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如何選擇數(shù)控刀具及進(jìn)給量
閱讀：1847 發(fā)布時間：2013-11-2
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)計數(shù)據(jù)成為可能，特別是微機與數(shù)控機床的聯(lián)接，使得設(shè)計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全部在計算機上完成，一般不需要輸出專門的工藝文件。
現(xiàn)在，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界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問題，比如，數(shù)控刀具選擇、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)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此，數(shù)控加工中的數(shù)控刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握數(shù)控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(shù)控加工的特點。本文對數(shù)控編程中必須面對的數(shù)控刀具選擇和切削用量確定問題進(jìn)行了探討，給出了若干原則和建議，并對應(yīng)該注意的問題進(jìn)行了討論。
一、數(shù)控加工常用數(shù)控刀具的種類及特點
數(shù)控加工數(shù)控刀具必須適應(yīng)數(shù)控機床高速、和自動化程度高的特點，一般應(yīng)包括通用數(shù)控刀具、通用連接刀柄及少量刀柄。刀柄要聯(lián)接數(shù)控刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；③特殊型式，如復(fù)合式數(shù)控刀具，減震式數(shù)控刀具等。根據(jù)制造數(shù)控刀具所用的材料可分為：①高速鋼數(shù)控刀具；②硬質(zhì)合金數(shù)控刀具；③金剛石數(shù)控刀具；④其他材料數(shù)控刀具，如立方氮化硼數(shù)控刀具，陶瓷數(shù)控刀具等。從切削工藝上可分為：①車削數(shù)控刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割數(shù)控刀具等多種；②鉆削數(shù)控刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削數(shù)控刀具；④銑削數(shù)控刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機床對數(shù)控刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具得到廣泛的應(yīng)用，在數(shù)量上達(dá)到整個數(shù)控數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。
數(shù)控刀具與普通機床上所用的數(shù)控刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：
?、艅傂院茫ㄓ绕涫谴旨庸?shù)控刀具），精度高，抗振及熱變形小；
?、苹Q性好，便于快速換刀；
⑶壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；
⑷數(shù)控刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間；
?、蓴?shù)控刀具應(yīng)能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；
?、氏盗谢?，標(biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和數(shù)控刀具管理。
二、數(shù)控加工數(shù)控刀具的選擇
數(shù)控刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用數(shù)控刀具及刀柄。數(shù)控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，以提高數(shù)控刀具加工的剛性。
選取數(shù)控刀具時，要使數(shù)控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，應(yīng)選硬質(zhì)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(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)行自由曲面加工時，由于球頭數(shù)控刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很能密，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭數(shù)控刀具在表面加工質(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，數(shù)控刀具的耐用度和精度與數(shù)控刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的數(shù)控刀具雖然增加了數(shù)控刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。
在加工中心上，各種數(shù)控刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進(jìn)行選刀和換刀動作。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控刀具，迅速、準(zhǔn)確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應(yīng)了解機床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍，以便在編程時確定數(shù)控刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用TSG工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄（三種規(guī)格）和錐柄（四種規(guī)格）兩種，共包括16種不同用途的刀柄。
在經(jīng)濟型數(shù)控加工中，由于數(shù)控刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排數(shù)控刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則：①盡量減少數(shù)控刀具數(shù)量；②一把數(shù)控刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位；③粗精加工的數(shù)控刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的數(shù)控刀具；④先銑后鉆；⑤*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)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。
現(xiàn)在，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界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問題，比如，數(shù)控刀具選擇、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)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此，數(shù)控加工中的數(shù)控刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握數(shù)控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(shù)控加工的特點。本文對數(shù)控編程中必須面對的數(shù)控刀具選擇和切削用量確定問題進(jìn)行了探討，給出了若干原則和建議，并對應(yīng)該注意的問題進(jìn)行了討論。
一、數(shù)控加工常用數(shù)控刀具的種類及特點
數(shù)控加工數(shù)控刀具必須適應(yīng)數(shù)控機床高速、和自動化程度高的特點，一般應(yīng)包括通用數(shù)控刀具、通用連接刀柄及少量刀柄。刀柄要聯(lián)接數(shù)控刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；③特殊型式，如復(fù)合式數(shù)控刀具，減震式數(shù)控刀具等。根據(jù)制造數(shù)控刀具所用的材料可分為：①高速鋼數(shù)控刀具；②硬質(zhì)合金數(shù)控刀具；③金剛石數(shù)控刀具；④其他材料數(shù)控刀具，如立方氮化硼數(shù)控刀具，陶瓷數(shù)控刀具等。從切削工藝上可分為：①車削數(shù)控刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割數(shù)控刀具等多種；②鉆削數(shù)控刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削數(shù)控刀具；④銑削數(shù)控刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機床對數(shù)控刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具得到廣泛的應(yīng)用，在數(shù)量上達(dá)到整個數(shù)控數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。
數(shù)控刀具與普通機床上所用的數(shù)控刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：
?、艅傂院茫ㄓ绕涫谴旨庸?shù)控刀具），精度高，抗振及熱變形小；
?、苹Q性好，便于快速換刀；
⑶壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；
⑷數(shù)控刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間；
?、蓴?shù)控刀具應(yīng)能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；
?、氏盗谢?，標(biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和數(shù)控刀具管理。
二、數(shù)控加工數(shù)控刀具的選擇
數(shù)控刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用數(shù)控刀具及刀柄。數(shù)控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，以提高數(shù)控刀具加工的剛性。
選取數(shù)控刀具時，要使數(shù)控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，應(yīng)選硬質(zhì)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(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)行自由曲面加工時，由于球頭數(shù)控刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很能密，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭數(shù)控刀具在表面加工質(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，數(shù)控刀具的耐用度和精度與數(shù)控刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的數(shù)控刀具雖然增加了數(shù)控刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。
在加工中心上，各種數(shù)控刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進(jìn)行選刀和換刀動作。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控刀具，迅速、準(zhǔn)確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應(yīng)了解機床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍，以便在編程時確定數(shù)控刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用TSG工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄（三種規(guī)格）和錐柄（四種規(guī)格）兩種，共包括16種不同用途的刀柄。
在經(jīng)濟型數(shù)控加工中，由于數(shù)控刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排數(shù)控刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則：①盡量減少數(shù)控刀具數(shù)量；②一把數(shù)控刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位；③粗精加工的數(shù)控刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的數(shù)控刀具；④先銑后鉆；⑤*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)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。