數(shù)控加工刀具的選擇

    在編制程序時(shí)，正確地選擇數(shù)控刀具是很重要的。對數(shù)控刀具總的要求是安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐用度好，在此基礎(chǔ)上綜合考慮工件材料的切削性能，機(jī)床的加工能力，數(shù)控加工工序的類型，切削用量以及與機(jī)床和數(shù)控裝置工作范圍有關(guān)的諸多因素。

1．影響數(shù)控刀具選擇的因素

在選擇刀具的類型和規(guī)格時(shí)，主要考慮以下因素的影響：

（1）生產(chǎn)性質(zhì)

    在這里生產(chǎn)性質(zhì)指的是零件的批量大小，主要從加工成本上考慮對刀具選擇的影響。例如在大量生產(chǎn)時(shí)采用特殊刀具，可能是合算的，而在單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選擇標(biāo)準(zhǔn)刀具更適合一些。

（2）機(jī)床類型

    完成該工序所用的數(shù)控機(jī)床對選擇的刀具類型（鉆、車刀或銑刀）的影響。在能夠保證工件系統(tǒng)和刀具系統(tǒng)剛性好的條件下，允許采用高生產(chǎn)率的刀具，例如高速切削車刀和大進(jìn)給量車刀。

（3）數(shù)控加工方案

    不同的數(shù)控加工方案可以采用不同類型的刀具。例如孔的加工可以用鉆及擴(kuò)孔鉆，也可用鉆和鏜刀來進(jìn)行加工。

（4）工件的尺寸及外形

    工件的尺寸及外形也影響刀具類型和規(guī)格的選擇，例如特型表面要采用特殊的刀具來加工。

（5）加工表面粗糙度

    加工表面粗糙度影響刀具的結(jié)構(gòu)形狀和切削用量，例如毛坯粗銑加工時(shí)，可采用粗齒銑刀，精銑時(shí)最好用細(xì)齒銑刀。

（6）加工精度

    加工精度影響精加工刀具的類型和結(jié)構(gòu)形狀，例如孔的最后加工依據(jù)孔的精度可用鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀或鏜刀來加工。

（7）工件材料

    工件材料將決定刀具材料和切削部分幾何參數(shù)的選擇，刀具材料與工件的加工精度、材料硬度等有關(guān)。

2．?dāng)?shù)控刀具的性能要求

    由于數(shù)控機(jī)床具有加工精度高、加工效率高、加工工序集中和零件裝夾次數(shù)少的特點(diǎn)，對所使用的數(shù)控刀具提出了更高的要求。從刀具性能上講，數(shù)控刀具應(yīng)高于普通機(jī)床所使用的刀具。

    選擇數(shù)控刀具時(shí)，首先要應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)刀具，必要時(shí)才可選用各種高效率的復(fù)合刀具及特殊的專用刀具。在選擇標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控刀具時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，盡可能選用各種先進(jìn)刀具，如可轉(zhuǎn)位刀具、整體硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具等。

    在選擇數(shù)控機(jī)床加工刀具時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾方面的問題：

（1）數(shù)控刀具的類型、規(guī)格和精度等級應(yīng)能夠滿足加工要求，刀具材料應(yīng)與工件材料相適應(yīng)。

（2）切削性能好。為適應(yīng)刀具在粗加工或?qū)﹄y加工材料的工件加工時(shí)能采用大的背吃刀量和高進(jìn)給量，刀具應(yīng)具有能夠承受高速切削和強(qiáng)力切削的性能。同時(shí)，同一批刀具在切削性能和刀具壽命方面一定要穩(wěn)定，以便實(shí)現(xiàn)按刀具使用壽命換刀或由數(shù)控系統(tǒng)對刀具壽命進(jìn)行管理。

（3）精度高。為適應(yīng)數(shù)控加工的高精度和自動換刀等要求，刀具必須具有較高的精度，如有的整體式立銑刀的徑向尺寸精度高達(dá)0.005mm。

（4）可靠性高。要保證數(shù)控加工中不會發(fā)生刀具意外損傷及潛在缺陷而影響到加工的順利進(jìn)行，要求刀具及與之組合的附件必須具有很好的可靠性及較強(qiáng)的適應(yīng)性。

（5）耐用度高。數(shù)控加工的刀具，不論在粗加工或精加工中，都應(yīng)具有比普通機(jī)床加工所用刀具更高的耐用度，以盡量減少更換或修磨刀具及對刀的次數(shù)，從而提高數(shù)控機(jī)床的加工效率和保證加工質(zhì)量。

（6）斷屑及排屑性能好。數(shù)控加工中，斷屑和排屑不像普通機(jī)床加工那樣能及時(shí)由人工處理，切屑易纏繞在刀具和工件上，會損壞刀具和劃傷工件已加工表面，甚至?xí)�發(fā)生傷人和設(shè)備事故，影響加工質(zhì)量和機(jī)床的安全運(yùn)行，所以要求刀具具有較好的斷屑和排屑性能。

3．刀具的選擇方法

    刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容之一，不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響零件的加工質(zhì)量。由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通機(jī)床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，對數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、強(qiáng)度大、剛性好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。這就要求刀具的結(jié)構(gòu)合理、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。數(shù)控刀具是提高加工效率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態(tài)、夾具和機(jī)床選用刀具的剛性。應(yīng)考慮以下方面：

（1）根據(jù)零件材料的切削性能選擇刀具。如車或銑高強(qiáng)度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議選擇耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

（2）根據(jù)零件的加工階段選擇刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應(yīng)選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時(shí)選用精加工淘汰下來的刀具，因?yàn)榫�加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續(xù)使用會影響精加工的加工質(zhì)量，但對粗加工的影響較小。

（3）根據(jù)加工區(qū)域的特點(diǎn)選擇刀具和幾何參數(shù)。在零件結(jié)構(gòu)允許的情況下應(yīng)選用大直徑、長徑比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應(yīng)有足夠的向心角，以減少刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟材料零件時(shí)應(yīng)選擇前角稍大一些的立銑刀，齒數(shù)也不要超過4齒。    

    選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

    在進(jìn)行自由曲面加工時(shí)，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般很小，故球頭銑刀適用于曲面的精加工。而端銑刀無論是在表面加工質(zhì)量上還是在加工效率上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于球頭銑刀，因此，在確保零件加工不過切的前提下，粗加工和半精加工曲面時(shí)，盡量選擇端銑刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個(gè)加工成本大大降低。

    在加工中心上，所有刀具全都預(yù)先裝在刀庫里，通過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進(jìn)行相應(yīng)的換刀動作。必須選用適合機(jī)床刀具系統(tǒng)規(guī)格的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便數(shù)控加工用刀具能夠迅速、準(zhǔn)確地安裝到機(jī)床主軸上或返回刀庫。編程人員應(yīng)能夠了解機(jī)床所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍等方面的內(nèi)容，以保證在編程時(shí)確定刀具的徑向和軸向尺寸，合理安排刀具的排列順序。