在數控加工中的刀具選擇和切削用量的研究

李曉丹

（秦皇島市首鋼長白機械有限責任公司，河北 撫寧 066311）

1 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,為了適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點,所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發展,主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。為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,如復合式刀具,減震式刀具等。根據制造刀具所用的材料可分為：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。從切削工藝上可分為: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。為了保證數控銑機床的加工精度,提高數控銑機床的生產效率及降低刀具材料的消耗,因此對刀具和刀具材料提出更高的要求。①銑刀剛性要好，一是為提高生產效率而采用大切削用量的需要;二是為適應數控銑床加工過程中難以調整切削用量的特點。當工件各處的加工余量相差懸殊時,通用銑床遇到這種情況很容易采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,遇到余量大時無法象通用銑床那樣“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,用改變切削面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。但這樣勢必造成余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么辦。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,便于快速換刀;刀具的尺寸便于調整,以減少換刀調整時間;刀具應能可靠地斷屑或卷屑,以利于切屑的排除;系列化,標準化,以利于編程和刀具管理,等等這些是數控加工與普通機床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,盡量選擇較短的刀柄,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,為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,一般采用球頭刀,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,為了提高生產效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀;銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀;銑鍵槽時,為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:數控機床孔加工一般無鉆模,由于鉆頭的剛性和切削條件差,選用鉆頭直徑D應滿足L/D≤5(L為鉆孔深度)的條件;鉆孔前先用中心鉆定位,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;鏜孔時應盡量選用對稱的多刃鏜刀頭進行切削,以平衡鏜削振動;盡量選擇較粗和較短的刀桿,以減少切削振動。在經濟型數控加工中,由于刀具的刃磨、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;②一把刀具裝夾后,應完成其所能進行的所有加工部位;③粗精加工的刀具應分開使用,即使是相同尺寸規格的刀具;④先銑后鉆;⑤先進行曲面精加工,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。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大,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、切削性能及加工余量,選擇剛性好,耐用度高的銑刀,是充分發揮數控銑床的生產效率和獲得滿意的加工質量的前提。

2 切削用量的確定

（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。

（2）進給速度的確定 進給速度F是數控機床切削用量中的重要參數,主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。在輪廓加工中,在接近拐角處應適當降低進給量,以克服由于慣性或工藝系統變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現象。確定進給速度的原則:①當工件的質量要求能夠得到保證時,為提高生產效率,可選擇較高的進給速度。一般在100~200mm/min范圍內選取。②在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時,宜選擇較低的進給速度,一般在20~50mm/min范圍內選取。③當加工精度,表面粗糙度要求高時,進給速度應選小些,一般在20~50mm/min范圍內選取。④刀具空行程時,特別是遠距離“回零”時,可以選擇該機床數控系統給定的最高進給速度。

（3）背吃刀量(或側吃刀量)的確定 在保證加工表面質量加工質量的前提下,背吃刀量(ap)應據機床、工件和刀具的剛度來決定,在剛度允許的條件下,應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量,這樣可以減少走刀次數,提高生產效率。工件表面粗糙度要求為Ra3.2~12.5μm,分粗銑和半精銑兩步銑削加工,粗銑后留半精銑余量0.5~1.0mm;工件表面粗糙度要求為Ra0.8~3.2μm,可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削加工,半精銑時端銑背吃刀量或圓周銑側吃刀量取1.5~2mm,精銑時端銑背吃刀量取0.5~1mm,圓周銑側吃刀量取0.3~0.5mm。

3 結語

總之,零件數控編程具有很大的靈活性,只有正確理解以上工藝參數,在實踐中不斷進行總結,才能編制出高質量的加工程序,加工出高質量的模具零件。