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刀具的選擇

一、刀具的選擇

1、數(shù)控銑加工常用刀具的種類

數(shù)控銑加工刀具種類很多,為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動化程度高的特點(diǎn),所用刀具正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化的方向發(fā)展,主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。數(shù)控銑刀具的分類有多種方法,我室數(shù)控銑常用刀具根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為:①整體式;②機(jī)夾式;機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種;根據(jù)制造刀具所用的材料可分為:①高速鋼刀具;②硬質(zhì)合金刀具;從切削工藝上可分為:平端立銑刀、圓角立銑刀、球頭刀等。

2、數(shù)控銑加工對刀具的要求

為了保證數(shù)控銑機(jī)床的加工精度,提高數(shù)控銑機(jī)床的生產(chǎn)效率及降低刀具材料的消耗,在選用數(shù)控銑機(jī)床刀具和刀具材料時(shí),除滿足一般應(yīng)用基本條件外,還要考慮在數(shù)控銑機(jī)床刀具工作條件等多方面因素,如切屑的斷屑性能、刀具快速調(diào)整與更換,刀具的耐用度,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(chǎn)效率而采用大切削用量的需要;二是為適應(yīng)數(shù)控銑床加工過程中難以調(diào)整切削用量的特點(diǎn)。當(dāng)工件各處的加工余量相差懸殊時(shí),普通銑床很容易采用分層銑削解決,而數(shù)控銑削就必須按程序規(guī)定的走刀路線前進(jìn),碰到余量大時(shí)無法象通用銑床那樣“隨機(jī)應(yīng)變”,除非在編程時(shí)能夠預(yù)先考慮到,否則銑刀必須返回原點(diǎn),用改變切削面高度或加大刀具半徑補(bǔ)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(jīng)常走空刀,降低了生產(chǎn)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(dāng)一把銑刀加工的尺寸很多時(shí),如刀具不耐用而磨損較快,就會影響工件的表面質(zhì)量與加工精度,而且會增加換刀引起的調(diào)刀與對刀次數(shù),也會使工作表面留下因?qū)Φ墩`差而形成的接刀臺階,降低了工件的表面質(zhì)量。除上述兩點(diǎn)之外,互換性好,便于快速換刀;刀具的尺寸便于調(diào)整,以減少換刀調(diào)整時(shí)間;刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇?,以利于切屑的排除;系列化,?biāo)準(zhǔn)化,以利于編程和刀具管理,等等這些是數(shù)控加工需要注意的地方。(刀具配置:過去普通設(shè)備必須每種直徑的刀具都要采購,數(shù)控銑床由于刀具半徑補(bǔ)償功能的使用,避免了儲備的浪費(fèi),我室整體合金銑刀一般儲備10MM以下直徑的,就滿足日常生產(chǎn)了。

3、數(shù)控銑加工刀具類型的選擇

刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)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(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調(diào)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(chǎn)中,被加工零件的幾何外形是選擇刀具類型的主要依據(jù)。

1)銑削刀具的選用:加工曲面類零件時(shí),為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點(diǎn)相切,而避免刀刃與工件輪廓發(fā)生干涉,一般采用球頭刀,粗加工用三刃過中心銑刀,半精加工和精加工用四刃銑刀;銑較大平面時(shí),為了提高生產(chǎn)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(shí)一般采用通用銑刀;銑鍵槽時(shí),為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀或整體合金銑刀;

2)孔加工刀具的選用:數(shù)控機(jī)床孔加工一般難度較大,必須選用耐用度較高的鉆頭,比如U鉆,整體合金涂層鉆頭等。盡量選擇較粗和較短的刀桿,以減少切削振動。在我室數(shù)控加工中,由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)行,占用輔助時(shí)間較長,因此,必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則:

①盡量減少刀具數(shù)量;

②一把刀具裝夾后,應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有尺寸加工部位;

③粗精加工的刀具應(yīng)分開使用,即使是相同尺寸規(guī)格的刀具;

④先銑后鉆;

⑤先粗加工,再精加工。

⑥應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動換刀功能,以提高生產(chǎn)效率等。

另外,刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大,必須引起注意的是,在絕大多數(shù)情況下,選擇好的刀具雖然增加了當(dāng)前刀具成本,但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高,刀具壽命的延長等,則可以使整個加工成本大大降低??傊?,根據(jù)被加工工件材料的熱處理狀態(tài)、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(fā)揮數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率和獲得優(yōu)秀的加工質(zhì)量的前提。(例如,某型號機(jī)構(gòu)殼體外觀要求高,2003年之前用普通高速鋼加長銑刀耐用度差,產(chǎn)品表面粗糙度達(dá)不到要求,上下尺寸誤差達(dá)到0.3~0.5mm。后找國內(nèi)廠家定做兩把φ20,切深80mm四齒整體硬質(zhì)合金銑刀。確定加工先后順序,一把用來去除上下讓刀誤差,一把用側(cè)刃保證粗糙度。至今8年了,兩把刀依然能保證現(xiàn)在產(chǎn)品要求,還在使用。其使用成本早已收回。)

二、切削用量的確定

數(shù)控編程時(shí),編程人員必須確定每道工序的切削用量,并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或側(cè)吃刀量及進(jìn)給速度等。對于不同的加工方法,需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度,充分發(fā)揮刀具切削性能,保證合理的刀具耐用度并充分發(fā)揮機(jī)床的性能,最大限度地提高生產(chǎn)率,降低成本。

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(jìn)給量fz、背吃刀量ap、側(cè)吃刀量ae以及銑刀齒數(shù)Z成反比,與銑刀直徑d成正比。其中原因是fzap、ae、Z增大時(shí),使同時(shí)工作齒數(shù)增多,刀刃負(fù)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。假如加大銑刀直徑則可以改善散熱條件,相應(yīng)提高切削速度。速度的確定進(jìn)給速度F是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù),主要根據(jù)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(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。在輪廓加工中,在接近拐角處應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給量,以克服由于慣性或工藝變形在輪廓拐角處造成旋刀現(xiàn)象。確定進(jìn)給速度的原則:

1)當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時(shí),為提高生產(chǎn)效率,可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在200~400mm/min范圍內(nèi)選取。

2)在加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí),宜選擇較低的進(jìn)給速度,一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。

3)當(dāng)加工精度,表面粗糙度要求高時(shí),進(jìn)給速度應(yīng)選小些,刀具轉(zhuǎn)速給高點(diǎn),一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。

4)刀具空行程時(shí),可以選擇該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)給定的最高進(jìn)給速度。高轉(zhuǎn)速,大走刀量適用于整體合金銑刀,但同時(shí)對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。背吃刀量的確定在保證加工表面質(zhì)量加工質(zhì)量的前提下,背吃刀量應(yīng)據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來決定,在剛度答應(yīng)的條件下,應(yīng)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(shù),提高生產(chǎn)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R.8~3.2μm,可分粗銑、半精銑、精銑三步銑削加工,半精銑時(shí)端銑背吃刀量或圓周銑側(cè)吃刀量取1.5~2mm,精銑時(shí)端銑背吃刀量取0.5~1mm,圓周銑側(cè)吃刀量取0.3~0.5mm。(某型號頂蓋雙半圓槽熱處理后表面氧化皮不易加工,優(yōu)化加工刀具順序,路徑。先用u鉆插銑去量,去掉輪廓拐角處大量,再用機(jī)夾合金刀具2mm深分層銑削,再執(zhí)行精加工程序,這樣保證了精加工刀具耐用度,提高了效率,降低了損耗。)

總之,數(shù)控刀具和切削用量的選擇具有很大的靈活性,只有正確理解以上工藝要求,在實(shí)踐中不斷進(jìn)行總結(jié),合理運(yùn)用才能有效提高質(zhì)量,降低成本。

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