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數控加工中心刀具和切削用量的選擇探討

http://www.b2b.hc360.com 中國金屬加工網 信息來源:Author發布時間:2019年07月18日瀏覽:967

  刀具是機床實現切削加工的直接執行者,刀具的選擇和切削用量的選擇合理與否,不僅影響到被加工零件的質量,甚至可以決定機床功效的發揮和安全生產的順利進行。所以,在編加工程序時,要選擇合理的刀具和切削用量,不但可以有效提高切削效率和加工質量,還可降低成本以獲得最佳經濟效益。


  1.加工中心用刀具的基本特征

  為了適應數控機床加工精度、加工效率、加工工序集中及零件裝夾次數少等要求,數控機床對所用的刀具有許多性能的要求,加工中心用刀具及刀具系統有以下特點:(1)刀片和刀柄高度的通用化、規則化、系統化;(2)刀片和刀具參數及切削參數的規范化、典型化;(3)刀片或刀具材料及切削參數與被加工工件材料相匹配;(4)刀片或刀具的使用壽命長,加工剛性好;(5)刀片及刀柄的定位精度高,刀柄對機床主軸的相對位置要求較高;(6)刀柄須有較高的強度、剛度和耐磨性,刀柄及刀具系統的重量不能超標;(7)刀柄的轉位、重裝和重復定位精度要求高。


  2.加工中心用刀具材料

  2.1常用刀具材料

  常用數控刀具材料有高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、立方氮化硼、金剛石等,其中高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金在數控加工中的應用最廣泛。

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  2.2刀具性能的比較

  在常用的刀具中,高速鋼、涂層高速鋼的韌性最好,涂層硬質合金的硬度較高,硬質合金刀具層中,陶瓷刀具、立方氮化硼、金剛石刀具的硬度更高。除特殊材料外,一般不用這幾種材料的刀具(由于其硬度較高刃磨難度大,而成型刀具切削刃不易鋒利,容易崩刃,通常用于較硬的材料加工)。

  2.3刀具種類

  數控加工中心常用刀具種類較多,根據刀具用途,可分為輪廓類加工刀具和孔類加工刀具等。

  2.3.1輪廓類加工刀具。

  第一,面銑刀。刀片和刀齒與刀體的安裝方式有整體焊接式,機夾焊接式和可轉位式三種,運用較多的是可轉位式。當刀片切削刃磨鈍或報廢時,可直接在機床上轉位或者更換刀片,從而大大提高加工效率和產品質量,根據不同的工件外形不同的機床性能,選擇適當直徑大小的刀具型號使用方便快捷。面銑刀直徑一般為40——400mm。

  第二,立銑刀。立銑刀是數控機床運用的較廣泛的一種刀具,有整體式和鑲刀片式兩種。一般直徑在Φ20mm以下用整體式。直徑在Φ20mm以上多用于鑲齒式,還有刀尖圓弧式銑刀,多用于模具加工,適用于曲面的大量加工,現在的硬質合金立銑刀也可取代鍵槽銑刀作垂直進給。

  第三,球頭刀。圓柱形球頭銑刀,主要用于模具加工,精加工使用,也有成形和鑲齒兩種。主要用于曲面加工,其加工表面質量較高,球頭刀中心切削速度為零。球頭刀具不適用于平面銑削。

  2.3.2孔類加工刀具。

  第一,鉆頭。加工中心常用鉆頭有中心鉆、標準麻花鉆。刀具材料有高速鋼、硬質合金和涂層硬質合金等。

  第二,鉸刀。有標準高速鋼鉸刀、焊接硬質合金刀(一般用于定做尺寸,深孔鉸刀)、浮動鉸刀。

  第三,鏜刀。鏜刀分為粗鏜刀、精鏜刀、浮動鏜刀等。精鏜刀采用螺絲調節式,每格精度不同,有0.002mm每格直徑,也有0.01mm每格直徑方向等。

  2.3.3一些特殊加工刀具。如T形刀具,開槽和切斷用鋸片刀具,燕尾槽成型刀具等,使用頻率較低。


  3.加工中心刀具選擇原則

  應根據機床的加工能力、加工材料的性能、加工工序、切削用量以及其他因素合理地選擇刀具。刀具選擇的總原則是:刀具選用最重要的一點就是看性價比,在機床確定的條件下,首先考慮加工工件材料的切削性能,參照加工材料的性能選用價格最低的刀具,提高效益,降低成本,同時也要安裝調整方便,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,以提高刀具加工剛性。

  在選取刀具時,要使刀具的直徑與加工工件的去除量相適應,平面周邊輪廓的銑削,用立銑刀;銑削平面用硬質合金盤銑刀;加工凹凸臺時使用高速鋼立銑刀;加工毛坯面或孔粗加工時,選用鑲齒硬質合金玉米銑刀;立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常采用球頭刀、環形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。

  有時候刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大,必須注意的是,在有些情況下,選擇價格較高的好刀具,但是好的刀具帶來加工效率和加工質量的提高,則可以使整個加工成本大大降低。


  4.切削用量選擇

  在數控加工中,切削用量的選用是最為關鍵的環節,它直接影響加工效率和加工質量的提高。合理地選擇切削用量需要理論和實踐相結合,在實踐中不斷摸索實驗,才能更好地總結、歸納出比較合適的切削用量。

  切削用量主要包括背吃刀量和側吃刀量、進給速度和切削速度。從刀具的耐用度考慮,切削用量的選擇方法是先選背吃刀量,其次是進給速度,最后確定切削速度。下面就筆者在平時的工作中遇到的加工參數進行分析:

  第一,在機床型號為DMC635V的機床,加工厚度為20mm,材料為12Cr2Mo的工件上鉆Φ1.2mm的通孔。刀具選擇:Φ1.2mm的高速鋼鉆頭,注意鉆頭切削刃是否均勻對稱。

  背吃刀量:每鉆深0.5mm提刀排屑法。

  進給速度:Vf=5mm/min。

  切削速度:n=5000mm/min。

  實現加工工藝要求,順利完成加工任務。

  第二,在VMC1250型號機床上,加工材料為5CrNiMo熱鍛模具,調質硬度為500HBW的狹長槽,深度為170mm的工件精加工,加工余量為單邊0.1——0.15mm。刀具選擇:Φ20mmR5的牛鼻刀,刀具長度為250mm鑲齒硬質合金刀。

  背吃刀量:0.1mm

  進給速度:Vf=1800mm。

  切削速度:n=3000mm/min,采用順銑的加工方法。

  程序開頭加G64連續加工指令,順利完成加工生產任務,并保證較好的加工光潔度,得到用戶的肯定。

  第三,在VMC1250型號機床在685鋼板調質硬度在460HBW,厚度8mm的鋼板上鉆672個Φ10的陣列通孔,考慮加工成本核算和加工效率。

  方案1:刀具選擇:Φ10mm優質高速鋼鉆頭,每支46元。

  背吃刀量:一次鉆通。

  進給速度:Vf=10mm/min。

  切削速度:n=180r/min。

  鉆頭在刃磨較好的情況下,一次最多鉆20多個孔。方案2:刀具選擇:Φ10mm硬質合金鉆頭,每支360元。

  背吃刀量:一次鉆通。

  進給速度:Vf=30mm/min。

  切削速度:n=600r/min。

  鉆頭一次最多鉆500左右個孔。

  方案3:刀具選擇:Φ10mm硬質合金涂層鉆頭,每支630元。

  背吃刀量:一次鉆通。

  進給速度:Vf=90mm/min。

  切削速度:n=1200r/min。

  鉆頭一次最多鉆約2000個孔。這也充分地說明,使用價格高的好刀具,不一定就提高加工成本,效率的提高和數量的增加,恰恰是效益的增加。


  5.結語

  隨著數控加工中心機床的發展,加工工藝要求的不斷提高,數控加工的方法也更加多樣化,從簡單的手工編程到復雜的曲面軟件編程,同時對切削刀具的要求也更加精確、多樣。在某些加工環節,實現了加工工藝的要求就是任務完成,而有些加工生產任務,是講質量、講效益、講效率。


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