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合理選擇數控加工中的刀具和切削用量 |
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來源：
時間： 2017-04-11 11:49
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在借助CAM軟件進行數控編程的過程中，刀具的選擇和切削用量的確定十分重要，它不僅對被加工零件的質量影響巨大，甚至可以決定機床功效的發揮和安全生產的順利進行。所以，在編制加工程序時，選擇合理的刀具和切削用量，是編制高質量加工程序的前提。 目前經常使用的軟件，如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等許多CAD/CAM軟件都提供自動編程功能，這些軟件在編程界面中提示工藝規劃的有關問題，比如，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把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。
一、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，在選用數控銑機床刀具和刀具材料時，除滿足普通機床應具備的基本條件外，還要考慮在數控銑機床中刀具工作條件等多方面因素，如切屑的斷屑性能、刀具快速調整與更換，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，通用銑床碰到這種情況很輕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，碰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，以利于編程和刀具治理，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，被加工零件的幾何外形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，必須引起注重的是，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足的加工質量的前提。
二、切削用量的確定
數控編程時，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、背吃刀量或側吃刀量及進給速度等。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，充分發揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度并充分發揮機床的性能，最大限度地提高生產率，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。當fz、ap、ae、Z增大時，同時工作的齒數增多，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。假如加大銑刀直徑則可以改善散熱條件，相應提高切削速度。
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。
背吃刀量的確定。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R0.8~3.2μm，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。 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工藝，加工出高質量的模具零件。
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