數(shù)控刀具成本控制論文

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編程對數(shù)控機(jī)床刀具的選用和加工的討論與探討

劉嘉亮

上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司模具制造部

類型：技術(shù)類

摘要

數(shù)控刀具的選擇和應(yīng)用是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它的直接影響便是產(chǎn)品的加工質(zhì)量和機(jī)床的加工效率。因此，CAM工程師必需把握刀具選用和加工工藝的基本原則，在編程時(shí)充分考慮的數(shù)控機(jī)床加工的特性和應(yīng)用的技巧。關(guān)鍵詞：數(shù)控刀具CAM編程

第一章緒論

數(shù)控刀具的選擇和應(yīng)用是確定數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)據(jù)機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工的質(zhì)量。數(shù)控加工的刀具的選擇和應(yīng)用的確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成，要求CAM工程師必需把握刀具的選擇和應(yīng)用的基本原則，在編程時(shí)要依據(jù)零件的要求，充分考慮到機(jī)床的特點(diǎn)，選用最佳化的刀具來保證產(chǎn)品加工質(zhì)量和效率。

第二章數(shù)控刀具的基本原理以及分類

2.1數(shù)控機(jī)床刀具的一般分類

近年來，隨著數(shù)控機(jī)床的不斷進(jìn)展，數(shù)控機(jī)床刀具種類越來越多，其劃分也越來越細(xì)，但無論樣式如何轉(zhuǎn)變，從總體上看，數(shù)控加工刀具必需適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動化程度高的特點(diǎn)，而數(shù)控刀具中又以數(shù)控銑刀應(yīng)用最為廣泛，現(xiàn)就目前數(shù)控刀銑刀的類型總結(jié)如下。

依據(jù)制造銑刀所用的材料可分為：

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，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

依據(jù)銑刀結(jié)構(gòu)形式不同可分為：

1．整體式：將刀具和刀柄制成一體。

2．鑲嵌式：可分為焊接式和機(jī)夾式。

3．減振式當(dāng)?shù)毒叩墓ぷ鞅坶L與直徑之比較大時(shí)，為了削減刀具的振動，提高加工精度，多采納此類刀具。

4．內(nèi)冷式：切削液通過刀體內(nèi)部由噴孔噴射到刀具的切削刃部；

5．特別型式：如復(fù)合刀具、可逆攻螺紋刀具等。

依據(jù)銑刀結(jié)構(gòu)形式不同可分為：

1．面銑刀（也叫端銑刀）：面銑刀的圓周表面和端面上都有切削刃，端部切

削刃為副切削刃。面銑刀多制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)和刀片機(jī)夾可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)，刀齒材料為高速鋼或硬質(zhì)合金，刀體為40Cr。鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；

2．模具銑刀：模具銑刀由立銑刀進(jìn)展而成，可分為圓錐形立銑刀、圓柱形球頭立銑刀和圓錐形球頭立銑刀三種，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏錐柄。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是球頭或端面上布滿切削刃，圓周刃與球頭刃圓弧連接，可以作徑向和軸向進(jìn)給。銑刀工作部分用高速鋼或硬質(zhì)合金制造。

3．鍵槽銑刀：用于銑削鍵槽。

4．成形銑刀：切削刃與待加工面外形全都。

2.2常用數(shù)控銑刀

現(xiàn)就幾種目前比較常用的銑刀類型就其應(yīng)用場合加以說明。

（一）單刃銑刀

該刀具加工效率高，采納優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金作刀體，一般采納刃口銳磨工藝，以及高容量的排屑，使刀具在高速切割中有不粘屑，低發(fā)熱，光滑度高等特點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于工藝品、電子、廣告、裝飾和木業(yè)加工等行業(yè)，適合工廠批量加工以及高要求的產(chǎn)品。

（二）兩刃立銑刀和四刃立銑刀

該類刀具一般采納整體合金結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是擁有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，刀具可在加工面上穩(wěn)固地工作，使加工質(zhì)量得以有效的保證。適用材料范圍廣，如碳素鋼、模具鋼、合金鋼、工具鋼、不銹鋼、鈦合金、鑄鐵、適用于一般模具、機(jī)械零件加工。

（三）螺紋銑刀

隨著中國數(shù)控機(jī)床的進(jìn)展，螺紋銑刀越來越得到人們的認(rèn)可，它很好的加工性能，成為降低螺紋加工成本、提高效率、解決螺紋加工難題的有力加工刀具。由于目前螺紋銑刀的制造材料為硬質(zhì)合金，加工線速度可達(dá)80～200m/min，而高速鋼絲錐的加工線速度僅為10～30m/min，故螺紋銑刀適合高速切削，加工螺紋的表面光滑度也大幅提高。高硬度材料和高溫合金材料，如鈦合金、鎳基合金的螺紋加工始終是一個比較困難的問題，主要是因?yàn)楦咚黉摻z錐加工上述材料螺紋時(shí)，刀具壽命較短，而采納硬質(zhì)合金螺紋銑刀對硬材料螺紋加工則是效果比較抱負(fù)的解決方案．可加工硬度為HRC58～62。對高溫合金材料的螺紋加工，螺紋銑刀同樣顯示出特別優(yōu)異的加工性能和超乎預(yù)期的長壽命。對于相同螺距、不同直徑的螺紋孔，采納絲錐加工需要多把刀具才能完成，但如采納螺紋銑刀加工，使用一把刀具即可。在絲錐磨損、加工螺紋尺寸小于公差后則無法連續(xù)使用，只能報(bào)廢；而當(dāng)螺紋銑刀磨損、加工螺紋孔尺寸小于公差時(shí)，可通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行必要的刀具半徑補(bǔ)償調(diào)整后，就可連續(xù)加工出尺寸合格的螺紋。同樣，為了獲得高精度的螺紋孔，采納螺紋銑刀調(diào)整刀具半徑的方法，比生產(chǎn)高精度絲錐要簡單得多。對于小直徑螺紋加工，特殊是高硬度材料和高溫材料的螺紋加工中，絲錐有時(shí)會折斷，堵塞螺紋孔，甚至使零件報(bào)廢；采納螺紋銑刀，由于刀具直徑比加工的孔小，即使折斷也不會堵塞螺紋孔，特別簡單取出，不會導(dǎo)致零件報(bào)廢；采納螺紋銑削，和絲錐相比，刀具切削力大幅降低，這一點(diǎn)對大直徑螺紋加工時(shí)，尤為重要，解決了機(jī)床負(fù)荷太大，無法驅(qū)動絲錐正常加工的問題。

螺紋銑刀作為一種采納數(shù)控機(jī)床加工螺紋的刀具，成為一種目前廣泛被采納的有用刀具類型。

第三章數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

3.1數(shù)控機(jī)床的原理以及分類數(shù)控機(jī)床通常由掌握系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)及其他幫助系統(tǒng)組成。掌握系統(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算、管理和掌握，通過輸入介質(zhì)得到數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和運(yùn)算并對機(jī)床產(chǎn)生作用；伺服系統(tǒng)依據(jù)掌握系統(tǒng)的指令驅(qū)動機(jī)床，使刀具和零件執(zhí)行數(shù)控代碼規(guī)定的運(yùn)動；檢測系統(tǒng)則是用來檢測機(jī)床執(zhí)行件（工作臺、轉(zhuǎn)臺、滑板等）的位移和速度變化量，并將檢測結(jié)果反饋到輸入端，與輸入指令進(jìn)行比較，依據(jù)其差別調(diào)整機(jī)床運(yùn)動；機(jī)床傳動系統(tǒng)是由進(jìn)給伺服驅(qū)動元件至機(jī)床執(zhí)行件之間的機(jī)械進(jìn)給傳動裝置；幫助系統(tǒng)種類繁多，如：固定循環(huán)（能進(jìn)行各種多次重復(fù)加工）、自動換刀（可交換指定刀具、傳動間隙補(bǔ)償償機(jī)械傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的間隙誤差）等等。數(shù)控機(jī)床的掌握單元，數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。

按工藝內(nèi)容分類（特殊是在模具制造中）數(shù)控機(jī)床以下幾類：

1、數(shù)控銑床隨著模具制造工藝要求的提高，立式數(shù)控銑床已成為主流，既工作臺不能上下移動，Z軸是通過主軸箱的上下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，依據(jù)我國目前的國情看該類機(jī)床將是傳統(tǒng)機(jī)床的主要更新?lián)Q代產(chǎn)品。

2、加工中心：加工中心與數(shù)控銑床的區(qū)分在于，加工中心配有可自動換刀的裝置和刀庫系統(tǒng)，在華南一帶也有將全封閉立式數(shù)控銑床和加工中心都統(tǒng)稱為加工中心，只是把前者叫做不帶刀庫的加工中心。

3、線切割機(jī)床：這類機(jī)床在模具加工中是最為廣泛，也是最為獨(dú)特的一種數(shù)控機(jī)床，電火花線切割能切割加工傳統(tǒng)方法難于加工或無法加工的高硬度、高強(qiáng)度、高脆性、高忍性等導(dǎo)電材料及半導(dǎo)體材料。

4、電火花成型機(jī)床：該設(shè)備主要用于對各類模具、精密零部件制造等各種導(dǎo)電體的簡單型腔和曲面形體加工。具有加工精度高，光滑度高、速度快等特點(diǎn)。電火花成型機(jī)機(jī)床外觀設(shè)計(jì)美觀大方，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊，機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)牢固。機(jī)床在結(jié)構(gòu)特性，具有極強(qiáng)的有用性功能。

3.2數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床與一般機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：

1、具有高度的剛性。相對一般的機(jī)床，數(shù)控機(jī)床不需要制造和更換很多工具、夾具。不需要常常調(diào)整機(jī)床精度、適合批量生產(chǎn)，可以縮短生產(chǎn)預(yù)備周期，節(jié)約工藝設(shè)變的費(fèi)用。

2、加工精度高。數(shù)控機(jī)床是精密機(jī)械和自動化技術(shù)的綜合體。機(jī)床的數(shù)控裝置可以對機(jī)床運(yùn)動中產(chǎn)生的位移、熱變形等導(dǎo)致的誤差，通過測量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償而獲得很高且穩(wěn)定的加工精度。由于數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動加工，所以削減了操作人員素養(yǎng)帶來的人為誤差，提高了同批零件的全都性。

3、生產(chǎn)較高。就生產(chǎn)效率而言，相對一般機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的效率一般能提高2～

3倍、甚至十幾倍。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

（a）一次裝夾完成多工序加工，省去了一般機(jī)床加工的多次變換工種、工序間的轉(zhuǎn)件以及劃線等工序。

（b）簡化了夾具及專用工裝等，由于是一次裝夾完成加工。所以一般機(jī)床多工序的夾具省去了，即使間或必需用到專用夾具。由于數(shù)控機(jī)床的超強(qiáng)功能夾具的結(jié)構(gòu)也可簡化。

4、減輕勞動強(qiáng)度，數(shù)控機(jī)床的操作由體力型轉(zhuǎn)為智力型。

5、改善勞動條件，機(jī)床不會有水、油、鐵屑、濺出，可有效保持工作環(huán)境的清潔。

6、有利于生產(chǎn)管理：

（a）程序化掌握加工、更換品種便利；

（b）一機(jī)多工序加工，減化生產(chǎn)過程的管理，削減管理人員；

（c）可實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)。

第四章刀具的選擇和應(yīng)用

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)依據(jù)機(jī)床的加工力量、工件材料的性能、加工工藝、以及其它的相關(guān)因素下的正確選用刀具以及刀柄。刀具選擇的總的原則：安裝調(diào)整便利、剛性好、耐用度和精度高。在滿意加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工剛性。

選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸想適應(yīng)。在生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采納立銑刀；銑削平面時(shí)，應(yīng)選用面銑刀（也叫端銑刀），加工毛坯或者粗加工時(shí)，可選用圓形刀片的面銑刀，削減加工阻力，提高加工效率。

在進(jìn)行自由曲面（模具型面）加工時(shí)，由于球頭銑刀的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般采納頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大，在大多數(shù)狀況下，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。

結(jié)束語：

隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(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)交互的狀態(tài)下即時(shí)選擇合適的刀具。因此編程人員必需熟識刀具的選擇原則和應(yīng)用