XIAOZHONGMING

  摘要：在利用CAD和CAM加工工件的过程中，往往需要对切削所需用量以及切削刀具进行选择，以便能尽快使工件能够顺利完成加工。在数控铣进行铣削加工时也需要同样从事这类的工作。只有刀具选择正确和切削量控制正确，才能保证工件的加工质量和加工效率。为此，文章着重研究如何进行这两方面的选择，为自动化加工领域的研究做一些贡献。


       关键词：CAD；CAM；铣削刀具；切削用量


       1　概述


       在数铣的加工中，刀具以及切削用量的选择是能够关系到加工精度、表面质量以及效率的非常重要的两大因素。如果所选择的刀具和切削用量合适则能够大大的压缩加工成本，并大大的提高工作的效率，同时还能够取得更好的工作质量。伴随着CAD/CAM技术的发展，相当数量的软件都已经具有了强大的编程功能，而数铣加工刀具以及切削用量的选择目前都已经可以借助计算机得以实现。只要编程人员能够借助CAD/CAM软件当中的一系列工艺对刀具以及切削用量等等相关参数进行编制，而后借助后置处理完成配套NC程序的生成。所谓的数铣加工中也就是人机交互条件下实现加工刀具以及切削用量的最终选择确定，这也就需要具体的编程人员能够了解刀具以及切削用量的选择确定时需要遵循的相关原则及方法。


       2　数控铣削加工的刀具选择


       具体编程人员应当结合数控铣床的加工能力、工件的材料性能以及加工的工序、切削的用量等等多重因素恰当的选择刀具。


       2.1　常用的几种数控铣床刀具


       以铣刀的形状以划分标准，主要有平刀、球刀、牛鼻刀、异形刀等等几种类型。就用途来说，一般可分为立铣刀、端铣刀、键槽铣刀等等几种类型。就材料材料来说，可以划分为高速钢铣刀、硬质合金铣刀、金刚石铣刀、立方氮化硼铣刀以及陶瓷铣刀几种。


       2.2　选择刀具时应当考虑的几种因素


       首先是材料以及性能因素，主要有有色、黑色金属，各类复合材料以及塑料等等几种。还应当综合考虑其硬度、刚度以及耐磨性等等几种。其次是加工所使用的工艺，主要分为粗加工、半精加工以及精加工这三类。再次是工件的形状、加工的余量以及零件的精度等这几种。最后还要考虑的是机床的加工能力以及刀具的切削用量。


       2.3　对铣刀的选择


       一般来说在数铣加工当中CAD/CAM之中一般可以使用不止一种型号的刀具，常用的几种道具及其用途为平刀。大多是承担对凸台、凹槽、小平面的加工。一般在进行开粗或者光刀操作的时候都可以用，一般来说平刀多使用在开粗、平面光刀以及外形光刀、清根等领域。其次是球刀，这种刀一般是用在曲面光刀，通常对平面开粗的时候一般粗糙程度比较高，此外加工效率也比较低。再次就是牛鼻刀，一般这种刀主要是用在开粗、平面光刀上，在加工一些硬度较高的材料的时候应用较广。常用圆角半径是R0.2。最后是面铣刀，这种刀适用于大平面的加工工作。


       2.4　铣刀的参数选择


       对于平刀以及键槽铣刀来说，它的主要参数如下：


       铣刀的半径相比起零件内轮廓面的最小曲率不宜过大，正常情况下也就是0.8～0.9Rmin。此外零件在加工的高度上不宜过高，确保道具具有足够的刚性。至于不通孔或者深槽适宜L=H+（5mm～10mm），其中L代表切削部分的长度，对应的H则为加工高度。至于加工的外形以及通槽，则确定L=H+r+（5mm～10mm），r作为刀角的半径。在对内轮廓面做粗加工的时候，至于铣刀的最大直径也就是Dmax可按照以下方式进行计算详情见下图1。


       Dmax=D1+2[△sin（Φ/2）-△1]/[1-sin（Φ/2）]。


       第一，在这一公式当中，其中的D1代表工件轮廓的最小凹圆角直径；而△代表圆角邻边的夹角等分线处精加工的余量；其中精加工余量以△1表示；最小夹角以Φ表示。

图1　确定铣刀直径简图

       第二，是球刀各个参数的确定，其一是球刀的半径，此数据是刀角的半径r，球刀负责曲面以及圆弧槽的加工，和圆角的加工等等。在具体进入到内腔面加工环节的时候，球刀的刀角半径比内轮廓面最小曲率半径以及最小圆角半径要小得多。对外凸曲面加工时，为增大刚性的考虑，其刀角半径略大。当然也可以使用球刀的刀角半径与圆弧槽相等，借助球刀完成圆弧槽加工。


       第三，是牛鼻刀的参数选择，此类刀具主要是用于完成零件的粗加工以及平面光刀流程。在进行内槽底部的铣削时，为满足搭接要求，则刀具底刃有效的半径Re=R-r，在具体编程的时候确定Re=0.95（R-r）。前面的0.95数值是出于确保刀具出线磨损时还可以完成搭接预留的系数。


       第四，就是面铣刀的几项参数，这类刀具负责对一些大平面的加工，在确定直径时，具体如下：直径小的适合进行粗铣，相反则选择精铣。


       最后是数铣加工，在这一过程中，需要及时的对此类刀具测量尺寸，取得精准数据参数，数据输入系统之后，需要时做出补偿，完成加工过程，确保零件合格。


       3　数控铣削加工切削用量的确定


       至于切削用量的选择，需要编程的工作人员应当能够正确的确定切削用量，也就是根据工件来合理确定切削用量。这主要是主轴转速、进给量以及背吃刀量等。


       3.1　切削用量在确定的时候必须综合考虑的要点


       首先是加工生产的效率，这主要是与ap、f、Vc存在着特定的关系，要提升生产效率，只要提升参数之一就可以。不过考虑到刀具的寿命，另外的两个参数应当适时压低。换句话说，要获得良好而精准的切削用量，必须妥善处理这三大要素的关系。其次是机床的功率，在ap以及Vc两个参数大大增加时，都对切削功率的提升贡献不少。而f相比起来对切削功率作用要小很多。进入到粗加工环节的时候，必须尽量的增大进给的数量。再次是刀具寿命也就是耐用度。一般来说上述的三大要素对刀具寿命按影响的大小来分大致是Vc、f、ap。，所以说，为维持刀具寿命，在选择具体的切削用量的时候，首先需要确保ap尽量的大，而后确定较大的f，藉此得出适宜的切削速度。


       3.2　制定加工切削的用量方法


       一般来说，在确定粗加工的切削用量时大多考虑的是生产效率，兼顾经济角度，也就是加工的成本。至于进行半精以及精加工时选择的切削用量，首先要考虑的就是加工的质量问题，同时也要照顾到切削的效率以及成本。对ap进行选择的时候，应当考虑结合机床以及刀具的刚度、加工的余量等等。取出需要留给下一道工序的适当余量以外，尽量全部切除其他部分的余量，从而大幅减少走刀次数，确保效率；如果粗铣的余量过大亦或者刚性不足，则余量可以分两次完成。对于表层较硬的铸锻件或者不锈钢时，应当尽量确保背吃刀量超过硬皮厚度，避免过早的磨损掉刀尖。通常来说在进行立铣刀粗铣的时候，背吃刀量不适合越过铣刀半径，也就是小于7mm；在进行半精铣的时候，这一数值适合为0.5～1毫米左右；相比而言，在进行精铣的时候一般为0.05到0.3MM。使用端铣刀进行粗铣一般背吃刀量2～5毫米，进行精铣的时候，适合0.1～0.5毫米。其次关于f的确定。一般来说数控铣床切削用量的最关键参数就是进给量，如果工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给量。一般在100到200mm/min即可。如果加工的精度以及表面的粗糙度有差别，这应当选择较小的进给量，大致范围是20～50mm/min即可。在实际的生产过程当中大多使用查表或者经验法选择合适的进给量。进行粗加工的时候，综合考虑材料、刀具的直径以及背吃刀量确定合适的进给量。在进行半精或者精加工的时候，则综合考虑表面粗糙度的具体要求，结合工件的材料，切削的速度确定进给量。至于切削速度的确定，这一操作的目的在于敲定铣床的主轴转速。在生产的过程中参照实践以及机床的使用资料确定切削的实际速度，而后确定主轴的最终转速。一般在确定具体的切削速度时，需要遵循如下原则，粗铣则ap、f大，因此Vc就低；精铣则ap、f都比较的小，因此Vc较高。此外工件的材料强度以及硬度足够高的话，适宜选择Vc较低。如果材料切削性足够好，其速度自然就高。


       3.3　提高切削用量的对策


       在选择刀具的材料时突出对切削性能的更高要求，确保工件的机械性能的同时，获得更好的加工性。提供更好的冷却润滑。总而言之，在选择确定切削用量的时候，如果可以满足零件的质量要求，那么在确保工艺系统具备足够的强度以及刚性的前提下，确保机床的功率，充分发挥其所具有的切削性能，最终敲定最合适的切削用量。


       4　结语


       在高科技已经渗透到机械加工领域的今天，我们不仅要看到自动加工软件给我们的机械加工业的工作质量的提高带来的足够便利，更为重要的是，要学会如何利用这些先进的设备，在掌握原有基本原理的基础上，勤做加巧做，就一定能使我们的工业早日走向自动化。