UG編程基礎(2)

1.2.3  數控刀具介紹以及使用
1）刀具的介紹

    數控加工刀具必須適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要連接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數控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，鑲嵌式刀具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Ｔ斕毒咚用的材料可分為：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。為了適應數控機床對刀具耐用、穩定、易調、可換等的要求，近幾年機夾式可轉位刀具得到了廣泛的應用，在使用數量上達到整個數５毒叩30%～40%，金屬切除量占總數的80%～90%。

    數控銑刀從形狀上主要分為平底刀（端銑刀）、圓鼻刀和球刀，如圖1-5所示，從刀具使用性能上分為白鋼刀、飛刀和合金刀。在工廠實際加工中，最常用的刀具有D63R6，D50R5，D35R5，D32R5，D30R5，D25R5，D20R0.8，D17R0.8，D13R0.8，D12，D10，D8，D6，D4，R5，R3，R2.5，R2，R1.5，R1和R0.5等。

01-5  數控銑刀

（1）平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺點是刀尖容易磨損，影響加工精度。

（2）圓鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和側面精加工，特別適用于材料硬度高的模具開粗加工。

（3）球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。

① 白鋼刀（即高速鋼刀具）因其通體銀白色而得名，主要用于直壁加工。白鋼刀價格便宜，但切削壽命短、吃刀量小、進給速度低、加工效率低，在數控加工中較少使用。

② 飛刀（即鑲嵌式刀具）主要為機夾式可轉位刀具，這種刀具剛性好、切削速度高，在數控加工中應用非常廣泛，用于模胚的開粗、平面和曲面粗精加工效果均很好。

③ 合金刀（通常指的是整體式噸屎轄鸕毒擼┚度高、切削速度高，但價格昂貴，一般用于精加工。

數控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有以下不同的要求。

（1）剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小。

（2）互換性好，便于快速換刀。

（3）壽命高，切削性能穩定、可靠。

（4）刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間。

（5）刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除。

（6）系列化、標準化，以利于編程和刀具管理。

2）刀具的使用

    在數控加工中，刀具的選擇直接關系到加工精度的高低、加工表面質量的優劣和加工效率的高低。選擇合適的刀具并設置合理的切削參數，將使數控加工以最低的成本和最短的時間達到最佳的加工質量?？傊?，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匾蘊岣叩毒嘸庸さ母招浴

選擇刀具時，要使刀具的尺寸與模胚的加工尺寸相適應。如果模腔的尺寸是80×80，則應該選擇D25R5或D16R0.8等刀具進行開粗；如果模腔的尺寸大于100×100，則應該選擇D30R5、D32R5或D35R5的飛刀進行開粗；如果模腔的尺寸大于300×300，那應該選擇直徑大于D35R5的飛刀進行開粗，例如D50R5或D63R6等。另外，刀具的選擇由機床的功率所決定，例如，功率小的數控銑床或加工中心，則不能使用大于D50R5的刀具。

在實際加工中，常選擇立銑刀加工平面零件輪廓的周邊、凸臺、凹槽等；選擇鑲硬質合金刀片的玉米銑刀加工毛坯的表面、側面及型腔開粗；選擇球頭銑刀、圓鼻刀、錐形銑刀和盤形銑刀加工一些立體型面和變斜角輪廓外形。

3）刀具切削參數的設置

合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產效率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。具體要考慮以下5個因素。

（1）切削深度ap（mm）。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工，這是提高生產效率的一個有效措施。數控機床的精加工余量可略小于普通機床。

（2）切削寬度L（mm）。L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經濟型數控機床的加工過程中，一般L的取值范圍為：L=（0.6～0.9）d。

3）切削速度v（m/min）。提高v也是提高生產效率的一個措施，但v與刀具耐用度的關系比較密切。隨著v的增大，切削熱升高，刀具耐用度急劇下降，故v的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時，v可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，v可選200m/min以上。

（4）主軸轉速n（r/min）。主軸轉速一般根據切削速度v來選定。計算公式為：v=πnd/1000（d——刀具直徑，單位mm）。數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸宜僭諞歡ǚ段內進行調整。

（5）進給速度f（mm/min）。f應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。f的增加也可以提高生產效率。加工表面粗糙度要求低時，f可選擇得大些。在加工過程中，f也可通過機床控制面板上的修調開關進行人工調整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統性能等的限制。

    隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用，數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中，要在人機交互狀態下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，從而保證零件的加工質量和加工效率，充分發揮數控機床的優點，提高企業的經濟效益和生產水平。

    表1-1、表1-2和表1-3分別列出了白鋼刀、飛刀和合金刀的參數設置（這些切削參數僅供參考，實際確定切削用量還應根據具體的機床性能零件形狀和材料、裝夾狀況等進行調整）。

表1-1  白鋼刀參數設置

① 刀具直徑越大，轉速越慢；同一類型的刀具，刀桿越長，吃 量就要減小，否則容易彈刀而產生過切。

② 白鋼刀轉速不可過快，進給速度不可過大。

③ 白鋼刀容易磨損，開粗時少用白鋼刀。

表1-2  飛刀參數設置

① 以上的飛刀參數只能作為參考，因為不同的飛刀材料其參數值也不相同，不同的刀具廠生產的飛刀其長度也略有不同。另外，刀具的參數值也因數控銑床或加工中心的性能和加工材料的不同而不同，所以刀具的參數一定要根據工廠的實際情況來設定。

② 飛刀的剛性好，吃刀量大，最適合模胚的開粗。另外，飛刀精加工陡峭面的質量也非常好。

③ 飛刀主要是鑲刀粒的，沒有側刃，如圖1-6所示。

圖1-6  飛刀

表1-3  合金刀參數設置

① 合金刀剛性好，不易產生彈刀，用于精加工模具的效果最好。

② 合金刀和白鋼刀一樣有側刃，精銑銅公直壁時往往使用其側刃。