刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、加工工序、工件材料的性能、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具和刀柄。刀具选择的总原则是适用、安全和经济。适用是要求所选择的刀具能达到加工的目的,完成材料的去除,并达到预定的加工精度。安全指的是在有效去除材料的同时,不会产生刀具的碰撞和折断等,要保证刀具及刀柄不会与工件相碰撞或挤擦,造成刀具或工件的损坏。经济指的是能以最小的成本完成加工。在同样可以完成加工的情形下,选择相对综合成本较低的方案,而不是选择最便宜的刀具;在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。
选取刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀;铣削平面时,应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时,可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、盘形铣刀和锥形铣刀。
在生产过程中,铣削零件周边轮廓时,常采用立铣刀,所用的立铣刀的刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径。一般取最小曲率半径的0.8~0.9倍即可。零件的加工高度(Z方向的背吃刀量)最好不要超过刀具的半径。
平面铣削时,应选用不重磨硬质合金端铣刀、立铣刀或可转位面铣刀。一般采用二次进给,第一次进给最好用端铣刀粗铣,沿工件表面连续进给。选好每次进给的宽度和铣刀的直径,使接痕不影响精铣精度。因此,加工余量大且不均匀时,铣刀直径要选小些。精加工时,一般选用可转位密齿面铣刀,铣刀直径要选得大些,最好能够包容加工面的整个宽度,可以设置6~8个刀齿,密布的刀齿使进给速度大大提高,从而提高切削效率,同时可以达到理想的表面加工质量,甚至可以实现以铣代磨。
加工凸台、凹槽和箱口面时,应选用高速钢立铣刀、镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀。在加工凹槽时应采用直径比槽宽小的铣刀,先铣槽的中间部分,然后再利用刀具半径补偿(或称直径补偿)功能对槽的两边进行铣加工,这样可以提高槽宽的加工精度,减少铣刀的种类。(www.daowen.com)
加工毛坯表面时,最好选用硬质合金波纹立铣刀,它在机床、刀具和工件系统允许的情况下,可以进行强力切削。对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。加工孔时,应该先用中心钻刀打中心孔,用以引正钻头。然后再用较小的钻头钻孔至所需深度,之后用扩孔钻头进行扩孔,最后加工至所需尺寸并保证孔的精度。在加工较深的孔时,特别要注意钻头的冷却和排屑问题,可以利用深孔钻削循环指令G83进行编程,即让钻头攻进一段后,快速退出工件进行排屑和冷却;再攻进,再进行冷却和排屑,循环直至孔深钻削完成。
在进行自由曲面加工时,由于球头刀具的端部切削速度为零,为保证加工精度,切削行距一般取得很密,故球头刀具常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀,因此只要在保证不过切的前提下,无论是曲面的粗加工还是精加工,都应优先选择平头刀。另外,刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,虽然选择好的刀具增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高,则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上,各种刀具分别装在刀库上,按程序规定随时进行选刀和换刀动作,因此必须采用标准刀柄,以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库中去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围,以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统,其刀柄有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两类,共包括16种不同用途的刀柄。
在经济型数控加工中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时间较长,必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则:尽量减少刀具数量;一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工部位;粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;先铣后钻;先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。
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