數(shù)控加工中刀具的選擇和切削用量的確定
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(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成為可能。特別是微機(jī)與數(shù)控機(jī)床的聯(lián)接，使得設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及編程的整個(gè)過程全部在計(jì)算機(jī)上完成成為可能。
現(xiàn)在，許多CAD/CAM軟件包括提供自動編程功能，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，比如，刀具選擇、加工路徑、切削用量設(shè)定等，編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù)，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，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，這與普通機(jī)床加工形成鮮明的對比，同時(shí)也要求編程人必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時(shí)充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn)。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(jìn)行了分析。
一、數(shù)控加工常用刀具的種類及性能
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(diǎn)，一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)床動力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。
根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：
① 整體式；
② 鑲嵌式。
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 陶瓷刀具等。
從切削工藝上可分為：
① 銑削刀具；
② 鉆削刀具；
③ 鏜削刀具；
④ 車削刀具等。
刀具材料應(yīng)具備的性能：
(1) 高硬度刀具材料的硬度應(yīng)高于工件的硬度
(2) 足夠的韌性承受切削力、振動和沖擊；
(3) 高耐磨性耐磨性是材料抵抗磨損的能力；
(4) 高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力；
(5) 良好的工藝性
二、數(shù)控加工刀具的選擇
刀具的選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)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(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。選取刀具時(shí)，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，平面輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時(shí)，應(yīng)選鑲硬質(zhì)合金刀片面銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的銑刀；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、錐形銑刀和梯形銑刀等。在進(jìn)行曲面加工時(shí)，應(yīng)選用球頭刀具，并且球頭刀具半徑應(yīng)小于曲面的最小曲率半徑。由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很密，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，只要在保證精度的前提下，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。
在數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)行，占用輔助時(shí)間較長，因此，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)行的所有加工部位；
③ 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 先面后孔；
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。
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(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主。半精加工和精加工時(shí)，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)床性能、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)面定。同時(shí)，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者相互適應(yīng)，以形成較最佳切削用量。
1) 背吃刀量在機(jī)床，工件和刀具的剛度允許的情況下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，應(yīng)留少量精加工余量，一般留0.2 -0.5mm。
2) 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。數(shù)控加工中，一般L的取值范圍為：L=(0.6- 0.9)d。
3) 切削速度切削速度也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施，但切削速度與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著切削速度的增大，刀具耐用度急劇下降，故切削速度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45鋼時(shí)，切削速度可采用26m/min左右：而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時(shí)，切削速度可選129m/ min以上。
4) 主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來選定。計(jì)算公式為：n=1000/d，式中d為刀具直徑(mm)。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般配有主軸轉(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)行倍率調(diào)整。
5) 進(jìn)給速度F進(jìn)給速度應(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。
確定進(jìn)給速度的原則：
1) 當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100 - 200mm/ min范圍內(nèi)選取。
2) 在刀斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20- 50mm/ min范圍內(nèi)選取。
3) 當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選小些，一般在20- 5Omm/ min范圍內(nèi)選取。
在數(shù)控加工過程中，進(jìn)給速度也可通過機(jī)床控制面板上的進(jìn)給倍率修調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，但是較大進(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。
隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，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(shí)選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員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(diǎn).
