刀具選擇和切削用量的確定

 刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容,它不僅影響數控機床的加工效率,而且直接影響加工品質。CAD/CAM技術的發展,使得在數控加工中直接利用CAD的設計資料成為可能,特別是微機與數控機床的聯接,使得設計、工藝規劃及編程的整個過程全部在電腦上完成,一般不需要輸出專門的工藝檔。

  現在,許多CAD/CAM套裝軟體都提供自動編程功能,這些軟體一般是在編程介面中提示工藝規劃的有關問題,比如,刀具選擇、加工路徑規劃、切削用量設定等,編程人員只要設置了有關的參數,就可以自動生成NC程式並傳輸至數控機床完成加工。因此,數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的,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控加工的特點。本文對數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,並對應該注意的問題進行了討論。

  一、數控加工常用刀具的種類及特點

  數控加工刀具必須適應數控機床高速、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。刀柄要聯接刀具並裝在機床動力頭上,因此已逐漸標準化和系列化。數控刀具的分類有多種方法。根據刀具結構可分為:
整體式;鑲嵌式,採用焊接或機夾式連接,機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種;特殊型式,如複合式刀具,減震式刀具等。根據製造刀具所用的材料可分為:高速鋼刀具;硬質合金刀具;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、內孔、螺紋、切割刀具等多種;鑽削刀具,包括鑽頭、鉸刀、絲錐等;鏜削刀具;銑削刀具等。為了適應數控機床對刀具耐用、穩定、易調、可換等的要求,近幾年機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用,在數量上達到整個數控刀具的30%~40%,金屬切除量占總數的80%~90%。

  數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:

  剛性好(尤其是粗加工刀具),精度高,抗振及熱變形小;

  互換性好,便於快速換刀;

  壽命高,切削性能穩定、可靠;

  刀具的尺寸便於調整,以減少換刀調整時間;

  刀具應能可靠地斷屑或卷屑,以利於切屑的排除;

  系列化,標準化,以利於編程和刀具管理。

  二、數控加工刀具的選擇

  刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調整方便,剛性好,耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,儘量選擇較短的刀柄,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。生產中,平面零件周邊輪廓的加工,常採用立銑刀;

  銑削平面時,應選硬質合金刀片銑刀;加工凸台、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,常採用球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

  在進行自由曲面加工時,由於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,故球頭常用於曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工品質和切削效率方面都優於球頭刀,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,都應優先選擇平頭刀。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價格關係極大,必須引起注意的是,在大多數情況下,選擇好的刀具雖然增加了刀具成本,但由此帶來的加工品質和加工效率的提高,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,按程式規定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須採用標準

  刀柄,以便使鑽、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。編程人員應瞭解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整範圍,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採用TSG工具系統,其刀柄有直柄(三種規格)和錐柄(四種規格)兩種,共包括16種不同用途的刀柄。

  在經濟型數控加工中,由於刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行,佔用輔助時間較長,因此,必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則:儘量減少刀具數量;一把刀具裝夾後,應完成其所能進行的所有加工部位;粗精加工的刀具應分開使用,即使是相同尺寸規格的刀具;先銑後鑽;先進行曲面精加工,後進行二維輪廓精加工;在可能的情況下,應盡可能利用數控機床的自動換刀功能,以提高生產效率等。

  三、數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,一般以提高生產率為主,但也應考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應在保證加工品質的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊,並結合經驗而定。

 

 

資料來源: 中國機械夢想社區

 

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