刀具選擇和切削用量確定問題探討

機床刀具的選擇

　　1、數控銑加工常用刀具的種類

　　數控銑加工刀具種類很多，為了適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點，所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發展，主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。為了滿足高效和特殊的銑削要求，又發展了各種特殊用途的專用刀具。數控銑刀具的分類有多種方法，根據刀具結構可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種；③特殊型式，如復合式刀具，減震式刀具等。根據制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼刀具；②硬質合金刀具；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。從切削工藝上可分為：平端立銑刀、圓角立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等。

　　2、數控銑加工對刀具的要求

　　為了保證數控銑機床的加工精度，提高數控銑機床的生產效率及降低刀具材料的消耗，在選用數控銑機床刀具和刀具材料時，除滿足普通機床應具備的基本條件外，還要考慮在數控銑機床中刀具工作條件等多方面因素，如切屑的斷屑性能、刀具快速調整與更換，因此對刀具和刀具材料提出更高的要求。

　　1）銑刀剛性要好一是為提高生產效率而采用大切削用量的需要；二是為適應數控銑床加工過程中難以調整切削用量的特點。當工件各處的加工余量相差懸殊時，通用銑床遇到這種情況很容易采取分層銑削方法加以解決，而數控銑削就必須按程序規定的走刀路線前進，遇到余量大時無法象通用銑床那樣“隨機應變”，除非在編程時能夠預先考慮到，否則銑刀必須返回原點，用改變切削面高度或加大刀具半徑補償值的方法從頭開始加工，多走幾刀。但這樣勢必造成余量少的地方經常走空刀，降低了生產效率，如刀具剛性較好就不必這么辦。2）銑刀的耐用度要高尤其是當一把銑刀加工的內容很多時，如刀具不耐用而磨損較快，就會影響工件的表面質量與加工精度，而且會增加換刀引起的調刀與對刀次數，也會使工作表面留下因對刀誤差而形成的接刀臺階，降低了工件的表面質量。除上述兩點之外，互換性好，便于快速換刀；刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間；刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化，標準化，以利于編程和刀具管理，等等這些是數控加工與普通機床加工對刀具的不同要求。

　　3、數控銑加工刀具類型的選擇

　　刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整方便，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。生產中，被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類型的主要依據。1）銑削刀具的選用：加工曲面類零件時，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切，而避免刀刃與工件輪廓發生干涉，一般采用球頭刀，粗加工用兩刃銑刀，半精加工和精加工用四刃銑刀；銑較大平面時，為了提高生產效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀；銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀；銑鍵槽時，為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀；2）孔加工刀具的選用：數控機床孔加工一般無鉆模，由于鉆頭的剛性和切削條件差，選用鉆頭直徑D應滿足L/D≤5（L為鉆孔深度）的條件；鉆孔前先用中心鉆定位，保證孔加工的定位精度；精絞前可選用浮動絞刀，絞孔前孔口要倒角；鏜孔時應盡量選用對稱的多刃鏜刀頭進行切削，以平衡鏜削振動；盡量選擇較粗和較短的刀桿，以減少切削振動。在經濟型數控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：①盡量減少刀具數量；②一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規格的刀具；④先銑后鉆；⑤先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低?？傊?，根據被加工工件材料的熱處理狀態、切削性能及加工余量，選擇剛性好，耐用度高的銑刀，是充分發揮數控銑床的生產效率和獲得滿意的加工質量的前提。

      既然是切削加工，就必然會產生切屑。一種新型立銑刀具備了對切屑進行回收的構造。

　　安裝有一個切削刃的球頭立銑刀尖端被外殼覆蓋，內部為空洞。在外殼與切削刃之間設有切口狀的縫隙。也就是說，切屑產生后會立即進入球頭立銑刀的內部。球頭立銑刀的空洞經由刀柄與設置在機床外部的吸取裝置連接。通過由吸取裝置產生的氣流，吸取切屑。

　　大隈（Okuma）在模具加工技術展會“INTERMOLD　2007”上展出了具備這一構造的加工中心。該加工中心通過高效處理切屑，有望促進MQL（Minimum Quantity

　   Lubrication,微量潤滑切削技術）及半干切削加工的普及，實現節省資源及能源的低環境負荷并改善作業環境。

　　不過，盡管目前已經能夠進行類似切屑為細粉狀的精加工演示，但該產品仍處于研究階段。課題是如何使切屑微細化，以及如何直線拉近切屑的回收路徑。解決了這些課題，還有望支持粗加工等處理。另外還計劃實現對銑刀加工及鉆頭加工等多種切削加工的支持。

　　該技術是在日本中部經濟產業局“平成18年度地區新生聯盟研究開發事業”的委托下開發的?；A技術由日本名古屋工業大學教授中村隆提出。項目負責人由中村擔任，項目成員包括名古屋工業大學研究生院、大隈、愛知縣產業技術研究所、OSG、NT　TOOL、大同金屬工業、電裝、東海理化、丹羽環境設計技術人員事務所。