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數(shù)控專業(yè)畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)加工刀具用數(shù)控機(jī)床的選擇
（作者未知） 2009/10/16
數(shù)控專業(yè)畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)加工刀具用數(shù)控機(jī)床的選擇
論文摘要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在我國機(jī)械加工行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。它不僅解決了普通機(jī)床難以解決的許多加工難題，而且提高了加工精度和生產(chǎn)效率，同時(shí)也對(duì)加工工藝和刀具設(shè)計(jì)提出了許多新的、更高的要求。為使這些先進(jìn)的設(shè)備更好地發(fā)揮作用，必須解決這些問題。。
[摘要] 本文通過對(duì)幾種典型刀具加工特點(diǎn)的分析，總結(jié)出加工刀具用數(shù)控機(jī)床的選擇要點(diǎn)，使用戶能夠合理經(jīng)濟(jì)地從眾多數(shù)控機(jī)床中作出選擇。
[關(guān)鍵詞] 加工刀具，數(shù)控機(jī)床 金屬切削刀具的種類繁多，加工方法也多種多樣，本文不可能對(duì)每種刀具的CNC加工設(shè)備都進(jìn)行討論，僅從以下三個(gè)方面進(jìn)行論述：1.需要幾個(gè)數(shù)控軸；2.需要幾個(gè)數(shù)控軸聯(lián)動(dòng)；3.需要什么數(shù)控系統(tǒng)。
一． 需要幾個(gè)數(shù)控軸
刀具一般可根據(jù)其外形分為回轉(zhuǎn)刀具（如銑刀，鉆頭）和方形輪廓刀具（如車刀，鏜刀），因而一般都需要X，Y，Z三個(gè)數(shù)控直線軸對(duì)其進(jìn)行加工以保證其外形尺寸，有所區(qū)別的是對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的要求。加工復(fù)雜的可轉(zhuǎn)位刀具體現(xiàn)得較為明顯。
以加工可轉(zhuǎn)位立銑刀工序中的數(shù)控銑削為例（參見圖1）：
絕大多數(shù)可轉(zhuǎn)位立銑刀都有數(shù)個(gè)（條）均布的切削齒，在每個(gè)齒加工完畢后都應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分度旋轉(zhuǎn)（如圖1所示B軸）進(jìn)行下一個(gè)（條）齒的加工。如果CNC銑床沒有數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，則應(yīng)在程序中加入無條件停止指令，機(jī)床運(yùn)動(dòng)停止后通過人工旋轉(zhuǎn)精密手動(dòng)分度頭實(shí)現(xiàn)分度旋轉(zhuǎn)（應(yīng)注意機(jī)床外罩鎖的影響），然后繼續(xù)執(zhí)行NC程序。精度一般能夠滿足要求。但這樣會(huì)增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)影響工作效率。如果CNC銑床有數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，則分度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可通過程序中的數(shù)控指令實(shí)現(xiàn)，精度和效率都較高，但增加一個(gè)CNC回轉(zhuǎn)軸也會(huì)使CNC銑床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，CNC系統(tǒng)功能增加，大為增加CNC銑床的價(jià)格。
需要指出的是，精密手動(dòng)分度頭的分度能力是有限的，特別是對(duì)于非整數(shù)的角度往往無法滿足要求（可轉(zhuǎn)位成形銑刀此類情況較多），此時(shí)只能用CNC回轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)。此類CNC回轉(zhuǎn)軸一般用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密蝸桿副，液壓或氣動(dòng)夾緊，高精度編碼器作為角度檢測(cè)元件，因而具備在行程范圍內(nèi)任意角度的旋轉(zhuǎn)功能。而采用端面齒盤定位的CNC回轉(zhuǎn)軸卻只能進(jìn)行等分轉(zhuǎn)度，不適用于此類情況。
某些可轉(zhuǎn)位立銑刀有刃傾角λs，在銑削刀片槽或容屑槽時(shí)都應(yīng)將槽底面轉(zhuǎn)刃傾角λs，使其與CNC銑刀軸線垂直，此時(shí)需要一個(gè)回轉(zhuǎn)軸（如圖1所示A軸）旋轉(zhuǎn)刃傾角λs。
受精密手動(dòng)分度頭的裝夾結(jié)構(gòu)和剛性的限制，將其作為A軸效果不佳。因此應(yīng)選擇具有較高剛性的CNC回轉(zhuǎn)軸作為A軸。
可見如果某CNC銑床加工的可轉(zhuǎn)位刀具品種單一且無刃傾角，可以選擇3軸CNC（X，Y，Z）銑床加精密手動(dòng)分度頭，可降低加工成本。否則應(yīng)選擇5軸CNC銑床（X，Y，Z，A，B）。
二. 需要幾個(gè)數(shù)控軸聯(lián)動(dòng)
CNC系統(tǒng)的若干軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)功能最能體現(xiàn)CNC系統(tǒng)的性能和其檔次高低，也往往決定著CNC系統(tǒng)的價(jià)格，因此應(yīng)根據(jù)加工刀具產(chǎn)品的具體情況來仔細(xì)選擇。對(duì)于加工一般可轉(zhuǎn)位刀具的CNC銑床而言，具有2個(gè)直線軸的直線和圓弧插補(bǔ)功能就可以加工幾乎所有的ISO標(biāo)準(zhǔn)刀片槽形式，其它運(yùn)動(dòng)都可單軸插補(bǔ)完成。如果也選擇多達(dá)5-6軸聯(lián)動(dòng)的CNC系統(tǒng)則沒有必要。要求比較高的是一些螺旋類精加工刀具。以下以加工"等螺旋角等前角錐度立銑刀"為例（參見圖2）：
從圖2中可以看出，若要加工（含銑削及磨削）這種立銑刀，CNC機(jī)床應(yīng)具備：X軸和A軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)切削螺旋槽；Z軸：X-A插補(bǔ)時(shí)也參加插補(bǔ)保證每個(gè)截面螺旋角相等；Y軸：由于前角γ0﹥0且軸向每個(gè)截面半徑都不相等從而使偏移量e也處處不相等，為保證每個(gè)截面前角都相等，X-A-Z聯(lián)動(dòng)時(shí)Y軸也要參加插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。因此CNC機(jī)床應(yīng)具備"X-Y-Z-A" 4軸聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)功能。
同理可知："X-Y-Z-A-B" 5軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)可完成同上的球頭立銑刀的加工。
三． 需要什么數(shù)控系統(tǒng)
加工一般精度的可轉(zhuǎn)位刀具，選擇具有間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償?shù)陌腴]環(huán)CNC系統(tǒng)的 數(shù)控機(jī)床就可以滿足要求，而對(duì)較高精度刀具（如整體材質(zhì)的精加工刀具）的精加工可以選擇閉環(huán)CNC系統(tǒng)。需要注意的是：為編程方便，CNC編程軟件系統(tǒng)都應(yīng)具有工件坐標(biāo)系的平移和旋轉(zhuǎn)功能，并支持幾何線性的多種表達(dá)方式。
現(xiàn)代CNC系統(tǒng)的編程方法較多，相對(duì)而言，以ISO標(biāo)準(zhǔn)G，M代碼編程的CNC系統(tǒng)具有較大的靈活性，能滿足多品種中小批量的生產(chǎn)要求，但初期編程速度（未完，下一頁）
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