李野 王碩 沈陽(yáng)機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司

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數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn)及選用

李野 王碩 沈陽(yáng)機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司

摘 要：隨著數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越廣，數(shù)控加工技術(shù)代表了現(xiàn)代切削加工技術(shù)的發(fā)展方向，而切削加工技術(shù)的進(jìn)步是數(shù)控機(jī)床和數(shù)控刀具的發(fā)展和應(yīng)用密不可分的。只有把數(shù)控機(jī)床和數(shù)控刀具結(jié)合起來(lái)，才能充分發(fā)揮數(shù)控加工技術(shù)潛力，也是推動(dòng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步及提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的有效手段。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 刀具 數(shù)控切削

數(shù)控刀具是指與這些先進(jìn)高效的數(shù)控機(jī)床相配套使用的各種刀具的總稱。是數(shù)控機(jī)床不可缺少的關(guān)鍵配套產(chǎn)品，數(shù)控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、長(zhǎng)壽命和良好的綜合切削性能取代了傳統(tǒng)的刀具。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈，產(chǎn)品更新越來(lái)越快。多品種，中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，同時(shí)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(fù)雜形狀的零件越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和加工方法已經(jīng)難以適應(yīng)這種多樣化，柔性與復(fù)雜形狀的高效、高質(zhì)量的加工要求，因此，數(shù)控加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展。但是在數(shù)控加工過程中影響加工精度的因素有很多，其中數(shù)控刀具是數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)之一。

一、數(shù)控加工刀具的種類

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，因此已逐漸標(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)可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機(jī)夾式連接，機(jī)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：①車削刀具，分外圓、內(nèi)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(yīng)數(shù)控機(jī)床對(duì)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)：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(diào)整，以減少換刀調(diào)整時(shí)間；⑸刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈?，以利于切屑的排除；⑹系列化，?biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。

二、數(shù)控機(jī)床刀具的選擇

刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。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)因素正確選用刀具或刀柄。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，車削曲軸平衡鐵側(cè)面的加工，常采用雙刃立裝刀；銑削平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工曲軸特殊的沉割槽時(shí)，為節(jié)省時(shí)間可選成型刀；當(dāng)加工毛坯表面油孔時(shí)，一般可選取鑲硬質(zhì)合金銑刀粗銑平面，然后在選取合適鉆頭進(jìn)行鉆孔；對(duì)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)行自由曲面加工時(shí)，由于球頭刀具為點(diǎn)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(duì)復(fù)雜曲面或模具內(nèi)腔型面進(jìn)行精加工。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(lái)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。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測(cè)量和更換多為人工手動(dòng)進(jìn)行，占用輔助時(shí)間較長(zhǎng)，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(jìn)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(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)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(jī)床的自動(dòng)換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。

三、數(shù)控機(jī)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(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。在選擇刀具時(shí)，刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強(qiáng)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(shí)采用負(fù)前角加工時(shí)，刀具刃口強(qiáng)度較好，耐沖擊和摩擦的性能好，隨著負(fù)前角絕對(duì)值的減小，后刀面磨損面積變化不大，但負(fù)前角加工時(shí)，切削阻力大，增大了切削振動(dòng)。車削時(shí)采用正前角加工時(shí)，隨著前角的增大，刀具刃口強(qiáng)度被削弱，反而導(dǎo)致后刀面磨損加劇，若采用大正前角加工時(shí)，刀具磨損嚴(yán)重，切削振動(dòng)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(jī)床動(dòng)力性能，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)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(guān)系，其中任一參數(shù)增大，都可使生產(chǎn)率提高。然而由于刀具壽命的制約，當(dāng)任一參數(shù)增大時(shí)，其它兩參數(shù)必然會(huì)減小。因此，在確定刀具切削用量時(shí)，三要素獲得最佳組合，此時(shí)的高生產(chǎn)率才是合理的。切削用量三要素對(duì)刀具壽命影響的大小，按順序?yàn)関、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(shí)，首先應(yīng)采用盡可能大的背吃刀量，然后再選用大的進(jìn)給量，最后求出切削速度。因此，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(duì)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)。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機(jī)交互狀態(tài)下即時(shí)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(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。

參考文獻(xiàn)：

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