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如何選擇數控刀具及進給量
閱讀：1867 發(fā)布時間：2013-11-2
數控刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。CAD/CAM技術的發(fā)展，使得在數控加工中直接利用CAD的設計數據成為可能，特別是微機與數控機床的聯接，使得設計、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)劃的有關問題，比如，數控刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設定等，編程人員只要設置了有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。因此，數控加工中的數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控加工的特點。本文對數控編程中必須面對的數控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，并對應該注意的問題進行了討論。
一、數控加工常用數控刀具的種類及特點
數控加工數控刀具必須適應數控機床高速、和自動化程度高的特點，一般應包括通用數控刀具、通用連接刀柄及少量刀柄。刀柄要聯接數控刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數控數控刀具的分類有多種方法。根據數控刀具結構可分為：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位和可轉位兩種；③特殊型式，如復合式數控刀具，減震式數控刀具等。根據制造數控刀具所用的材料可分為：①高速鋼數控刀具；②硬質合金數控刀具；③金剛石數控刀具；④其他材料數控刀具，如立方氮化硼數控刀具，陶瓷數控刀具等。從切削工藝上可分為：①車削數控刀具，分外圓、內孔、螺紋、切割數控刀具等多種；②鉆削數控刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削數控刀具；④銑削數控刀具等。為了適應數控機床對數控刀具耐用、穩(wěn)定、易調、可換等的要求，近幾年機夾式可轉位數控刀具得到廣泛的應用，在數量上達到整個數控數控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數的80%～90%。
數控刀具與普通機床上所用的數控刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：
?、艅傂院茫ㄓ绕涫谴旨庸悼氐毒撸雀?，抗振及熱變形?。?br />
⑵互換性好，便于快速換刀；
?、菈勖?，切削性能穩(wěn)定、可靠；
?、葦悼氐毒叩某叽绫阌谡{整，以減少換刀調整時間；
?、蓴悼氐毒邞芸煽康財嘈蓟蚓硇迹岳谇行嫉呐懦?；
?、氏盗谢?，標準化，以利于編程和數控刀具管理。
二、數控加工數控刀具的選擇
數控刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用數控刀具及刀柄。數控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，盡量選擇較短的刀柄，以提高數控刀具加工的剛性。
選取數控刀具時，要使數控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(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。
在進行自由曲面加工時，由于球頭數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。而平頭數控刀具在表面加工質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，都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外，數控刀具的耐用度和精度與數控刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的數控刀具雖然增加了數控刀具成本，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，各種數控刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標準數控刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整范圍，以便在編程時確定數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。
在經濟型數控加工中，由于數控刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排數控刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：①盡量減少數控刀具數量；②一把數控刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；③粗精加工的數控刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的數控刀具；④先銑后鉆；⑤*行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。
現在，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)劃的有關問題，比如，數控刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設定等，編程人員只要設置了有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。因此，數控加工中的數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控加工的特點。本文對數控編程中必須面對的數控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，并對應該注意的問題進行了討論。
一、數控加工常用數控刀具的種類及特點
數控加工數控刀具必須適應數控機床高速、和自動化程度高的特點，一般應包括通用數控刀具、通用連接刀柄及少量刀柄。刀柄要聯接數控刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數控數控刀具的分類有多種方法。根據數控刀具結構可分為：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位和可轉位兩種；③特殊型式，如復合式數控刀具，減震式數控刀具等。根據制造數控刀具所用的材料可分為：①高速鋼數控刀具；②硬質合金數控刀具；③金剛石數控刀具；④其他材料數控刀具，如立方氮化硼數控刀具，陶瓷數控刀具等。從切削工藝上可分為：①車削數控刀具，分外圓、內孔、螺紋、切割數控刀具等多種；②鉆削數控刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削數控刀具；④銑削數控刀具等。為了適應數控機床對數控刀具耐用、穩(wěn)定、易調、可換等的要求，近幾年機夾式可轉位數控刀具得到廣泛的應用，在數量上達到整個數控數控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數的80%～90%。
數控刀具與普通機床上所用的數控刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：
?、艅傂院茫ㄓ绕涫谴旨庸悼氐毒撸雀?，抗振及熱變形?。?br />
⑵互換性好，便于快速換刀；
?、菈勖?，切削性能穩(wěn)定、可靠；
?、葦悼氐毒叩某叽绫阌谡{整，以減少換刀調整時間；
?、蓴悼氐毒邞芸煽康財嘈蓟蚓硇迹岳谇行嫉呐懦?；
?、氏盗谢?，標準化，以利于編程和數控刀具管理。
二、數控加工數控刀具的選擇
數控刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用數控刀具及刀柄。數控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，盡量選擇較短的刀柄，以提高數控刀具加工的剛性。
選取數控刀具時，要使數控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(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。
在進行自由曲面加工時，由于球頭數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。而平頭數控刀具在表面加工質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，都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外，數控刀具的耐用度和精度與數控刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的數控刀具雖然增加了數控刀具成本，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，各種數控刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標準數控刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整范圍，以便在編程時確定數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。
在經濟型數控加工中，由于數控刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排數控刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：①盡量減少數控刀具數量；②一把數控刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；③粗精加工的數控刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的數控刀具；④先銑后鉆；⑤*行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。