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数控机床加工中心对刀具的选择

发布时间:2013-08-08

1. 白钢刀转速不可太快。
2. 铜工开粗少用白钢刀,多用飞刀或合金刀。
3. 工件太高时,应分层用不同长度的刀开粗。
4. 用大刀开粗后,应用小刀再清除余料,保证余量一致才光刀。
5. 平面应用平底刀加工,少用球刀加工,以减少加工时间。
6. 铜工清角时,先检查角上R大小,再确定用多大的球刀。
7. 校表平面四边角要锣平。
8. 凡斜度是整数的,应用斜度刀加工,比如管位。
9. 做每一道工序前,想清楚前一道工序加工后所剩的余量,以避免空刀或加工过多而刀。
10. 尽量走简单的刀路,如外形、挖槽,单面,少走环绕等高。
11. 走WCUT时,能走FINISH 的,就不要走ROUGH 。
12. 外形光刀时,先粗光,再精光,工件太高时,先光边,再光底。
13. 合理设置公差,以平衡加工精度和电脑计算时间。开粗时,公差设为余量 的1/5,光刀时,公差设为0.01。
14. 做多一点工序,减少空刀时间。 做多一点思考,减少出错机会。 做多一点辅助线辅助面,改善加工状况。
15. 树立责任感,仔细检查每个参数,避免返工。
16. 勤于学习,善于思考,不断进步。
17.铣非平面,多用球刀,少用端刀,不要怕接刀;
18.小刀清角,大刀精修;
19.不要怕补面,适当补面可以提高加工速度,美化加工效果.
20.毛坯材料硬度高:逆铣较好
21.毛坯材料硬度低:顺铣较好
22.机床精度好、刚性好、精加工:较适应顺铣,反之较适应逆铣
23.零件内拐角处精加工强烈建议要用顺铣。
24.粗加工:逆铣较好,精加工:顺铣较好
25.刀具材料韧性好、硬度低:较适应粗加工(大切削量加工)
26.刀具材料韧性差、硬度高:较适应精加工(小切削量加工)

 

加工中心是一种工艺范围较大的数控加工机床,能进行铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作。加工中心特别适合于箱体类零件和孔系的加工。加工工艺范围如图1-图4。

  图4镗削加工

  1.工艺性分析

   一般主要考虑以下几个方面:(1)选择加工内容

   加工中心最适合加工形状复杂、工序较多、要求较高,需使用多种类型的通用机床、刀具和夹具,经多次装夹和调整才能完成加工的零件。(2)检查零件图样

  零件图样应表达正确,标注齐全。同时要特别注意,图样上应尽量采用统一的设计基准,从而简化编程,保证零件的精度要求。

  例如图5中所示零件图样。在图5a中,A、B两面均已在前面工序中加工完毕,在加工中心上只进行所有孔的加工。以A、B两面定位时,由于高度方向没有统一的设计基准,ф48H7孔和上方两个ф25H7孔与B面的尺寸是间接保证的,欲保证32.5±0.1和52.5±0.04尺寸,须在上道工序中对105±0.1尺寸公差进行压缩。若改为图5b所示标注尺寸,各孔位置尺寸都以A面为基准,基准统一,且工艺基准与设计基准重合,各尺寸都容易保证。(3)分析零件的技术要求

   根据零件在产品中的功能,分析各项几何精度和技术要求是否合理;考虑在加工中心加工,能否保证其精度和技术要求;选择哪一种加工中心最为合理。(4)审查零件的结构工艺性

   分析零件的结构刚度是否足够,各加工部位的结构工艺性是否合理等。

  2.工艺过程设计

  工艺设计时,主要考虑精度和效率两个方面,一般遵循先面后孔、先基准后其它、先粗后精的原则。加工中心在一次装夹中,尽可能完成所有能够加工表面的加工。对位置精度要求较高的孔系加工,要特别注意安排孔的加工顺序,安排不当,就有可能将传动副的反向间隙带入,直接影响位置精度。例如,安排图6a所示零件的孔系加工顺序时,若按图6b的路线加工,由于5. 6孔与1.2.3.4孔在Y向的定位方向相反,y向反向间隙会使误差增加,从而影响5.6孔与其它孔的位置精度。按图6c所示路线,可避免反向间隙的引入。

  图6镗孔加工路线

  加工过程中,为了减少换刀次数,可采用刀具集中工序,即用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完,再换第二把刀具继续加工。但是,对于精度要求很高的孔系,若零件是通过工作台回转确定相应的加工部位时,因存在重复定位误差,不能采取这种方法。3.零件的装夹

  (1)定位基准的选择

   在加工中心加工时,零件的定位仍应遵循六点定位原则。同时,还应特别注意以下几点:

   1)进行多工位加工时,定位基准的选择应考虑能完成尽可能多的加工内容,即便于各个表面都能被加工的定位方式。例如,对于箱体零件,尽可能采用一面两销的组合定位方式。

   2)当零件的定位基准与设计基准难以重合时,应认真分析装配图样,明确该零件设计基准的设计功能,通过尺寸链的计算,严格规定定位基准与设计基准间的尺寸位置精度要求,确保加工精度。

   3)编程原点与零件定位基准可以不重合,但两者之间必须要有确定的几何关系。编程原点的选择主要考虑便于编程和测量。例如,图7中的零件在加工中心上加工Φ80H7孔和4-Φ25H7孔,其中4-ф25H7都以ф80H7孔为基准,编程原点应选择在ф80H7孔的中心线上。当零件定位基准为A、B两面时,定位基准与编程原点不重合,但同样能保证加工精度。

  图7编程原点与定位基准

  (2)零件的夹紧

   在考虑夹紧方案时,应保证夹紧可靠,并尽量减少夹紧变形。(3)夹具的选用

   在加工中心上,夹具的任务不仅是装夹零件,而且要以定位基准为参考基准,确定零件的加工原点。因此,定位基准要准确可靠。

  4.刀具的选择

   加工中心对刀具的基本要求是:

   1)良好的切削性能:能承受高速切削和强力切削并且性能稳定;

   2)较高的精度:刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度;

   3)配备完善的工具系统:满足多刀连续加工的要求。

   加工中心所使用刀具的刀头部分与数控铣床所使用的刀具基本相同,关于数控铣削刀具的选用。加工中心所使用刀具的刀柄部分与一般数控铣床用刀柄部分不同,加工中心用刀柄带有夹持槽供机械手夹持。

 

数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展,使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能,特别是DNC系统微机与数控机床的联接,使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成,一般不需要输出专门的工艺文件。

  目前,许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能,这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题,如,刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等,编程人员只要设置了有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。

  因此,数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的,这与普通机床加工形成鲜明的对比,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点,能够正确选择刀刃具及切削用量。

  数控加工常用刀具的种类及特点

  数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为:①整体式;②镶嵌式,采用焊接或机夹式联接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式,如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具,如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为:①车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;②钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;③镗削刀具;④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。

  数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点:①刚性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及热变形小;②互换性好,便于快速换刀;③寿命高,切削性能稳定、可靠;④刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;⑤刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;⑥系列化、标准化,以利于编程和刀具管理。

  数控加工刀具的选择

  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、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。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、锥形铣刀和盘形铣刀。

  在进行自由曲面(模具)加工时,由于球头刀具的端部切削速度为零,因此,为保证加工精度,切削行距一般采用顶端密距,故球头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,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,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上去。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(3种规格)和锥柄(4种规格)2种,共包括16种不同用途的刀柄。

  在经济型数控机床的加工过程中,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,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则:①尽量减少刀具数量;②一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工步骤;③粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;④先铣后钻;⑤先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;⑥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。

  加工过程中切削用量的确定

  合理选择切削用量的原则是:粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素:

  ①切削深度t。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,t就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。②切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比,与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中,一般L的取值范围为:L=(0.6~0.9)d。③切削速度v。提高v也是提高生产率的一个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大,刀具耐用度急剧下降,故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时,v可采用8m/min左右;而用同样的立铣刀铣削铝合金时,v可选200m/min以上。④主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为:v=∏nd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关,可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。⑤进给速度vF。vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时,vF可选择得大些。在加工过程中,vF也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整,但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

  随着数控机床在生产实际中的广泛应用,量化生产线的形成,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中,要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此,编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则,从而保证零件的加工质量和加工效率,充分发挥数控机床的优点,提高企业的经济效益和生产水平。

 

铣削加工中铣削切削速度的计算公式

 

 
工件材料 铣刀类型 刀具材料 aw (mm) ap(mm) af(mm/z) cv qv xv yv uv pv m
碳素结构钢ab=650MPa 端铣刀 YT15 - - - 172 0.2 0.1 0.4 0.2 0 0.2
碳素结构钢ab=650MPa 端铣刀 高速钢(用切削液) - - ≤ 0.1 41 0.25 0.1 0.2 0.15 0.1 0.2
碳素结构钢ab=650MPa 端铣刀 高速钢(用切削液) - - > 0.1 26 0.25 0.1 0.4 0.15 0.1 0.2
碳素结构钢ab=650MPa 圆柱形铣刀 YT15 ≤ 2 ≤ 35 ≥0.15 201 0.17 -0.05 0.28 0.19 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 圆柱形铣刀 YT15 >2 ≤ 35 ≥0.15 229 0.17 -0.05 0.28 0.38 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 圆柱形铣刀 YT15 ≤ 2 >35 ≥0.15 318 0.17 0.08 0.28 0.19 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 圆柱形铣刀 YT15 >2 >35 ≥0.15 362 0.17 0.08 0.28 0.38 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 圆柱形铣刀 高速钢(用切削液) - - ≤ 0.10 34 0.45 0.1 0.2 0.3 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 圆柱形铣刀 高速钢(用切削液) - - > 0.1 22 0.20 0.1 0.4 0.3 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 镶齿盘铣刀铣平面与凸台 YT15 - - <0.12 586 0.20 0 0.12 0.4 0 0.35
工件材料 铣刀类型 刀具材料 aw (mm) ap(mm) af(mm/z) cv qv xv yv uv pv m
碳素结构钢ab=650MPa 镶齿盘铣刀铣平面与凸台 YT15 - - ≥0.12 324 0.20 0 0.4 0.4 0 0.35
碳素结构钢ab=650MPa 镶齿圆铣刀铣槽 YT15 - - <0.06 800 0.20 0.1 0.12 0.3 0 0.35
碳素结构钢ab=650MPa 镶齿圆铣刀铣槽 YT15 - - ≥0.06 302 0.20 0.1 0.4 0.3 0 0.35
碳素结构钢ab=650MPa 镶齿圆盘铣刀铣平面、凸台及槽 高速钢(用切削液) - - ≤ 0.1 47 0.25 0.1 0.2 0.3 0.1 0.2
碳素结构钢ab=650MPa 镶齿圆盘铣刀铣平面、凸台及槽 高速钢(用切削液) - - > 0.1 30 0.25 0.1 0.4 0.3 0.1 0.2
碳素结构钢ab=650MPa 整体圆盘铣刀 高速钢(用切削液) - - - 43 0.25 0.1 0.2 0.3 0.1 0.2
碳素结构钢ab=650MPa 立铣刀 高速钢(用切削液) - - - 29 0.45 0.1 0.5 0.5 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 切槽和切断铣刀 高速钢(用切削液) - - - 33 0.25 0.2 0.2 0.3 0.1 0.2
碳素结构钢ab=650MPa 凸半圆和角铣刀 高速钢(用切削液) - - - 33 0.45 0.1 0.2 0.3 0.1 0.33
碳素结构钢ab=650MPa 凹半圆铣刀 高速钢(用切削液) - - - 27 0.45 0.1 0.2 0.3 0.1 0.33


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RO-Roland_blade
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MI(A)- Mimaki_blade_A
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GT15(A)-15U_Grapthec_blade_A
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DH-PCD_bits
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DK-Granite_engraving_bits
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B-Trimming knives with bearing
C-Without bearing for guiding trimming knives
D-Straight drill form class
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G-Arch arc knife types
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I-Beaded Curve Knife
J-Crown curve decoration knives
K-Architectural decorative knives streamlined
L-Rail line/line Knife
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N-Polymorphic classical Knife
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