加工中心刀具選用

加工中順銑和逆銑的特點(diǎn)及選用原則  20100512 13:24 星期三一順銑和逆銑的特點(diǎn)（1）逆銑時(shí),每個(gè)刀的切削厚度都是由小到大逐漸變化的.當(dāng)?shù)洱X剛與工件接觸時(shí)，切削厚度為零，只有當(dāng)?shù)洱X在前一刀齒留下的切削表面上滑過一段距離，切削厚度達(dá)到一定數(shù)值后，刀齒才真正開始切削。順銑使得切削厚度是由大到小逐漸變化的，刀齒在切削表面上的滑動距離也很小。而且順銑時(shí)，刀齒在工件上走過的路程也比逆銑短。因此，在相同的切削條件下，采用逆銑時(shí),刀具易磨損。（2）逆銑時(shí)，由于銑刀作用在工件上的水平切削力方向與工件進(jìn)給運(yùn)動方向相反，所以工作臺絲桿與螺母能始終保持螺紋的一個(gè)側(cè)面緊密結(jié)合。而順銑時(shí)則不然，由于水平銑削力的方向與工件進(jìn)給運(yùn)動方向一致，當(dāng)?shù)洱X對工件的作用力較大時(shí)，由于工作臺絲桿與螺母間間隙的存在，工作臺會產(chǎn)生竄動，這樣不僅破壞了切削過程的平穩(wěn)性，影響工件的加工質(zhì)量，而且嚴(yán)重時(shí)會損壞刀具.（3）逆銑時(shí)，由于刀齒與工件間的摩擦較大,因此已加工表面的冷硬現(xiàn)象較嚴(yán)重。(4）順銑時(shí),刀齒每次都是由工件表面開始切削,所以不宜用來加工有硬皮的工件.（5）順銑時(shí)的平均切削厚度大，切削變形較小，與逆銑相比較功率消耗要少些(銑削碳鋼時(shí),功率消耗可可減少5%,銑削難加工材料時(shí)可減少14)。 二在什么情況下選用順銑或逆銑 采用順銑時(shí)，首先要求機(jī)床具有間隙消除機(jī)構(gòu),能可靠地消除工作臺進(jìn)給絲桿與螺母間的間隙，以防止銑削過程中產(chǎn)生的振動。如果工作臺是由液壓驅(qū)動則最為理想.其次，要求工件毛坯表面沒有硬皮，工藝系統(tǒng)要有足夠的剛性。如果以上條件能夠滿足時(shí)，應(yīng)盡量采用順銑，特別是對難加工材料的銑削，采用順銑不僅可以減少切削變形，降低切削力和功率的消耗。模具高速加工的CNC編程策略  201005-21 13:05 星期五1 引言  高速加工技術(shù)是采用高轉(zhuǎn)速、快進(jìn)給、小切深和小步距來提高切削加工效率的一種加工方式。它已在航空航天制造、汽車工業(yè)和模具制造、輕工產(chǎn)品制造等重要工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)造出了驚人的效益。高速加工的成功實(shí)現(xiàn)取決于許多因素，包括高速主軸、CNC系統(tǒng)、專用刀具,以及特殊的加工工藝和加工控制方法等。  在高速加工過程中，刀具的非正常破損是當(dāng)前高速加工所面臨的重要難題。加工余量不均勻極易引起刀具破損和過切,因此保持恒定的材料去除率很重要。然而,對于帶有底面、壁面、凹槽和斜面的復(fù)雜3D型面加工中,很難滿足這一要求。因?yàn)榧怃J的轉(zhuǎn)角或刀具方向的突然變化等很容易導(dǎo)致刀具過切、破損甚至損壞主軸.此外，在高轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度的加工條件下，刀具極易損壞；同時(shí)高速加工機(jī)床所使用的許多刀具,在周邊或中心處都進(jìn)行了處理，以便高壓冷卻液或壓縮氣體將切屑從工件上吹走。這些處理在某種程度上削弱了刀具的強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)盡可能避免。  為保證高速加工順利進(jìn)行,提高零件的加工質(zhì)量，延長刀具壽命，縮短加工時(shí)間，高速加工具有不同于普通數(shù)控加工的特殊工藝要求，如保持恒定的切削載荷、每齒進(jìn)給量應(yīng)盡可能保持恒定，并保持穩(wěn)定的進(jìn)給運(yùn)動，使進(jìn)給速度損失降低到最小、避免走刀方向和加速度的突然變化、程序處理速度最佳化。這些要求在制定高速NC 編程策略時(shí)應(yīng)得到充分注意.  國內(nèi)外一直注重對高速加工的研究，在高速加工條件下的切削刀具、高速加工仿真、加工過程的精度保障、刀具監(jiān)控、自適應(yīng)控制等方面已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作.許多應(yīng)用軟件已經(jīng)不同程度提供了高速加工專用模塊。但對于如何優(yōu)化高速加工的Nc 編程策略，以消除加工過程中的刀具崩刃等刀具非正常破損，充分發(fā)揮高速加工機(jī)床的高效高精度性能等問題,尚需進(jìn)行深入的研究和探討。  本文主要從優(yōu)化工藝過程，消除刀具非正常破損的角度出發(fā)，詳細(xì)闡述了金屬模具高速加工NC 編程的優(yōu)化策略：（1)走刀路徑的選擇與優(yōu)化；(2）合理選擇切削用量；(3)采用高速高精度的關(guān)鍵控制技術(shù);(4)典型型面與難加工型面的加工策略。  2 高速加工走刀路徑的選擇與優(yōu)化  一條有效的刀具路徑可以通過保持穩(wěn)定的切削載荷來保護(hù)刀具,并通過避免加工方向的突變來保持高的進(jìn)給速度,它將直接決定復(fù)雜型面高速加工的可能性、質(zhì)量與效率。  2。1 高速加工刀具軌跡生成的基本原則及方法  利用CAM系統(tǒng)進(jìn)行高速加工NC編程所生成的刀具路徑，不僅要滿足尺寸和輪廓的高精度要求,同時(shí)還要考慮加工工藝的加工細(xì)節(jié),選擇適當(dāng)?shù)募庸げ呗院凸に噮?shù)來優(yōu)化各種刀具路徑，以改善切削條件,減少加工時(shí)間,減少刀具磨損，避免刀刃破損或刀柄折斷等.  高速加工的刀具軌跡必須滿足無干涉、無碰撞、軌跡光滑、切削載荷平滑、滿足加工要求等條件；同時(shí)，保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；縮短走刀路線，減少進(jìn)退刀時(shí)間和其它輔助時(shí)間；方便數(shù)值計(jì)算,減少編程工作量；盡量減少程序段數(shù).  零件輪廓形狀對加工效率、加工質(zhì)量、編程計(jì)算復(fù)雜性和零件程序長度等有著重要影響。如何根據(jù)型面形狀、刀具形狀以及零件加工要求，合理選擇走刀路徑是一個(gè)十分復(fù)雜但又非常重要的問題。復(fù)雜型面加工可采用多種走刀路徑，如參數(shù)線型、截面線型、放射線型、環(huán)型等.參數(shù)線走刀的刀具軌跡規(guī)劃和刀位計(jì)算簡單,適合于參數(shù)線分布較均勻的情況。截面法對于曲面網(wǎng)格分布不太均勻以及由多個(gè)曲面形成的組合曲面的加工非常有效。環(huán)切法主要應(yīng)用于邊界受限制零件（如型腔類零件)的加工。在采用環(huán)切法加工螺旋槳槳葉等類型的零件時(shí)，由于工件剛度小，加工變形問題突出，因此采用從里到外的環(huán)切走刀時(shí)，刀具切削部位的四周可受到毛坯剛性邊框的支持，有利于減小工件在加工過程中的變形。  2。2 優(yōu)選走刀方式  1) 進(jìn)、退刀 高速加工時(shí)，刀具切入工件的方式,不僅影響加工質(zhì)量，同時(shí)也直接關(guān)系到加工的安全。刀具高速切削工件時(shí)，工件將對刀具產(chǎn)生一定的作用力。此外，刀具以全切深和滿進(jìn)給速度切入工件將會縮短刀具壽命。通過較平緩地增加切削載荷,并保持連續(xù)的切削載荷,可以達(dá)到保護(hù)刀具的目的.確定刀具、進(jìn)退刀方式時(shí),應(yīng)注意在切入工件時(shí)盡量采用沿輪廓的切向或斜向切入的方式緩慢切入工件（比如：直線式切入和螺旋式切入)，以保持刀具軌跡光順平滑。  斜線和螺旋式切入方式適用于簡單型腔的粗加工。加工表面質(zhì)量和精度要求高的復(fù)雜型面時(shí)，采用沿曲面的切矢量方向或螺旋式進(jìn)、退刀,這樣刀具將不會在工件表面的進(jìn)退刀處留下駐刀痕跡，從而獲得高的表面加工質(zhì)量。對于深腔件的加工，螺旋式切入是一種比較理想的進(jìn)刀方式，采用相同或不同半徑的螺旋路徑,自內(nèi)向外地逐步切除型腔材料，非常適合深腔件的高速加工。  2) 移刀 高速加工中的移刀是指在高進(jìn)給速度時(shí)相鄰刀具路徑間有效過渡的連接方式。平行線掃描表面加工是精加工復(fù)雜型面的一種手段。但是這種方法容易在每條刀具路徑的末端造成進(jìn)給量的突然變化。進(jìn)給速度適中時(shí),在掃描路徑之間采用簡單的環(huán)型刀具路徑可以適當(dāng)緩解拐角處進(jìn)給量的突然變化.但是，進(jìn)給速度較高時(shí)，這種簡單的環(huán)型運(yùn)動仍然太突然。這種情況下，在掃描路徑間采用“高爾夫球棒”式移刀則更為有效。  3) 拐角加工 如何實(shí)現(xiàn)高效率的拐角加工，也是優(yōu)化刀具路徑的一個(gè)重要方面。加工工件的內(nèi)銳角時(shí)，刀具路徑可采用圓角或圓弧走刀，并相應(yīng)地減小進(jìn)給速度,這樣在加工拐角時(shí)可以得到光滑的刀具軌跡，并可保持連續(xù)的高進(jìn)給速度及加工過程的平穩(wěn)性。然后拐角的殘留余量可通過再加工工序去除。  4) 重復(fù)加工 重復(fù)加工是對零件的殘留余量進(jìn)行針對性加工的加工方法。在高速加工中，重復(fù)加工主要應(yīng)用于二次粗加工以及筆式銑削和殘余銑削。  采用二次粗加工時(shí)，先進(jìn)行初始粗加工，然后根據(jù)加工后的形狀計(jì)算二次粗加工的加工余量。在等高線粗加工中，由于零件上存在斜面，加工后會在斜面上留下臺階,從而導(dǎo)致殘留余量不均勻，并引起刀具載荷不均勻.采用二次粗加工，可使用不同于初始粗加工的方法平行線法、螺旋線法等，來獲得均勻余量。這樣可以更有效地保持刀具進(jìn)行連續(xù)切削，減少空走刀，并提高精加工的加工效率。  筆式銑削主要運(yùn)用于半精加工的清根操作，它通過找到前道工序大尺寸刀具加工后殘留部分的所有拐角和凹槽，自動驅(qū)動刀具與兩被加工曲面雙切，并沿其交線方向運(yùn)動來加工這些拐角。筆式銑削允許使用半徑與3D拐角或凹槽相匹配的小尺寸刀具一次性完成所有的清根操作，可極大地減少退刀次數(shù)。此外,筆式銑削可以保持相對恒定的切屑去除率,這對于高速加工特別重要。精加工帶有壁面和底面的零件時(shí)，如果沒有筆式銑削，刀具到達(dá)拐角時(shí)，將要去除相當(dāng)多的材料。采用筆式銑削時(shí),拐角已被預(yù)先進(jìn)行清根處理，因此可減少精加工拐角時(shí)的刀具偏斜和噪聲。  殘余銑削與筆式銑削極為相似。殘余銑削可以找到前道工序使用各種不同尺寸刀具所形成的3D型面，且只用一把尺寸較小刀具來加工這些表面。它與筆式銑削的不同之處在于它是對前道工序采用較大尺寸刀具加工后所殘留的整個(gè)表面進(jìn)行加工,而筆式銑削只對拐角進(jìn)行清根處理。  5） 高效率切削法(HEM) 高效率切削法(HEM) 又稱“Fukui Climbing”切削法,是實(shí)現(xiàn)高材料去除率的一種新的高效率粗加工方法。HEM是通過“Fukui method cutting”(福井高側(cè)刃切削法）和“Climb up cutting”上爬式切削法）得以實(shí)現(xiàn)的.福井切削法是日本福井雅彥教授提出的高軸向深度銑削法，通過將Z向切削深度調(diào)整為刀具直徑的12倍,可高效率地切削出垂直梯級式粗略工件外形。采用福井法加工后,再采用上爬式切削法,可以使加工表面的形狀和精度更加接近零件的最終加工要求。上爬式切削時(shí),采用較細(xì)的梯級節(jié)距來去除剩余梯級面，刀具從底部開始,一層一層地向上切削，梯級節(jié)距調(diào)整范圍為0。53mm，加工表面較陡時(shí)，可采用較寬的梯級節(jié)距，加工表面較平時(shí),可采用較細(xì)密的梯級節(jié)距。  6） 余擺線式加工 余擺線加工是利用高速加工刀具側(cè)刃去除材料來提高粗加工速度的新技術(shù)。采用余擺線加工時(shí)，刀具始終沿著具有連續(xù)半徑的曲線運(yùn)動，采用圓弧運(yùn)動方式逐次去除材料，對零件表面進(jìn)行高速小切深加工，有效地避免了刀具以全寬度切入工件生成刀具路徑。每環(huán)圓弧運(yùn)動中，向前運(yùn)動時(shí)刀具切削工件，向后運(yùn)動時(shí)進(jìn)行刀具冷卻，并允許自由去除材料。當(dāng)加工高硬度材料或采用較大切削用量時(shí)，刀具路徑中刀具向后運(yùn)動的冷卻或自由去除材料圓弧段與向前運(yùn)動的加工圓弧段相平衡，實(shí)現(xiàn)了刀具切削條件的優(yōu)化。此外,余擺線加工的刀具路徑全部由圓弧運(yùn)動組成，走刀方向上沒有突然的變化，是有利于實(shí)現(xiàn)高速加工的粗、精加工的一種理想加工狀況。所以,擺線式加工特別適用于加工高硬度材料和高速加工的各種粗加工工序（比如腔體加工），不僅能夠使機(jī)床在整個(gè)加工過程中保持連續(xù)的進(jìn)給速度,獲得高的材料去除率，并且可延長刀具壽命。  7） 插入式加工 插入式加工是使用特制插入式加工刀具進(jìn)行深型腔件加工的一種方法。它采用鉆削式刀具路徑沿加工中心的Z軸方向從深腔去除材料.該方法是粗加工深型腔件和用大直徑刀具加工相對較淺腔體的一種有效方法.  3 選擇適應(yīng)高速加工的切削用量  實(shí)現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵是采用高的切削速度，并配合以高的進(jìn)給速度和小的切削深度,不僅可以提高加工效率，而且可使切削力減小，從而提高加工質(zhì)量，并延長刀具壽命。合理的切削用量對于刀具耐用度和工件加工質(zhì)量起著決定性作用。  常規(guī)粗加工以及使用小尺寸刀具進(jìn)行模具粗加工時(shí)，適于采用小切深和高進(jìn)給速度。精加工時(shí)，快速精確的刀具運(yùn)動有利于實(shí)現(xiàn)更高的表面加工質(zhì)量,每程序段的刀具運(yùn)行軌跡越短，加工軌跡表面尖點(diǎn)高度越小，加工出的零件輪廓越精確。刀具路徑的基本參數(shù)選擇將影響精加工的表面質(zhì)量。精加工時(shí)，如果刀具切削載荷即每齒進(jìn)給量等于走刀步距增量,可獲得最佳的表面加工質(zhì)量；如果刀具切削載荷與走刀步距增量不相等，則加工的表面比較粗糙.針對不同的零件形狀特征型面如平面、坡面、曲面和圓面等，應(yīng)采用不同的進(jìn)給量。為獲得高精度的輪廓外形，要求進(jìn)給運(yùn)動不能出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象，否則將會導(dǎo)致刀具過熱而破損。  4 采用高速高精度的高速加工關(guān)鍵控制技術(shù)  采用高速高精度的關(guān)鍵控制技術(shù)，有利于保證高速加工的順利實(shí)現(xiàn).這些關(guān)鍵控制技術(shù)有加工殘余分析、待加工軌跡監(jiān)控、自動防過切保護(hù)、尖點(diǎn)控制、高精度輪廓控制技術(shù)、NURBS插補(bǔ)、進(jìn)給速度優(yōu)化、刀具軌跡編輯優(yōu)化及裁剪修復(fù)、刀具軌跡驗(yàn)證等等。  1） 加工殘余分析 加工殘余分析功能可以分析出每次切削后加工殘余的準(zhǔn)確位置，允許刀具路徑創(chuàng)建上道工序中工件材料沒有去除完全的區(qū)域。后續(xù)加工的刀具路徑可在前道工序刀具路徑的基礎(chǔ)上利用加工殘余分析進(jìn)行優(yōu)化得到。通過對工件輪廓的某些復(fù)雜部分進(jìn)行加工殘余分析,可盡量保持穩(wěn)定的切削參數(shù)，包括保持切削厚度、進(jìn)給量和切削線速度的一致性。當(dāng)遇到某處切削深度有可能增加時(shí)，能降低進(jìn)給速度,從而避免負(fù)載變化引起刀具偏斜，以及降低加工精度和表面質(zhì)量。因此，加工殘余分析可實(shí)現(xiàn)高速加工參數(shù)最佳化，使刀具走刀路徑適應(yīng)工件余量的變化，減少加工時(shí)間,避免刀具破損及過切和殘留現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)刀具路徑的優(yōu)化。  2) 待加工軌跡監(jiān)控(lookahead） 待加工軌跡監(jiān)控功能（lookahead）是用于監(jiān)控待加工刀具路徑中由于路徑曲率引起的進(jìn)給速度的不規(guī)則過渡，以及軸向加速度過大等不利于高速加工的各種加工條件的變化，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度的一種控制方法。CNC控制系統(tǒng)在進(jìn)行加工控制時(shí)通過掃描待加工程序段的數(shù)控代碼,預(yù)覽刀具路徑上是否有方向變化，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)進(jìn)給速度。比如,在高進(jìn)給速度下，待加工軌跡監(jiān)控功能監(jiān)測到拐角時(shí)，將自動減小進(jìn)給速度，以防止刀具過切或出現(xiàn)殘留現(xiàn)象。在待加工軌跡的平滑段,再將進(jìn)給速度迅速提高到最大。這樣通過動態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，可以優(yōu)化機(jī)床控制系統(tǒng)的動態(tài)性能，并獲得高的加工精度和表面質(zhì)量.  3) 尖點(diǎn)控制 高速加工控制器的待加工軌跡監(jiān)控(lookahead）功能雖然可以預(yù)先了解待加工NC程序段的刀具軌跡，預(yù)覽刀具軌跡及其走刀方向是否有變化,即是否存在拐角，但對于3D零件上的每個(gè)具體的走刀步距和切削余量是無法預(yù)知的。  加工復(fù)雜的3D型面時(shí),可根據(jù)尖點(diǎn)高度來計(jì)算NC精加工刀具路徑的加工步距，而不是采用恒定的加工步距。采用尖點(diǎn)控制進(jìn)行高速加工即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的表面精加工，減少去毛刺或其它手工精加工工序，而且可以根據(jù)NC精加工路徑動態(tài)調(diào)整走刀步距，使材料去除率保持恒定，刀具受力狀況更加穩(wěn)定，并使刀具所受到的外界沖擊載荷降低到最小。  4) 自動防過切處理 高速加工時(shí)，前道工序遺留的加工余量將會導(dǎo)致刀具切削負(fù)載突然加大，甚至出現(xiàn)過切和刀具破損現(xiàn)象。過切對于工件的損壞是不可修復(fù)的,對于刀具的破壞也是災(zāi)難性的。通過自動防過切處理功能，可以保護(hù)刀具的切削過程，實(shí)現(xiàn)高速加工的安全操作。  5) 高精度輪廓控制 通常，在模具加工中，可采用CAM系統(tǒng)或者其他編程系統(tǒng)的方法，編寫子程序進(jìn)行輪廓加工操作。因而加工信息可能超過CNC中子程序的存儲容量,并且可能需要進(jìn)行多種DNC加工操作。在這種情況下，如果不能保持CNC 高速分配處理與DNC操作的子程序進(jìn)給速度之間的平衡，子程序?qū)⒉荒芗皶r(shí)進(jìn)行進(jìn)給操作，而且機(jī)床的平滑運(yùn)動也可能得不到保證。高速加工CNC系統(tǒng)可通過高精度輪廓控制進(jìn)行高速分配處理和自動加速/減速處理。針對高于常規(guī)速度的轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理和分配，可提高加工精度，縮短工作時(shí)間。  5 典型型面及難加工型面的高速加工策略  高速加工工藝技術(shù)是成功進(jìn)行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。如果切削方法選擇不當(dāng)，將加劇刀具的磨損,甚至可能完全達(dá)不到高速加工的目的。根據(jù)零件輪廓的類型及其復(fù)雜程度來選擇合適的加工方法,有助于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的高速加工。  5。1 典型型面  銑削復(fù)雜二維輪廓時(shí)，無論是外輪廓或內(nèi)輪廓，要安排刀具從切向進(jìn)入輪廓進(jìn)行加工。當(dāng)輪廓加工完畢之后，刀具必須沿切線方向繼續(xù)運(yùn)動一段距離后再退刀，這樣可以避免刀具在工件上的切入點(diǎn)和退出點(diǎn)留下接刀痕.  銑削外圓可采用直線式切向進(jìn)、退刀.加工內(nèi)輪廓時(shí),可采取圓弧式切向進(jìn)、退刀。加工直紋面類工件時(shí)，可采用側(cè)銑方式一刀成型。一般立體型面特別是較為平坦的大型表面,可以用大直徑端銑刀端面貼近表面進(jìn)行加工，這樣走刀次數(shù)少，殘余高度小.加工空間受到限制的通道加工和組合曲面的過渡區(qū)域加工，可采用較大尺寸的刀具避開干涉,刀具剛性好，有利于提高加工效率與精度。  5。2 難加工型面  深腔加工 加工由薄壁分隔成的深腔型面時(shí)，所有的型腔不要一次加工完，而要采取每次只加工一部分的方式，使所有型腔壁在兩邊都可保持支承.  薄壁加工 立銑刀加工薄壁件時(shí)，切削力的作用易導(dǎo)致工件和刀具的變形。因此,加工薄壁件時(shí),采用小軸向切深的重復(fù)端銑削，不僅可以獲得恒定的刀刃半徑和小的切削力，減小工件變形,而且不會出現(xiàn)由于刀具偏心產(chǎn)生的形狀誤差。此外，快速小切深加工薄壁零件時(shí)，加工薄壁任一面的刀具都必須保持一直向下加工，直至越過薄壁開始新的走刀路徑。這樣可以通過靠近刀具切削處的未切除余量使薄壁在兩邊都保持支承.  薄底加工 加工無支承的薄底時(shí)，應(yīng)先從支承最少的表面開始加工，刀具在抬刀前一直保持向下加工,并逐步向支承靠近，加工后的底面不可再次與刀具相接觸.  6 結(jié)語  為提高加工效率、加工質(zhì)量和刀具壽命，保證高速加工順利進(jìn)行，高速加工NC 編程所生成的刀具路徑，不僅要滿足尺寸和輪廓的高精度要求,同時(shí)還需考慮不同加工工序、加工型面形狀等加工過程的若干細(xì)節(jié)問題。根據(jù)高速加工的具體需要,優(yōu)選刀具切入工件的方式和移刀方式，以及優(yōu)選拐角加工、二次粗加工、筆式銑削、殘余銑削、高效率切削法HEM、余擺線加工和插入式加工等加工方法；選擇適應(yīng)高速加工的切削用量;采用高速高精度的關(guān)鍵控制技術(shù)；有利于保證高速加工的順利實(shí)現(xiàn).不銹鋼加工對刀具的基本要求  2010-05-31 13:17 星期一對刀具幾何參數(shù)的要求 加工不銹鋼時(shí),刀具切削部分的幾何形狀，一般應(yīng)從前角、后角方面的選擇來考慮。在選擇前角時(shí)，要考慮卷屑槽型、有無倒棱和刃傾角的正負(fù)角度大小等因素。不論何種刀具，加工不銹鋼時(shí)都必須采用較大的前角.增大刀具的前角可減小切屑切離和清出過程中所遇到的阻力。對后角選擇要求不十分嚴(yán)格，但不宜過小，后角過小容易和工件表面產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，使加工表面粗糙度惡化，加速刀具磨損.并且由于強(qiáng)烈摩擦，增強(qiáng)了不銹鋼表面加工硬化的效應(yīng)；刀具后角也不宜過大,后角過大,使刀具的楔角減小，降低了切削刃的強(qiáng)度,加速了刀具的磨損.通常，后角應(yīng)比加工普通碳鋼時(shí)適當(dāng)大些。  對刀具切削部分表面粗糙度的要求 提高刀具切削部分的表面光潔度可減少切屑形成卷曲時(shí)的阻力，提高刀具的耐用度。與加工普通碳鋼相比較，加工不銹鋼時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低切削用量以減緩刀具磨損;同時(shí)還要選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s潤滑液,以便降低切削過程中的切削熱和切削力，延長刀具的使用壽命。  對刀桿材料的要求 加工不銹鋼時(shí)，由于切削力較大，故刀桿必須具備足夠的強(qiáng)度和剛性，以免在切削過程中發(fā)生顫振和變形。這就要求選用適當(dāng)大的刀桿截面積，同時(shí)還應(yīng)采用強(qiáng)度較高的材料來制造刀桿，如采用調(diào)質(zhì)處理的45號鋼或50號鋼。  對刀具切削部分材料的要求 加工不銹鋼時(shí)，要求刀具切削部分的材料具有較高的耐磨性，并能在較高的溫度下保持其切削性能。目前常用的材料有:高速鋼和硬質(zhì)合金。由于高速鋼只能在600°C以下保持其切削性能，因此不宜用于高速切削，而只適用于在低速情況下加工不銹鋼。由于硬質(zhì)合金比高速鋼具有更好的耐熱性和耐磨性，因此用硬質(zhì)合金材料制成的刀具更適合不銹鋼的切削加工.  硬質(zhì)合金分鎢鈷合金（YG）和鎢鈷鈦合金（YT)兩大類。鎢鈷類合金具有良好的韌性,制成的刀具可以采用較大的前角與刃磨出較為鋒利的刃口，在切削過程中切屑易變形，切削輕快，切屑不容易粘刀，所以在一般情況下,用鎢鈷合金加工不銹鋼比較合適。特別是在振動較大的粗加工和斷續(xù)切削加工情況下更應(yīng)采用鎢鈷合金刀片，它不象鎢鈷鈦合金那樣硬脆，不易刃磨，易崩刃。鎢鈷鈦合金的紅硬性較好，在高溫條件下比鎢鈷合金耐磨，但它的脆性較大,不耐沖擊、振動，一般作不銹鋼精車用刀具。 2 刀具材料牌號的選擇  刀具材料的切削性能關(guān)系著刀具的耐用度和生產(chǎn)率，刀具材料的工藝性影響著刀具本身的制造與刃磨質(zhì)量。宜選擇硬度高、抗粘結(jié)性和韌性好的刀具材料，如YG類硬質(zhì)合金，最好不要選用YT類硬質(zhì)合金，尤其是在加工1Gr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼應(yīng)絕對避免選用YT類硬質(zhì)合金，因?yàn)椴讳P鋼中的鈦（Ti)和YT類硬質(zhì)合金中的Ti產(chǎn)生親合作用,切屑容易把合金中的Ti帶走，促使刀具磨損加劇.生產(chǎn)實(shí)踐表明,選用YG532、YG813及YW2三種牌號材料加工不銹鋼具有較好的加工效果. 三種硬質(zhì)合金牌號的性能比較 牌號 密度 g/cm³ 抗彎強(qiáng)度 Mpa 硬度 HRA 性能即用途 相當(dāng)于 ISO YG532 14 1760 91.5 紅硬性高，韌性好,抗粘能力強(qiáng),適用于奧氏體、馬氏體不銹鋼、無磁鋼、高溫合金鋼等大型工件的粗、精加工；合金耐用度高，高溫性好，被加工工件表面質(zhì)量高。 K10K20 M20 YG813 14。0514。1 1570 91 耐磨性好，有較高的抗彎強(qiáng)度和抗粘結(jié)能力，適于高溫合金鋼；對容易產(chǎn)生加工冷作硬化現(xiàn)象的奧氏體不銹鋼、高錳鋼等，加工效果優(yōu)于YW2。 K10K20 M20 YW2 12.413。5 1320 90.5 使用強(qiáng)度高,紅硬性較好,能承受較大的沖擊載荷。適用于耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等材料的粗、精加工. M20 3 刀具幾何參數(shù)的選擇  前角的選擇 從切削熱的產(chǎn)生和散熱方面說,增大前角可減小切削熱的產(chǎn)生，切削溫度不致于太高，但前角過大則因刀頭散熱體積減小，切削溫度反而升高。減小前角可改善刀頭散熱條件，切削溫度有可能降低,但前角過小,則切削變形嚴(yán)重,切削產(chǎn)生的熱量不易散掉。實(shí)踐表明，取前角go=15°20°最為合適。  后角的選擇 粗加工時(shí),對強(qiáng)力切削的刀具則要求切削刃口強(qiáng)度高，則應(yīng)取較小的后角；精加工時(shí)，其刀具磨損主要發(fā)生在切削刃區(qū)和后刀面上，對于不銹鋼這種易出現(xiàn)加工硬化的材料,其后刀面摩擦對加工表面質(zhì)量及刀具磨損影響較大，合理的后角應(yīng)為：加工奧氏體不銹鋼（185HB以下），其后角可取6°8°；加工馬氏體不銹鋼（250HB以上)，其后角取6°8°加工馬氏體不銹鋼(250HB以下）,其后角為6°10°為宜.  刃傾角的選擇 刃傾角的大小和方向,確定了流屑的方向，合理選擇刃傾角ls,通常取10°20°為宜。在微量精車外圓、精車孔、精刨平面時(shí)，應(yīng)采用大刃傾角刀具：應(yīng)取ls45°75°。 4 切削用量的選擇  為了抑制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生，提高表面質(zhì)量，用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行加工時(shí),切削用量要比車削一般碳鋼類工件稍低些，特別是切削速度不宜過高，一般推薦切削速度Vc=6080m/min，切削深度為ap=47mm，進(jìn)給量f=0.150.6mm/r為宜。加工中心刀具選用  20100624 13：06 星期四加工中心所用的刀具是由通用刀具（又稱工作頭或刀頭）和與加工中心主軸前端錐孔配套的刀柄等組成。在應(yīng)用中，要根據(jù)加工中心機(jī)床的要求、夾具的要求、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.刀具選擇總的原則是：刀具的安裝和調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高.在保證安全和滿足加工要求的前提下，刀具長度應(yīng)盡可能短，以提高刀具的剛性。在加工中心機(jī)床上，各種刀具分別裝在刀庫中,按程序的規(guī)定進(jìn)行自動換刀.因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便使鉆、鏜、擴(kuò)、銑削等工序用的刀具能迅速、準(zhǔn)確地裝到機(jī)床主軸上.編程人員應(yīng)充分了解機(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(shí)確定刀具的徑向和軸向尺寸。加工中心機(jī)床所用的刀具必須適應(yīng)加工中心高速、高效和自動化程度高的特點(diǎn)，其刀柄部分要聯(lián)接通用刀具并裝在機(jī)床主軸上，由于加工中心類型不同，其刀柄柄部的型式及尺寸不盡相同.JT（ISO7388)表示加工中心機(jī)床用的錐柄柄部（帶有機(jī)械手夾持槽)，其后面的數(shù)字為相應(yīng)的ISO錐度號，如50、45、和40分別代表大端直徑為69.85、57.15和44.45毫米的7:24錐度。ST(ISO297）表示一般數(shù)控機(jī)床用的錐柄柄部（沒有機(jī)械手夾持槽)，數(shù)字意義與JT類相同.BT（MAS403）表示用于日本標(biāo)準(zhǔn)MAS403的帶有機(jī)械手夾持槽聯(lián)接。加工中心刀具的刀柄分為整體式工具系統(tǒng)和模塊式工具系統(tǒng)兩大類。模塊式工具系統(tǒng)由于其定位精度高，裝卸方便,連接剛性好，具有良好的抗振性，是目前用得較多的一種型式，它由刀柄、中間接桿以及工作頭組成。它具有單圓柱定心，徑向銷釘鎖緊的聯(lián)接特點(diǎn),它的一部分為孔,而另一部分為軸，兩者之間進(jìn)行插入連接，構(gòu)成一個(gè)剛性刀柄,一端和機(jī)床主軸連接,另一端安裝上各種可轉(zhuǎn)位刀具便構(gòu)成一個(gè)工具系統(tǒng).根據(jù)加工中心類型，可以選擇莫氏及公制錐柄。中間接桿有等徑和變徑兩類,根據(jù)不同的內(nèi)外徑及長度將刀柄和工作頭模塊相聯(lián)接。工作頭有可轉(zhuǎn)位鉆頭、粗鏜刀、精鏜刀、擴(kuò)孔鉆、立銑刀、面銑刀、彈簧夾頭、絲錐夾頭、莫氏錐孔接桿、圓柱柄刀具接桿等多種類型.可以根椐不同的加工工件尺寸和工藝方法，按需要組合成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等各類工具進(jìn)行切削加工。通用刀具根據(jù)制造所用的材料可分為以下幾種:（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，如陶瓷刀具等。刀具的切削過程是非常復(fù)雜的，影響因素很多。在銑削加工時(shí)，刀具材料的性能、刀具類型、刀具幾何參數(shù)、切削速度、切削深度和進(jìn)給量等都影響切削力，從而影響整個(gè)工藝系統(tǒng)，最終影響加工精度和質(zhì)量。在加工中心機(jī)床上進(jìn)行加工，其主軸轉(zhuǎn)速比普通機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速一般至少要高1到2倍，因此，在加工中心上進(jìn)行銑加工，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)。平面銑削應(yīng)選用不重磨硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端銑刀粗銑,沿工件表面連續(xù)走刀.選好每次走刀的寬度和銑刀的直徑，使接痕不影響精銑精度。因此，加工余量大又不均勻時(shí)，銑刀直徑要選小些。精加工時(shí)，銑刀直徑要選大些，最好能夠包容加工面的整個(gè)寬度.在實(shí)際工作中，平面的半精加工和精加工,一般用可轉(zhuǎn)位密齒面銑刀,可以達(dá)到理想的表面加工質(zhì)量，甚至可以實(shí)現(xiàn)以銑代磨。密布的刀齒使進(jìn)給速度大大提高，從而提高切削效率.精切平面時(shí)，可以設(shè)置2到4個(gè)刀齒.可轉(zhuǎn)位螺旋立銑刀適用于高效率粗銑大型工件的臺階面、立面及大型槽的加工。如更換不同牌號的刀片，可加工鋼、鑄鐵、鑄鋼、耐熱鋼等多種材料。硬質(zhì)合金螺旋齒立銑刀是一種用于加工鑄鐵、鋼件、有色金屬的精加工刀具，刀片一般為焊接式。鑲硬質(zhì)合金刀片的端銑刀和立銑刀主要用于加工凸臺、凹槽和箱口面。為了提高槽寬的加工精度，減少銑刀的種類,加工時(shí)采用直徑比槽寬小的銑刀，先銑槽的中間部分，然后再利用刀具半徑補(bǔ)償（或稱直徑補(bǔ)償)功能對槽的兩邊進(jìn)行銑加工。銑削盤類零件的周邊輪廓一般采用立銑刀.所用的立銑刀的刀具半徑一定要小于零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑.一般取最小曲率半徑的0.8到0.9倍即可。零件的加工高度（Z方向的吃刀深度）最好不要超過刀具的半徑。若是銑毛坯面時(shí)，最好選用硬質(zhì)合金波紋立銑刀,它在機(jī)床、刀具、工件系統(tǒng)允許的情況下，可以進(jìn)行強(qiáng)力切削.加工中心上用的立銑刀一般有三種形式:球頭刀(R=r）、端銑刀(r=0）和R刀（r圖1 立銑刀結(jié)構(gòu)示意圖加工空間曲面和變斜角輪廓外形時(shí),由于球頭刀具的球面端部切削速度為零，而且在走刀時(shí)，每兩行刀位之間,加工表面不可能重疊,總存在沒有被加工去除的部分,每兩行刀位之間的距離越大，沒有被加工去除的部分就越多，其高度（通常稱為“殘留高度"） 就越高，加工出來的表面與理論表面的誤差就越大，表面質(zhì)量也就越差.加工精度要求越高，走刀步長和切削行距越小,編程效率越低。因此，應(yīng)在滿足加工精度要求的前提下，盡量加大走刀步長和行距，以提高編程和加工效率。而在兩軸及兩軸半加工中，為提高效率，應(yīng)盡量采用端銑刀，由于相同的加工參數(shù)，利用球頭刀加工會留下較大的殘留高度。因此，在保證不發(fā)生干涉和工件不被過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀或R刀(帶圓角的立銑刀)。不過，由于平頭立銑刀和球頭刀的加工效果是明顯不同的，當(dāng)曲面形狀復(fù)雜時(shí),為了避免干涉,建議使用球頭刀，調(diào)整好加工參數(shù)也可以達(dá)到較好的加工效果。在選擇刀刃長度和刀桿長度時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)床的情況及零件的尺寸是否會干涉。在可能的情況下，應(yīng)盡量選短一些，以提高刀具的剛度。鉆孔時(shí),要用中心鉆打中心孔，用以引正鉆頭。先用較小的鉆頭鉆孔至所需深度Z，再用較大的鉆頭進(jìn)行鉆孔，最后用所需的鉆頭進(jìn)行加工，以保證孔的精度。在進(jìn)行較深的孔加工時(shí),特別要注意鉆頭的冷卻和排屑問題，一般利用深孔鉆削循環(huán)指令G83進(jìn)行編程，可以工進(jìn)一段后,鉆頭快速退出工件進(jìn)行排屑和冷卻，再工進(jìn)，再進(jìn)行冷卻和排屑直至孔深鉆削完成.若工件為鑄件，則不能使用冷卻液。在選用刀具進(jìn)行編程時(shí)，應(yīng)注意區(qū)分刀尖和刀心，兩者均是刀具的對稱軸上的點(diǎn),其間差一個(gè)刀角半徑.圖2 三種形式的立銑刀的刀心和刀尖實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要規(guī)定刀具的結(jié)構(gòu)尺寸，在刀具裝到機(jī)床上之前，應(yīng)根據(jù)編程時(shí)確定的參數(shù)，在機(jī)外的預(yù)調(diào)裝置中調(diào)整到所需的尺寸。下面利用CAXA制造工程師軟件中“銑刀參數(shù)"對刀具參數(shù)進(jìn)行說明。圖3 銑刀參數(shù)設(shè)置對話框（1）當(dāng)前銑刀名 為當(dāng)前銑刀的名稱，用于刀具標(biāo)識和列表，刀具名是唯一的。通過下拉列表,可以顯示刀具庫中的所有刀具，并可在列表中選擇當(dāng)前刀具。(2）刀具號 刀具安裝在加工中心機(jī)床的刀具庫中的刀位號。用于后置處理的自動換刀指令。刀具號唯一.（3）刀具補(bǔ)償號 刀具補(bǔ)償值的序列號,其值可以與刀具號不一致。（4）刀具半徑 刀具的半徑值。該參數(shù)用于確定刀具半徑補(bǔ)償?shù)牧?（5)刀角半徑 刀具的刀角半徑，應(yīng)不大于刀具半徑。（6）刀刃有效長度 刀具的刀桿可用于切削部分的長度。（7)刀桿長度 刀尖到刀柄之間的距離。刀桿長度應(yīng)大于刀刃有效長度。并且一般刀桿長度要大于工件總切深。如果不大于總切深,一定要檢查刀柄是否會與工件相接觸。（8）增加刀具 用于增加刀具到軟件系統(tǒng)的刀具庫中,并非加工中心機(jī)床的刀具庫.單擊“增加銑刀"按鈕彈出“增加銑刀”對話框輸入增加的銑刀的名稱單擊“確定”可以修改刀具的各個(gè)參數(shù),如圖4所示.圖4 增加銑刀對話框（9）刪除當(dāng)前刀具 刪除CAXA系統(tǒng)的刀具庫中不需要的刀具。而不是刪除機(jī)床刀具庫中的刀具。選擇需刪除的刀具鼠標(biāo)單擊“刪除當(dāng)前銑刀”按鈕按“確認(rèn)”按鈕后,該刀具即被刪除，如圖5所示。圖5 刪除銑刀對話框（10)預(yù)顯刀具參數(shù) 修改刀具參數(shù)后,按“預(yù)顯刀具參數(shù)”按鈕可顯示參數(shù)修改后刀具的形狀。加工中心機(jī)床刀具是一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)，如何根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行正確選用，是編程人員必須掌握的。只有對加工中心刀具結(jié)構(gòu)和選用有充分的了解和認(rèn)識,在實(shí)際工作中才能靈活運(yùn)用，提高工作效率和安全生產(chǎn)。優(yōu)選走刀方式  2010-11-16 12：41 星期二1） 進(jìn)、退刀 高速加工時(shí),刀具切入工件的方式，不僅影響加工質(zhì)量，同時(shí)也直接關(guān)系到加工的安全。刀具高速切削工件時(shí),工件將對刀具產(chǎn)生一定的作用力。此外，刀具以全切深和滿進(jìn)給速度切入工件將會縮短刀具壽命.通過較平緩地增加切削載荷，并保持連續(xù)的切削載荷，可以達(dá)到保護(hù)刀具的目的。確定刀具、進(jìn)退刀方式時(shí)，應(yīng)注意在切入工件時(shí)盡量采用沿輪廓的切向或斜向切入的方式緩慢切入工件(比如:直線式切入和螺旋式切入)，以保持刀具軌跡光順平滑。  斜線和螺旋式切入方式適用于簡單型腔的粗加工.加工表面質(zhì)量和精度要求高的復(fù)雜型面時(shí)，采用沿曲面的切矢量方向或螺旋式進(jìn)、退刀，這樣刀具將不會在工件表面的進(jìn)退刀處留下駐刀痕跡，從而獲得高的表面加工質(zhì)量。對于深腔件的加工,螺旋式切入是一種比較理想的進(jìn)刀方式，采用相同或不同半徑的螺旋路徑，自內(nèi)向外地逐步切除型腔材料,非常適合深腔件的高速加工.  2） 移刀 高速加工中的移刀是指在高進(jìn)給速度時(shí)相鄰刀具路徑間有效過渡的連接方式.平行線掃描表面加工是精加工復(fù)雜型面的一種手段。但是這種方法容易在每條刀具路徑的末端造成進(jìn)給量的突然變化。進(jìn)給速度適中時(shí)，在掃描路徑之間采用簡單的環(huán)型刀具路徑可以適當(dāng)緩解拐角處進(jìn)給量的突然變化.但是，進(jìn)給速度較高時(shí)，這種簡單的環(huán)型運(yùn)動仍然太突然。這種情況下，在掃描路徑間采用“高爾夫球棒”式移刀則更為有效。  3) 拐角加工 如何實(shí)現(xiàn)高效率的拐角加工，也是優(yōu)化刀具路徑的一個(gè)重要方面.加工工件的內(nèi)銳角時(shí),刀具路徑可采用圓角或圓弧走刀，并相應(yīng)地減小進(jìn)給速度，這樣在加工拐角時(shí)可以得到光滑的刀具軌跡,并可保持連續(xù)的高進(jìn)給速度及加工過程的平穩(wěn)性。然后拐角的殘留余量可通過再加工工序去除.  4) 重復(fù)加工 重復(fù)加工是對零件的殘留余量進(jìn)行針對性加工的加工方法。在高速加工中，重復(fù)加工主要應(yīng)用于二次粗加工以及筆式銑削和殘余銑削。  采用二次粗加工時(shí)，先進(jìn)行初始粗加工，然后根據(jù)加工后的形狀計(jì)算二次粗加工的加工余量。在等高線粗加工中,由于零件上存在斜面，加工后會在斜面上留下臺階，從而導(dǎo)致殘留余量不均勻，并引起刀具載荷不均勻.采用二次粗加工,可使用不同于初始粗加工的方法平行線法、螺旋線法等，來獲得均勻余量。這樣可以更有效地保持刀具進(jìn)行連續(xù)切削，減少空走刀，并提高精加工的加工效率。