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數(shù)控加工中刀具選擇與切削用量的確定

數(shù)控加工中刀具選擇與切削用量的確定

     發(fā)布時(shí)間:2018-04-27 13:57    瀏覽量:
       刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容,它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率,而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/ CAM技術(shù)的發(fā)展,使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成為可能。特別是微機(jī)與數(shù)控機(jī)床的聯(lián)接,使得設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及編程的整個(gè)過(guò)程全部在計(jì)算機(jī)上完成成為可能。
 
  現(xiàn)在,許多CAD/ CAM軟件包括提供自動(dòng)編程功能,這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問(wèn)題,比如,刀具選擇、加工路徑、切削用量設(shè)定等,編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù),就可以自動(dòng)生成NC程序并傳輸至數(shù)控機(jī)床完成加工。因此,數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成的,這與普通機(jī)床加工形成鮮明的對(duì)比,同時(shí)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(shí)充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn)。本文對(duì)數(shù)控編程中必須面對(duì)的刀具選擇和切削用量確定問(wèn)題進(jìn)行了分析。
 
  一、數(shù)控加工常用刀具的種類及性能
 
  數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn),一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)床動(dòng)力頭上,因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為:①整體式;②鑲嵌式。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;③金剛石刀具;④陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為:①銑削刀具;②鉆削刀具;③鏜削刀具;④車(chē)削刀具等。
 
  刀具材料應(yīng)具備的性能:
 
  (1)高硬度刀具材料的硬度應(yīng)高于工件的硬度
 
  (2)足夠的韌性承受切削力、振動(dòng)和沖擊;
 
  (3)高耐磨性耐磨性是材料抵抗磨損的能力;
 
  (4)高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力;
 
  (5)良好的工藝性
 
  二、數(shù)控加工刀具的選擇
 
  刀具的選擇應(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。
 
  選取刀具時(shí),要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中,平面輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時(shí),應(yīng)選鑲硬質(zhì)合金刀片面銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時(shí),可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的銑刀;對(duì)一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和梯形銑刀等。在進(jìn)行曲面加工時(shí),應(yīng)選用球頭刀具,并且球頭刀具半徑應(yīng)小于曲面的最小曲率半徑。由于球頭刀具的端部切削速度為零,因此,為保證加工精度,切削行距一般取得很密,而平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀,因此,只要在保證精度的前提下,無(wú)論是曲面的粗加工還是精加工,都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。
 
  在數(shù)控加工中,由于刀具的刃磨、測(cè)量和更換多為人工手動(dòng)進(jìn)行,占用輔助時(shí)間較長(zhǎng),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)行的所有加工部位;③粗精加工的刀具應(yīng)分開(kāi)使用,即使是相同尺寸規(guī)格的刀具;④先面后孔;⑤先進(jìn)行曲面精加工,后進(jìn)行二維輪廓精加工;⑥在可能的情況下,應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀功能,以提高生產(chǎn)效率等。
 
  三、數(shù)控加工切削用量的確定
 
  合理選擇切削用量的原則是,粗加工時(shí),一般以提高生產(chǎn)率為主。半精加工和精加工時(shí),應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下,兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、切削用量手冊(cè),并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)面定。同時(shí),使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者相互適應(yīng),以形成最佳切削用量。切削用量的選擇可參考表1
 
  表1切削用量的選取(高速鋼立銑刀)
工件材料
 
鑄鐵
 
 
 
刀具直徑(mm)
 
刀刃數(shù)
 
切削速度(m/min)
 
進(jìn)給速度(m/min)
 
切削速度(m/min)
 
進(jìn)給速度(m/min)
 
切削速度(m/min)
 
進(jìn)給速度(m/min)
 
8
 
2
 
28
 
115
 
126
 
500
 
25
 
100
 
10
 
2
 
28
 
110
 
129
 
490
 
26
 
82
 
12
 
2
 
29
 
105
 
130
 
470
 
26
 
84
 
14
 
2
 
29
 
100
 
132
 
440
 
26
 
80
 
16
 
2
 
30
 
94
 
133
 
420
 
27
 
76
 
  (1)背吃刀量 在機(jī)床,工件和刀具的剛度允許的情況下,應(yīng)盡可能使背吃刀量等于加工余量,這樣可以減少走刀次數(shù),提高生產(chǎn)效率。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度,應(yīng)留少量精加工余量,一般留0.2 -0.5mm。
 
  (2)切削寬度L一般L與刀具直徑d成正比,與切削深度成反比。數(shù)控加工中,一般L的取值范圍為:L= (0.6- 0.9)d。
 
  (3)切削速度切削速度也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施,但切削速度與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著切削速度的增大,刀具耐用度急劇下降,故切削速度的選擇主要取決于刀具耐用度。另外,切削速度與加工材料也有很大關(guān)系,例如用立銑刀銑削45鋼時(shí),切削速度可采用26m/ min左右:而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時(shí),切削速度可選129m/ min以上。
 
  (4)主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來(lái)選定。計(jì)算公式為:n= 1000/ d,式中d為刀具直徑(mm)。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般配有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)(倍率)開(kāi)關(guān),可在加工過(guò)程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行倍率調(diào)整。
 
  (5)進(jìn)給速度F進(jìn)給速度應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來(lái)選擇。
 
  四、確定進(jìn)給速度的原則:
 
  第一、當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠保證時(shí),為提高生產(chǎn)效率,可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100 - 200mm/ min范圍內(nèi)選取。
 
  第二、在刀斷、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。
 
  第三、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,一般在20- 5Omm/ min范圍內(nèi)選取。
 
  在數(shù)控加工過(guò)程中,進(jìn)給速度也可通過(guò)機(jī)床控制面板上的進(jìn)給倍率修調(diào)開(kāi)關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整,但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。
 
  隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用,數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在數(shù)控程序的編制過(guò)程中,要在人機(jī)交互狀態(tài)下即時(shí)選擇刀具和確定切削用量。因此,編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則,從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率,充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)。

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