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【刀具选购】数控加工刀具和切削用量的选择探讨

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  摘要:数控机床加工生产中,在加工工艺确定的情况下,加工刀具和切削用量的合理选择是数控加工生产

的重要环节,是保证数控加工生产效率和表面加工质量的重要保证。合理选择切削用量是切削刀具充分发挥性

能的保障,合理选择切削刀具是切削用量最有效的保证,只有将两者有机地结合起来,才能充分发挥数控机床

的加工效率和加工质量。


  关键词:数控加工;切削刀具;切削用量;数控机床;加工工艺


  刀具是机床实现切削加工的直接执行者,刀具的选择和切削用量的选择合理与否,不仅影响到被加工零件

的质量,甚至可以决定机床功效的发挥和安全生产的顺利进行。所以,在编加工程序时,要选择合理的刀具和

切削用量,不但可以有效提高切削效率和加工质量,还可降低成本以获得较高的经济效益。


  1. 加工用刀具的基本特征


  为了适应数控机床加工精度、加工效率、加工工序集中及零件装夹次数少等要求,数控机床对所用的刀具

有许多性能的要求,加工用刀具及刀具系统有以下特点:(1)刀片和刀柄高度的通用化、规则化、系统化;

(2)刀片和刀具参数及切削参数的规范化、典型化;(3)刀片或刀具材料及切削参数与被加工工件材料相匹配;(4)刀

片或刀具的使用寿命长,加工刚性好;(5)刀片及刀柄的定位精度高,刀柄对机床主轴的相对位置要求较高;(6)刀

柄须有较高的强度、刚度和耐磨性,刀柄及刀具系统的重量不能超标;(7)刀柄的转位、重装和重复定位精度要求

高。


  2. 加工用刀具材料


  2.1 常用刀具材料


  常用数控刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等,其中高速钢、硬

质合金、涂层硬质合金在数控加工中的应用最广泛。


  2.2 刀具性能的比较


  在常用的刀具中,高速钢、涂层高速钢的韧性很好,涂层硬质合金的硬度较高,硬质合金刀具层中,陶瓷

刀具、立方氮化硼、金刚石刀具的硬度更高。除特殊材料外,一般不用这几种材料的刀具(由于其硬度较高刃磨

难度大,而成型刀具切削刃不易锋利,容易崩刃,通常用于较硬的材料加工)。


  2.3 刀具种类


  数控加工常用刀具种类较多,根据刀具用途,可分为轮廓类加工刀具和孔类加工刀具等。


  2.3.1 轮廓类加工刀具。


  第1,面铣刀。刀片和刀齿与刀体的安装方式有整体焊接式,机夹焊接式和可转位式三种,运用较多的是

可转位式。当刀片切削刃磨钝或报废时,可直接在机床上转位或者更换刀片,从而大大提高加工效率和产品质

量,根据不同的工件外形不同的机床性能,选择适当直径大小的刀具型号使用方便快捷。面铣刀直径一般为

40——400mm。


  第2,立铣刀。立铣刀是数控机床运用的较广泛的一种刀具,有整体式和镶刀片式两种。一般直径在

Φ20mm以下用整体式。直径在Φ20mm以上多用于镶齿式,还有刀尖圆弧式铣刀,多用于模具加工,适用于曲

面的大量加工,现在的硬质合金立铣刀也可取代键槽铣刀作垂直进给。


  第3,球头刀。圆柱形球头铣刀,主要用于模具加工,精加工使用,也有成形和镶齿两种。主要用于曲面

加工,其加工表面质量较高,球头刀中间切削速度为零。球头刀具不适用于平面铣削。


  2.3.2 孔类加工刀具。


  第1,钻头。加工常用钻头有定心钻、标准麻花钻。刀具材料有高速钢、硬质合金和涂层硬质合金等。


  第2,铰刀。有标准高速钢铰刀、焊接硬质合金刀(一般用于定做尺寸,深孔铰刀)、浮动铰刀。


  第3,镗刀。镗刀分为粗镗刀、精镗刀、浮动镗刀等。精镗刀采用螺丝调节式,每格精度不同,有0.002mm

每格直径,也有0.01mm每格直径方向等。


  2.3.3 一些特殊加工刀具。如T形刀具,开槽和切断用锯片刀具,燕尾槽成型刀具等,使用频率较低。


  3. 加工刀具选择原则


  应根据机床的加工能力、加工材料的性能、加工工序、切削用量以及其他因素合理地选择刀具。刀具选择

的总原则是:刀具选用最重要的一点就是看性价比,在机床确定的条件下,首先考虑加工工件材料的切削性能,

参照加工材料的性能选用价格较低的刀具,提高效益,降低成本,同时也要安装调整方便,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,以提高刀具加工刚性。


  在选取刀具时,要使刀具的直径与加工工件的去除量相适应,平面周边轮廓的铣削,用立铣刀;铣削平面用

硬质合金盘铣刀;加工凹凸台时使用高速钢立铣刀;加工毛坯面或孔粗加工时,选用镶齿硬质合金玉米铣刀;立体

型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。


  有时候刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须注意的是,在有些情况下,选择价格较高的好刀具,

但是好的刀具带来加工效率和加工质量的提高,则可以使整个加工成本大大降低。


  4. 切削用量选择


  在数控加工中,切削用量的选用是最为关键的环节,它直接影响加工效率和加工质量的提高。合理地选择

切削用量需要理论和实践相结合,在实践中不断摸索实验,才能更好地总结、归纳出比较合适的切削用量。


  切削用量主要包括背吃刀量和侧吃刀量、进给速度和切削速度。从刀具的耐用度考虑,切削用量的选择方

法是先选背吃刀量,其次是进给速度,然后确定切削速度。下面就笔者在平时的工作中遇到的加工参数进行分

析:


  第1,在机床型号为DMC635V的机床,加工厚度为20mm,材料为12Cr2Mo的工件上钻Φ1.2mm的通孔。

刀具选择:Φ1.2mm的高速钢钻头,注意钻头切削刃是否均匀对称。


  背吃刀量:每钻深0.5mm提刀排屑法。


  进给速度:Vf=5mm/min。


  切削速度:n=5000mm/min。


  实现加工工艺要求,顺利完成加工任务。


  第2,在VMC1250型号机床上,加工材料为5CrNiMo热锻模具,调质硬度为500HBW的狭长槽,深度为

170mm的工件精加工,加工余量为单边0.1——0.15mm。刀具选择:Φ20mmR5的牛鼻刀,刀具长度为250mm

镶齿硬质合金刀。


  背吃刀量:0.1mm


  进给速度:Vf=1800mm。


  切削速度:n=3000mm/min,采用顺铣的加工方法。


  程序开头加G64连续加工指令,顺利完成加工生产任务,并保证较好的加工光洁度,得到用户的肯定。


  第3,在VMC1250型号机床在685钢板调质硬度在460HBW,厚度8mm的钢板上钻672个Φ10的阵列通孔,

考虑加工成本核算和加工效率。


  方案1:刀具选择:Φ10mm优质高速钢钻头,每支46元。


  背吃刀量:一次钻通。


  进给速度:Vf=10mm/min。


  切削速度:n=180r/min。


  钻头在刃磨较好的情况下,一次最多钻20多个孔。方案2:刀具选择:Φ10mm硬质合金钻头,每支360元。


  背吃刀量:一次钻通。


  进给速度:Vf=30mm/min。


  切削速度:n=600r/min。


  钻头一次最多钻500左右个孔。


  方案3:刀具选择:Φ10mm硬质合金涂层钻头,每支630元。


  背吃刀量:一次钻通。


  进给速度:Vf=90mm/min。


  切削速度:n=1200r/min。


  钻头一次最多钻约2000个孔。这也充分地说明,使用价格高的好刀具,不一定就提高加工成本,效率的提

高和数量的增加,恰恰是效益的增加。


  5. 结语


  随着数控加工机床的发展,加工工艺要求的不断提高,数控加工的方法也更加多样化,从简单的手工编程

到复杂的曲面软件编程,同时对切削刀具的要求也更加精确、多样。在某些加工环节,实现了加工工艺的要求

就是任务完成,而有些加工生产任务,是讲质量、讲效益、讲效率。

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