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合理选择数控铣加工中的刀具与切削用量
合理选择数控铣加工中的刀具与切削用量 摘要: 在借助CAM软件进行数控编程的过程中,刀具的选择和切削用 量的确定是十分重要,它不仅对被加工零件的质量影响巨大,甚至可以决定着机床 功效的发挥和安全生产的顺利进行。所以,在编制加工程序时,选择合理的刀具和 切削用量,是编制高质量加工程序的前提。关键词:刀具 种类 要求 选择 切削用量 现在,如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等许多CAD/CAM 软件包都提供自动编程功能,这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关 问题,比如,刀具选择、加工路径规划 、切削用量设定等,编程人员只要设置了有 关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此,数控加工中 的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的,这与普通机床加工形成 鲜明的对比,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则, 在编程时充分考虑数控加工的特点。众所周知,在借助CAM软件进行数控编程的 过程中,刀具的选择和切削用量的确定是十分重要,它不仅对被加工零件的质量影 响巨大,甚至可以决定着机床功效的发挥和安全生产的顺利进行。所以无论是手 工编程或计算机辅助编程,在编制加工程序时,选择合理的刀具和切削用量,是编 制高质量加工程序的前提。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确 定问题进行了探讨,给出了若干原则和建议,并对应该注意的问题进行了讨论。
一、刀具的选择 1、 数控铣加工常用刀具的种类 数控铣加工刀具种类很多,为了适应数控机床高速、高效和自动化程 度高的特点,所用刀具正朝着标准化、通用化和模块化的方向发展,主要包括铣削 刀具和孔加工刀具两大类。为了满足高效和特殊的铣削要求,又发展了各种特殊 用途的专用刀具。数控铣刀具的分类有多种方法,根据刀具结构可分为:①整体式;
②镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊 型式,如复合式刀具,减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:①高速钢刀 具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具 等。从切削工艺上可分为:平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等。
2、数控铣加工对刀具的要求为了保证数控铣机床的加工精度,提高数控铣机床的生产效率及降低 刀具材料的消耗,在选用数控铣机床刀具和刀具材料时,除满足普通机床应具备的 基本条件外, 还要考虑在数控铣机床中刀具工作条件等多方面因素,如切屑的断 屑性能、刀具快速调整与更换,因此对刀具和刀具材料提出更高的要求。
1)铣刀刚性要好 一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要;二是 为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。当工件各处的加工余量相 差悬殊时,通用铣床遇到这种情况很容易采取分层铣削方法加以解决,而数控铣削 就必须按程序规定的走刀路线前进,遇到余量大时无法象通用铣床那样“随机应 变”,除非在编程时能够预先考虑到,否则铣刀必须返回原点,用改变切削面高度或 加大刀具半径补偿值的方法从头开始加工,多走几刀。但这样势必造成余量少的 地方经常走空刀,降低了生产效率,如刀具刚性较好就不必这么办。2)铣刀的耐用 度要高 尤其是当一把铣刀加工的内容很多时,如刀具不耐用而磨损较快,就会影 响工件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数,也会使工 作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶,降低了工件的表面质量。除上述两点 之外,互换性好,便于快速换刀;刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;
刀具 应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;
系列化,标准化,以利于编程和刀具管 理,等等这些是数控加工与普通机床加工对刀具的不同要求。
3、数控铣加工刀具类型的选择 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加 工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具 及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便,刚性好,耐用度和精度高。在满足加 工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。生产中,被加工零 件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。1)铣削刀具的选用:加工曲面类零件时, 为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切,而避免刀刃与工件轮廓发生干涉, 一般采用球头刀,粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀;铣较大平面 时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀;铣 小平面或台阶面时一般采用通用铣刀;铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度、一般用 两刃键槽铣刀;2)孔加工刀具的选用: 数控机床孔加工一般无钻模,由于钻头的刚 性和切削条件差,选用钻头直径D应满足L/D≤5(L为钻孔深度)的条件;钻孔前先用 中心钻定位,保证孔加工的定位精度;精绞前可选用浮动绞刀,绞孔前孔口要倒角;
镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头进行切削,以平衡镗削振动;尽量选择较粗和 较短的刀杆,以减少切削振动。在经济型数控加工中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时间较长,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。一 般应遵循以下原则:①尽量减少刀具数量;②一把刀具装夹后,应完成其所能进行 的所有加工部位;③粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;④ 先铣后钻;⑤先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;⑥在可能的情况下,应尽 可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。另外,刀具的耐用度和精 度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,选择好的刀具虽然 增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高,则可以使整个加工成 本大大降低。总之, 根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量, 选择刚性好,耐用度高的铣刀,是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工 质量的前提。
二、切削用量的确定 数控编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式 写入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或侧吃刀量及进给速度等。对于 不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加 工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度并充分发挥 机床的性能, 最大限度地提高生产率,降低成本。
(1)切削速度的确定 铣削的切削速度与刀具的耐用度T、每齿进给量fz、 背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比,与铣刀直径d成正比。其中原因 是fz、ap、ae、 Z增大时,使同时工作齿数增多,刀刃负荷和切削热增加,加快刀具 磨损,因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散 热条件,相应提高切削速度。下表列出了铣削切削速度的参考值。
