量，另外還要有吃刀量和側(cè)吃刀量這兩種參數(shù)，其設(shè)計也影響著切削加工的進程。首先，對于背吃刀量的設(shè)計來講，機床的剛度、刀具的剛度以及被加工零件的剛度都是其需要考慮到的方面，在常見的情況下，背吃刀量要和加工余量相符合，但同時也要保證加工質(zhì)量不受影響，這樣可以使得走刀次數(shù)減少，進而減少刀具的磨損，加快工作進程。其次，由于工件表面粗糙度的要求，加工會有以下三個流程，分別為粗銑、半精銑、精銑，這三個階段是非常重要的，缺一不可。一般來講，如果選擇粗銑和圓周銑，則其背吃刀和側(cè)吃刀的數(shù)量均在1.5~2mm 范圍內(nèi)，如果選擇半精銑，則其背吃刀量應(yīng)該設(shè)計在0.5~1mm 范圍內(nèi)，最后，要是選擇精銑，則其背吃刀量一般在0.2~0.5mm 之間。

4 總結(jié)

數(shù)控銑加工在現(xiàn)代加工技術(shù)中占據(jù)著重要地位，在制造業(yè)的發(fā)展中起到了關(guān)鍵的作用。設(shè)計和使用數(shù)控刀具是數(shù)控銑加工過程的兩個重要流程，在具體應(yīng)用中要結(jié)合數(shù)控編程、控制切削量等技術(shù)進行綜合性應(yīng)用。所以在應(yīng)用過程中，要先對刀具設(shè)計進行優(yōu)化，再進行刀具的優(yōu)化使用。希望本文的研究能夠推動技術(shù)的革新和發(fā)展。