曲面數(shù)控加工刀具選擇及切削參數(shù)設(shè)置的探討

李英亮 李秀方

摘要：近十幾年來由于數(shù)控加工設(shè)備應(yīng)用，數(shù)控加工技術(shù)及加工難度也相應(yīng)提高，編程人員如何編制合理高效數(shù)控程序，如何選擇刀具及切削參數(shù)設(shè)置，是降低生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：刀具；切削參數(shù)；主軸轉(zhuǎn)速；進(jìn)給速度；吃刀量

0引言

數(shù)控加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，其中數(shù)控銑削是復(fù)雜零件的主要加工方法。數(shù)控設(shè)備為精密復(fù)雜零件的加工提供了基本條件，但要達(dá)到預(yù)期的加工效果，編制高質(zhì)量的數(shù)控程序是必不可少的。這是因?yàn)閿?shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。對于復(fù)雜的曲面零件，往往需要借助于軟件編制加工程序，如Pro/E、UG等。編制加工程序時(shí)，選擇合理的刀具及切削參數(shù)，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。

1刀具的選擇

在數(shù)控銑削加工中，刀具的選擇直接影響著零件的加工質(zhì)量、加工效率和加工成本，因此正確選擇刀具有著十分重要的意義。在數(shù)控曲面銑削加工中，常用的刀具有平端立銑刀、圓鼻立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等，在形狀復(fù)雜的型腔加工時(shí)刀具的選擇應(yīng)遵循以下原則：

1.1根據(jù)被加工型面形狀型面曲率的大小選擇刀具類型

對于凹形表面，在半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)選擇球頭刀，以得到好的表面質(zhì)量，但在粗加工時(shí)宜選擇平端立銑刀或圓鼻立銑刀，這是因?yàn)榍蝾^刀切削條件較差；對凸形表面，粗加工時(shí)一般選擇平端立銑刀或圓鼻立銑刀，但在精加工時(shí)宜選擇圓鼻立銑刀，這是因?yàn)閳A角銑刀的幾何條件比平端立銑刀好。在精加工時(shí)，所用最小刀具的半徑應(yīng)小于或等于被加工零件上的內(nèi)輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時(shí)，應(yīng)選用半徑小于拐角處圓角半徑的刀具并以圓弧插補(bǔ)的方式進(jìn)行加工，這樣可以避免采用直線插補(bǔ)而出現(xiàn)過切現(xiàn)象。

1.2根據(jù)從大到小的原則選擇刀具

復(fù)雜零件一般包含有多個(gè)類型的曲面，因此在加工時(shí)一般不能選擇一把刀具完成整個(gè)零件的加工。無論是粗加工還是精加工，應(yīng)盡可能選擇大直徑的刀具，因?yàn)榈毒咧睆皆叫。庸ぢ窂皆介L，造成加工效率降低，同時(shí)刀具的磨損會造成加工質(zhì)量的明顯差異。

1.3粗加工時(shí)盡可能選擇圓角銑刀

一方面圓鼻銑刀在切削中可以在刀刃與工件接觸的0～90°范圍內(nèi)給出比較連續(xù)的切削力變化，這不僅對加工質(zhì)量有利，而且會使刀具壽命大大延長；另一方面，在粗加工時(shí)選用圓鼻銑刀，與球頭刀相比具有良好的切削條件，與平端立銑刀相比可以留下較為均勻的精加工余量，這對后續(xù)加工是十分有利的。

2切削參數(shù)的控制

切削參數(shù)的選擇對加工質(zhì)量、加工效率以及刀具耐用度有著直接的影響。在CAM軟件中與切削相關(guān)的參數(shù)主要有主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具切入時(shí)的進(jìn)給速率、步距寬度和切削深度等。/ q； J&

2.1主軸轉(zhuǎn)速

主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來計(jì)算，其計(jì)算公式為：n = 1 0 0 0 V c /πd，式中d為刀具直徑（mm），Vc為切削速度（m/min）。切削速度的選擇與刀具的耐用度密切相關(guān)，當(dāng)工件材料、刀具材料和結(jié)構(gòu)確定后，切削速度就成為影響刀具耐用度的最主要因素，過低或過高的切削速度都會使刀具耐用度急劇下降。在模具加工，尤其是模具的精加工時(shí)，應(yīng)盡量避免中途換刀，以得到較高的加工質(zhì)量，因此應(yīng)結(jié)合刀具耐用度認(rèn)真選擇切削速度。

2.2進(jìn)給速度與刀具切入進(jìn)給速度

進(jìn)給速度的選擇直接影響著零件的加工精度和表面粗糙度，其計(jì)算公式為F=nzf，式中n為主軸轉(zhuǎn)速（r/min），z為銑刀齒數(shù)，f為每齒進(jìn)給量（mm/齒）。每齒進(jìn)給量的選取取決于工件材料的力學(xué)性能、刀具材料和銑刀結(jié)構(gòu)。工件的硬度和強(qiáng)度越高，每齒進(jìn)給量越小；硬質(zhì)合金銑刀比同類高速鋼銑刀每齒進(jìn)給量要高；當(dāng)加工精度和表面粗糙度要求較高時(shí)，應(yīng)選擇較低的進(jìn)給量；刀具切入進(jìn)給速度應(yīng)小于切削進(jìn)給速度。

2.3吃刀量及步距寬度

在曲面數(shù)控加工中，由于曲面曲率半徑的影響，一定要和平面銑削加工區(qū)分開。對方料毛坯進(jìn)行粗加工多采用分層切削的方法，每層環(huán)形走刀或平行走刀，層間螺旋下刀。切削層間下刀的角度取值一般小于15°，深度取刀直徑的5-10%為宜，每層的步距根據(jù)模具材料不同一般不大于刀具直徑的70%。盡量做到"少拉快跑，活好刀好"，即取較小的切削量、較快的進(jìn)給速度，保證了工件的加工質(zhì)量和效益，保護(hù)了刀具。對于復(fù)雜的型腔，可以采用大、小幾把刀具分別開粗，把上一道工序加工完的幾何體作為下一道工序的毛坯來使用，以提高加工效率和連續(xù)進(jìn)刀率。

3結(jié)論

總之，零件數(shù)控編程具有很大的靈活性，只有正確理解以上工藝參數(shù)，在實(shí)踐中不斷進(jìn)行總結(jié)，才能編制出高質(zhì)量的加工程序，加工出高質(zhì)量的零件。

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