CNC數控加工中常用刀具的種類和特點

數控加工過程中刀具的選擇和切削用量的確定是一個重要內容,它不僅影響數控機床的加工效率,而且直接影響加工質量。隨著CAD/CAM技術的發展,數控加工中可以直接使用CAD的設計數據,尤其是微機與數控機床的連接,使得整個設計、工藝規劃和編程過程都在計算機上完成,一般不需要輸出特殊的工藝文件。

目前,許多CAD/CAM軟件包提供自動編程功能。這些軟件通常在編程界面中提示過程規劃的相關問題,如刀具選擇、加工路徑規劃、切削量設置等。編程人員可以自動生成NC程序,并將其傳輸到數控機床完成加工。因此,數控加工中刀具的選擇和切削量的確定是在人機交互狀態下完成的,這與普通機床加工形成了鮮明的對比。在確定CNC刀具的選擇和切削用量的同時,編程人員必須掌握確定刀具選擇和切削量的基本原則,并在編程過程中充分考慮數控。

數控加工中常用刀具的種類和特點。

數控加工刀具必須適應數控機床高速、高效、自動化程度高的特點,一般應包括通用刀具、通用連接刀柄和少量專用刀柄。刀柄應與刀具連接,并安裝在機床的動力頭上,因此逐漸標準化和系列化。數控刀具的分類方法有很多。

根據刀具結構,可分為:①整體式;②鑲嵌式,采用焊接或夾緊連接,夾緊式可分為無轉位和可轉位兩種;③特殊類型,如復合刀具、減震刀具等。

根據制造刀具使用的材料,可分為:①高速鋼刀;②硬質合金刀具:③金剛石刀具;

與普通機床使用的刀具相比,數控刀具有許多不同的要求,主要有以下特點:

①(特別是粗加工工具)剛性好,精度高,抗振動和熱變形??;

②良好的互換性,便于快速換刀;

③使用壽命長,切削性能穩定可靠;

④為了減少換刀的調整時間,方便調整刀具尺寸;

⑤刀具應能可靠地斷屑或卷屑,有利于切屑的排除;

為了方便編程和刀具管理,系列化、標準化。

數控加工刀具的選擇。

刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。刀具和刀柄應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工藝、切削量等相關因素正確選擇。刀具選擇的一般原則是:安裝調整方便、剛性好、耐久性高、精度高。在滿足加工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。

在選擇刀具時,刀具的尺寸應與加工工件的表面尺寸相適應。在生產中,立銑刀常用于加工平面零件周圍的輪廓;銑削平面時,應選擇硬質合金刀片銑刀;加工凸臺和凹槽時,選擇高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時,可選用鑲嵌硬質合金刀片的玉米銑刀;球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀常用于加工一些立體表面和變斜輪廓形狀。

在自由曲面加工中,由于球頭刀具的端部切削速度為零,為了保證加工精度,切削距離一般非常密集,所以球頭常用于曲面的精加工。平頭刀具在表面加工質量和切削效率上優于球頭刀具。因此,只要不能保證切削,就應優先選擇平頭刀,無論是粗加工還是精加工。此外,刀具的耐久性和精度與刀具的價格密切相關。必須注意的是,在大多數情況下,選擇好的刀具可以增加刀具的成本,但由此帶來的加工質量和效率可以大大降低。

在加工中心,各種刀具分別安裝在刀庫上,刀具的選擇和更換應根據程序規定隨時進行。因此,必須使用標準刀柄,以便在機床主軸或刀庫上快速準確地安裝鉆孔、鏜孔、擴展和銑削使用的標準刀具。編程人員應了解機床上使用的刀柄的結構尺寸、調整方法和調整范圍,以確定編程過程中刀具的徑向和軸向尺寸。目前國內加工中心采用TSG工具系統,有直柄(三種規格)和錐柄(四種規格)兩種,包括16種不同用途的刀柄。

在經濟型數控加工中,由于刀具的刃磨、測量和更換大多是手動進行的,占用的輔助時間較長,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盡量減少刀具數量;②夾緊刀具后,所有可能的加工部件都應完成;③粗精加工的刀具應分開使用,即使是同樣尺寸和規格的刀具;④先銑后鉆;⑤先進行曲面精加工,再進行二維輪廓精加工;⑥在可能的情況下,應盡可能使用數控機床的自動換刀功能,以提高生產效率。

數控加工切削用量的確定。

合理選擇切削劑量的原則是粗加工時,生產率一般以提高為主,但也要考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,切削效率、經濟性和加工成本應在保證加工質量的前提下考慮。具體值應根據機床說明書和切削劑量手冊確定,并根據經驗確定。

①切削深度t。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下,t等于加工余量,這是提高生產率的有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度,通常需要保留一定的余量進行精加工。數控機床的精加工余量可以比普通機床略小。

②切削寬度L。一般來說,L與刀具直徑d成正比,與切削深度成反比。在經濟型數控加工中,L的取值范圍一般為:L=(0.6~0.9)d。

V也是提高生產率的一種措施,但V與刀具耐久性密切相關。隨著V的增加,刀具的耐久性急劇下降,因此V的選擇主要取決于刀具的耐久性。此外,切削速度也與加工材料密切相關。例如,當使用立銑刀銑削合金剛性30CrNi2MoVA時,v可以使用8m/min左右;當使用相同的立銑刀銑削鋁合金時,v可以選擇200m/min以上。

③主軸轉速n(r/min)。通常根據切削速度v選擇主軸轉速。計算公式如下:

類型中,d是刀具或工件的直徑(mm)。

④CNC機床的控制面板通常配有主軸轉速修正(倍率)開關,在加工過程中可以調整主軸轉速的全倍數。

⑤進給速度vF。vF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進行選擇。增加vF還可以提高生產效率。當加工表面粗糙度要求較低時,可以選擇較大的vF。在加工過程中,vF也可以通過機床控制面板上的修整開關進行人工調整,但最大進給速度受設備剛度和進給系統性能的限制。

隨著數控機床在生產實踐中的廣泛應用,數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在編制數控程序的過程中,需要在人機交互狀態下立即選擇刀具,確定切削量。因此,編程人員必須熟悉確定刀具選擇方法和切削量的原則,以確保零件的加工質量和效率,充分發揮數控機床的優勢,提高企業的經濟效益和生產水平。

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