机械数控铣加工过程刀具使用优化探讨

2021-12-08王雪薛影白新宁

河北农机 2021年12期

王雪薛影白新宁

1、黄河交通学院 2、焦作市数控铣床设备工程技术研究中心

引言

随着技术水平的发展，机械行业变得越来越机械化、自动化、智能化，其发展进步也推动了我国工业的发展。数控铣加工采用机械加工技术，生产更加标准化、模块化，逐渐发展成为一种精密加工技术，不但解放了劳动生产力，而且推动了社会的发展和进步，发挥出了巨大的作用。数控加工刀具的设计与使用作为数控加工中的重点，影响着加工的质量，也对生产效率有重要的影响，所以在设计使用刀具时，确保刀具的质量，以此来提高加工的零件质量，提高生产速度。下文将立足于实际，结合实践经验，对机械数控铣加工过程中的刀具使用进行优化分析。

1 数控铣加工

1.1 数控铣加工简述

数控铣削就是利用数控铣床来加工工件，它具有自动化程度高、操作安全性高、加工效果显著等特点。数控铣床分为有刀库和无刀库两种类型，而其中有刀库又被叫作“加工中心”。在计算机技术、人工智能技术、自动化技术、精密测量这些先进技术的指导下，经过数控中心的精确计算以及对机床运行轨迹的准确控制，数控铣床就可以快速地对精度高，结构复杂的零件进行加工。在实操时，加工人员要先在编程界面选择好刀具，设置好加工的各个参数，如尺寸、用量等，同时还要确定好加工的流程和步骤，随后加工中心会自动生成程序代码，而机床会根据其设计好的程序进行零件加工。

1.2 数控铣加工所具有的特点

传统的数铣削与现代的数控铣加工相比较，数控铣加工对零件加工的包容性更大，可以应用于各式各样的零件加工，尤其是在加工复杂的，多样形状的零件方面，比传统铣削的适应能力更强；数控铣由于自身的先进性，可以在装夹定位后进行多道后续工序，简化了工序流程，提高了加工效率；数控铣擅于加工含有复杂曲线以及三维曲面的零件，相较于传统铣削无法精确计算出数值，更不能控制好加工的实施，数控铣的计算机技术显然方便快捷，加之控制中心的自动化进程，使得加工也更为精确。精度高、效率高、自动化是数控铣的三大特点，也更符合当前社会发展的趋势。

2 数控铣加工刀具的选择和优化

2.1 刀具种类

数控铣削加工一般多用于加工形状复杂，结构曲折的零件，对精度的要求很高，所以使用的刀具类型也各有不同。在当前工业化的发展状况下，数控机床不仅可以满足现代化社会需求，还可以表现为高效率、自动化、智能化的机械工程，加工刀具也随之更加标准化、通用化。加工刀具主要分为三大类，分别是切削刀具、孔加刀具和其他刀具。其实按照不同的分类方法，刀具可分为很多种，例如，按照材料来划分，可分为高速钢、硬质合金型、钻石型和其他材料型；按刀具结构可划分为三种，分别为整体型、特殊型和镶嵌型；按照刀具用途来划分，可分为加工平面用铣刀、加工沟槽用铣刀和加工成形面铣刀。在实际操作中要注意零件材料、形状、性质、加工方式所造成的影响，选择好刀具，保证其不影响最终加工的质量。

2.2 切削刀具的选择

铣刀是数控铣加工中用来对零件曲面进行加工的工具。在使用铣刀的加工过程中，要注意精准把控切削精度，保证加工零件轮廓符合要求和标准水平，进而提升零件加工的质量和品质，更为重要的一点是，要合理选择刀具。在进行粗加工时，最好选用双刃型铣刀；在进行细加工时，最好选用四刃型铣刀；圆盘型铣刀可作为加工有工件表面质量要求、表面积较大的零件工具；最后，通用型铣刀一般是用来加工有台阶面的零件。不同刀具有不同的选择方法，只有选择好刀具，才能有事半功倍的效果。

2.3 孔加工刀具的选择

孔加工工具就是用来保证数控铣加工中的孔型加工过程顺利完成。关于选择孔加工工具，有以下五项基本原则：一是在对零件整体进行控制加工时，最好是取消其对应的转型配置；二是必须结合加工条件和钻头刚性这两方面内容对孔加工工具进行合理的选择；三是要确认中心孔的位置，保证加工前钻孔的正确性和准确性；四是为了满足铰链的需求，要注意提前做好倒角，用浮动式工具对其进行处理，保证其符合标准要求;五是对镗孔进行处理时，既要保证加工的质量不受影响，又要注意减少平衡性震动，最终根据实际情况来选择刀头对称的镗刀。

2.4 铣刀加工优化分析

在选择加工路径时，要注意零件的加工精度和粗糙度必须在标准值范围内，走刀路线尽量不要重复，也不要空刀，做到节能低耗并且提高工作的效率。要采用圆弧来作为零件斜面相邻的两行切刀路间的过渡阶段，保证其顺畅并且光滑，可以顺利转移进入下一个加工的路线，这样一来就避免了急转对刀具造成的损伤，减慢了刀具的磨损，保证了工件加工的质量。在加工斜面高度相同的情况下，也可以采用这样的方法来过渡。对于内斜面的加工，要注意下刀时要采用螺旋进刀的方式，不可垂直下刀。这是因为垂直下刀时，速度会降低，只有提高切削力才能达到原本切削的完成量，这样会加快刀具的损耗，还会使得加工工件表面的粗糙度变大，不符合标准，而螺旋进刀则能很好地解决这个问题。同时，必须设置合适的螺旋直径范围，系统会根据实际情况对螺旋直径小于设置范围时，降低直径再下刀。

3 数控铣加工切削用量的设计

3.1 设计切削速度

切削速度作为切削用量设计的核心，对切削质量的影响极大，因此要重视对切削速度的设计。就理论和实际来讲，关于切削速度的设计有三个要注意的方面：第一，要考虑到总齿数对铣削的影响，选择合适的齿数；第二，吃刀量；第三，侧面吃刀量要符合标准。三者缺一不可，因此在设计切削速度时，必须根据这三个条件进行综合考虑，使三者关系保持一定的平衡稳定性，保证设计出的切削速度最佳。据有关资料显示，铣削加工中的总齿数越多，其吃刀量和侧面吃刀量越大，刀具越不耐用、耐磨，这是因为总齿数增加时，刀具负载会变大，切削热会增加，进而导致刀具磨损变大。所以要通过改善切削的散热来减小刀具的磨损，进而提高切削的速度。

3.2 设计切削深度

要提高切削的质量，必须保证数控机床和加工零件的配合程度高，而切削深度的设计就是为了解决这一问题。在设计切削深度时，也要注意以下几点：第一，切削深度的增加可以降低切削次数，对于粗加工来讲是一种常用的提高加工速度的方法，可以有效提高工作的效率，但必须牢记，切削深度和刀具有着紧密的联系，必须同时考虑，以保证其可以切割；第二，要检查好刀刃和机床金属部位，确保二者不会直接接触，且刀口朝里；第三，刀具的刚度对切削深度也有影响，在设计时，应该综合考虑好这两方面，调整切削深度到合适的位置，可以有效地减少刀具的损耗。综上所述，在设计时，要根据刀具材料与性能、被加工材料性能与形状以及机床类型等方面对其进行调整。

3.3 设计进给量

给进量作为数控机床加工中的一个重要参数，影响着加工零件的精度、形状以及质量。在设计给进量时，要从三方面进行考虑，即工件材料、加工精度和表面粗糙度，同时还要注意一点，就是刀具的质量。在设计时，要注意对需要进行曲面加工的工件，要根据曲面角度和形状两方面做出给进量的调整，保证其在加工时加工充分却不会多余，规避了惯性和变形对其带来的影响；保证进给度的选择范围在100~200mm/min 之间；对粗糙度有要求的工件，应适当减少给进量，一般情况下在20~50mm/min 之间。

3.4 设计背吃刀量及侧吃刀量

除了给进量，另外还要有吃刀量和侧吃刀量这两种参数，其设计也影响着切削加工的进程。首先，对于背吃刀量的设计来讲，机床的刚度、刀具的刚度以及被加工零件的刚度都是其需要考虑到的方面，在常见的情况下，背吃刀量要和加工余量相符合，但同时也要保证加工质量不受影响，这样可以使得走刀次数减少，进而减少刀具的磨损，加快工作进程。其次，由于工件表面粗糙度的要求，加工会有以下三个流程，分别为粗铣、半精铣、精铣，这三个阶段是非常重要的，缺一不可。一般来讲，如果选择粗铣和圆周铣，则其背吃刀和侧吃刀的数量均在1.5~2mm 范围内，如果选择半精铣，则其背吃刀量应该设计在0.5~1mm 范围内，最后，要是选择精铣，则其背吃刀量一般在0.2~0.5mm 之间。