CNC数控刀具在自动化生产的重要作用

CNC数控刀具在自动化生产的重要作用

黄永东

上海镭晨精密机械机械技术服务有限公司201400

摘要：刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，其不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使设计、工艺规划与编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。

关键词：CNC数控刀具；自动化生产；重要作用

引言：近年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进数控刀具结构基础科研及新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床所用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱。现将有关数控刀具知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域就其精要，在此简要分析，以便利用先进刀具技术为加工服务。

一、数控刀具的分类

1.1根据数控刀具制作材料分类

就数控刀具制作材料而言，其可被简单划分为高速钢刀具及硬质合金刀具、金刚石刀具三大类。通常情况下，高速钢属型坯材料，相对硬质合金，高速钢的韧性更好，而其耐磨性、硬度及红硬性更差，因此高速钢刀具不适合用于高速切削及高硬度材料切削。相对于高速钢刀具及金刚石刀具，硬质合金刀具的切削性能更高，其在数控车削领域得到广泛应用。硬质合金刀片已出现标准规格系列产品，其具体切削性能及技术参数主要为其生产厂家提供。金刚石类刀具在难加工、高强度、高硬度、有色金属切削加工行业的应用较为普遍。

1.2根据数控刀具结构分类

就数控刀具结构而言，其可被简单划分为整体式、镶嵌式及减振式三大类。就镶嵌式数控刀具而言，其可被划分为机夹式及焊接式两类。就机夹式数控刀具刀体结构而言，其又可被划分为不转位及可转位两类。减振式数控刀具的适用情况：若刀具工作臂长，直径比值过大，则往往使用减振式数控刀具以减少刀具振动，提高数控产品加工精度。

1.3根据切削工序分类

就切削工序而言，数控车削刀具分为内孔、外圆、内螺纹、外螺纹及切槽、切端面环槽、切端面、切断等。数控车床机夹可转位刀具一般属标准规格，机夹可转位刀具的刀体及刀片均属标准规格，刀片材料以涂层硬质合金、硬质合金及高速钢为主。数控车床机夹可转位刀具类型以外圆刀具、内圆刀具、外螺纹刀具、内螺纹刀具、孔加工刀具（包括镗刀、中心孔钻头、丝锥等）切断刀具为主。机夹可转位刀具加固不重磨刀片常用结构有螺钉、杠销、螺钉压板、楔块等。就切削方式而言，数控车床所用刀具可分为圆表面切削刀具、中心孔类刀具、端面切削刀具。

二、数控加工刀具的特点

2.1刀具或刀片便于切削控制

由于数控机床上各个设备中有很多刀具，有很大的切削量，所以在对塑性金属进行切削时，一定要控制切屑没有缠绕在刀具上，及在工件和工艺装备上，要控制好切屑不乱溅，确保操作人员的安全，使零件的定位与输送，以及切削液喷注不受到影响，已加工的表面不被划坏，因此要使用断屑块（或卷屑槽）的刀具，或使用振动切削（或间隙切削）措施，使断削效果得到提高。

2.2刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性

当前在生产上一般使用刀具耐用度来测定刀具的质量。但切削一批一样的零时，在刀具的材料及工件材质上不可能完全一样，且存在一些不可以完全控制的因素，如刃磨质量，因此，即使在一样的环境下，刀具的耐用度还会随机的发生改变。在数控上，除了要有刀具耐用度的平均值指标外，还要有刀具的可靠指标Tp。一般是规定可靠度P≥0.9。

2.3刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化

刀具应具有较高的精度，包括刀具形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄转位及拆装的重复精度。刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。

2.4刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化

刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化，使刀具应能快速或自动更换，并需有控制和调整尺寸的功能或具有刀具磨损的自动补偿装置，以减少换刀调整的停机时间。

三、数控加工刀具的选用

刀具的选用是在数控编程的人机交互状态下进行的，应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量和其它相关因素正确选用刀具及刀柄。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。

选取刀具时，要使刀具尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。在生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法与调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括16种不同用途的刀柄。

在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具也应分开使用；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率。

结束语：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，我们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。

参考文献

[1]关芳芳，汪木兰，袁勤等.数控机床和金属切削原理与刀具课程内容整合与教学改革[J].中国现代教育装备，2010，（13）：15-17.

[2]赵晖，闫献国，陈峙等.基于工件加工工艺特征的数控刀具选配系统[J].组合机床与自动化加工技术，2010，（4）：100-102、105.