數控機床刀具的特點及選用

李野 王碩 沈陽機床成套設備有限責任公司

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數控機床刀具的特點及選用

李野 王碩 沈陽機床成套設備有限責任公司

摘 要：隨著數控機床的應用越來越廣，數控加工技術代表了現代切削加工技術的發(fā)展方向，而切削加工技術的進步是數控機床和數控刀具的發(fā)展和應用密不可分的。只有把數控機床和數控刀具結合起來，才能充分發(fā)揮數控加工技術潛力，也是推動企業(yè)技術進步及提高市場競爭實力的有效手段。

關鍵詞：數控機床 刀具 數控切削

數控刀具是指與這些先進高效的數控機床相配套使用的各種刀具的總稱。是數控機床不可缺少的關鍵配套產品，數控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、長壽命和良好的綜合切削性能取代了傳統的刀具。隨著科學技術的飛速發(fā)展，社會對產品多樣化的要求日益強烈，產品更新越來越快。多品種，中小批量生產的比重明顯增加，同時隨著航空工業(yè)、裝備制造業(yè)和汽車工業(yè)的高速發(fā)展復雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高，傳統的加工設備和加工方法已經難以適應這種多樣化，柔性與復雜形狀的高效、高質量的加工要求，因此，數控加工技術得到了迅速發(fā)展。但是在數控加工過程中影響加工精度的因素有很多，其中數控刀具是數控加工關鍵技術之一。

一、數控加工刀具的種類

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。刀柄要聯接刀具并裝在機床動力頭上，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：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位和可轉位兩種；③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：①高速鋼刀具；②硬質合金刀具；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：①車削刀具，分外圓、內孔、螺紋、切割刀具等多種；②鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削刀具；④銑削刀具等。為了適應數控機床對刀具耐用、穩(wěn)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：⑴剛性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及熱變形??；⑵互換性好，便于快速換刀；⑶壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；⑷刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間；⑸刀具應能可靠地斷屑，以利于切屑的排除；⑹系列化，標準化，以利于編程和刀具管理。

二、數控機床刀具的選擇

刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態(tài)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或刀柄。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，車削曲軸平衡鐵側面的加工，常采用雙刃立裝刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工曲軸特殊的沉割槽時，為節(jié)省時間可選成型刀；當加工毛坯表面油孔時，一般可選取鑲硬質合金銑刀粗銑平面，然后在選取合適鉆頭進行鉆孔；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(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。在進行自由曲面加工時，由于球頭刀具為點接觸式加工，刀刃為S型刃并且切削刃上沒有尖角部分，因此，為保證加工精度，常用球頭銑刀對復雜曲面或模具內腔型面進行精加工。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。在經濟型數控加工中，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。一般應遵循以下原則：①盡量減少刀具數量；②一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應分開使用，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、數控機床刀具切削用量的確定

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，而且直接影響加工質量。在選擇刀具時，刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強化等，在刀具的使用壽命中扮演著不同的角色，以車刀幾何角度為例，前角，車削時采用負前角加工時，刀具刃口強度較好，耐沖擊和摩擦的性能好，隨著負前角絕對值的減小，后刀面磨損面積變化不大，但負前角加工時，切削阻力大，增大了切削振動。車削時采用正前角加工時，隨著前角的增大，刀具刃口強度被削弱，反而導致后刀面磨損加劇，若采用大正前角加工時，刀具磨損嚴重，切削振動也較大。所謂合理的切削用量是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能，在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。在切削過程中，金屬切除率與切削用量三要素ap、f、v均保持線性關系，其中任一參數增大，都可使生產率提高。然而由于刀具壽命的制約，當任一參數增大時，其它兩參數必然會減小。因此，在確定刀具切削用量時，三要素獲得最佳組合，此時的高生產率才是合理的。切削用量三要素對刀具壽命影響的大小，按順序為v、f、ap，因此從保證合理的刀具壽命出發(fā)，在確定切削用量時，首先應采用盡可能大的背吃刀量，然后再選用大的進給量，最后求出切削速度。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(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控加工的特點。

四、結束語

隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用，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(tài)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(fā)揮數控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經濟效益和生產水平。

參考文獻：

[1]趙長明,數控加工工藝與設備[J],高等教育出版社，2013

[2]劉杰華,金屬切削與刀具實用技術[J],企業(yè)文化，2015