数控铣加工中常用刀具的选择

发布时间: 2014-05-13 08:48 作者: 浏览次数: 313 字号:

数控铣加工刀具

1、数控铣加工常用刀具的种类

数控铣加工刀具种类很多,为了适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,所用刀具正朝着标准化、通用化和模块化的方向发展,主要包括铣削刀具和孔加工刀具两大类。为了满足高效和特殊的铣削要求,又发展了各种特殊用途的专用刀具。

⑴ 圆柱铣刀

圆柱铣刀主要用于卧式铣床加工平面。圆柱铣刀一般为整体式。铣刀的材料为高速钢,主切削刃分布在圆柱表面上,无副切削刃。铣刀有粗齿和细齿之分。粗齿铣刀的齿数少,刀齿强度大,容削空间也大,可重磨次数多,适合于粗加工。细齿铣刀的齿数多,工作平稳,适合于精加工。圆柱铣刀的直径范围d=50~100mm,齿数一般为z=6~14齿,螺旋角β=30°~45°。

⑵ 面铣刀

面铣刀主要爱用于立式铣床加工平面和台阶面等。面铣刀的主要切削刃分布在铣刀的圆柱面上或圆锥面上,副切削刃分布在铣刀的端面上。面铣刀按结构可以分为整体式面铣刀、硬质合金整体焊接式面铣刀、硬质合金可转换式面铣刀等形式。

① 整体式面铣刀:由于这种面铣刀的材料为高速钢,所以其切削速度和进给量都受到一定的限制,生产率较低,并且由于该铣刀的刀齿损坏后很难修复,所以整体式面铣刀的应用较少。

② 硬质合金整天焊接式面铣刀:这种面铣刀有硬质合金刀片与合金钢刀体焊接而成,结构紧凑,切削效率高。由于它的刀齿损坏后也很难修复,所以这种铣刀的应用也不多。

③ 硬质合金可转位式面铣刀:这种面铣刀是将硬质合金可转位刀片直接装夹在刀体槽中,切削刃磨钝后,只需将刀片转位或更新的刀片即可继续使用。硬质合金可转位式面铣刀有加工质量稳定、切削效率高、刀具寿命长、刀片的调整和更换方便以及刀片重复定位精度高特点,所以该铣刀是生产上应用最广泛的刀具之一。

⑶ 立铣刀

立铣刀是数控铣削加工中应用最广泛的一种铣刀,它主要用于立式铣床上加工凹槽、台阶面和成型面等。立铣刀的主切削刃分布在铣刀的圆柱表面上,副切削刃分布在铣刀的端面上,并且端面中心有孔,因此铣削时一般不能沿铣刀轴向作进给运动,而只能沿铣刀径向作进给运动。立铣刀也有粗齿和细齿之分,粗齿铣刀的刀齿为3~6个,一般用于粗加工,细齿铣刀的刀齿为5~10个,适合于精加工。立铣刀的直径范围是2~80mm,其柄部、莫氏锥柄和7∶24锥柄等多种形式。

⑷ 键槽铣刀

键槽铣刀主要用于立式铣床上加工圆头封闭键槽等,该铣刀外形似立铣刀,端面无顶尖孔,端面刀齿从外圆开止轴心,且螺旋角较小,增强了端面刀齿的强度。端面刀齿上的切削刃为主切削刃,圆柱面上的切削刃为副切削刃。加工键槽时,每次先沿铣刀轴向进给较小的量,然后再沿径向进给量,这样反复多次,即可完成键槽加工。由于该铣刀的磨损是在端面和靠近端面的外援部分,所以修模时只修磨端面切削刃,这样铣刀直径可保持不变,使加工键槽精度较高,铣刀寿命较长。键槽铣刀的直接范围为2~63mm,柄部有直柄和莫氏锥柄。

⑸ 成形铣刀

成型铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的,如渐开线齿面、燕尾槽和T形槽等。

数控铣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,采用焊接或机夹式连接,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:平端立铣刀、圆角立铣刀、球头刀和锥度铣刀等。

2、数控铣加工对刀具的要求

为了保证数控铣机床的加工精度,提高数控铣机床的生产效率及降低刀具材料的消耗,在选用数控铣机床刀具和刀具材料时,除满足普通机床应具备的基本条件外,还要考虑在数控铣机床中刀具工作条件等多方面因素,如切屑的断屑性能、刀具快速调整与更换,因此对刀具和刀具材料提出更高的要求。

⑴铣刀刚性要好一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要;二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。当工件各处的加工余量相差悬殊时,通用铣床遇到这种情况很容易采取分层铣削方法加以解决,而数控铣削就必须按程序规定的走刀路线前进,遇到余量大时无法象通用铣床那样“随机应变”,除非在编程时能够预先考虑到,否则铣刀必须返回原点,用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方法从头开始加工,多走几刀。但这样势必造成余量少的地方经常走空刀,降低了生产效率,如刀具刚性较好就不必这么办。

⑵铣刀的耐用度要高尤其是当一把铣刀加工的内容很多时,如刀具不耐用而磨损较快,就会影响工件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数,也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶,降低了工件的表面质量。除上述两点之外,铣刀切削的几何参数的选择和排屑性能等也非常重要。切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之,根据倍加工材料的切削性能及加工余量,选择刚性好、耐用度搞的铣刀,是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。
3、 数控铣加工刀具类型的选择

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。

生产中,被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据:

⑴铣削刀具的选用:加工曲面类零件时,为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切,而避免刀刃与工件轮廓发生干涉,一般采用球头刀,粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀;铣较大平面时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀;铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀;铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀;

⑵孔加工刀具的选用:数控机床孔加工一般无钻模,由于钻头的刚性和切削条件差,选用钻头直径D应满足L/D≤5(L为钻孔深度)的条件;钻孔前先用中心钻定位,保证孔加工的定位精度;精绞前可选用浮动绞刀,绞孔前孔口要倒角;镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头进行切削,以平衡镗削振动;尽量选择较粗和较短的刀杆,以减少切削振动。在经济型数控加工中,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。

4、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部位;

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。

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。