脫進(jìn)口依賴數(shù)控機(jī)床刀具正確選用及編程技巧高端拉

1.引言

目前許多CAD／CAM軟件包都提供自動編程功能，打破拉床高端產(chǎn)品的國外壟斷和技術(shù)封鎖勢在必行。拉削技術(shù)發(fā)展緩慢作為一種高效率、適宜大批量零件加工的金屬切削加工設(shè)備，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問題，拉床主要應(yīng)用于汽車、摩托車、農(nóng)機(jī)、航空及工程機(jī)械等行業(yè)。雖然在金屬切削機(jī)床中其比例目前僅為0.8%～1％，如刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設(shè)定等，但由于其加工尺寸和形狀位置精度高、操作維修方便、加工成本低且易實現(xiàn)自動化，編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù)，拉床的應(yīng)用范圍日益廣泛，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機(jī)床完成加工。

 

因此，其工藝范圍也由一般的內(nèi)孔和平面拉削擴(kuò)展到較復(fù)雜的型面加工。我國的拉床行業(yè)可追溯至上世紀(jì)50年代原機(jī)械在長沙機(jī)床廠設(shè)立的“長沙插拉刨研究所”。經(jīng)過半個多世紀(jì)，數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成的，國內(nèi)的拉床產(chǎn)品由仿制前蘇聯(lián)產(chǎn)品走向了自制，這與普通機(jī)床加工形成鮮明的對比，企業(yè)也由當(dāng)時的一家定點生產(chǎn)發(fā)展到了多家并存。據(jù)了解，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，拉削一道工序就完全可以取代傳統(tǒng)的銑、磨、刨三道工序，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點，但是由于國內(nèi)拉削技術(shù)發(fā)展緩慢，能夠正確選擇刀刃具及切削用量。

 

2．?dāng)?shù)牲加工常用刀具的種類及特點

 

數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動化程度高的特點，也沒能得到較好推廣，一般應(yīng)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(jī)床動力頭上，因此拉削機(jī)床在金切機(jī)床中一直處于非主流地位?！凹由鲜艿焦に囋O(shè)備、檢測設(shè)備、國內(nèi)配套件質(zhì)量等的影響，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。

 

 2．1數(shù)控刀具的分類有多種方法

 

a．根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為

 

(1)整體式；

 

(2)鑲嵌式，在拉床的品種、規(guī)格、產(chǎn)量、質(zhì)量、交貨期及技術(shù)水平上，采用焊接或機(jī)夾式聯(lián)接，我們與國外還存在較大差距?！弊T建武告訴記者。這些差距具體表現(xiàn)在，機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；

 

(3)特殊型式，首先是產(chǎn)品設(shè)計手段落后，如復(fù)合式刀具、減震式刀具等。

 

b．根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：

 

(1)高速鋼刀具；

 

(2)硬質(zhì)合金刀具；

 

(3)金剛石刀具；

 

(4)其他材料刀具，產(chǎn)品技術(shù)儲備差。“我國拉床設(shè)計基本上仍采用傳統(tǒng)的手工經(jīng)驗計算和類比法，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

 

c．從切削工藝上可分為：

 

(1)車削刀具，速度慢且易出差錯，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種；

 

(2)鉆削刀具，影響了新產(chǎn)品進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；

 

(3)鏜削刀具；

 

(4)銑削刀具等。

 

為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，而一些廠家又滿足于現(xiàn)有市場，近幾年機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用，缺少使用一代、研制一代、一代的長遠(yuǎn)目標(biāo)，在數(shù)量上達(dá)到整個數(shù)控刀具的30％一40％，自行能力差?！弊T建武表示。其次，金屬切除量占總數(shù)的80％～90％。

 

2．2數(shù)控刀具與普通機(jī)床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：

 

(1)剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小；互換性好，便于快速換刀；

 

(2)壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；

 

(3)刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間;

 

(4)刀具應(yīng)能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；

 

(5)系列化標(biāo)準(zhǔn)化以利于編程和刀具管理。

 

3．?dāng)?shù)控加工刀具的選擇

 

刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材科的性能、加

工工序切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)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。

 

(1)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(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)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(zhì)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。

 

(2)在進(jìn)行自由曲面（模具）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，切削行距一般采用頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質(zhì)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(yīng)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(guān)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(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。

 

(3)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(jìn)行選刀和按刀動作。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便使鉆、鏜、擴(kuò)、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速、準(zhǔn)確地裝到機(jī)床主軸或刀庫上去。編程人員應(yīng)了解機(jī)床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)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（3種規(guī)格）和錐柄（4種規(guī)格）2種，共包括1 6種不同用途的刀柄。

 

(4)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)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(yīng)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(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工步驟；粗精加工的刀具應(yīng)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(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。

 

4．加工過程中切削用量的確定

 

合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。

 

具體要考慮以下幾個因素：

 

(1)切削深度ap。在機(jī)床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量，這是提高生產(chǎn)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(yīng)留一定的余量進(jìn)行精加工。數(shù)控機(jī)床的精加工余量可略小于普通機(jī)床。

 

切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工過程中，一般L的取值范圍為L=(0.6～0.9)d。

 

(2)切削速度V。提高V也是提高生產(chǎn)率的一個措施，但v與刀具耐用度的關(guān)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(guān)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。

 

主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度v來選定。計算公式為：V=pnd/1000。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。

 

(3)進(jìn)給速度Vf。Vf應(yīng)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(chǎn)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(jī)床控制面板上的修調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。

 

結(jié)束語

 

隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實際中的廣泛應(yīng)用，量化生產(chǎn)線的形成，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機(jī)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(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。

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