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试析如何选择数控铣加工的刀具和切削用量
Aug 31, 2021  来源:海宁市高级技工学校  作者: 陆佳浩 华祖荣

       摘要:对于数控铣加工零部件而言,工件成品的质量至关重要,在铣加工的过程中,影响工件成品质量的因素除了数控机床自身的水平和运行精度之外,最重要的就是铣加工刀具的选择和切削用量的控制,这两个因素对于工件加工的质量、成本和效率都有关键性的影响。本文中结合笔者多年的数控加工经验,论述了在进行数控铣加工的过程中刀具的选择和切削用量控制的相关问题。

      关键词:数控铣加工;刀具;切削量

      数控铣加工是指采用数控机床配合专用铣加工刀具,对工件表面金属进行切削,以达到制定形状和光洁度的操作,是机械加工领域的一种常见操作。数控铣加工的切削量控制任务由数控机床完成,但是真正与工件接触、直接影响工件加工质量的则是各类刀具。因此,如何根据工件材料、形状、表面光洁度要求等指标选择合适的刀具并配合合理的切削量就成了铣加工的一个重要问题。

      1、数控铣加工如何选择刀具
  
      数控铣床对于配套刀具有较高的要求,刀具必须具备高精度、高强度、高刚性的特点,并且能够便捷地进行安装调整。不同的刀具具有长短不同的刀柄及刀头形状,在选择时应当考虑到铣床的安装加持能力、工件的材料特性、加工方式等诸多因素,在充分满足其他条件的前提下尽量选择刀柄短的刀具,从而最大限度地提升刀具的刚度,满足加工精度的要求,延长刀具使用寿命。

      1.1 常见的铣刀种类
  
      由于加工工件的材料和形式多种多样,所以,铣刀的种类和形式也各不相同。目前,各类铣刀通常根据材料、结构或刀头形状来进行分类。根据材料的不同,铣刀可以分为高速钢刀具、合金钢刀具、金刚石刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具等[1]。不同材料的刀具有不同的硬度和刚性,适用于不同材质工件的加工。按照刀具的结构,也可以将铣刀分为整体式刀具和镶嵌式刀具,其中的镶嵌式刀具又可以分为焊接式和机夹式。根据刀头形状,又可以将铣刀分为球头刀、平底刀、锥度刀、T形刀等。
  
      1.2 影响铣刀选择的因素
  
     数控铣加工是一项相当复杂的操作,选择铣刀时,应当考虑到加工材料的性能和特点,诸如有色金属、黑色金属、复合材料、高分子材料在刀具的选择上都各不相同,另外,材料的硬度、韧性、刚度、耐磨性等属性也应当考虑在内[2]。另外,数控铣加工的主要加工能力依靠数控机床提供,因此,在选择刀具的过程中也应当考虑到数控机床的特点,尽量减少刀具的数量,实现一次装夹完成多道工序。
  
      1.3 数控铣床常见刀具的用途
  
     (1)立铣刀:这类刀具适合于在工件表面进行凸台或凹槽等形状的加工,也可用于开粗、光整以及清根等加工操作。
     (2)键槽铣刀:这类铣刀顾名思义,比较适合于在工件上加工各种腔槽、键槽形状。
     (3)球刀:这类刀具比较适合切削量较小的表面光整加工,由于切削量小,效率较低,一般不用于大块形状的处理。
     (4)面铣刀:主要用于加工大面积平面工件。

      1.4 实践中刀具选择的原则
  
     总的来说,在铣刀的选择上,应当以便于安装调整、保证工件的加工精度、延长刀具使用寿命为基本原则,在保证加工质量和效率的前提下,尽量选择刀柄较短的刀具,从而提高刀具的工作刚度,延长刀具的使用寿命。工件的几何形状是铣刀选择时的一个需要重点考虑的问题,加工不同形状的工件对于铣刀的种类、刀头的形状都有着不同的要求,如果选择不当,将会严重影响工件的加工质量,甚至出现大量残次品,造成损失。

      2、 数控铣加工的切削量确定
  
      数控铣加工中对工件的加工是通过不同方向的切削来实现的,不同的切削量对工件加工的速度、质量以及刀具的使用寿命都有着重大的影响。切削量主要包括切削速度、背吃刀量、侧吃刀量等指标。针对不同的情况应当选用不同的切削量,以工件的加工精度和表面光洁度为主要标准,通过科学的计算设置切削量,以求达到加工质量、效率和减少刀具损耗三者的平衡。
  
      2.1 确定切削速度
  
      切削速度的选择需要考虑工件硬度、刀具材料、刀具寿命等诸多因素,在进行粗加工操作时应当适当降低切削速度,因为此时的切削深度通常较大,一旦选择较高的切削速度将会产生较高的工作温度,降低刀具的使用寿命。相反,在进行精加工作业时可以适当提高切削速度,保证工件表面精度和工作效率。
  
      2.2 确定给进速度
  
      给进速度是关系到加工效率的一个重要指标,指的是每分钟切削的深度,一般在 100 至 200 毫米之间。在使用高速钢刀具或进行深孔加工操作的过程中,应当根据实际情况降低给进速度,一般保持在每分钟 20 毫米至 50 毫米左右。

      2.3 吃刀量的确定
   
      背吃刀量(侧吃刀量)的确定关系到加工的操作安全以及刀具与机床的使用寿命,如果吃刀量过大,就有可能产生撞刀事故,损坏刀具或机床。但是,在一定范围内选择可以承受的最大吃刀量能够减少走刀次数,提高生产效率。
  
      综上所述,使用数控机床进行铣加工,需要根据不同的工件材料、加工形状、精度要求选择不同的刀具。在进行编程过程中,应当录入合理的切削量,在保证加工质量和效率的前提下尽量提高刀具的使用寿命,达到获取最佳生产经营效益的目的。
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