淺論數控加工的刀具選型以及參數設置

秦軍保

（柳州合銳機械有限公司，廣西 柳州 545007）

一、引言

機械制造業在整個國民經濟中占有十分重要的地位,而其中金屬切削加工是一種常用的手段,現在數控加工的應用越來越廣泛。數控加工的優點有很多,精度高,節約勞動力成本,適合批量生產等等。刀具的應用是數控加工不可或缺的因素,直接影響到加工的速度和質量。刀具是推動金屬切削加工技術發展的一個極為活躍而又十分關鍵的因素,可以說切削加工技術發展、革新的歷史就是刀具發展的歷史。

刀具選擇、加工路徑規劃 、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,數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的,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。研究掌握數控車銑加工中心的銑削功能,對于形狀復雜以及精度要求很高的回轉體零件的精密加工,提升數控加工能力和質量,具有很重要的現實意義。

二、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。

三、加工中心刀具類型的選擇

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。

（一）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;

（二）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。

四、加工中心編程中參數的設置

（一）切削速度的確定。

進給速度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。

（二）背吃刀量(或側吃刀量)的確定。

在保證加工表面質量的前提下,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。

五、結束語

數控加工中心具有軸向和頸相動力頭,能實現三個坐標的聯動。利用極坐標插補指令和圓柱插補指令進行了程序優化和開發,并對機床加工工位重復定位誤差進行了有效的補償,初步實現對回轉體的側面進行快捷可靠的精密銑削加工,提高了加工精度和表面加工質量。