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[摘要]介紹數(shù)控機(jī)床的常見刀具的種類及特點(diǎn),數(shù)控加工刀具的選擇原則及加工過程中切削用量的確定。

[關(guān)鍵詞]數(shù)空機(jī)床刀具切削用量

中圖分類號:TG7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710129-01

數(shù)空機(jī)床以其加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢更多的應(yīng)用到木制品加工的各個(gè)領(lǐng)域中。 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物,是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比,其優(yōu)越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,且自動(dòng)化程度極高,可減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度,大大提高了生產(chǎn)效率,特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工,因而數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。數(shù)控刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容,它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率,而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展,使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成為可能,特別是DNC系統(tǒng)微機(jī)與數(shù)控機(jī)床的聯(lián)接,使得設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及編程的整個(gè)過程全部在計(jì)算機(jī)上完成,一般不需要輸出專門的工藝文件。目前,許多CAD/CAM軟件包都提供自動(dòng)編程功能,這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問題,如刀具選擇、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(dòng)生成NC程序并傳輸至數(shù)控機(jī)床完成加工。數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成的,這與普通機(jī)床加工形成鮮明的對比,同時(shí)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(shí)充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn),能夠正確選擇刀刃具及切削用量。

一、數(shù)控加工常用刀具的種類及特點(diǎn)

數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn),一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)床動(dòng)力頭上,目前刀柄已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)的不同可分為整體式、鑲嵌式(采用焊接或機(jī)夾式聯(lián)接,機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種)、特殊型式(如復(fù)合式刀具、減震式刀具)等三種。根據(jù)制造刀具所用材料的不同可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)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)等四種。根據(jù)切削工藝的不同可分為車削刀具(外圓刀具、內(nèi)孔刀具、螺紋刀具、切割刀具等)、鉆削刀具(鉆頭、鉸刀、絲錐等)、鏜削刀具、銑削刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求,近幾年機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用,在數(shù)量上達(dá)到整個(gè)數(shù)控刀具的30%～40%,金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。

數(shù)控刀具與普通機(jī)床上所用的刀具相比,有許多不同的要求,主要有以下特點(diǎn):剛性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及熱變形小;互換性好,便于快速換刀;壽命高,切削性能穩(wěn)定、可靠;刀具的尺寸便于調(diào)整,以減少換刀調(diào)整時(shí)間;刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇?以利于切屑的排除;系列化、標(biāo)準(zhǔn)化,以利于編程和刀具管理。

二、數(shù)控加工刀具的選擇

刀具的選擇是在數(shù)控機(jī)械加工過程中的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。編程人員應(yīng)根據(jù)機(jī)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。

選取刀具時(shí),要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中,平面零件周邊輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時(shí),應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時(shí),選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時(shí),可選取鑲硬質(zhì)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(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進(jìn)行自由曲面(模具)加工時(shí),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(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)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(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)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(gè)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(guī)定隨時(shí)進(jìn)行選刀和換刀動(dòng)作。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄,以便使鉆、鏜、擴(kuò)、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速、準(zhǔn)確地裝到機(jī)床主軸或刀庫上去。編程人員應(yīng)了解機(jī)床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍,以便在編程時(shí)確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心主要采用TSG工具系統(tǒng),其刀柄有直柄(3種規(guī)格)和錐柄(4種規(guī)格)2種,共包括16種不同用途的刀柄。

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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(dòng)進(jìn)行,占用輔助時(shí)間較長,因此,必須合理安排刀具的排列順序以減少輔助加工時(shí)間。一般應(yīng)遵循以下原則:盡量減少刀具數(shù)量;一把刀具裝夾后,應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工步驟;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;先銑后鉆;先進(jìn)行曲面精加工,后進(jìn)行二維輪廓精加工;在可能的情況下,應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀功能,以提高生產(chǎn)效率等。

三、加工過程中切削用量的確定

合理選擇切削用量的原則是:粗加工時(shí),一般以提高生產(chǎn)率為主,但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本;半精加工和精加工時(shí),應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下,兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書、切削用量手冊,并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。

具體要考慮以下幾個(gè)因素:

1.切削深度。在機(jī)床、工件和刀具剛度允許的情況下,切削深度就等于加工余量,這是提高生產(chǎn)率的一個(gè)有效措施。

2.切削寬度。一般切削寬度與刀具直徑成正比,與切削深度成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工過程中,一般切削寬度的取值范圍為(0.6～0.9)刀具直徑。

3.切削速度。提高切削速度也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施,但切削速度與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著切削速度的增大,刀具耐用度急劇下降,故切削速度的選擇主要取決于刀具耐用度。

4.主軸轉(zhuǎn)速。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來選定。

5.進(jìn)給速度。進(jìn)給速度應(yīng)根據(jù)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。進(jìn)給速度的增加也可以提高生產(chǎn)效率。

四、結(jié)束語

綜上所述,隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用,量化生產(chǎn)線的形成,數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成的,這與普通機(jī)床加工形成鮮明的對比,同時(shí)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(shí)充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn),能夠正確選擇刀刃具及切削用量,少走彎路,節(jié)省時(shí)間,從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率,充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn),提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。