加工中心数控刀具的选择特点及方法

 
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，它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，使得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，使得设计、工艺规划及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。
现在，很多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关题目，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程员只要设置了有关的参数，就可以自动产生NC程序并传输至数控机床完成加工。
因此，数控加工中的刀具选择和切削用量的确定，是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时，也要求编程员必须把握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。
本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定题目进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该留意的题目进行了讨论。
1.数控加工常用刀具的种类及特点
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，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联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，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
从切削工艺上可分为：（1）车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；（2）钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；（3）镗削刀具；（4）铣削刀具等。
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，在数目上达到整个数控刀具的30%-40%，金属切除量占总数的80-90%。
数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有很多不同的要求，主要有以下特点：
（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，以利于编程和刀具治理。
2.数控加工刀具的选择
刀具的选择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、切削用量以及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。在满足加工要求的条件下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。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，因此，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条件下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。
另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起留意的是，在大多数情况下，选择好的刀具固然增加了刀具本钱，但由此带来的加工质量和加工效率的进步，则可以使整个加工本钱大大降低。
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、正确地装到机床主轴或刀库上往。编程员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，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）尽量减少刀具数目；
（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；
（4）先铣后钻；
（5）先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工。
在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。