淺論數(shù)控加工的刀具選型以及參數(shù)設(shè)置

秦軍保

（柳州合銳機械有限公司，廣西 柳州 545007）

一、引言

機械制造業(yè)在整個國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位,而其中金屬切削加工是一種常用的手段,現(xiàn)在數(shù)控加工的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控加工的優(yōu)點有很多,精度高,節(jié)約勞動力成本,適合批量生產(chǎn)等等。刀具的應(yīng)用是數(shù)控加工不可或缺的因素,直接影響到加工的速度和質(zhì)量。刀具是推動金屬切削加工技術(shù)發(fā)展的一個極為活躍而又十分關(guān)鍵的因素,可以說切削加工技術(shù)發(fā)展、革新的歷史就是刀具發(fā)展的歷史。

刀具選擇、加工路徑規(guī)劃 、切削用量設(shè)定等,編程人員只要設(shè)置了有關(guān)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。研究掌握數(shù)控車銑加工中心的銑削功能,對于形狀復(fù)雜以及精度要求很高的回轉(zhuǎn)體零件的精密加工,提升數(shù)控加工能力和質(zhì)量,具有很重要的現(xiàn)實意義。

二、數(shù)控銑加工常用刀具的種類

數(shù)控銑加工刀具種類很多,為了適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點,所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發(fā)展,主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。為了滿足高效和特殊的銑削要求,又發(fā)展了各種特殊用途的專用刀具。數(shù)控銑刀具的分類有多種方法,根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)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(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：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：平端立銑刀、圓角立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等。

三、加工中心刀具類型的選擇

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(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。生產(chǎn)中,被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類型的主要依據(jù)。

（一）銑削刀具的選用。

加工曲面類零件時,為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切,而避免刀刃與工件輪廓發(fā)生干涉,一般采用球頭刀,粗加工用兩刃銑刀,半精加工和精加工用四刃銑刀;銑較大平面時,為了提高生產(chǎn)效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀;銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀;銑鍵槽時,為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀;

（二）孔加工刀具的選用。

數(shù)控機床孔加工一般無鉆模,由于鉆頭的剛性和切削條件差,選用鉆頭直徑D應(yīng)滿足L/D≤5(L為鉆孔深度)的條件;鉆孔前先用中心鉆定位,保證孔加工的定位精度;精絞前可選用浮動絞刀,絞孔前孔口要倒角;鏜孔時應(yīng)盡量選用對稱的多刃鏜刀頭進行切削,以平衡鏜削振動;盡量選擇較粗和較短的刀桿,以減少切削振動。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(yīng)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(yīng)完成其所能進行的所有加工部位;③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;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(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。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?？傊?根據(jù)被加工工件材料的熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量,選擇剛性好,耐用度高的銑刀,是充分發(fā)揮數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率和獲得滿意的加工質(zhì)量的前提。

四、加工中心編程中參數(shù)的設(shè)置

（一）切削速度的確定。

進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù),主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制。在輪廓加工中,在接近拐角處應(yīng)適當降低進給量,以克服由于慣性或工藝系統(tǒng)變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現(xiàn)象。確定進給速度的原則：

1.當工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時,為提高生產(chǎn)效率,可選擇較高的進給速度。一般在100~200mm/min范圍內(nèi)選取。

2.在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時,宜選擇較低的進給速度,一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。

3.當加工精度,表面粗糙度要求高時,進給速度應(yīng)選小些,一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。

4.刀具空行程時,特別是遠距離“回零”時,可以選擇該機床數(shù)控系統(tǒng)給定的最高進給速度。

（二）背吃刀量(或側(cè)吃刀量)的確定。

在保證加工表面質(zhì)量的前提下,背吃刀量(ap)應(yīng)據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定,在剛度允許的條件下,應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量,這樣可以減少走刀次數(shù),提高生產(chǎn)效率。

五、結(jié)束語

數(shù)控加工中心具有軸向和頸相動力頭,能實現(xiàn)三個坐標的聯(lián)動。利用極坐標插補指令和圓柱插補指令進行了程序優(yōu)化和開發(fā),并對機床加工工位重復(fù)定位誤差進行了有效的補償,初步實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)體的側(cè)面進行快捷可靠的精密銑削加工,提高了加工精度和表面加工質(zhì)量。