UG编程基础(2)

1.2.3  数控刀具介绍以及使用
1）刀具的介绍

    数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控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，镶嵌式刀具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。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到了广泛的应用，在使用数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

    数控铣刀从形状上主要分为平底刀（端铣刀）、圆鼻刀和球刀，如图1-5所示，从刀具使用性能上分为白钢刀、飞刀和合金刀。在工厂实际加工中，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。

图1-5  数控铣刀

（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。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。

（2）圆鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具开粗加工。

（3）球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。

① 白钢刀（即高速钢刀具）因其通体银白色而得名，主要用于直壁加工。白钢刀价格便宜，但切削寿命短、吃刀量小、进给速度低、加工效率低，在数控加工中较少使用。

② 飞刀（即镶嵌式刀具）主要为机夹式可转位刀具，这种刀具刚性好、切削速度高，在数控加工中应用非常广泛，用于模胚的开粗、平面和曲面粗精加工效果均很好。

③ 合金刀（通常指的是整体式硬质合金刀具）精度高、切削速度高，但价格昂贵，一般用于精加工。

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有以下不同的要求。

（1）刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小。

（2）互换性好，便于快速换刀。

（3）寿命高，切削性能稳定、可靠。

（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间。

（5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。

（6）系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。

2）刀具的使用

    在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效率的高低。选择合适的刀具并设置合理的切削参数，将使数控加工以最低的成本和最短的时间达到最佳的加工质量。总之，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。

选择刀具时，要使刀具的尺寸与模胚的加工尺寸相适应。如果模腔的尺寸是80×80，则应该选择D25R5或D16R0.8等刀具进行开粗；如果模腔的尺寸大于100×100，则应该选择D30R5、D32R5或D35R5的飞刀进行开粗；如果模腔的尺寸大于300×300，那应该选择直径大于D35R5的飞刀进行开粗，例如D50R5或D63R6等。另外，刀具的选择由机床的功率所决定，例如，功率小的数控铣床或加工中心，则不能使用大于D50R5的刀具。

在实际加工中，常选择立铣刀加工平面零件轮廓的周边、凸台、凹槽等；选择镶硬质合金刀片的玉米铣刀加工毛坯的表面、侧面及型腔开粗；选择球头铣刀、圆鼻刀、锥形铣刀和盘形铣刀加工一些立体型面和变斜角轮廓外形。

3）刀具切削参数的设置

合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下5个因素。

（1）切削深度ap（mm）。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工，这是提高生产效率的一个有效措施。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

（2）切削宽度L（mm）。L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：L=（0.6～0.9）d。

（3）切削速度v（m/min）。提高v也是提高生产效率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，切削热升高，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m/min以上。

（4）主轴转速n（r/min）。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：v=πnd/1000（d——刀具直径，单位mm）。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速在一定范围内进行调整。

（5）进给速度f（mm/min）。f应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。f的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，f可选择得大些。在加工过程中，f也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

    随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

    表1-1、表1-2和表1-3分别列出了白钢刀、飞刀和合金刀的参数设置（这些切削参数仅供参考，实际确定切削用量还应根据具体的机床性能、零件形状和材料、装夹状况等进行调整）。

表1-1  白钢刀参数设置

① 刀具直径越大，转速越慢；同一类型的刀具，刀杆越长，吃刀量就要减小，否则容易弹刀而产生过切。

② 白钢刀转速不可过快，进给速度不可过大。

③ 白钢刀容易磨损，开粗时少用白钢刀。

表1-2  飞刀参数设置

① 以上的飞刀参数只能作为参考，因为不同的飞刀材料其参数值也不相同，不同的刀具厂生产的飞刀其长度也略有不同。另外，刀具的参数值也因数控铣床或加工中心的性能和加工材料的不同而不同，所以刀具的参数一定要根据工厂的实际情况来设定。

② 飞刀的刚性好，吃刀量大，最适合模胚的开粗。另外，飞刀精加工陡峭面的质量也非常好。

③ 飞刀主要是镶刀粒的，没有侧刃，如图1-6所示。

                

图1-6  飞刀

表1-3  合金刀参数设置

① 合金刀刚性好，不易产生弹刀，用于精加工模具的效果最好。

② 合金刀和白钢刀一样有侧刃，精铣铜公直壁时往往使用其侧刃。