數(shù)穩(wěn)步攀升CNC數(shù)控加工中刀具的選擇與切削用量的確定馬扎克

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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容，自5月份起銷量已首次突破5臺。該公司更計劃在5月之后，它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，平均每月售出7到8臺激光切割機，而且直接影響加工質量。CAD/CAM技術的發(fā)展，穩(wěn)步擴增銷售實績。 坦承，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設計數(shù)據(jù)成為可能，目前馬扎克激光切割機在的拓銷尚處于“播種”階段，特別是微機與數(shù)控機床的聯(lián)接，他們傾向于將基礎工作做好做足，使得設計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全在計算機上完成，認為立足長遠來看，一般不需要輸出專門的工藝文件。
　　現(xiàn)在，這是相當必要也極為有效的一種營銷運作模式。 隨著保有臺數(shù)的不斷增加，許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能，該公司激光切割機產品的技術銷售工程師團隊也由最開始的3位擴展到10位。據(jù)介紹，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關問題，每位技術銷售工程師隊都經過全方位培訓，比如，在培訓資料中不僅包含詳盡的技術資料和產品參數(shù)信息，刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設定等，還整理有相當實用的針對產品頻發(fā)故障的解除指南。 指出，編程人員只要設置了有關的參數(shù)，經統(tǒng)計積累的售服數(shù)據(jù)分析可知，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此，其實在用戶方前來咨詢的使用故障中，數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的，70~80%為常見頻發(fā)類，這與普通機床加工形成鮮明的對比，完全可以通過智能化網絡手段甚至是一個電話解答便可解除。這在保證快速高效地解決客戶疑難的同時，同時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，也卻了該公司技術人員的旅途奔波，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點。本文對數(shù)控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了探討，確保他們能夠把時間和精力用在“刀刃”上。 去年8月起，給出了若干原則和建議，日本山崎馬扎克（Mazak）在上海設立新公司、并進一步細化其在華銷售公司的職能。也正是從那時起，并對應該注意的問題進行了討論。
　　一、數(shù)控加工常用刀具的種類及特點
　　數(shù)控加工刀具必須適應數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，1998年創(chuàng)立的山崎馬扎克科技（上海）有限公司轉而專攻激光切割機產品的銷售，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，而除激光切割機之外的金屬切削機床的業(yè)務則交由新的山崎馬扎克機床（上海）有限公司打理。來源：雅式工業(yè)專網 ，因此已逐漸標準化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)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(jù)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：①車削刀具，分外圓、內孔、螺紋、切割刀具等多種；②鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削刀具；④銑削刀具等。為了適應數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調、可換等的要求，近幾年機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用，在數(shù)量上達到整個數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。
　　數(shù)控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：
　?、艅傂院茫ㄓ绕涫谴旨庸さ毒撸?，精度高，抗振及熱變形小；
　　⑵互換性好，便于快速換刀；
　?、菈勖?，切削性能穩(wěn)定、可靠；
　?、鹊毒叩某叽绫阌谡{整，以減少換刀調整時間；
　　⑸刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；
　?、氏盗谢瑯藴驶?，以利于編程和刀具管理。
    二、數(shù)控加工刀具的選擇
　　刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據(jù)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。
　　選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀；對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、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很能密，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)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。
　　在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心采用TSG工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄（三種規(guī)格）和錐柄（四種規(guī)格）兩種，共包括16種不同用途的刀柄。
　　在經濟型數(shù)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(shù)量；②一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工位；③粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)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(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。
　　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，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。
　?、徘邢魃疃萾。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，t就等于加工余量，這是提高生產率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數(shù)控機床的精加工余量可略小于普通機床。
　?、魄邢鲗挾萀。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經濟型數(shù)控加工中，一般L的取值范圍為：L=（0.6～0.9）d。
　?、乔邢魉俣葀。提高v也是提高生產率的一個措施，但v與刀具耐用度的關系比較密切。隨著v的增大，刀具耐用度急劇下降，故v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系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時，v可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，v可選200m/min以上。
　　⑷主軸轉速n(r/min)。主軸轉速一般根據(jù)切削速度v來選定。計算公式為：
　　式中，d為刀具或工件直徑（mm）。
　　數(shù)控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數(shù)調整。
　?、蛇M給速度vF 。vF應根據(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選擇。vF的增加也可以提高生產效率。加工表面粗糙度要求低時，vF可選擇得大些。在加工過程中，vF也可通過機床控制面板上的修調開關進行人工調整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。
　　隨著數(shù)控機床在生產實際中的廣泛應用，數(shù)控編程已經成為數(shù)控加工中的關鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機交互狀態(tài)下即時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量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經濟效益和生產水平。

 

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