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数控加工中刀具的选择与切削用量的确定
2006年3月2日 10:23  来源:佳工机电网
   摘要:现代刀具显著的特点是结构的创新速走加快。随着计算机应用领域的不断扩大,机械加工也开始运用数拉技术,这时刀具选择与切削用量提出了更高的要求。本文就扣何确定数控加工中的刀具选择与切削用全进行了探讨。
关键词:数控技术;机械加工;刀具选择

   一、科学选择数控刀具

   1、选择数控刀具的原则

   刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时,应首先选择合理的刀具寿命,而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种,前者根据单件工时最少的目标确定,后者根据工序成本最低的目标确定。

   选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具,由于换刀时间短,为了充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿命可选得低些,一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具,刀具寿命应选得高些,尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时,该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时,刀具寿命也应选得低些。大件精加工时,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀,刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比,数控加工对刀具提出了更高的要求,不仅需要冈牲好、精度高,而且要求尺寸稳定,耐用度高,断和排性能坛同时要求安装调整方便,这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。

   2、选择数控车削用刀具

   数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中,常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成,如900内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同,但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑,并应兼顾刀尖本身的强度。

   二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖,应此,刀位点不在圆弧上,而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面,特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径,以免发生加工干浅该半径不宜选择太小,否则不但制造困难,还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

   3、选择数控铣削用刀具

   在数控加工中,铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀,该刀具有关参数的经验数据如下:一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin,一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工高度H<(1/4-1/6)RD,以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时,由于槽底两次走刀需要搭接,而刀具底刃起作用的半径Re=R-r,即直径为d=2Re=2(R-r),编程时取刀具半径为Re=0.95(Rr)。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。

   目前,数控机床上大多使用系列化、标准化刀具,对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装置的机床,刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定,如锥柄刀具系统的标准代号为TSG-JT,直柄刀具系统的标准代号为DSG-JZ,此外,对所选择的刀具,在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据,并由操作者将这些数据输入数据系统,经程序调用而完成加工过程,从而加工出合格的工件。

   二、设置刀点和换刀点

   刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始,必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置,这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点,所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定,所以,该点又称对刀点。在编制程序时,要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查;引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上,也可以设置在夹具上或机床上,为了提高零件的加工精度,对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时,可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上,即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点,车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点;球头铣刀是球头的球心,钻头是钻尖等。用手动对刀操作,对刀精度较低,且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等,以减少对刀时间,提高对刀精度。加工过程中需要换刀时,应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置,换刀点应设在工件或夹具的外部,以换刀时不碰工件及其它部件为准。

    三、确定切削用量

   数控编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量,并以指令的形式写人程序中。切削用量括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法,需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具切削性能,保证合理的刀具耐用度,并充分发挥机床的性能,最大限度提高生产率,降低成本。

   1、确定主轴转速

   主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:

   n=1000v/71D

   式中:v—切削速度,单位为m/m动,由刀具的耐用度决定;n一一主轴转速,单位为r/min,D—工件直径或刀具直径,单位为mm。

   计算的主轴转速n,最后要选取机床有的或较接近的转速。

   2、确定进给速度

   进给速度是数控机床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时,为提高生产效率,可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时,宜选择较低的进给速度,一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度,表面粗糙度要求高时,进给速度应选小些,一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时,特别是远距离“回零”时,可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

   3、确定背吃刀量

   背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定,在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。为了保证加工表面质量,可留少量精加工余量,一般0.2一0.5mm,总之,切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

   同时,使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应,以形成最佳切削用量。

   切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数,而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩),在保证质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。

 
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