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關(guān)于數(shù)控加工中的刀具和切削用量的探討
資源天下 2014/5/10 18:20:08
【摘 要】在借助CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程的過(guò)程中，刀具的選擇和切削用量的確定是十分重要，它不僅對(duì)被加工零件的質(zhì)量影響巨大，甚至可以決定著機(jī)床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以，在編制加工程序時(shí)，選擇合理的刀具和切削用量，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。文章對(duì)數(shù)控機(jī)床加工時(shí)切削用量的合理選擇進(jìn)行了詳細(xì)闡述。
【關(guān)鍵詞】刀具；數(shù)控高速加工；要求；選擇；切削用量
現(xiàn)在，如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等許多CAD/CAM軟件包都提供自動(dòng)編程功能，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。眾所周知，在借助CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程的過(guò)程中，刀具的選擇和切削用量的確定是十分重要，它不僅對(duì)被加工零件的質(zhì)量影響巨大，甚至可以決定著機(jī)床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以無(wú)論是手工編程或計(jì)算機(jī)輔助編程，在編制加工程序時(shí)，選擇合理的刀具和切削用量，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。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)行了探討，給出了若干原則和建議，并對(duì)應(yīng)該注意的問(wèn)題進(jìn)行了討論。
一、刀具的選擇
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(dòng)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。為了滿足高效和特殊的銑削要求，又發(fā)展了各種特殊用途的專用刀具。數(shù)控銑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，采用焊接或機(jī)夾式連接，機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；③特殊型式，如復(fù)合式刀具，減震式刀具等。
(1) 刀具材料。高速切削加工要求刀具材料與被加工材料的化學(xué)親合力要小,并具有優(yōu)異的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性,抗沖擊、耐磨損。目前在高速切削中常用的刀具材料有單涂層或多涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶金剛石等。對(duì)刀具和刀具材料提出更高的要求：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(guò)程中難以調(diào)整切削用量的特點(diǎn)；銑刀的耐用度要高
(2) 高速切削刀具結(jié)構(gòu)。高轉(zhuǎn)速引起的離心力在高速切削中會(huì)使抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性都較低的刀片發(fā)生斷裂,除損傷工件外,對(duì)操作者和機(jī)床會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)。因此,高速切削刀具除了滿足靜平衡外還必須滿足動(dòng)平衡要求。動(dòng)平衡一般對(duì)小直徑刀具要求不嚴(yán),對(duì)大直徑刀具或盤類刀具要求嚴(yán)格。外伸較長(zhǎng)的刀具,必須進(jìn)行動(dòng)平衡。另外需要對(duì)刀具、夾頭、主軸等每個(gè)元件單獨(dú)進(jìn)行平衡,還要對(duì)刀具與夾頭組合體進(jìn)行平衡。最后,將刀具連同主軸一起進(jìn)行平衡。但目前還沒(méi)有統(tǒng)一的平衡標(biāo)準(zhǔn),對(duì)ISO1940-1標(biāo)準(zhǔn)中的平衡質(zhì)量G值為平衡標(biāo)準(zhǔn)也有不同的看法,有的企業(yè)以G1為標(biāo)準(zhǔn)(所謂G1,即刀具在10 000r/min回轉(zhuǎn)時(shí),回轉(zhuǎn)軸與刀具中心軸線之間只允許相差1Lm),有的以G215為標(biāo)準(zhǔn)。
(3) 高速切削刀具幾何參數(shù)。高速切削刀具刀刃的形狀正向著高剛性、復(fù)合化、多刃化和表面超精加工方向發(fā)展。刀具幾何參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量、刀具耐用度有很大的影響,一般高速切削刀具的前角平均比傳統(tǒng)加工刀具小10b,后角約大5b～8b。為防止刀尖處的熱磨損,主、副切削刃連接處應(yīng)采用修圓刀尖或倒角刀尖,以增大刀尖角,加大刀尖附近刃區(qū)切削刃的長(zhǎng)度,提高刀具剛性和減少刀刃破損的概率。
(4) 高速切削刀柄系統(tǒng)。加工中心主軸與刀具的連接大多采用7B24錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng),ISO、CAT、DIN、BT等都屬此類。用在高速切削加工時(shí),這類系統(tǒng)出現(xiàn)了許多問(wèn)題,主要表現(xiàn)為:剛性不足、ATC(自動(dòng)換刀)的重復(fù)精度不穩(wěn)定、受離心力作用的影響較大、刀柄錐度大,不利于快速換刀及機(jī)床的小型化。針對(duì)這些問(wèn)題,為提高刀具與機(jī)床主軸的連接剛性和裝夾精度,適應(yīng)高速切削加工技術(shù)發(fā)展的需要,相繼開(kāi)發(fā)了刀柄與主軸內(nèi)孔錐面和端面同時(shí)貼緊的兩面定位的刀柄。兩面定位刀柄主要有兩大類:一類是對(duì)現(xiàn)有7B24錐度刀柄進(jìn)行的改進(jìn)性設(shè)計(jì),如BIG-PLUS、WSU、ABSC等系統(tǒng);另一類是采用新思路設(shè)計(jì)的1B10中空短錐刀柄系統(tǒng),有德國(guó)開(kāi)發(fā)的HSK、美國(guó)開(kāi)發(fā)的KM及日本開(kāi)發(fā)的NC5等幾種形式。
二、切削用量的選擇
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。
(1) 背吃刀量ap(mm)的選擇
背吃刀量ap根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度確定，具體選擇如下：
粗加工時(shí)，在留下精加工、半精加工的余量后，盡可能一次（未完，下一頁(yè)）
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