摘要: 在藉助CAM軟件進行數控編程的過程中,刀具的選擇和切削用量的確定是十分重要,它不僅對被加工零件的質量影響巨大,甚至可以決定着機牀功效的發揮和安全生產的順利進行。所以,在編制加工程序時,選擇合理的刀具和切削用量,是編制高質量加工程序的前提。
關鍵詞:刀具 種類 要求 選擇 切削用量
現在,如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能,這些軟件一般是在編程介面中提示工藝規劃的有關問題,比如,刀具選擇、加工路徑規劃 、切削用量設定等,編程人員只要設定了有關的參數,就可以自動生成NC程序並傳輸至數控機牀完成加工。因此,數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的,這與普通機牀加工形成鮮明的對比,同時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,在編程時充分考慮數控加工的特點。衆所周知,在藉助CAM軟件進行數控編程的過程中,刀具的選擇和切削用量的確定是十分重要,它不僅對被加工零件的質量影響巨大,甚至可以決定着機牀功效的發揮和安全生產的順利進行。所以無論是手工編程或計算機輔助編程,在編制加工程序時,選擇合理的刀具和切削用量,是編制高質量加工程序的前提。本文對數控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了探討,給出了若干原則和建議,並對應該注意的問題進行了討論。
一、刀具的選擇
1、 數控銑加工常用刀具的種類
數控銑加工刀具種類很多,爲了適應數控機牀高速、高效和自動化程度高的特點,所用刀具正朝着標準化、通用化和模組化的方向發展,主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。爲了滿足高效和特殊的銑削要求,又發展了各種特殊用途的專用刀具。數控銑刀具的分類有多種方法,根據刀具結構可分爲:①整體式;②鑲嵌式,採用焊接或機夾式連接,機夾式又可分爲不轉位和可轉位兩種;③特殊型式,如複合式刀具,減震式刀具等。根據製造刀具所用的材料可分爲:①高速鋼刀具;②硬質合金刀具;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。從切削工藝上可分爲:平端立銑刀、圓角立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等。
2、數控銑加工對刀具的要求
爲了保證數控銑機牀的加工精度,提高數控銑機牀的生產效率及降低刀具材料的消耗,在選用數控銑機牀刀具和刀具材料時,除滿足普通機牀應具備的基本條件外, 還要考慮在數控銑機牀中刀具工作條件等多方面因素,如切屑的斷屑性能、刀具快速調整與更換,因此對刀具和刀具材料提出更高的要求。
1)銑刀剛性要好 一是爲提高生產效率而採用大切削用量的需要;二是爲適應數控銑牀加工過程中難以調整切削用量的特點。當工件各處的加工餘量相差懸殊時,通用銑牀遇到這種情況很容易採取分層銑削方法加以解決,而數控銑削就必須按程序規定的走刀路線前進,遇到餘量大時無法象通用銑牀那樣“隨機應變”,除非在編程時能夠預先考慮到,否則銑刀必須返回原點,用改變切削麪高度或加大刀具半徑補償值的方法從頭開始加工,多走幾刀。但這樣勢必造成餘量少的地方經常走空刀,降低了生產效率,如刀具剛性較好就不必這麼辦。2)銑刀的耐用度要高 尤其是當一把銑刀加工的內容很多時,如刀具不耐用而磨損較快,就會影響工件的表面質量與加工精度,而且會增加換刀引起的調刀與對刀次數,也會使工作表面留下因對刀誤差而形成的接刀臺階,降低了工件的表面質量。除上述兩點之外,互換性好,便於快速換刀;刀具的尺寸便於調整,以減少換刀調整時間; 刀具應能可靠地斷屑或卷屑,以利於切屑的排除; 系列化,標準化,以利於編程和刀具管理,等等這些是數控加工與普通機牀加工對刀具的不同要求。
3、數控銑加工刀具類型的選擇
刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機牀的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調整方便,剛性好,耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,儘量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。生產中,被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類型的主要依據。1)銑削刀具的選用:加工曲面類零件時,爲了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切,而避免刀刃與工件輪廓發生干涉,一般採用球頭刀,粗加工用兩刃銑刀,半精加工和精加工用四刃銑刀;銑較大平面時,爲了提高生產效率和提高加工表面粗糙度,一般採用刀片鑲嵌式盤形銑刀;銑小平面或臺階面時一般採用通用銑刀;銑鍵槽時,爲了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀;2)孔加工刀具的選用: 數控機牀孔加工一般無鑽模,由於鑽頭的.剛性和切削條件差,選用鑽頭直徑D應滿足L/D≤5(L爲鑽孔深度)的條件;鑽孔前先用中心鑽定位,保證孔加工的定位精度;精絞前可選用浮動絞刀,絞孔前孔口要倒角;鏜孔時應儘量選用對稱的多刃鏜刀頭進行切削,以平衡鏜削振動;儘量選擇較粗和較短的刀杆,以減少切削振動。在經濟型數控加工中,由於刀具的刃磨、測量和更換多爲人工手動進行,佔用輔助時間較長,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儘量減少刀具數量;②一把刀具裝夾後,應完成其所能進行的所有加工部位;③粗精加工的刀具應分開使用,即使是相同尺寸規格的刀具;④先銑後鑽;⑤先進行曲面精加工,後進行二維輪廓精加工;⑥在可能的情況下,應儘可能利用數控機牀的自動換刀功能,以提高生產效率等。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價格關係極大,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。總之, 根據被加工工件材料的熱處理狀態、切削性能及加工餘量,選擇剛性好,耐用度高的銑刀,是充分發揮數控銑牀的生產效率和獲得滿意的加工質量的前提。
二、切削用量的確定
數控編程時,編程人員必須確定每道工序的切削用量,並以指令的形式寫入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或側吃刀量及進給速度等。對於不同的加工方法,需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度,充分發揮刀具切削性能,保證合理的刀具耐用度並充分發揮機牀的性能, 最大限度地提高生產率,降低成本。
(1)切削速度的確定 銑削的切削速度與刀具的耐用度T、每齒進給量fz、背吃刀量ap、側吃刀量ae以及銑刀齒數Z成反比,與銑刀直徑d成正比。其中原因是fz、ap、ae、 Z增大時,使同時工作齒數增多,刀刃負荷和切削熱增加,加快刀具磨損,因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大銑刀直徑則可以改善散熱條件,相應提高切削速度。下表列出了銑削切削速度的參考值。