一、前言
數控加工中刀具的選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)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特點,正確選擇刀刃具及切削用量。數控加工技術涉及的范圍很廣,就應用方面而言,其加工技術的特點和難點仍在于如何高速、高效率地正確選用數控機床刀具編制出符合產品技術要求的數控加工工藝及程序。數控加工可以大幅度縮短產品的制造周期,有效的解決機械產品中復雜、精密、單件小批量、形狀多變的零件加工。
二、數控銑床刀具選擇
1.刀具的特點及種類
數控銑床加工刀具種類很多,為了適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點,所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發(fā)展,主要分為銑削刀具和孔加工刀具兩大類。為了滿足高效和特殊的銑削要求,又發(fā)展了各種特殊用途的專用刀具。
1)刀柄結構形式
數控銑床刀具刀柄的結構形式分為模塊式與整體式兩種。模塊式刀具系統(tǒng)是一種較先進的刀具系統(tǒng),其每把刀柄都可通過各種系列化的模塊組裝而成。針對不同的加工零件和機床,采取不同的組裝方案,可獲得多種刀柄系列,從而提高刀柄的適應能力和利用率。
整體式刀柄裝夾刀具的工作部分與機床上安裝定位用的柄部是一體的。這種刀柄對機床與零件的變換適應能力較差。為適應零件與機床的變換,用戶必須儲備各種規(guī)格的刀柄,因此刀柄的利用率較低。
數控銑床刀柄與主軸孔的配合錐面采用7:24圓錐柄,并采用相應型式的拉釘,與機床主軸相結合。錐柄具有不自鎖,換刀方便等特點。刀柄常用的規(guī)格有40號、45號和50號。目前在我國應用較為廣泛的有IS07388—1983.MAS403—1982.ANSI/ASME 135.50—1985等,選擇時應考慮刀柄規(guī)格與機床主軸、機械手相適應。JT:表示采用國際標準IS07388號加工中心機床用錐柄柄部(帶機械手夾持槽);其后數字為相應的ISO錐度號。BT:表示采用日本標準MAS403號加工中心機床用錐柄柄部(帶機械手夾持槽);其后數字為相應的ISO錐度號。對于高速切削一般采用HSK系列刀柄。
圖1強力銑夾頭刀柄(JT和BT)
為提高加工效率,應盡可能選用高效率的刀具和刀柄。選用強力銑夾頭刀柄,夾持精度高,可以用來夾持直柄刀具,因卡簧自身夾緊變形小自鎖性好,夾緊力大,可以用于強力銑削加工;還可以用于高精度銑鉸孔加工,也可通過接桿夾持帶孔類刀具。
選用彈簧卡頭刀柄,卡簧彈性變形量為1mm,主要夾持小規(guī)格銑刀,如鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐等。選用模塊式工具系統(tǒng)由于其定位精度高,裝卸方便,連接剛性好,具有良好的抗振性,是目前用得較多的一種型式,它由刀柄、中間接桿以及工作頭組成。選用粗鏜孔可選用雙刃鏜刀刀柄,既可提高加工效率,又有利于減少切削振動;對于批量大、加工復雜的典型工件,應盡可能選用復合刀具。盡管復合刀具與刀柄價格較為昂貴,但在數控機床上采用復合刀具加工,可以使工序集中,把多道工序合并成一道工序、由一把刀具完成,有利于減少加工時間和換刀次數,顯著提高生產效率。
2)數控銑床刀具的分類
數控銑床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,機夾式又可分為可轉位和不可轉位兩種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:硬質合金根據國際標準ISO分類,把所有牌號分成用顏色標識的六大類,分別以字母P、M、K、N、S、H表示。P類用于加工長切屑的鋼件;M類用于加工不銹鋼件;K類用于加工短切屑的鑄鐵件;N類用于加工短切屑的非鐵材料;s類用于加工難加工材料H類用于加工硬材料。鍍層硬質合金刀具又分為:化學氣相沉積CVD和物理氣相沉積PVD兩種⑧金剛石刀具④陶瓷刀片材料如氮化硅陶瓷Si3N4,立方氮化硼CBN
從切削工藝上可分為:銑削類刀具(面銑刀、立銑刀、圓鼻刀、球頭銑刀、錐度銑刀)孔加工類刀具(麻花鉆、鉸刀、鏜刀、絲錐等)。
為了滿足數控機床對刀具耐用、易調、穩(wěn)定、可換等要求,機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用,占整個數控刀具的40%-50%,金屬切除量占總數的80%~90%。,
2.數控加工刀具的選擇·
一刀具選擇的總原則:安裝調整方便、可靠性好、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,盡量選擇刀柄較短的刀具,以增強加工的剛性。
1)根據工件的表面尺寸選擇刀具
選取刀具時,要使刀具的尺寸與被加工件的表面尺寸相適應用。生產中,加工平面零件周邊的輪廓,常采用立銑刀;銑削平面,應選硬質合金刀片銑刀。加工凸臺、凹槽時,選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或孔粗加工時,可選用鑲硬質合金刀片的玉米銑刀;對一些立體型面和變斜面輪廓外形的加工,選用盤形銑刀、圓鼻刀、平刀做粗加工,選用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀做精加工。
2)根據工件的表面形狀選擇刀具
在進行模具加工時,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,故球頭銑刀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(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,都應優(yōu)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。
3)合理安排刀具的排列順序
在經濟型數控機床的加工過程中,由于刀具的磨損、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工序集中一次裝夾,同一把刀具能完成其進行的所有加工步驟;②粗精加工的刀具應分開使用;③先面后孔;④先進行曲面精加工,后進行二維輪廓精加工;⑤合理利用數控機床的自動換刀功能,以提高生產效率;⑥盡量減少刀具數量。
三、數控銑削切削用量確定
合理選擇切削用量的原則是:粗加工時,一般以提高生產效率為主,相應考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。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,同時需要考慮幾個因素的影響。
1.切削速度VC
提高切削速度VC也是提高生產率的一個措施,但VC與刀具耐用度的密切相關。隨著VC的增大,刀具耐用度急劇下降,故VC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。
2.主軸轉速n
主軸轉速n(r/rain),是根據切削速度VC來選定。計算公式為:VC=?nd/1000m/min數控機床的控制面板上設有主軸轉速修調(倍率)開關,可對加工過程中主軸的轉速進行整倍數調整。
3.切削深度aP
在機床和刀具剛度允許的情況下,可以使切削深度aP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0.5—0.8ram余量進行精加工。
4.切削寬度ae
一般切削寬度ae與刀具直徑d成正比,與切削深度aP成反比。經濟型數控床的ae取值范圍為(0.5—0.75)d。
5.進給速度F
F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。增大F也可以提高生產效率。加工表面粗糙度要求低時,F可選擇得大些(可在100—200ram/rain范圍內選取)。當加工精度,表面粗糙度要求較高時,進給速度應選小些,一般在50—80ram/rain)范圍內選取。在加工過程中,F可通過機床控制面板上的修調開關進行人工調整。在鉆孔、加工深孔或用高速鋼刀具加工時,宜選擇較低的進給速度,(可在20~50 mm/min)范圍內選取。
四、數控編程中刀具選用實例
現以首屆全國數控大賽的比賽件,外形尺寸為160 x 120×30mm零件圖為例(圖2),材料為45鋼。在配置FANUC Oi Mate MC數控系統(tǒng)的數控立式銑床上加工。
圖2零件圖
該加工工序安排如下:
(1)銑削平面,保證尺寸28 mm,選用Φ80mm可轉位面銑刀。
(2)粗加工兩外輪廓,選用Φ16mm三刃立銑刀
(3)銑削邊角料,選用Φ16 mm三刃立銑刀
(4)鉆中間位置孔,選用Φ11.8mm直柄麻花鉆。
(5)擴中間位置孔,選用Φ35錐柄麻花鉆。
(6)精加工兩外輪廓,選用Φ12mm四刃立銑刀。
(7)加工鍵行凸臺表面,選用Φ12mm四刃立銑刀。
(8)粗鏜口38mm孔,選用Φ37.5mm粗鏜刀。
(9)精鏜口38孔,選用Φ38mm精鏜刀。
(10)打中心孔,選用Φ3mm中心鉆。
(11)鉆孔加工,選用Φ11.8毫米直柄麻花鉆。
(12)鉸孔加工,選用Φ12mm機用鉸刀。
在保證零件精度的前提下,數控編程的程序應盡量簡短。節(jié)點坐標簡單,減少刀具空行程。
五、結束語
對于每一位從事數控編程人員而言,刀具的正確選擇方法和切削用量的合理選用,是提高加工質量和加工效率的重要保障。國外的統(tǒng)計表明,刀具費用只占制造成本的3~4%。但通過使用先進刀具,提高加工效率,可使零件的制造成本降低10~15%。隨著我國數控機床用戶的不斷增多,掌握使用好數控機床刀具,提高我國制造業(yè)的水平,充分發(fā)揮數控機床的優(yōu)勢,提高企業(yè)的經濟效益和生產水平。
(審核編輯: 智匯胡妮)
分享