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1、加工中心的刀具選用
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
2、編程時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
3、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??梢愿Р煌募庸すぜ?/p>
4、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,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,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
5、。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,銑刀直徑要選小些。精加工時,銑刀直徑要選大些,最好能夠包容加工面的整個寬度。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,可以設(shè)置2到4個刀齒。
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、
6、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,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
7、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,由于球頭刀具的球面端部切削速度為零,而且在走刀時,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
8、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,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,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,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,特別要注意鉆頭的冷卻和排屑問題,一般利
9、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,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,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
10、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)牧俊?
(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
11、,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)。