數控機床刀具的選用與編程

丁　暉

摘要:數控刀具的選擇與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,而且直接影響加工質量。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控加工的特點,正確選擇刀刃具及切削用量。

關鍵詞:數控刀具;數控編程

1 前言

數控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,而且直接影響加工質量。CAD/CAM技術的發展,使得在數控加工中直接利用CAD設計數據成為可能,特別是DNC系統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計算機上完成,一般不需要輸出專門的工藝文件。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,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,正確選擇刀刃具及切削用量。

2 數控加工常用刀具的原理及種類

數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、自動關停冷卻液等和步驟以及工件形狀尺寸用數字化的代碼來表示。通過磁盤或網絡等介質,將數字信息送入到數控裝置,數控裝置對輸入的信息進行處理與運算,發出各種控制信號,控制車床的伺服系統或者其它驅動組件,使車床自動加工出所需要的工件。

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。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,采用焊接或機夾式聯接,機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種;特殊型式,如復合式刀具、減震式刀具等。

根據制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;鉆削刀具,包括鉆頭、鉸刀、絲錐等; 鏜削刀具;銑削刀具等。為了適應數控機床對刀具耐用、穩定、易調、可換等的要求,近幾年機夾或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%。

3 數控機床具有以下特點:

具有高度柔性。相對普通車床,數控車床不需要制造、更換許多工具,夾具。不需要經常調整車床,特別適合小件或批量生產。可以縮短生產準備周期,節省大量工藝設變的費用。

加工精度高。數控車床的精度一般可以達到0.005～0.01mm。數控機床是按數字信號形式控制的,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控裝置進行補償。

加工質量穩定可靠。數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、質量穩定的零件。

生產效率高。可以有效減少零件的加工和輔助時間,允許高進給、高轉速的高速加工。

改善勞動條件。數控機床能自動完成程序的運行,大大減少傳統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。

適合生產管理現代化。能全自動的進行生產,程序的運行有可預見性。

3 數控加工刀具的選擇

刀具的選擇是在數據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、切削用量以及其它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,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。生產中,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量和切削效率方面都優于球頭刀,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,都應優先選擇平頭刀。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大,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,但由此帶來的加工質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,按程序規定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄,以便使鉆、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。編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整范圍,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,其刀柄有直柄(3種規格)和錐柄(4種規格)2種,共包括16種不同用途的刀柄。

在經濟型數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。一般應遵循以下原則:盡量減少刀具數量; 一把刀具裝夾后,應完成其所能進行的所有加工步驟; 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,應盡可能利用數控機床的自動換刀功能,以提高生產效率等。

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,應在保證加工質量前提下,兼顧切削效率、經濟性和成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊,并結合經驗而定。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。經濟型數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,生產率越高;但v與刀具耐用度的關系比較密切。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;主軸轉速n(r/min)。主軸轉速一般根據切削速度v來選定。計算公式為:v=Пnd/1000。數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調(倍率)開關,可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數調整;進給速度Vf。Vf應根據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開關進行人工調整,但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統性能等的限制。

結束語:

隨著數據控機床在生產實際中的廣泛應用,量化生產線的形成,數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中,要在人機交互狀態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量和加工效率,充分發揮數控機床的優點,提高企業的經濟效益和生產水平。