数控加工中刀具的选择

数控加工中刀具的选择（精选十篇）

数控加工中刀具的选择 篇1

刀具按工件加工表面的形式可分为五类:

加工各种外表面的刀具, 包括车刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等。

孔加工刀具, 包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等。

螺纹加工刀具, 包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀、铣刀等;

齿轮加工刀具, 包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等。

切断刀具, 包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。

此外, 还有组合刀具。

按切削运动方式和相应的刀刃形状, 刀具又可分为三类:

通用刀具, 如车刀、刨刀、铣刀、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等;

成形刀具, 这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状, 如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等;

二、刀具的结构

各种刀具由装夹部分和工作部分组成。

刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上, 借助轴向键或端面键传递扭转力矩, 如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。

刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分, 包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分, 如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等;有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分, 如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑, 校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。

刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角, 可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形, 减小切屑流经前面的摩擦阻力, 从而减小切削力和切削热。但增大前角, 同时会降低切削刃的强度, 减小刀头的散热体积。

三、刀具的材料

制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性, 必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性, 良好的工艺性 (切削加工、锻造和热处理等) , 并不易变形。通常当材料硬度高时, 耐磨性也高;抗弯强度高时, 冲击韧性也高。但材料硬度越高, 其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性, 以及良好的可加工性, 现代仍是应用最广的刀具材料, 其次是硬质合金。

硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具, 也可用于高速钢刀具。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁, 使刀具在切削时的磨损速度减慢, 涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1~3倍以上。

由于在高温、高压、高速下, 和在腐蚀性流体介质中工作的零件, 其应用的难加工材料越来越多, 切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况, 刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料;进一步发展刀具的气相沉积涂层技术, 在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层, 更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾;进一步发展可转位刀具的结构;提高刀具的制造精度, 减小产品质量的差别, 并使刀具的使用实现最佳化。

刀具材料大致分如下几类:高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金刚石。

四、刀具的涂层技术

对刀具进行涂层是机械加工行业前进道路上的一大变革, 它是在刀具韧性较高的基体上涂覆一层、二层乃至多层具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层 (如Ti N、Ti C等) , 使刀具具有全面、良好的综合性能。在工业生产中, 使用涂层刀具可以提高加工效率、加工精度、延长寿命、降低成本。

近30余年来, 刀具涂层技术迅速发展, 涂层刀具得到了广泛应用。现在, 涂层高速钢刀具和涂层硬质合金刀具已占全部刀具使用总量的50%以上。在西欧, 由于资源匮乏和机械加工的高效化, 以及数控技术进步及难加工材料增多, 涂层刀具正以惊人的发展速度被动式向前挺进。西方工业发达国家使用的涂层刀具占可转位刀片的比例已由1978年的26%上升到2005年的90%, 新型的数控机床所用的刀具中80%左右是涂层刀具。

涂层刀具有以下优点:

由于表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性, 且耐高温。故与未涂层的刀具相比, 涂层刀具允许采用较高的切削速度, 从而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下, 提高刀具寿命。

由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小, 故涂层刀具的切削力小于未涂层的刀具。用涂层刀具加工, 零件的已加工表面质量较好。由于涂层刀具的综合性能良好, 故涂层硬质合金刀片有较好的通用性, 一种涂层硬质合金牌号的刀片具有较宽的使用范围。

五、下面就我在加工镍基高温合金零件过程中遇到的问题进行简要分析

材料:镍高温合金具有热稳定性好、高温强度和硬度高、耐腐蚀、抗磨损等特点, 是典型的难加工材料。

问题: (1) 由于镍基高温合金质地坚硬, 如果选刀不当, 极易造成加工表面产生硬质层。 (2) 镍基高温合金多应用在航空发动机涡轮盘上, 是发动机的关键部件, 形状复杂, 约束了刀具的选择。

解决: (1) 选用刀具前一定先考虑刀具的属性, 如焊接刀选用YD15以上的, 机夹刀片的涂层是否适合高温合金。并在加工过程中注意切削声音及碎屑, 掌握刀具使用寿命, 及时更换刀片。 (2) 在加工复杂型腔时, 最好选用焊接刀去除余量, 因为焊接刀的制造及硬度决定了, 如果受力过大发生打刀现象, 刀体不会将零件严重磕伤, 从而节约了专用刀具以及零件成本。

镍基高温合金在应力、温度和恶劣的工作条件下容易产生疲劳失效, 因此涡轮盘材料及制造技术是研制高性能航空发动机的关键。选择好一把好刀非常关键, 更关键的是选用的加工参数及方法。

摘要：快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多, 数量庞大, 往往令人眼花缭乱。现将有关数控刀具科普性知识和数控刀具材料、结构、应用等进行分类, 并结合零件车加工过程中遇到的问题进行简要分析。

关键词：数控,刀具,问题分析

参考文献

数控加工中刀具的选择 篇2

一、铝合金：

1、易切削铝合金

该材料在航空航天工业应用较多，适用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在～4000m/min，进给量在3～12m/min，刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°，

2、铸铝合金

铸铝合金根据其Si含量的不同，选用的刀具也不同，对Si含量小于12%的铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12%时，可采用 PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%～18%的过硅铝合金，最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可在1100m/min，进给量为0.125mm/r。

二、铸铁：

对铸件，切削速度大于350m/min时，称为高速加工，切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度在510～2000m/min时，可选用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000～4500m/min时，可使用CBN刀具。

铸件的金相组织对高速切削刀具的选用有一定影响，加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/min时，可使用CBN或Si3N4，当以铁素体为主时，由于扩散磨损的原因，使刀具磨损严重，不宜使用CBN，而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co，晶粒尺寸平均为3μm，CBN含量大于 90%～95%的BZN6000在V=700m/min时，宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均为10μm、 CBN含量为90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光体含量的灰铸铁时，在切削速度小于1100m/min时，随切削速度的增加，刀具寿命也增加。

普通钢

切削速度对钢的表面质量有较大的影响，根据德国Darmstadt大学PTW所的研究，其最佳切削速度为500～800m/min。

目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具材料。其中涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产的 TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产的涂层刀具要好，因为前者可很好地保持刃口形状，使加工零件获得较高的精度和表面质量。

金属陶瓷刀具占日本刀具市场的30%，以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好，但抗弯强度及导热性差，适于切削速度在 400～800m/min的小进给量、小切深的精加工;Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来，Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷的韧性，其加工钢或铸铁的切深可达2～3mm，

CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织的轴承钢或淬硬钢。

三、高硬度钢：

高硬度钢(HRC40～70)的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。

金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN的金属陶瓷，其硬度和断裂韧性与硬质合金大致相当，而导热系数不到硬质合金的1/10，并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。另外其高温下机械性能好，与钢的亲和力小，适合于中高速(在200m/min左右)的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。

采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63的工件材料，如进行工件淬火后再切削，实现“以切代磨”。切削淬火硬度达HRC48～58的45钢时，切削速度可取150～180m/min，进给量在0.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1μm，TiC含量在20%～30%的Al2O3-TiC 陶瓷刀具，在切削速度为100m/min左右时，可用于加工具有较高抗剥落性能的高硬度钢。

当切削速度高于1000m/min时，PCBN是最佳刀具材料，CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢(如HRC55的H13工具钢)。

四、高温镍基合金：

Inconel718镍基合金是典型的难加工材料，具有较高的高温强度、动态剪切强度，热扩散系数较小，切削时易产生加工硬化，这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时，主要使用陶瓷和CBN刀具。

碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在100～300m/min时可获得较长的刀具寿命，切削速度高于500m/min时，添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小，而在100～300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel718合金的加工。

加拿大学者M.A.Elbestawi认为，SiC晶须增强陶瓷加工Inconel718的最佳切削条件为：切削速度700m/min，切深为1～2mm，进给量为0.1～0.18mm/z。

氮氧化硅铝(Sialon)陶瓷韧性很高，适合于切削过固溶处理的Inconel718(HRC45)合金，Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金。

五、钛合金：(Ti6Al6V2Sn)

钛合金强度、冲击韧性大，硬度稍低于Inconel718，但其加工硬化非常严重，故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严重的现象。日本学者 T.Kitagawa等经过大量实验得出，用直径?10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀(螺旋角为30°)高速铣削钛合金，可达到满意的刀具寿命，切削速度可高达628m/min，每齿进给量可取0.06～0.12mm/z，连续高速车削钛合金的切削速度不宜超过200m/min。

六、复合材料：

数控加工中刀具的选择 篇3

关键词：机械加工；材料选择；刀具选择

引言

在现代机械加工方面，加工材料及刀具类型材质的选择很大程度上是决定产品质量和生产效率的关键因素，因此根据生产效率、生产成本、经济效益的综合需求，选择合理的加工材料及加工刀具是机械加工生产中很重要的一个环节。

1.相关概念简析

1.1 机械加工的定义

通过一种机械设备对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。其中广义上的机械加工就是指能用机械手段制造产品的过程；而狭义上的机械加工则是用车床（c）、铣床（x）、钻床（z）、磨床（m）、冲压机、压铸机等专用机械设备制作零件的过程。

1.2 机械加工的类型

灯丝电源绕组、激光切割、重型加工、金属粘结、线切割，金属拉拔、等离子切割、精密焊接、辊轧成型、金属板材弯曲成型、模锻、水喷射切割、精密焊接等。

1.3 刀具的概念

刀具是机械加工中用于切削加工的工具，又称切削工具，多为机用，少为手用。

1.4 刀具的分类

按照工件加工表面的形式：加工各种外表面的刀具、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具。

按照切削运动方式和相应的刀刃形状：通用刀具、成形刀具、展成刀具、镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀。

按加工方式和具体用途，分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等。

按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等。

按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；

按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。

1.5 零件材料的选择

原则：保证零件的使用要求及外部质量（形状质量，尺寸精度，表面质量）；内部质量（成分，组织，力学性能，物理化学性能，降低制造成本）；保证质量前提下尽量降低制造成本（材料费，小号的燃料及动力费，工资及设备费用）。

依据：零件的用途及工作条件；零件的结构、形状及外形尺寸；生产批量；生产条件（设备、人员技术及管理水平）等。

2.零件材料对刀具选择有决定性作用

2.1 材料的种类不同，力学系数及加工方式就会不同，这不尽对加工工艺有影响，而且对材料需求量及造价有影响，并在一定程度上在整个加工市场的材料标配及刀具生产。例如：一般粗加工平面槽等用冼刀或刨刀，圆柱体、半球体等回转性质的用车刀，精加工平面或内外圆用磨床；一般加工先粗到精，粗加工留一定的余量来精加工；考虑旋转直径来定转速、切削量、进给速度；加工长轴工件时 ，选择合适的刀具更为重要，必须严格选择并控制主轴转速、切削速度及切削量以提高产品加工精度，获取合格的表面质量。

2.2 制订工艺规程的步骤中很大一部分与材料及刀具相关：分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析；选择毛坯并拟订工艺路线并确定各工序的加工余量；计算工序尺寸及公差确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具；再确定切削用量及工时定额。应用中也有：车回转体零件用车床，车刀；加工平面用铣床；精加工用磨床；打孔用钻和电火花等具体相应刀具和机床。

2.3刀具选择大部分由零件的类型及加工面及精度决定。机械加工成套的加工工艺对大小型孔及其形状的简单或复杂程度没有明显的区别。但是实际工艺有细节区别：大尺寸和形状复杂的孔的加工偏移量應比标准值大一些，小零件和形状简单的工件则会小一些，且在不同轮廓的不同部位偏移量也不一样。另外工件的材质选择及热处理标准就与这些情况有很大关系，并成为影响机械加工性质的重要因素之一。操作者需要熟练掌握刀具特点及使用方法，根据加工工件的处理规律，灵活处置偏移量，在保证加工所需质量的前提下，不断提高生产率，以创造更大效益。

3.刀具性能特点对于材料选用的关键作用

3.1 由于机械加工刀具的材质、形状、技术要求及加工工艺的多样性，客观上要求工件材料具有不同的组织结构和被切削的优良性能。同时，生产可选用的材料种类很多，这使选择材料特别是毛坯也成为难点之一。

3.2 材料是根据零件所要求的形状、工艺尺寸等而选择的机械加工对象，选择合适的刀具及材料是制订合适机械加工工艺规程的基础。操作者要了解刀具切削部位的组成、集合参数、工作角度、刃部参数刀具形状、切削角度、磨损形式及原因及耐用度与切削用量的关系。老师傅称：学机械是三分技术，七分刀具。面对现代机械加工市场的众多需求：降低生产成本，减少人工费用，缩短劳动时间，降低设备耗费，提高表面质量及产量。这要求操作工对机械加工常用刀具的型号、规格、技术要求及参考应用必须熟练掌握和应用。

4.正确选择材料和刀具的整体选用原则及其重要性

材料和刀具的选择要遵循经济且环保原则。其中包括加工生产对环境的影响，对资源、能源的消耗以及对社会生产可持续性的影响；加工制造的实际水平和能力、外协的可能性思考；在节约材料和能源的同时，充分利用经济环保的新材料，精密刀具及先进加工工艺。

材料和刀具的优选在零件工艺过程的作用不可否认。为提高机械加工生产率，也可考虑粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械加工中的应用，并找到综合生产成本的最佳组合点；因机械加工工序数量、材料消耗、生产劳动量等因素在很大程度上也取决于所选的材料及刀具，故正确选择材料及刀具对机械加工具有重要意义。

随着现代机械朝着高精度、高速度和低成本等方向发展，同时机械加工面临着工期缩短、质量提高、成本降低的迫切需求，这种环境及需求迫使零件加工对材料和刀具选择提出了更高的要求，开发并利用性能优良的材料和稳定加工的刀具是必然趋势，而处理好材料和刀具的重要关系并正确选择更是机械加工不可或缺的一部分。

参考文献：

[1]王存强.《铸造模具材料选择及加工刀具参数的设定》

[2]常丽娟.《浅谈机械加工中应注意的一些问题》

[3]王小新.《试论机械设计加工需要注意的问题 》

[4]尹震飚.《面向复杂型腔工件高效数控加工的刀具优选技术研究》

[5]姚学祥，张桂香.《超硬材料刀具研究现状和趋势》

作者简介：

杨琳琳（1992.7—），女，汉族，河南省南阳市人，郑州大学机械机械工程学院。

浅谈数控加工中刀具的特点及选择 篇4

近年来,随着经济高速发展,为提高竞争力,企业自觉地应用高新技术来改造传统产业,数控机床在机械制造加工业中得到了越来越广泛的应用。其中加工中心因为功能齐全并设有刀库和自动换刀装置,而成为目前世界上产量最多,应用最广泛的数控机床之一[1]。刀具的选择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,特别是计算机与数控机床的连接,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。

现在,许多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问题,如刀具选择、加工路径规划、切削用量的确定等,编程人员只要设置了有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工[2]。

因此,数控加工中的刀具选择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,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点,以便能够正确的选择刀具。

1 数控加工刀具的特点

1.1 数控刀具的定义及应满足的要求

数控刀具是指与先进高效的数控机床相配套使用的各种刀具的总称,是数控机床不可缺少的关键配套产品,数控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、高耐用度和良好的综合切削性能取代了传统的刀具。

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。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。

1.2 数控刀具与传统(普通)机床刀具的比较

数控刀具与传统机床刀具相比,有许多不同的要求,主要特点[2,3]有:

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,以利于切削的排除;

6)系列化、标准化,以利于编程和刀具管理;

7)刀具有很高的切削效率;

8)数控刀具有高的精度和重复定位精度;

9)应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。

2 数控加工刀具的选择及应考虑的因素

2.1 数控加工刀具的选择

正确选择数控刀具可提高数控工作效率,保证数控刀具资源的合理配置,既可以避免因个别刀具闲置造成的资源浪费,又可以避免对个别刀具的频繁借用,造成精度无法保证以及生产上的相互牵制。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。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。

选择刀具时,要使用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时,常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘行铣刀。

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,故球头刀具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。另外,刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,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[2]。

2.2 选择刀具应考虑的因素

在选择刀具的类型和规格时,主要考虑以下因素的影响:

1)生产性质;2)机床类型;3)数控加工方案;4)工件的尺寸及外形;5)加工表面粗糙度;6)加工精度;7)工件材料。

在选择数控机床加工刀具时,还应考虑以下几方面的问题:

1)数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求,刀具材料应与工件材料相适应;2)切削性能好;3)精度高;4)可靠性高;5)耐用度高;6)断屑及排屑性能好。

3 刀具的选择与自动编程实例

3.1 基于CAXA2004制造工程师[4]中刀具的选择

如图1所示[5],五角星高45mm,直径φ220mm,五角星的机械加工工艺过程卡如表1所示,根据刀具选择原则及选择刀具时应考虑的因素得,数控刀具卡片如表2所示,其中工序号40部分由数控铣完成。

3.2 CAXA2004制造工程师[4]中自动编程生成加工代码

1)生成粗加工G代码

2)生成精加工G代码

通过对刀具选择原则和刀具选择时应考虑的影响因素的分析,从而选择出正确的加工刀具。这样有利于:1)减少了程序的调试时间,减少了机床工时占用,缩短了生产周期;2)通过数控刀具的选择,不仅可以缩短生产周期,又可以避免多次装夹和人工换刀所带来的人为误差,提高了加工精度,提高了加工的准确性和加工复杂工件的能力;3)编程结果直观,处理速度快,经仿真切削和刀具干涉检查,所编程序一次成功,大幅度减少了机床调整时间和试切时间。

4 结束语

随着数控机床在生产实际中的广泛应用,量化生产线的形成,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。而加工中心机床刀具是一个较为复杂的系统,要在人机交互状态下如何根据实际情况进行正确的选用,是编程人员必须掌握的。只有对加工中心刀具结构和选用有充分的了解和认识,才能在实际工作中灵活运用,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]杜红文.加工中心刀具选择与应用[J].上海电机技术高等专科学校校报,2004.(1):7.

[2]武文革,辛志杰.金属切削原理及刀具[M].北京:国防工业出版社,2009.

[3]凡进军,刘让贤,郭紫贵.数控加工中刀具的合理选择[J].现代制造技术与设备,2007,(4):54.

[4]陈明,刘刚,钟敬文.CAXA制造工程师—数控加工[M].北京:北京航空航天大学,2006.

[5]李超.数控加工实例[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2005.

数控车床加工中刀具补偿的应用 篇5

全面介绍了数控车床加工过程中的刀具补偿，并且对数控车床不具备刀具半径补偿功能时的刀具补偿计算方法进行了阐述。数控车削刀具半径补偿是数控系统中的重要功能, 正确地使用该功能, 在数控车削加工实践中能起到保证产品质量和提高生产效率的作用。通过刀具半径补偿的矢量分析和应用, 介绍刀具半径补偿在数控车削编程加工中的正确使用方法。关键词：数控车床；加工；刀具补偿 Abstract:

A comprehensive introduction of CNC lathe machining process, and the blade compensating for CNC lathe tool radius compensation function does not have the blade compensating calculation method is discussed in this paper.The numerical control turning tool radius compensation is the important function of CNC system, correctly use the function, in the numerical control turning processing practice can play to ensure the product quality and improve production efficiency.Through the compensation for the tool radius vector analysis and application is introduced, and the tool radius compensation in the numerical control turning processing the correct use of programming method.Keywords: CNC lathe, Processing;Blade compensating

前言

数控车床通常连续实行各种切削加工，刀架在换刀时前一刀具刀尖位置和新换的刀具位置之间会产生差异，刀具安装也存在误差、刀具磨损和刀尖圆弧半径等误差，若不利用刀具补偿功能予以补偿，就切削不出符合图样要求形状的零件。此外，合理利用刀具补偿还可以简化编程。数控车床的刀具补偿可分为两类，即刀具位置补偿和刀具半径补偿。在车削过程中，刀尖圆弧半径中心与编程轨迹会偏移一个刀尖圆弧半径值r,用指令补偿因刀尖半径引起的偏差的这种偏置功能，称为刀具半径补偿。

具有补偿功能的数控车，编程时，不用计算刀尖半径中心轨迹，只要按工件轮廓编程即可(按照加工图上的尺寸编写程序)；在执行刀具半径补偿时，刀具会自动偏移一个刀具半径值；当刀具磨损，刀尖半径变小；刀具更换，刀尖半径变大时，只需更改输入刀具半径的补偿值，不需修改程序。补偿值可通过手动输入方式，从控制面板输入，数控系统自动计算出刀具半径中心运动轨迹。

第一章 刀具半径补偿的简介

一.刀具半径补偿

1.刀具半径补偿的概念

正像使用了刀具长度补偿在编程时基本上不用考虑刀具的长度一样，因为有了刀具半径补偿，我们在编程时可以不要考虑太多刀具的直径大小了。刀长补偿对所有的刀具都适用，而刀具半径补偿则一般只用于铣刀类刀具。当铣刀加工工件的外或内轮廓时，就用得上刀具半径补偿，当用端面铣刀加工工件的端面时则只需刀具长度补偿。因为刀具半径补偿是一个比较难以理解和使用的一个指令，所以在编程中很多人不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它，使用起来对我们的编程和加工将带来很大的方便。当编程者准备编一个用铣刀加工一个工件的外形的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径进行细致的计算坐标值来明确刀具中心所走的路线。此时所用的刀具半径只是这把铣刀的半径值，当辛辛苦苦编完程序后发现这把铣刀不太适合要换用其他直径的刀具，编程员就要不辞辛劳地重新计算刀具中心所走的路线的坐标值。这对于一个简单的工件问题不太大，对于外形复杂的模具来说重新计算简直是太困难了。一个工件的外形加工分粗加工和精加工，这样粗加工程序编好后也就是完成了粗加工。因为经过粗加工，工件外形尺寸发生了变化，接下来又要计算精加工的刀具中心坐标值，工作量就更大了。此时，如果用了刀具半径补偿，这些麻烦都迎刃而解了。我们可以忽略刀具半径，而根据工件尺寸进行编程，然后把刀具半径作为半径补偿放在半径补偿寄存器里。临时更换铣刀也好、进行粗精加工也好，我们只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，对程序基本不用作一点修改。2.刀具半径补偿的使用

刀具半径补偿的使用是通过指令G41、G42来执行的。补偿有两个方向，即沿刀具切削进给方向垂直方向的左面和右面进行补偿，符合左右手定则;G41是左补偿，符合左手定则;G42是右补偿，符合右手定则，如图3所示。图3刀具半径补偿使用的左右手定则在使用G41、G42进行半径补偿时，应特别注意使补偿有效的刀具移动方向与坐标。刀具半径补偿的起刀位置很重要，如果使用不当刀具所加工的路径容易出错，如图4所示。图4刀具半径补偿的起刀位置如果使G42补偿有效的过程为刀具从位置1到2，则铣刀将切出一个斜面如图4中所示的A-B斜面。正确的走刀应该是在刀具没有切削工件之前让半径补偿有效，然后进行正常的切削。如图4所示，先让铣刀在从位置1移动到位置3的过程中使补偿有效，然后从位置3切削到位置2继续以下的切削，则不会出现A-B斜面。因此，在使用G41、G42进行半径补偿时应采取以下步骤：☆设置刀具半径补偿值;☆让刀具移动来使补偿有效(此时不能切削工件);☆正确地取消半径补偿(此时也不能切削工件)。记住，在切削完成而刀具补偿结束时，一定要用G40使补偿无效。G40的使用同样遇到和使补偿有效相同的问题，一定要等刀具完全切削完毕并安全地推出工件以后才能执行G40命令来取消补偿。

二．刀具半径补偿的方法

把实际的刀具半径存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中D ##；(可编程刀具半径偏置寄存器号。)假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程;CNC系统将该编号(寄存器号)对应的刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径取出，对刀具中心轨迹进行补偿计算，生成实际的刀具中心运动轨迹。2.刀具半径补偿指令

a)刀具半径左补偿 b)刀具半径右补偿

刀具半径补偿分为：

(1)刀具半径左补偿：用G41定义，刀具位于工件左侧；(2)刀具半径右补偿：用G42定义，刀具位于工件右侧；(3)取消刀具半径补偿：G40。

(4)刀具半径偏置寄存器号：用非零的D## 代码选择；

对于车削数控加工，由于车刀的刀尖通常是一段半径很小的圆弧，车床而假设的刀尖点(一般是通过对刀仪测量出来的)并不是刀刃圆弧上的一点。因此，加工中心在车削锥面、倒角或圆弧时，可能会造成切削加工不足(不到位)或切削过量(过切)的现象。切削锥面时因切削加工不足而产生的加工误差。

因此，当使用车刀来切削加工锥面时，必须将假设的刀尖点的路径作适当的修正，使之切削加工出来的工件能获得正确的尺寸，这种修正方法称为刀尖半径补偿(ToolNoseRadiusCompensation，简称TNRC)。

(1)车刀形状和位置 车刀形状和位置是多种多样的，车床形状还决定刀尖圆弧在什么位置。此车刀形状和位置亦必须输入计算机中。

车刀形状和位置共有九种。车刀的形状和位置分别用参数T1—W输入到刀具数据库中。典型的车刀形状、位置与参数的关系。(2)刀尖半径和位置的输入 刀具数据库(TOOL DATA)数据项目。加工中心X、Z为刀具位置补偿值(mm)(车床r值不用)；R为刀尖半径(mm)：T为刀尖位置代码。如果在程序中输入下面指令GOO G42 X100．0 Z3．0 TOl01；那么数控装置按照01刀具补偿栏内X、Z、及、了的数值自动修正刀具的安装误差(执行刀位补偿)，车床还自动计算刀尖圆弧半径补偿量，把刀尖移动到正确的位置上。(3)刀具半径的左右补偿

1)C,41刀具左补偿。顺着刀具运动方向看，刀具在工件的左边，称为刀具左补偿，用C,41代码编程。

2)C,42刀具右补偿。顺着刀具运动方向看，刀具在工件的右边，称为刀具右补偿，用C．42代码编程。

3)C．40取消刀具左、右补偿。车床如需要取消刀具左、右补偿，可编人C-40代码。这时，车刀轨迹按理论刀尖轨迹运动。(4)刀具补偿的编程方法及其作用 加工中心如果根据机床初始状态编程(即无刀尖半径补偿)，车刀按理论刀尖轨迹移动，产生表面形状误差6。

如程序段中编人G42指令，车刀按车刀圆弧中心轨迹移动，无表面形状误差。可看出当编人G42指令，到达户：点时，车刀多走一个刀尖半径距离。

(5)刀具半径补偿的编程规则 加工中心车床刀具补偿必须遵循以下规则：

1)G40、G41、G42只能用GOO、G01结合编程。车床不允许与G02、G03等其他指令结合编程，否则报警。

2)在编人G40、G41、G42的GOO与G01前后的两个程序段中，X、Z值至少有一个值变化。否则产生报警。

3)在调用新的刀具前，必须取消刀具补偿，否则产生报警。

二、刀具刀尖圆弧半径补偿 G40、G41、G42指令

数控程序是针对刀具上的某一点即刀位点进行编制的，车刀的刀位点为理想尖锐状态卜的假想刀尖A点或刀尖圆弧圆心O点（见图1 43）但实际加工中的车刀，由于工艺或其他要求，刀尖往往不是一理想尖锐点，而是一段圆弧。当切削加土时刀具切削点在刀尖圆弧上变动（见图1-44），造成实师切削点与刀位点之问的位置有偏差，故造成过切或少切（见图 1一44）。这种由于刀尖不是一理想尖锐点而是一段圆弧，造成的加工误差，可用刀尖半径补偿功能来消除。系统执行到含有T代码的程序段时，是否对刀共进行刀尖半径补偿，以及以何种力式补偿，由G代码中的G40、G41、G42决定。G40：取消刀尖半径补偿，刀尖运动轨迹与编程轨迹一致； G41：刀尖半径左补偿，洽进给方向，刀尖位置在编程轨迹左边时 G42：刀尖半径右补偿，错进给方向．刀尖位置在编程轨迹右边时。刀尖半径补偿G41/G42是在加工平面内，沿进给方向看，根据刀尖位置在编程轨迹左边／右侧判断来区分的。加工平而的判断，与观察方向即第而轴方向有关。图1一45（b）为CJK6032数控机床的刀尖半径补偿方向。

由于数控程序是针对刀具上的刀位点即A点或O点（见图1一43）进行编制的，因此对刀时使该点与程序中的起点重合。在没有刀具圆弧半径补偿功能时，按哪点编程，则该点按编程轨迹运动，产生过切或少切的大小和方向因刀尖圆弧方向及刀尖位置方向而异。当有刀具圆弧半径补偿功能时须定义上述参数，其中刀尖位置方向号从0至9有10个方向号。当按假想刀尖A点编程时，刀尖位置方向因安装方向不同、从刀尖圆弧中心到假想刀尖的方向，有8种刀尖位置方向号可供选择，并依次设为1一8号：当按刀尖圆弧中心O点编程时，刀尖位置方向则设定为O或9 号。该方向的判断也与第三轴有关，图1一46（b）所示的方向为CJK6032数控车床的刀尖安装方向。刀尖半径补偿的加入是执行G41或G42指令时完成的，当前面没有G41或G42 指今时，可以不用G40指令，而且直接写入G41或G42指令即可；发现前面为G41或 G42指令时，则先应指定G40指令取消前面的刀尖半径补偿后，在写入G41或G42指令，刀尖半径补偿的取消是在G41或G42指令后面，加G41指令完成。

注：1）当前面有G41、G42指令时，如要转换为G42、G41或结束半径补偿时应先指定G40。指令取消前面的刀尖半径补偿。2）程序结束时，必须清除刀补。

3）G41、G42、G40指令应在GOO或G01程厅段中加入。4）在补偿状态下，没有移动的程序段（M 指令、延时指令等），不能在连续2 个以上的程序段中指定，否则会过切或欠切。

5）在补偿启动段或补偿状态下不得指定移动距离为0的G00、G01等指令。

6）在G40刀尖圆弧半径补偿取消段，必须同时有X、Z两个轴方向的位移。

刀具补偿量的设定，是由操作者在CRT/MDI面板上用“刀补值”功能键，置人刀具补偿寄存器，共中对应梅个刀其补偿号，都有一组刀补值：刀尖圆弧半径R 和刀尖位置号T %1047N1 G92 X60 Z40 N2 T0101N3 G90 G01 G42 X30 Z37 F300 M03 N4 Z25N5 G02 X46 Z17 18 N6 G01 X50 N7 Z0 N8 X54 N9 G00 G40 X60 Z40 T0100 N10 M05 N11 M30 第二章 刀具位置补偿和刀具半径补偿 刀具位置补偿

加工过程中，若使用多把刀具，通常取刀架中心位置作为编程原点，即以刀架中心!为程序的起始点，如图1所示，而刀具实际移动轨迹由刀具位置补偿值控制。由图1（a）可见，刀具位置补偿包含刀具几何补偿值和磨损补偿值。

图1 刀具位置补偿

由于存在两种形式的偏移量，所以刀具位置补偿使用两种方法，一种方法是将几何补偿值和磨损补偿值分别设定存储单元存放补偿值，其格式为：

另一种方法是将几何偏移量和磨损偏移量合起来补偿，如图（b）所示，其格式为：

总补偿值存储单元编号有两个作用，一个作用是选择刀具号对应的补偿值，并执行刀具位置补偿功能；另一个作用是当存储单元编号00时可以取消位置补偿，例如T0100，表示消去+号刀具当前的补偿值。图2表示位置补偿的作用，图2中的实线是刀架中心A 点的编程轨迹线，虚线是执行位置补偿时A 点的实际轨迹线，实际轨迹的方位和X、Z轴的补偿值有关，其程序为： N010 G00 X10 Z-10 T0202； N020 G01 Z-30； N030 X20 Z-40 T0200；

图2 刀具位置补偿作用 数控车床系统刀具结构如图3所示，图3中P为假想刀尖，S为刀头圆弧圆心，r为刀头半径，A为刀架参考点。

图3 车刀结构

车床的控制点是刀架中心，所以刀具位置补偿始终需要。刀具位置补偿是用来实现刀尖圆弧中心轨迹与刀架参考点之间的转换，对应图3中A与S之间的转换，但是实际上我们不能直接测得这两个中心点之间的距离矢量，而只能测得假想刀尖!与刀架参考点$ 之间的距离。为了简便起见，不妨假设刀头半径r=0，这时可采用刀具长度测量装置测出假想刀尖点P相对于刀架参考点的坐标参数表中。

和，并存入刀具

式中：——— 假想刀尖P点坐标；

（X，Z）——— 刀架参考点A的坐标。至此很容易写出刀具位置补偿的计算公式为

式中假想刀尖P的坐标

实际上即为加工零件轨迹点坐标，可从数控加工程序中获得。此时，零件轮廓轨迹经式（2）补偿后，即能通过控制刀架参考点A来实现。

对于图3中r≠0的情况，在进行刀具位置补偿时，不但需要考虑到刀头圆弧半径的补偿，而且还要考虑到刀具的安装方式（具体见2.2）。2 刀具半径补偿

编制加工程序时，一般是将刀尖看作是一个点，然而实际上刀尖是有圆弧的，在切削内孔、外圆及端面时，刀尖圆弧不影响加工尺寸和形状，但在切削锥面和圆弧时，则会导致刀具的行走轨迹与编程轨迹不相吻合，而有一差值。图4表示圆弧刀尖有半径补偿和无半径补偿时的轨迹。从图中可以看出，采用假想刀尖P编程时，刀具圆弧中心轨迹如图4中双点划线所示，刀具实际加工轨迹和工件要求的轮廓形状存在误差，误差大小和圆弧半径r有关。若采用刀具圆弧中心编程并使用半径补偿功能时刀具圆弧中心的轨迹是图4中的细实线，加工轨迹和工件要求的轮廓相等。

图4 圆弧刀尖有半径补偿和无半径补偿时的轨迹

因为车刀的安装和几何形状较复杂，下面通过几个方面作进一步阐述。2.1 假想刀尖P的方位确定

假想车刀刀尖P相对圆弧中心的方位与刀具移动方向有关，它直接影响圆弧车刀补偿计算结果。图5是圆弧车刀假想刀尖方位及代码。从图中可以看出，刀尖P的方位有八种，分别用1~8八个数字代码表示，同时规定，刀尖取圆弧中心位置时，代码为0或9，可以理解为没有圆弧补偿。

图5 圆弧车刀假想刀尖方位及代码

2.2 圆弧半径补偿和位置补偿的关系

如果按照刀架中心A点作为编程起始点，不考虑圆弧半径补偿，则车刀在X轴和Z轴补偿值按照图1（b）所示方法确定。既要考虑车刀位置补偿，又要考虑圆弧半径补偿，此时车刀在X轴和Z轴的位置补偿值可以按照图6所示方法确定，而将刀具的圆弧半径r值放入相应的存储单元中，在加工时数控装置自动进行圆弧半径补偿。在刀具代码T中的补偿号对应的存储单元中，存放一组数据：X轴Z轴的长度补偿值，圆弧半径补偿值和假想刀尖方位（0~9）。操作时，可以将每一把刀具的四个数据分别输入刀具补偿号对应的存储单元中，即可实现自动补偿（表1）。

图6 圆弧车刀位置补偿 表1 刀具补偿值

2.3 圆弧半径自动补偿轨迹

刀具半径是否补偿以及采用何种方式补偿，是由G指令中的G40、G41、G42决定的：

G40———刀具半径补偿取消，即使用该指令后，使G41、G42指令无效。

G41———刀具半径左补偿，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件左侧时的刀具半径补偿。

G42———刀具半径右补偿，即沿刀具运动方向看，刀具位于工件右侧时的刀具半径补偿。

图7是使用圆弧半径补偿时刀具补偿过程。图7中刀具补偿的程序格式为： G40__； 消除补偿；

G41__； 半径补偿起始程序段； __；

图7 刀具补偿过程

从图7可以看出，在起始程序段中，刀具在移动过程中逐渐加上补偿值。当起始程序段结束之后，刀具圆弧中心停留在程序设定坐标点的垂线上，距离是半径补偿值。

第三章 数控车床不具备刀具半径补偿功能时的刀具补偿计算

当数控车床没有刀具半径补偿功能时，用圆头车刀加工工件时，就要用计算的方法来求解刀具半径补偿量。一．按假想刀尖编程加工锥面

如图8所示，若假想刀尖沿工件轮廓AB移动，即

与AB重合，并按AB尺寸编程，则必然产生图8（a）中ABCD残留误差。因此按图8（b）所示，使车刀的切削点移至AB，并沿AB移动，从而可避免残留误差，但这时假想刀尖轨迹

与轮廓在Z方向相差了△z。

式中：r为刀具圆弧半径；θ为锥面斜角。因此可直接按假想刀尖轨迹以补偿△z即可。的坐标值编程，在x方向和z方向予

图8 车锥面刀补偿示意图

二． 按假想刀尖编程加工圆弧

当车削圆弧表面时，会出现如图9所示的情况。图9（a）为车削半径为R的凸圆弧，由于P的存在，则刀尖# 点所走的圆弧轨迹并不是工件所要求的圆弧形状。其圆心为“”，半径为“R+r”，此时编程人员仍按假想刀尖P点进行编程，不考虑刀尖圆弧半径的影响，但要求加工前应在刀补值上给Z向和X向分别加一个补偿量r。同理，在切削凹圆弧，如图9（b）时，则在X向和Z向分别减一个补偿量r。

图9 车圆弧刀补示意图

三．按刀尖圆弧中心轨迹编程

图10所示零件是由三段凸圆弧和凹圆弧构成的，这时可用虚线所示的三段等距线进行编程，即圆半径为圆半径为

圆半径为，三段圆弧的终点坐标由等距的切点关系求得。这种方法编程比较直观，常被采用。

图10 按刀尖圆弧中心编程 第四章 数控车削中刀具半径补偿的矢量

分析和应用 刀具半径补偿的矢量

刀具半径补偿计算的主要工作是根据刀具的方向矢量和半径矢量计算各种转接类型转接点的坐标值,即根据相邻编程轮廓段的起止点坐标值判断转接类型, 调用相应的计算程序计算出转接点坐标值。了解计算机软件关于刀具补偿转接点的坐标值计算, 对生产实践具有指导作用。为了正确地理解数控车削刀具半径补偿的过程,下面引入矢量的概念(数控车床的编程为G18平面,以上手刀为例)。(1)直线方向矢量: 指与运动方向一致的单位矢量, 用L d 表示。(2)圆弧方向矢量: 是指圆弧上某一动点的切线方向上的单位矢量, 用L d 表示。

(3)刀尖圆弧半径矢量: 是指垂直于编程轨迹且大小等于刀尖圆弧半径、方向指向刀尖圆弧中心的矢量, 用rd 表示。

根据以上的矢量描述, 数控系统能够正确判断各种转接类型并计算各转接点的坐标值。2 刀具半径补偿过程

刀具半径补偿是数控车床的重要功能之一。通常采用的对刀方法都是将刀尖作为刀位点, 然而在实际应用中, 为了提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度,一般将车刀刀尖磨成半径0.2～2 的圆弧, 这样按零件轮廓编程运行后, 实际起切削作用的是圆弧的各切削点, 这样势必会造成加工误差。消除由刀尖圆弧引起的加工误差必须进行刀尖圆弧半径自动补偿, 补偿参数包括刀尖半径R 值和刀尖方位T 值。将刀补参数输入数控系统之后, 刀具半径补偿的

方向要在执行G41(或G42)之后方可生效。刀具半径补偿的执行过程分为以下3 个步骤:(1)起动偏置: 从取消偏置方式变为偏置方式的程序段称为起动偏置程序段。在起动偏置的程序段进行刀具偏置的过渡运动, 在起动程序段的终点, 刀尖R 中心位于下个程序段起点, 并在与下个程序段垂直的位置上, 同时满足刀具方向矢量和半径矢量的条件。起动偏置的程序段必须是G00 或G01, 如图1 所示。

图1 起动偏置

(2)执行偏置: 在执行了G41(或G42)的程序段中, 刀位点发生了变化, 由理论刀尖偏移至刀尖R 中心, 而刀尖R 中心轨迹始终垂直于方向矢量且偏离编程轨迹一个刀尖圆弧半径矢量, 依靠刀尖圆弧外缘来加工零件轮廓。(3)取消偏置: 在执行偏置的方式中如果指令了G40, 则这个程序段被称为取消偏置程序段。取消偏置如图2 所示, 从图2 中可以看出, 在取消偏置程序段的前一个程序段, 刀尖不在该程序段的终点, 这个变化是由刀位点造成的, 生产实践中应特别注意, 取消偏置的程序段必须是G00 或G01。3 刀具半径补偿的应用

在数控车削加工中, 如果被加工零件的轮廓是正交面(柱面和端面)组成的, 则建立刀具半径补偿与否, 所加工的零件轮廓都是完全一致的, 这样很容易造成部分操作人员忽视了刀具半径补偿的应用。但在加工非正交面(弧面和锥面)轮廓时, 不进行刀具半径补偿就会发生过切和余切现象, 这样势必造成零件的不合格或报废。在实际应用中要注意以下几个方面的 问题:(1)加工小于刀尖半径的内圆弧时, 由于偏置的刀尖圆弧中心找不到正确的圆心轨迹将导致过切, 如图3 所示。

图2 取消偏置

图3 轮廓半径小于刀尖半径时产生过切(2)加工小于刀尖半径的台阶时, 由于台阶小于刀具半径, 因此在新旧矢量交替时, 偏置的刀尖圆弧中心将向编程的反方向移动, 产生过切, 如图4 所示。

(3)在执行刀补的程序段中, 如果有加工端面的轨迹时应特别注意, 因为有刀尖方位号, 要特别小心切削方向, 右刀补时, 只能允许偏刀从旋转中心往外切削, 否则会多切掉一个刀尖圆弧直径的量, 如图5 所示。

图4 台阶尺寸小于刀尖半径时产生过切

图5 加工端面的切削方向(4)同样在执行刀补的程序段中, 由于刀位号已经确定, 所以用正偏刀加工倒锥的轮廓时, 系统会产生过切报警。

(5)在取消偏置的程序段(G40)中, 刀具刀尖圆弧中心位于前一个程序段终点垂直的位置上, 可能将造成过切, 此时应指令I、K, 即: G40X(U)_ Z(W)_ I_K_。其中, I、K 为增量值, 且I 为半径值。这样指定以后, 刀尖圆弧中心就会从I、K 方向线与前一个程序段轮廓线的角平分线位置运动至终点。

(6)在执行偏置的程序段中, 通过调整刀尖圆弧半径的大小来控制加工余量和加工精度要优于磨耗中的调整, 特别是在非正交平面的余量控制和调整中, 因为在磨耗中X 轴和Z 轴是分别控制的, 而改变刀尖圆弧半径的大小则可以同时控制两个轴的余量, 如图6所示。

图6 在执行偏置中的加工余量控制__ 4 结束语

刀具补偿功能的作用主要在于简化程序，即按零件的轮廓尺寸编程。在加工前，操作者测量实际的刀具长度、半径和确定补偿正负号，作为刀具补偿参数输入数控系统，使得由于换刀或刀具磨损带来刀具尺寸参数变化时，虽照用原程序，却仍能加工出合乎尺寸要求的零件。此外，刀具补偿功能还可以满足编程和加工工艺的一些特殊要求。

实际生产中, 数控车削刀具半径补偿功能基本上应用在非柱面的精加工程序段。在起动偏置和取消偏置的程序段中, 同时要伴有刀具移动的指令, 否则程序轨迹可能会发生变化, 从而造成零件报废。同理, 在起动偏置和取消偏置的程序段中, 也应尽量避免切削工件。一个零件的加工程序不是唯一的, 但是, 正确使用刀具半径补偿是每一个编程员必备的基础知识。

致 谢

感谢我的老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢我的老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。而你开开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的环境.感谢这几年一起走过的同学和朋友，是你们的存在，我才不会那么孤单，多少个共同努力的日子，将会是一生中美好的回忆。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

参考文献

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数控加工中刀具半径补偿的应用 篇6

关键词：数控加工；刀具；半径补偿；数学处理；注意事项

中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 18-0095-01

刀具的半径补偿工作一致制约着机械制造行业的发展。因此我们必须分析其存在的问题以及使用中需要注意的事项，继而为机械制造的发展提供新的动力，下面是笔者个人的一些浅显看法，如有不正之处，欢迎大家予以批评指正。

一、刀具半径补偿的意义

（一）长度补偿以及半径补偿

由于刀具工作在一定的范围内（通常为一个圆弧半径），所以我们要在加工零件的过程中考虑到刀具半径对加工精度的影响，通常为了保证加工零件的实际尺寸，偏移出一个刀具半径的距离，这种偏移出一个刀具半径的行为被称作刀具半径补偿。

为了给刀具在轴向给予进给补偿，所以我们通常采取刀具长度补偿，就是为了可以弥补实际进刀量与程序给定值之间的差距，继而可以省略不同刀具的长度尺寸和实际长度对加工精度的影响，编程人员只需要根据图纸中零件的尺寸编制出程序，再将作为补偿量的刀具半径加入到半径补偿寄存器中，从而省略了计算刀具实际轨迹的过程，提高了工作效率。通过采用数控装置，我们就可以在实际工作中忽略刀具半径对加工的影响，只需要考虑刀具半径的补偿值就可以保证加工出的零件尺寸符合标准，大幅度减少了工作量，保证了加工精度。

（二）半径补偿的作用

1.减少了刀具的磨损；

2.提高了编制程序的效率；

2.同一数模或程序可以实现不同精度的加工；

4.同一数模或程序可以实现凹凸模加工；

5.半径补偿主要用于解决对实际圆弧球面切削点以及试切形成的虚拟刀位点轨迹不同而造成的误差。我们通常都是选择一个与刀尖圆弧圆心（实际切削点）距离相同的点作为编程的轨迹，由于圆弧中心与虚拟刀位点存在着一个刀尖半径，所以要采用半径补偿的方法解决加工尺寸不符要求的问题。

二、刀具补偿的整个过程

（一）刀具补偿的建立：将道具中心从开始的编程轨迹转移到与编程轨迹有一个偏移量的过程。

（二）刀具补偿的进行：执行相关指令的程序段后，保持道具中心与编程轨迹之间始终存在一个偏移量。

（三）刀具补偿的取消：当刀具离开工件表面后，刀具中心向编程轨迹逐渐靠拢的过程。

三、半径补偿量的确定

通常情况下，编程人员均将刀具的半径视为零，直接按照加工零件的尺寸进行编程，将其中计算刀具中心与编程轨迹的距离交由数控系统，所以我们可以将刀具的实际尺寸存放在半径补偿进村其中。在零件的加工过程中，数控系统会自动根据刀具半径和零件程序计算刀具的中心轨迹，完成整个加工过程。一旦加工刀具的尺寸发生变化，我们不需要修改程序，只需要修改寄存器中的刀具半径值或者另存一个刀具半径就可进行加工。

在进行加工之前，一定要设置好刀具半径补偿量。指定的补偿量，通常都是按照代码来制定刀具的补偿好，并将半径补偿两输入到代码补偿号中，并且一定要保证刀具编号与刀具补偿号的一致。在加工中，如果没有更换刀具，则该刀具号的补偿量一直有效。

四、使用刀具半径补偿注意事项

（一）察视角要从补偿平面的法线正向往

负向看，假设工件不动，刀具运动，延着刀具运动的方向看过去，如果需要刀具偏向左边就是左补，反之右补。

（二）具半径补偿的建立与取消，只有在移动指令G00或G01下才能生效。

（三）具半径补偿的建立与取消，应在辅助程序段中进行，不能编程在轮廓加工的程序段上，这是需要特别注意的地方。具体就是进刀线EF和退刀线BA与加工轮廓EDCB必须是各自独立的五条线，进刀线和退刀线不能是加工轮廓的延伸线，否则产生过切。

（四）刀线和退刀线的长度必须大于刀具半径，否则也产生过切。

（五）具半径的补偿值存储在指定的寄存器中，当刀具半径补偿值发生变化时，只需要修改寄存器中的刀具半径值即可，不需要修改程序。因此，利用刀具半径补偿功能编写的轮廓加工程序，与刀具半径无关。

五、刀具半径补偿程序编制中的数学处理

（一）程序编制中的数学处理

根据被加工零件图样，按照已经确定的加工工艺路线和允许的编程误差，计算数控系统所需要输入的数据，称为数学处理。数学处理一般包括兩个内容：根据零件图样给出的形状，尺寸和公差等直接通过数学方法（如三角、几何与解析几何法等），计算出编程时所需要的有关各点的坐标值；当按照零件图样给出的条件不能直接计算出编程所需的坐标，也不能按零件给出的条件直接进行工件轮廓几何要素的定义时，就必须根据所采用的具体工艺方法、工艺装备等加工条件，对零件原图形及有关尺寸进行必要的数学处理或改动，才可以进行各点的坐标计算和编程工作。

（二）选择编程原点

从理论上讲编程原点选在零件上的任何一点都可以，但实际上，为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。铣削加工的编程原点。编程原点选定后，就应把各点的尺寸换算成以编程原点为基准的坐标值。为了在加工过程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值来计算坐标值。零件图样零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等，各几何要素之间的连接点称为基点。基点坐标是编程中必需的重要数据。

刀尖半径补偿的加入是执行G41或G42指令时完成的，当前面没有G41或G42指今时，可以不用G40指令，而且直接写入G41或G42指令即可；发现前面为G41或G42指令时，则先应指定G40指令取消前面的刀尖半径补偿后，在写入G41或G42指令，刀尖半径补偿的取消是在G41或G42指令后面，加G41指令完成。

六、总结

综上所述，为了保证零件的加工精度，我们必须对数控加工中刀具半径补偿进行详细的分析，分析其使用原因、使用方法、注意事项以及数学处理方法，只有这样才能保证数控加工的准确性和有效性。大量的事实表明，只有合理的设置刀具半径补偿值，才能在提高工作效率的同时，充分发挥数控加工的重要作用，继而起到存进机械加工行业不断向前发展的作用，继而为我国的经济发展提供新的动力。

参考文献：

[1]张勍.浅析数控机公众半径补偿的计算方法[J].机械加工制造，2006，3.

数控加工中刀具的选择 篇7

现在, 许多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问题, 比如, 刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等, 编程人员只要设置了有关的参数, 就可以自动生成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, 同时也要求编程人员必须掌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。

(一) 数控加工常用刀具的种类及特点

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、涂层刀具, 陶瓷刀具等。数控刀具和普通机床上所用的刀具相比, 有许多不同的要求, 也有许多优点, 主要有以下特点: (1) 刚性好、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) 刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化; (6) 刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性; (7) 刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化; (8) 刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好; (9) 刀柄或工具系统的装机重量有限度; (10) 刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比, 有许多不同的要求, 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, 以利于编程和刀具管理。

(二) 数控加工常用刀具的要求

1. 切削性能要稳定可靠

要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行, 要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。刀具耐用度愈大, 表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件, 由于使用的刀具材料及工件材质不可能完全相同, 再加上刃磨质量等一些不能完全严格控制的因素, 所以即使在相同条件下刀具耐用度仍然是不相同的。因此在数控上, 除应给出刀具耐用度的平均值指标外, 还应给出刀具的可靠指标。它已成为选择刀具的关键性指标。

2. 精度高

为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求, 刀具必须要具有较高的精度, 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。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、可换等的要求, 近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用。

现在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许多特点, 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。

3. 能自动换刀

可以减少换刀停机时间, 提高生产加工时间。在加工中心上, 各种数控刀具要分别装在刀库上, 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。刀柄与刀要相互配合。编程人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。

4. 耐用度高

数控加工的刀具不论在粗加工或精加工中, 都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度, 以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数, 从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。应该采用切削性能好且耐磨性高的涂层刀片以及合理地选择切削用量。当刀加工的内容很多时, 如刀具不耐用而磨损较快, 就会影响工件的表面质量与加工精度, 而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数, 也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶, 降低了工件的表面质量。扩大刀具的利用率, 充分发挥刀具的性能。

5. 断屑及排屑性能好

数控加工中, 断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理, 切屑易缠绕在刀具和工件上, 会损坏刀具和划伤工件已加工表面, 甚至会发生伤人和设备事故, 影响加工质量和机床的安全运行。为了保证可靠地断屑卷屑和排屑, 可以采用以下方法:

(1) 合理选用可转位刀片的断屑槽槽形;

(2) 合理地调整切削用量;

(3) 在刀体中设置切削液通道, 将切削液直接送到切削处, 可以帮助清除切屑;

(4) 利用高压切削液强迫断屑。

(三) 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。另外, 刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大, 必须引起注意的是, 在大多数情况下, 选择好的刀具虽然增加了刀具成本, 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。

(四) 数控加工刀具排列顺序

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; (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, 以提高生产效率等。

(五) 数控加工切削用量的确定

合理选择切削用量的原则是, 粗加工时, 一般以提高生产率为主, 但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册, 并结合经验而定。

加工切削参数的设定也是一门学问, 由于实际加工条件, 如材料、刀具、加工精度要求等的不同, 加工切削参数的设定也千变万化。以下主要介绍一般情况下的加工切削参数的设定。

1. 外形加工

外形加工是加工中经常使用的一种加工方式, 一般选用平铣刀或圆鼻刀。加工时建议启用导引入/引出功能, 并注意不能与工件装夹位置发生冲突。粗加工时其平面进刀量可达刀具直径的75%;其深度进刀量与刀具直径有关, 如表l所示。

上表所列的深度进刀量只是一个大概范围, 在实际加工时应根据实际加工条件适当变动, 如加工铜、铝材料时, 深度进刀量可取大一些;加工钢料, 深度进刀量可取小一些。

2. 挖槽加工

挖槽加工也是经常使用的一种加工方式, 一般选用平铣刀或圆鼻刀, 加工时建议启用螺旋下刀或斜线下刀功能, 避免直接下刀 (即踩刀) 。螺旋下刀或斜线下刀高度一般设为每层切深的下刀量, 避免过多空走刀, 加工时建议每层都走一次精刀, 挖槽加工的进刀量与外形加工进刀量基本一致。

3. 曲面粗加工

现代产品均追求曲面流线设计, 因此曲面加工也是模具加工中频繁使用的一种加工方式, 并且是模具加工中的关键环节。曲面粗加工一般选用圆鼻刀或平铣刀。其平面进刀量同外形加工、挖槽加工基本一致, 常用加工公差为0.05~O.25, 粗加工预留量一般为O.2~O.5, 其转速、进给速度与所加工的材料和所使用的刀具大小有关。由于模具加工中经常要加工铜料来进行电火花加工, 因此表2给出的是加工铜料时的大概参数范围, 加工钢料时应适当变动。

4. 曲面精加工

曲面粗加工后, 接下来需要进行曲面精加工, 以便进一步提高其表面光洁度。曲面精加工一般选用球刀, 平铣刀或圆鼻刀的加工效果不理想。常用加工公差为0.005~0.025, 进刀量为0.1~0.5, 进给率为300~500, 参数具体大小应根据工件材料、大小及工件要求精度来确定。工件小、精度要求高, 则其公差、进刀量、进给率均应取小一些, 反之亦然。

(六) 结束语

越来越多的数控机床在生产中得到广泛的应用, 选用好的刀具可以达到事倍功半的效果。所以编程人员必须熟悉刀具的特点及其性能, 只有这样才能正确的、合理的选择刀具, 提高生产的效率和质量, 体现出现代的生产水平。

参考文献

[1]陆剑中.金属切削原理与刀具[M].机械工业出版社, 2005.

[2]肖诗纲.刀具材料及其合理选择[M].机械工业出版社, 1990.

浅谈数控机床中刀具的选择 篇8

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。

1.1 数控加工刀具的种类

1.1.1 根据刀具结构可分为

整体式;

镶嵌式, 采用焊接或机夹式联接, 机夹式又可分为不转位和可转位两种;

特殊型式, 如复合式刀具、减震式刀具等。

1.1.2 根据制造刀具所用的材料可分为

高速钢刀具;

硬质合金刀具;

金刚石刀具;

其他材料刀具, 如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

1.1.3 从切削工艺上可分为

车削刀具, 分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;

钻孔工具, 包括钻头、铰刀、丝锥等;

铣削刀具, 为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求。

1.2 数控刀具的特点

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比, 有许多不同的要求, 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) 刀具能可靠的断屑, 以利于切屑的排除;

6) 系列化、标准化, 所以应尽量采用新型高效刀具, 并使刀具规格化和通用化, 以减少刀具种类、便于刀具管理。尽可能采用可转位刀片, 磨损后只需更换刀片, 从而增加刀具的互换性。

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。在满足加工要求的前提下, 尽量选择较短的刀柄, 以提高刀具加工的刚性。

在经济型数控机床的加工过程中, 由于刀具的修磨、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) 刀具安装后, 应完成其所能进行的所有加工步骤。

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) 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。

2.1 铣刀的种类

2.1.1 按铣刀的装卡方法分类

1) 套装铣刀:铣刀上具有遇刀杆相配合的圆孔。

2) 有尾铣刀:直径尺寸比较小的立铣刀做成带柄的。

2.1.2 按铣刀的结构分类

1) 整体铣刀:铣刀用一块材料制成, 制造整体铣刀的材料一般为高速钢。

2) 镶齿铣刀:铣刀刀体用普通钢材制造, 刀体上开槽, 镶上刀齿, 刀齿可用高速钢或硬质合金制成。这种铣刀不仅可以节约贵重材料, 而且刀齿损坏后可以更换。

2.1.3 按铣刀形状及用途分类

1) 立铣刀:刀齿分布在圆柱的柱面及一个端面上, 它有直柄。立铣刀用于削平面、沟槽和台阶面。

2) 端铣刀:刀齿分布在圆柱的柱面及一个端面上, 铣刀主要用于端铣平面和台阶。

3) 盘铣刀:这种铣刀除在圆柱的柱面上有齿外, 有的一个端面上或两个端面上也有齿, 分别称为单面盘铣刀、双面盘铣刀、三面盘铣刀。盘铣刀用于铣削凹槽和台阶。

4) 键槽铣刀:立铣刀, 但它只有两个刀齿, 端面刀齿呈鱼尾状, 所以又叫鱼尾铣刀。这种铣刀用于铣削键槽。

5) 圆柱铣刀:刀齿分布在圆柱的柱面上。这种铣刀用于削平面。

6) 锯片铣刀:铣刀厚度在1~5mm之间, 刀齿分布在圆周面上。这种铣刀用于键槽和切断。

7) 成形铣刀:用于加工成形面, 如半圆铣刀、半圆铣刀、齿轮铣刀等。其加工精度稳定, 生产率高。

8) T形槽铣刀:用于加工T形槽。

9) 燕尾槽铣刀:用于加工燕尾槽。

2.2 铣刀的选择

与传统加工方法相比, 数控铣床加工方法具有更高精度、更高性能。所以, 数控铣床加工对刀具要求更高。数控加工用的刀具要有精度高、刚度好、耐用度高、尺寸稳定、安装调整方便等方面的功能。合理地选择刀具结构及几何参数, 是在选择使用数控铣刀时要特别注意的。

2.2.1 面铣刀的选择

标准可转位面铣刀直径为16~630mm, 应根据侧吃刀量选择适当的铣刀直径, 尽量包容工件整个加工宽度, 以提高加工精度和效率, 减少相邻两次进给之间的接刀痕迹, 保证铣刀的耐用度。

2.2.2 立铣刀的选择

立铣刀的选择一般按经验数据选取。

刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径, 一般取R= (0.8~0.9) 。零件的加工高度H (1/6~1/4) R, 以保证刀具具有足够的刚度。

对于不通孔 (深槽) , 选取L=H+ (5~10) mm (L为刀具切削部分长度, H为零件高度) 。

3 使用数控铣刀时的注意问题

(1) 在数控铣床上来削平面时, 应采用可转位式硬质合金刀片铣刀, 采用两次走刀方式:一次粗铣, 一次精密铣削。当连续切削时, 粗铣刀直径要小些, 以减少切削扭矩, 精铣刀直径要大一些, 最好能包容待加工面的整个宽度。

(2) 高速钢立铣刀多用于加工凹槽, 不用与加工毛坯面, 因为毛坯面有硬化层和夹沙现象, 会加速刀具的磨损。

(3) 加工余量较小, 并且要求表面粗糙度较低时, 应采用立方氮化硼 (CBN) 刀片端铣刀或陶瓷刀片端铣刀。

(4) 镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面和毛坯表面。

数控刀具选择与刀具系统的设计优化 篇9

1 刀具的选择

1.1 数控刀具的型号

ISO是国内外刀具厂商的统一标准, 通过一系列编号代表着不同的刀具参数, 应根据具体的几何参数选择。

1.2 刀片形状的选择

1) 数控车刀片形状, 它取决于加工部位的形状, 是选刀的最重要内容。它主要涉及刀具的主偏角, 刀尖角和有效刃数等。一般来讲刀尖角愈大刀尖强度愈高, 应尽量采用。但刀尖角小干涉现象少, 适用于复杂型面, 开挖沟槽及下坡的型面。选刀片形状概括见表1:

2) 刀片类型:指的是有无断屑槽及中心孔。在刀体选定后, 可适用的刀片就已确定为一种或几种类型。通常更倾向选择A, G, N等正反面都有刀刃的类型以利提高刀片的利用率。

3) 刀尖半径:刀尖圆弧半径不仅影响切削效率, 而且关系到被加工件表面粗糙度及精度。从刀尖圆弧半径与最大进给量关系来看, 最大进给量不应超过刀尖圆弧半径的80%, 否则将恶化切削条件, 甚至出现螺纹状和打刀问题。因此选择刀尖圆弧半径至少要等于最大进给量的1.25倍, 一般应为2倍。

4) 通常对于小余量:小进给量的车削采用小的刀尖圆弧半径, 反之用大的刀尖圆弧半径。通常, 我们在精加工中选刀尖圆弧半径为0.2, 0.4, 0.8;半精加工选0.4, 0.8, 1.2;粗加工选0.8, 1.2, 1.6, 2.4。

1.3 车刀类型的选择

1) 刀具的选择要求刀具要有较高的强度, 又不能与工件产生干涉。所以刀杆头部形式按主偏角和直头, 偏头分有十几种形式, 应用时必须结合工件形状与刀片类型相协调。

2) 车刀类型的选择着眼于刀具的主偏角。一般情况有直角台阶的工件可选择大于或等于90°主偏角的刀杆。一般粗车可选主偏角45°～90°, 精车可选45°～75°的。工艺系统刚度好时主偏角可选较小值, 反之选较大值。

3) 刀片卡紧方式的选择:刀片卡紧方式主要有C, D, M, P, S五种, 根据切削强度和刀片形状选择。

1.4 刀杆尺寸的选择

1) 刀杆的基本尺寸有刀尖高度, 刀杆宽度及长度。在标准尺寸系列中, 刀的高度宽度及长度都是对应的。选择时应按机床匹配。其中最重要的是刀尖高度, 因为车刀刀尖必须处于车床主轴中心线的等高位置, 因故不能匹配则由刀垫, 刀夹予以解决。

2) 刀杆长度由夹持长度及悬伸量确定的, 外圆刀杆悬伸量一般为刀尖高度的1.5倍, 内孔刀的悬伸量则决定于孔深或加工部位的位置。刀杆太长宁肯锯短也不要悬选择伸过长, 因过长易导制振颤和干涉。

1.5 刀片材料

国内厂家的数控刀片材料比较单一, 国外知名厂商将钢、不锈钢、铸铁.有色金属、耐热优质合金和淬硬材料分类, 采用不同的刀片材料, 而且每类加工材料又配有不只一种刀片材料供选择。各厂商都有自己的刀具材料牌号, 其中不乏厂商自己研制的。

1.6 刀具厂商的选择

做为用户, 选择经济适用、服务及时、能够提供技术支持的刀具厂商是最佳方案:

1) 价位:德国的最贵, 美、欧、以色列、日本次之。便宜的是韩国、台湾, 最便宜的是国货。

2) 知名度和服务:从销量上看, 国际上几大厂家首推瑞典山特维克可乐满, 其次为美国肯纳飞硕, 以色列依斯卡和日本三菱紧随其后。这些厂家销量大且刀具尤其是刀片品种齐全。

根据上述, 零件的加工, 必须根据刀具的参数和零件加工实际情况, 合理的选择刀具, 达到提高工作效率的目的。

2 多工位刀具系统的设计优化

1) 工位刀具系统时, 必须注意防止刀具与工件.卡具和机床之间的干涉和碰撞。主要有下面三种情况。

a.径向安装的刀具如果过长, 将引起刀位转换时刀具与机床内壁之间的碰撞。

b.邻刀位上的刀具对工件的干涉在加工大直径带小孔的工件时, 特别是孔加工刀具多的时侯容易出现, 加工小直径内孔也容易出现与卡具的干涉。当工件直径很大, 但加工部位不靠近中心, 无干涉区就会变大;

c.调装时, 若不能明确判断不发生干涉, 应绘制刀具干涉图。由于刀架工位数多, 刀夹相邻角度小所以无干涉区变小。要扩大无干涉区以加大工件直径, 可减小刀具长度或改变装刀的位置, 比如把孔加工刀具尽量间隔开等。

2) 制刀架允许的最大的转动惯量:当安装的刀夹过重, 镗杆过粗过长时需计算刀架的转动惯量, 不能超出允许值。

3 结语

总之, 在刀具选择及刀具系统设计时, 应考虑刀具的使用成本, 减少刀具的使用数量, 对产品加工要求高的难加工、高效率、高质量的工件可选较高层次的刀具等。反之可选较低层次的, 以降低成本。无论哪一层次, 非标、特殊订货的刀具价贵且供货期长, 都要尽量选标准产品。

参考文献

[1]孟少农.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社, 1998.

如何选择数控加工中心的夹具、刀具 篇10

1 夹具的选择、工件装夹方法的确定

1.1 夹具的选择

数控加工对夹具主要有两大要求:一是夹具应具有足够的精度和刚度;二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时, 通常考虑以下几点:

1) 尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具, 避免采用专用夹具, 以缩短生产准备时间。

2) 在成批生产时才考虑采用专用夹具, 并力求结构简单。

3) 装卸工件要迅速方便, 以减少机床的停机时间。

4) 夹具在机床上安装要准确可靠, 以保证工件在正确的位置上加工。

1.2 夹具的类型

数控车床上的夹具主要有两类:一类用于盘类或短轴类零件, 工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘 (三爪、四爪) 中, 由卡盘传动旋转;另一类用于轴类零件, 毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间, 工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转;数控铣床上的夹具, 一般安装在工作台上, 其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如:通用台虎钳、数控分度转台等。

1.3 零件的安装

数控机床上零件的安装方法与普通机床一样, 要合理选择定位基准和夹紧方案, 注意以下2点:

1) 力求设计、工艺与编程计算的基准统一, 这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。

2) 尽量减少装夹次数, 尽可能在一次定位装夹后, 加工出全部待加工表面。

2 刀具的选择及对刀点、换刀点的设置

2.1 刀具的选择

与普通机床加工方法相比, 数控加工对刀具提出了更高的要求, 不仅需要刚性好、精度高, 而且要求尺寸稳定, 耐用度高, 断屑和排屑性能好;同时要求安装调整方便, 这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料 (如高速钢、超细粒度硬质合金) 并使用可转位刀片。

2.1.1 车削用刀具

数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀以及成型车刀三类。

1) 尖形车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成, 如9 0°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽 (切断) 车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数 (主要是几何角度) 的选择方法与普通车削时基本相同, 但应结合数控加工的特点 (如加工路线、加工干涉等) 进行全面的考虑, 并应兼顾刀尖本身的强度。

2) 圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖, 应此, 刀位点不在圆弧上, 而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面, 特别适合于车削各种光滑连接 (凹形) 的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点:一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径, 以免发生加工干涉;二是该半径不宜选择太小, 否则不但制造困难, 还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

3) 成型车刀。成型车刀也称样板车刀, 其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中, 常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中, 应尽量少用或不用成型车刀。

2.1.2 铣削用刀具

数控加工中, 铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀, 该刀具有关参数的经验数据如下[1]:

1) 铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rm in, 一般取RD= (0.8~0.9) Rm i n;

2) 零件的加工高度H≤ (1/4~1/6) RD, 以保证刀具有足够的刚度;

3) 粗加工内轮廓时, 铣刀最大直径D可按公式计算;

4) 用平底立铣刀铣削内槽底部时, 由于槽底两次走刀需要搭接, 而刀具底刃起作用的半径Re=R-r, 即直径为d=2 Re=2 (R-r) , 编程时取刀具半径为Re=0.95 (R-r) 。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工, 常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀;

2.1.3 标准化刀具

目前, 数控机床上大多使用系列化、标准化刀具, 对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号;对于加工中心及有自动换刀装置的机床, 刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定, 如锥柄刀具系统的标准代号为T S G-J T, 直柄刀具系统的标准代号为D S G-JZ。此外, 对所选择的刀具, 在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据, 并由操作者将这些数据输入数据系统, 经程序调用而完成加工过程, 从而加工出合格的工件。

2.2 对刀点、换刀点的设置

工件装夹方式在机床确定后, 通过确定工件原点来确定了工件坐标系, 加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如:某程序开始第一个程序段为N0010 G90 G00 X100 Z20, 是指刀具快速移动到工件坐标下X=1 0 0 mm, Z=2 0 mm处。究竟刀具从什么位置开始移动到上述位置呢?所以在程序执行的一开始, 必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置, 这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点, 所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定, 所以, 该点又称对刀点。

在编制程序时, 要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:

1) 便于数值处理和简化程序编制;

2) 易于找正并在加工过程中便于检查;

3) 引起的加工误差小。

对刀点可以设置在加工零件上, 也可以设置在夹具上或机床上, 为了提高零件的加工精度, 对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。例:以外圆或孔定位零件, 可以取外圆或孔的中心与端面的交点作为对刀点。实际操作机床时, 可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上, 即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点, 车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心;平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点;球头铣刀是球头的球心, 钻头是钻尖等。用手动对刀操作, 对刀精度较低, 且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等, 以减少对刀时间, 提高对刀精度。加工过程中需要换刀时, 应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置, 换刀点应设在工件或夹具的外部, 以换刀时不碰工件及其它部件为准[2]。

3 切削用量的确定

数控编程时, 编程人员必须确定每道工序的切削用量, 并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法, 需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度, 充分发挥刀具切削性能, 保证合理的刀具耐用度;并充分发挥机床的性能, 最大限度提高生产率, 降低成本。

3.1 主轴转速的确定

轴转速应根据允许的切削速度和工件 (或刀具) 直径来选择。其计算公式为:n=1 000 v/πD。计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。

3.2 进给速度的确定

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数, 主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则:

1) 当工件的质量要求能够得到保证时, 为提高生产效率, 可选择较高的进给速度。一般在1 0 0~2 0 0 m m/m i n范围内选取。

2) 在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时, 宜选择较低的进给速度, 一般在20~50 mm/m i n范围内选取。

3) 当加工精度, 表面粗糙度要求高时, 进给速度应选小些, 一般在2 0~5 0 mm/m i n范围内选取。

4) 刀具空行程时, 特别是远距离“回零”时, 可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

3.3 背吃刀量确定

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定, 在刚度允许的条件下, 应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量, 这样可以减少走刀次数, 提高生产效率。为了保证加工表面质量, 可留少量精加工余量, 一般0.2~0.5 mm。

总之, 切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时, 使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应, 以形成最佳切削用量通过对生产一线产品品质问题的分析, 揭示了在数控加工过程中, 有关零件夹具设计与对刀点位置确定的相互影响关系;提示有关工程技术人员在处理类似数控加工问题时, 应注意深入分析定位基准、设计基准和工艺基准之间的关系, 在夹具设计过程中力求保证:夹具设计的定位基准与设计基准重合;加工工艺基准 (对刀中心) 与设计基准重合。

参考文献

[1]田春霞.数控加工工艺[M].北京:机械工业出版社, 2006.