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數控刀具的選擇技巧

1.影響數控刀具選擇的因素

  在選擇刀具的類型和規格時,主要考慮以下因素的影響:

  (1)生產性質

  在這里生產性質指的是零件的批量大小,主要從加工成本上考慮對刀具選擇的影響。

  例如在大量生產時采用特殊刀具,可能是合算的,而在單件或小批量生產時,選擇標準刀具更適合一些。

  (2)機床類型

  完成該工序所用的數控機床對選擇的刀具類型(鉆、車刀或銑刀)的影響。在能夠保證工件系統和刀具系統剛性好的條件下,允許采用高生產率的刀具,例如高速切削車刀和大進給量車刀。

  (3)數控加工方案

  不同的數控加工方案可以采用不同類型的刀具。例如孔的加工可以用鉆及擴孔鉆,也可用鉆和鏜刀來進行加工。

  (4)工件的尺寸及外形

  工件的尺寸及外形也影響刀具類型和規格的選擇,例如特型表面要采用特殊的刀具來加工。

  (5)加工表面粗糙度

  加工表面粗糙度影響刀具的結構形狀和切削用量,例如毛坯粗銑加工時,可采用粗齒銑刀,精銑時最好用細齒銑刀。

  (6)加工精度

  加工精度影響精加工刀具的類型和結構形狀,例如孔的最后加工依據孔的精度可用鉆、擴孔鉆、鉸刀或鏜刀來加工。

  (7)工件材料

  工件材料將決定刀具材料和切削部分幾何參數的選擇,刀具材料與工件的加工精度、材料硬度等有關。


  2.數控刀具的性能要求

  由于數控機床具有加工精度高、加工效率高、加工工序集中和零件裝夾次數少的特點,對所使用的數控刀具提出了更高的要求。從刀具性能上講,數控刀具應高于普通機床所使用的刀具。

  選擇數控刀具時,首先要應優先選用標準刀具,必要時才可選用各種高效率的復合刀具及特殊的專用刀具。在選擇標準數控刀具時,應結合實際情況,盡可能選用各種先進刀具,如可轉位刀具、整體硬質合金刀具、陶瓷刀具等。

    在選擇數控機床加工刀具時,還應考慮以下幾方面的問題:

  (1)數控刀具的類型、規格和精度等級應能夠滿足加工要求,刀具材料應與工件材料相適應。

  (2)切削性能好。為適應刀具在粗加工或對難加工材料的工件加工時能采用大的背吃刀量和高進給量,刀具應具有能夠承受高速切削和強力切削的性能。同時,同一批刀具在切削性能和刀具壽命方面一定要穩定,以便實現按刀具使用壽命換刀或由數控系統對刀具壽命進行管理。

  (3)精度高。為適應數控加工的高精度和自動換刀等要求,刀具必須具有較高的精度,如有的整體式立銑刀的徑向尺寸精度高達0.005mm

  (4)可靠性高。要保證數控加工中不會發生刀具意外損傷及潛在缺陷而影響到加工的順利進行,要求刀具及與之組合的附件必須具有很好的可靠性及較強的適應性。

  (5)耐用度高。數控加工的刀具,不論在粗加工或精加工中,都應具有比普通機床加工所用刀具更高的耐用度,以盡量減少更換或修磨刀具及對刀的次數,從而提高數控機床的加工效率和保證加工質量。

  (6)斷屑及排屑性能好。數控加工中,斷屑和排屑不像普通機床加工那樣能及時由人工處理,切屑易纏繞在刀具和工件上,會損壞刀具和劃傷工件已加工表面,甚至會發生傷人和設備事故,影響加工質量和機床的安全運行,所以要求刀具具有較好的斷屑和排屑性能。


  3.刀具的選擇方法

  刀具的選擇是數控加工工藝中的重要內容之一,不僅影響機床的加工效率,而且直接影響零件的加工質量。由于數控機床的主軸轉速及范圍遠遠高于普通機床,而且主軸輸出功率較大,因此與傳統加工方法相比,對數控加工刀具的提出了更高的要求,包括精度高、強度大、剛性好、耐用度高,而且要求尺寸穩定,安裝調整方便。這就要求刀具的結構合理、幾何參數標準化、系列化。數控刀具是提高加工效率的先決條件之一,它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態、夾具和機床選用刀具的剛性。應考慮以下方面:

  (1)根據零件材料的切削性能選擇刀具。如車或銑高強度鋼、鈦合金、不銹鋼零件,建議選擇耐磨性較好的可轉位硬質合金刀具。

  (2)根據零件的加工階段選擇刀具。即粗加工階段以去除余量為主,應選擇剛性較好、精度較低的刀具,半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產品質量為主,應選擇耐用度高、精度較高的刀具,粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具,建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具,因為精加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損,涂層磨損修光,繼續使用會影響精加工的加工質量,但對粗加工的影響較小。

  (3)根據加工區域的特點選擇刀具和幾何參數。在零件結構允許的情況下應選用大直徑、長徑比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應有足夠的向心角,以減少刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟材料零件時應選擇前角稍大一些的立銑刀,齒數也不要超過4齒。

  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,平面零件周邊輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時,應選硬質合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時,選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時,可選取鑲硬質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,由于球頭刀具的端部切削速度為零,因此,為保證加工精度,切削行距一般很小,故球頭銑刀適用于曲面的精加工。而端銑刀無論是在表面加工質量上還是在加工效率上都遠遠優于球頭銑刀,因此,在確保零件加工不過切的前提下,粗加工和半精加工曲面時,盡量選擇端銑刀。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。

  在加工中心上,所有刀具全都預先裝在刀庫里,通過數控程序的選刀和換刀指令進行相應的換刀動作。必須選用適合機床刀具系統規格的相應標準刀柄,以便數控加工用刀具能夠迅速、準確地安裝到機床主軸上或返回刀庫。編程人員應能夠了解機床所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整范圍等方面的內容,以保證在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸,合理安排刀具的排列順序。

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