加工中心刀具的選用

楊麗娟　李洪亮　房洪杰

摘要：文章介紹了加工中心的特點及刀具選擇的基本原則，根據(jù)實踐經(jīng)驗結(jié)合加工方法，提出了刀具選用的一般方法。

關(guān)鍵詞：加工中心；選擇原則；刀具材料；刀具參數(shù)

中圖分類號：TG71文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0093-02

一般意義上的加工中心是指帶刀庫和換刀裝置的數(shù)控鏜銑床。刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容。數(shù)控加工中的刀具選擇是在人機交互狀態(tài)下完成的，這就要求編程人員必須掌握刀具選擇的基本原則，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點。本文從加工中心的特點出發(fā)對數(shù)控編程中必須面對的刀具選擇問題進行探討，給出若干原則和建議。

一、加工中心的工藝特點

1. 加工精度高而穩(wěn)定，表面質(zhì)量好。

2. 軟件適應性強。

3. 效率高。

二、加工中心主要加工對象

加工中心最適宜加工形狀復雜、加工內(nèi)容多、精度要求高、需多種機床及多種刀具且需多次裝夾才能完成的零件。主要的加工對象有以下幾種：

1. 既有孔系又有平面的零件。

2. 結(jié)構(gòu)形狀復雜、普通機床難以加工的零件。

3. 外形不規(guī)則的異形件。

4. 精度要求高的小批量零件。

5. 新產(chǎn)品試制件。

三、加工中心刀具及其選擇

1．對加工中心刀具的基本要求。由于加工中心主軸轉(zhuǎn)速高出普通機床2~5倍，因此加工中心所用刀具必須具有更高的強度、剛度與耐磨性。選擇刀具時先要選擇適當?shù)牟牧?，然后選擇合理的刀具幾何參數(shù)。對材料的選擇，一般選硬質(zhì)合金；刀具幾何參數(shù)選擇要考慮刀具材料、工件材料、工件形狀、加工方式等多方面因素。

2．加工中心常用刀具及其選擇。加工中心刀具種類較多，應用最廣的是各種表面及孔加工刀具。平面、曲面的加工刀具多用各種型式的銑刀，而孔加工刀具根據(jù)所加工孔的形狀、位置、精度要求等可選擇鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、鏜刀等。

加工中心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。本文僅討論銑刀選擇的原則與方法，并對部分孔加工刀具作一簡介。

（1）銑刀的選擇。主要是選擇結(jié)構(gòu)類型及幾何參數(shù)。銑刀類型的選擇：選擇時主要考慮零件表面形狀與尺寸：如大平面加工選擇面銑刀；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；加工模具型腔、空間曲面多選模具銑刀；加工封閉鍵槽用鍵槽銑刀；對一些立體型面和有較大轉(zhuǎn)接凹圓弧的過渡加工多選用球形銑刀；加工變斜角面應選鼓形銑刀；加工特殊孔及各種型面應用成型銑刀等。

銑刀參數(shù)的選擇：銑刀參數(shù)的選擇主要應考慮零件加工部位的幾何尺寸和刀具的剛性等因素。

下面僅以面銑刀和立銑刀為例介紹銑刀參數(shù)的選擇的一般方法：主要參數(shù)的選擇。銑刀直徑的選擇：標準可轉(zhuǎn)位面銑刀直徑規(guī)格為Φ16～Φ630mm。銑刀的直徑應根據(jù)銑削寬度、深度選擇，一般銑前深度、寬度越大，銑刀直徑也應越大。粗銑時，銑刀直徑要小些；精銑時，銑刀直徑要大些，盡量包容工件整個加工寬度，減小相鄰兩次進給之間的接刀痕跡。

齒數(shù)選擇：銑刀齒數(shù)應根據(jù)工件材料和加工要求選擇，一般銑削塑性材料或粗加工時，選擇粗齒銑刀；銑削脆性材料或半精加工、精加工時，選用中、細齒銑刀。

角度的選擇：面銑刀的前角一般較小，銑削強度和硬度較高的材料進還可用負前角，其數(shù)值應根據(jù)工件材料和刀具材料來選擇，如選用硬質(zhì)合金刀具，銑削鋼：-150～150；銑削鑄鐵：-50～50；銑削青銅、黃銅：40～60；銑削鋁合金：150等。

銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，因此適當加大后角可減少銑刀磨損，常?。?0～120，工件材料軟的取大值，工件材料硬的取小值；粗齒銑刀取小值，細齒銑刀取大值。銑削時沖擊力較大，為了保護刀尖，硬質(zhì)合金面銑刀的刃傾角常取λs＝-150～-50。銑削低強度材料時，可取λs＝50。主偏角κr在450～900范圍內(nèi)選取，銑削鑄鐵時取κr=450，銑削一般鋼材時常取κr=750，銑削帶凸肩的平面或薄壁零件時取κr=900。

2）立銑刀主要參數(shù)的選擇。直徑選擇：為提高銑削速度和銑削量，應盡量選擇直徑較大的銑刀。但銑刀直徑往往受到零件材料、剛性、加工部位的幾何形狀、尺寸及工藝要求等因素的限制。立銑刀的有關(guān)尺寸參數(shù)可按下述經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。

①刀具半徑：一般取R=（0.8~0.9）Rmin。

②零件的加工高度：H≤（1/4~1/6）R。

③加工深槽或盲孔時：

l＝H＋（5~10）mm，l為銑刀刀刃長度；H為槽深尺寸。

④加工外表面或通孔、通槽時：

l＝H＋r＋（5~10）mm，r為銑刀端刃圓角半徑。

⑤加工肋時，刀具直徑為D=（5～10）b，b為肋厚。

需注意銑刀端刃圓角半徑r的大小一般應與零件上的要求一致。但粗加工可適當選得小些，但不要造成根部“過切”現(xiàn)象。

幾何角度的選擇：立銑刀前、后角主要根據(jù)工件材料和銑刀直徑選取，具體數(shù)值可參考表1和表2：

為了使端面切削刃有足夠的強度，在端面切削刃前刀面上一般磨有棱邊，其寬度 為0.4～1.2mm。

（2）孔加工刀具簡介

孔加工刀具類型較多，主要有普通麻花鉆、可轉(zhuǎn)位淺孔鉆及扁鉆、深孔鉆等。

麻花鉆一般用于加工精度為IT12左右的孔，鉆孔的表面粗糙度Ra值為12.5μm。

1）鉆孔刀具。加工中心上鉆孔無鉆模進行定位和導向，考慮鉆頭剛性因素，一般鉆孔深度應小于孔徑的5倍。加工時為保證孔的位置精度，最好先用中心鉆鉆一中心孔或劃窩加工，劃窩一般采用Ф8～Ф15的鉆頭。

鉆削直徑在Ф8～Ф15mm、孔長徑比小于３的中等淺孔時，可選用淺孔鉆。

對于長徑比大于５而小于100的深孔，應選用深孔鉆，加工大直徑深孔時采用噴吸鉆，加工小直徑深孔時采用單刃外排屑深孔鉆。

2）擴孔刀具。加工中心多采用擴孔鉆，也有的采用鏜刀，另外還可用鍵槽銑刀或立銑刀進行擴孔，它比用普通擴孔鉆進行擴孔的加工精度要高。對于較大的孔，可采用可轉(zhuǎn)位擴孔鉆進行加工，以提高加工效率。

3）鏜孔刀具

單刃鏜刀。單刃鏜刀根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分別用于鏜削通孔、階梯孔和盲孔。

微調(diào)鏜刀。在加工中心上目前較多地選用微調(diào)鏜刀進行孔的精鏜，這種鏜刀調(diào)節(jié)方便且精度高。

雙刃鏜刀。鏜削大直徑的孔可選用雙刃鏜刀，其最大鏜孔直徑可達1000mm。雙刃鏜刀剛性好，僅用于大批量生產(chǎn)中。

4）鉸孔刀具

鉸孔的尺寸精度可達IT7～IT9級，表面粗糙度可達1.6～0.8μm。

普通標準鉸刀有直柄、錐柄和套式三種。直柄鉸刀直徑為6～20mm，錐柄鉸刀直徑為10～32mm，小孔直柄鉸刀直徑為1～6mm，套式鉸刀直徑為25～80mm，加工時可根據(jù)需要選擇。

加工中心上鉸孔時多用標準鉸刀，此外還有機夾硬質(zhì)合金刀片的單刃鉸刀和浮動鉸刀。

鉸刀齒數(shù)取決于孔徑及加工精度。標準鉸刀有4～12齒。齒數(shù)過多，制造與刃磨困難，齒數(shù)過少鉸削時穩(wěn)定性差，刀齒負荷大，易產(chǎn)生幾何形狀誤差。

總之，加工中心刀具是一個較復雜的系統(tǒng)，如何根據(jù)實際情況進行正確選用，是編程人員必須掌握的。只有對加工中心刀具結(jié)構(gòu)和選用有充分的了解和認識，在實際工作中才能靈活運用，提高工作效率。

參考文獻

[1]田春霞．數(shù)控加工工藝[M]．機械工業(yè)出版社，2006．

[2]吳祥．數(shù)控技術(shù)[M]．機械工業(yè)出版社，2003．

作者簡介：楊麗娟（1966- ），女，煙臺南山學教師，青島大學碩士研究生，研究方向：金屬材料。