数控机床中刀具的选择

数控机床中刀具的选择（共11篇）

数控机床中刀具的选择 篇1

1 数控刀具的分类

数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点:减少换刀停机时间, 提高生产加工时间;加快换刀及安装时间, 提高小批量生产的经济性;提高刀具的标准化和合理化的程度;提高刀具的管理及柔性加工的水平;扩大刀具的利用率, 充分发挥刀具的性能;有效地消除刀具测量工作的中断现象, 可采用线外预调。事实上, 由于模块刀具的发展, 数控刀具已形成了三大系统, 即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。

1.1 从结构上可分为

1) 整体式。

2) 镶嵌式, 可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同, 分为可转位和不转位。

3) 减振式, 当刀具的工作臂长与直径之比较大时, 为了减少刀具的振动, 提高加工精度, 多采用此类刀具。

1.2 从制造所采用的材料上分

1) 高速钢刀具。高速钢通常是型坯材料, 韧性较硬质合金好, 硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差, 不适于切削硬度较高的材料, 也不适于进行高速切削。高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨, 且刃磨方便, 适于各种特殊需要的非标准刀具。

2) 硬质合金刀具。硬质合金刀片切削性能优异, 在数控车削中被广泛使用。硬质合金刀片有标准规格系列产品, 具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。

硬质合金刀片按国际标准分为三大类:P类, M类, K类。

P类——适于加工钢、长屑可锻铸铁 (相当于我国的YT类) 。

M类——适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等 (相当于我国的YW类) 。

M-S类——适于加工耐热合金和钛合金。

K类——适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金 (相当于我国的YG类) 。

K-N类——适于加工铝、非铁合金。

K-H类——适于加工淬硬材料。

2.3金刚石刀具

金刚石 (钎焊聚晶、单晶) 各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工及有色金属切削加工行业中。

1.3 从切削工序上可分为

车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹、切槽、切端面、切端面环槽、切断等。

数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准, 刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具 (包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等) 。机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类:圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。

2 数控加工刀具的特点

数控刀具与普通机床上用的刀具实际没有多大区别, 为了达到高效、多能、快换、经济的目的, 数控加工刀具与普通金属切削刀具相比, 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求, 它们需具有以下特点。

2.1 刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性

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, 刀具耐用度仍随机变动。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Tp。它已成为选择刀具的关键性指标。通常是规定可靠度P≥0.9, 即9%时刀具切削时间为T0.9。研究表明, 当耐用度的随机变量接近于正态分布时, 如以耐用度的平均值T作为标准, 刀具的可靠性只有50%。

2.2 刀具或刀片便于切削控制

刀具必须能可靠地断屑或卷屑即切削控制。数控机床上每一工位设备上。装置着许多刀具, 切削量大, 切屑多, 因此, 在切削塑性金属时, 必须控制切屑不缠绕在刀具、工件及工艺装备上, 控制切屑不飞溅, 保证操作者安全, 不影响切削液喷注, 不影响零件的定位和输送, 不划伤已加工表面, 使切屑易于清理, 为此, 采用卷屑槽或断屑块的刀具, 或用间隙切削或振动切削措施提高断屑效果。

2.3 刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化

刀具应具有较高的精度, 包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。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。

2.4 刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化

刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化, 使刀具应能快速或自动更换, 并需有控制和调整尺寸的功能或具有刀具磨损的自动补偿装置, 以减少换刀调整的停机时间。

3 数控刀具的选择

刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一, 不仅影响机床的加工效率, 而且直接影响零件的加工质量。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。

由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床, 而且主轴输出功率较大, 因此与传统加工方法相比, 对数控加工刀具的提出了更高的要求, 包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高, 而且要求尺寸稳定, 安装调整方便。这就要求刀具的结构合理, 几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一, 它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面。

1) 根据零件材料的切削性能选择刀具。

综合考虑金属、非金属, 其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件, 建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

2) 根据零件的加工阶段选择刀具。

即粗加工阶段以去除余量为主, 应选择刚性较好、精度较低的刀具, 半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主, 应选择耐用度高、精度较高的刀具, 粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具, 建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具, 因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损, 涂层磨损修光, 继续使用会影响精加工的加工质量, 但对粗加工的影响较小。

3) 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数

在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;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。

4) 根据工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标选择刀具

正前角刀片:对于内轮廓加工, 小型机床加工, 工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负前角刀片:对于外圆加工, 金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片;仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片;在考虑到刀具能承受的切削用量前提下综合机床刚性、功率等条件, 加工大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片, 反之选择刀尖角较小的刀片。

合理科学的选择数控刀具对数控加工生产效率、加工质量和加工成本影响极大, 因此应高度重视数控刀具的正确选择和合理使用, 让其更好的为数控加工服务, 充分发挥数控加工的优点。

参考文献

[1]邓建新, 赵军.数控刀具材料选用手册.

[2]徐宏海.数控机床刀具及其应用.

[3]袁锋.数控车床培训教程.

数控机床中刀具的选择 篇2

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

1许镇宇.机械零件.北京：高等教育出版社，1983；

2孔庆复.计算机辅助设计与制造.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1994；

3雷宏.机械工程基础.哈尔滨：黑龙江出版社 2002； 4王中发.实用机械设计.北京：北京理工大学出版社 1998； 5 唐宗军.机械制造基础.大连：机械工业出版社 1997； 6吴祖育，秦鹏飞.数控机床.上海：上海科学技术出版社 2003； 7许翔泰，刘艳芳.数控加工编程实用技术.北京：机械工业出版社2000；

数控加工中刀具的应用分析 篇3

关键词：数控加工；刀具选择；刀具优化

1.刀具的选择

数控加工中的刀具主要包括模块化刀具以及常规刀具两种。模块化刀具是刀具未来的主要发展方向，主要是由于模块化刀具的应用能够节约维护时间，并且使得刀具的标准化和合理化的程度有所提高，使刀具的性能得以充分的发挥，大大改善了刀具测量工作出现的中断现象。

在数控加工中，刀具的选择是重中之重，正确的刀具选择能够使得机床的加工效率以及零件的加工质量得到很大程度上的提高。刀具的选择应该根据机床的性能、被加工零件的材料性能、加工工序以及加工量等等进行选择。

与普通机床相比，数控机床的主轴转速以及功率都十分高，所以对刀具的要求就更加严苛，要求刀具需具有较大的精度强度，耐用性良好，并且易于安装调整等等优点，所以刀具的结构必须合理，其几何参数以及材料性能都要合乎一定的标准。对于数控刀具的正确选择是保证数控车床的加工效率的基础之一。刀具的选择主要应该考虑以下方面：

1.1.零件材料的切削性能

选择刀具时要充分考虑金属、非金属材料的刚度、硬度等草料性能，例如在对高强度钢、不锈钢零件等进行车或铣的加工时，要选择耐磨性好的硬质合金刀具。

1.2.零件的加工阶段

不同的加工阶段可以选择不同的刀具来满足切削的性能，在粗加工阶段对精度的要求较低，对刀具刚性的要求相对较高；在半精加工、精加工为了保证零件的质量就要选择精度高且耐用的刀具了。如果粗加工跟精加工阶段对刀具有一致性的要求，粗加工刀具可以使用精加工替换下来的刀具。

1.3.零件的加工区域的特点

当零件的结构允许时，一般尽量选择大直径、长径比值小的刀具。

1.4.工件的加工余量、几何形状以及零件的技术经济指标

正前角刀片：适用于内轮廓加工或者当工件结构形状较复杂时可以优先选用。

负前角刀片：适用于加工外圆，当加工条件恶劣或者金属切除率较高时可以选择此类刀片。我们再次就不一一介绍了。在对道具进行选择时，一定要充分考虑刀具能够承受的切削用量，当加工余量大时要选择刀尖角较大的刀片，反之则选择小的。

2.刀具的优化

2.1.总体优化目标

现代化进程的加快，各个行业之间的影响以及相互渗透程度越来越大，这就使得对产品质量的要求越来越严格，机械工业更是这样。正确的刀具选择就是在加工中能够保证零件的质量，满足零件的各项技术要求并且在降低能耗的同时能够提高生产效率。提高生产率的主要途径有：提高切除效率，容易装卡工件以及换刀方便；降低成本主要体现在刀具的磨损量小，能源的利用率高等等，因此对于刀具的选择的优化总体目标为：提高加工质量，提高生产效率，降低生产成本。所以正确合理的选择刀具是实现以上目标的基本前提。保证加工质量就要尽量使零件与刀具间不发生干涉；提高生产效率就在允许范围内尽量使用直径较大的刀具；降低生产成本就是在满足切削要求的基础上尽量使用合理的刀具材料，不出现杀鸡用牛刀的现象。在目前对于刀具优化的研究中来看，由于优化目标过于单一，所以优化效果十分有限。虽然对于加工时间的优化上取得了一些进展，但是在加工质量以及加工效率方面的结合还需要继续完善。

2.2.加工特征特性

加工特征的种类的种类比较多，如表面、倒角、槽、孔、型腔等等，而这些大的特征类型又分很多子类型，不同特征需要的加工特性也不尽相同。以孔为例，某些孔对应的刀具有时候是唯一的，如平底盲孔加工时一般只选用铣刀加工，而不是钻头加工。一般来说对于这些加工特征特性的刀具的选择都是有一定的规则以及规律的，如形状、尺寸、精度等都是有固定要求的，因此对于此类加工特征的选刀是比较简单的，无需进行优化，当然了这些由于日积月累的经验总结出的选到规则也是对刀具进行优化的结果。

在数控车床加工中，加工中心的刀具种类十分繁杂，对于刀具的选择除了加工工件的形状装夹方式的考虑外，还要充分考虑加工效率和加工精度等等。

另外，钻头的选择主要是依据工件的材料钻削工艺以及刀柄结构形式。具有标准直径的钻头根据实际的加工需要再对刀刃进行打磨，可以磨成N、s 、x 等等各种形状。当机床在在自动执行钻孔程序过程中，往往会出现机床切屑的缠绕导致堵塞的情况，严重时会导致钻头折断，所以可以在钻头刃磨时在后刀面上磨分屑槽，深度设定为进给量的4-5 倍。

对于粗镗刀的选择主要考虑镗杆刚性以及刀头能承受的切削量，刀头材料选用硬质合金，若加工要求高，还可以选择立方氮化硼或人造金刚石的刀头，当然后者的造价也是相当可观的。

在实际操作中对于小于12mm直径的孔，可以使用稍加刃磨的键槽铣刀这样可以使粗糙度和位置精度有所提高，当孔的加工直径较大时，且镗刀的可选择性比较少，就可以选用立铣刀，缺点是这种道具对于机床的精度要求很高。

3.结语

数控机床在机械加工中的地位一直很高，为了不断优化其加工性能，刀具的模块化进程的脚步越来越快。数控编程人员应该熟悉对刀具的选择原则，从而使得零件的加工质量有所保证，使得数控机床的加工优势更加明显，从而提高企业效益以及生产水平。

参考文献：

[1]李家杰等.数控机床编程与操作实用教程[M].东南大学出版社，2005.

[2]罗学科等. 数控加工机床[ M ] .化学工业出版社，2003.

数控机床中刀具的选择 篇4

关键词：数控技术,机械加工,刀具选择

1 科学选择数控刀具

1.1 选择数控刀具的原则

刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时, 应首先选择合理的刀具寿命, 而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具, 由于换刀时间短, 为了充分发挥其切削性能, 提高生产效率, 刀具寿命可选得低些, 一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具, 刀具寿命应选得高些, 尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时, 该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时, 刀具寿命也应选得低些。大件精加工时, 为保证至少完成一次走刀, 避免切削时中途换刀, 刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。

1.2 选择数控车削用刀具

数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。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伏和尺寸决定。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。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900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。

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, 以免发生加工干浅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。

1.3 选择数控铣削用刀具

在数控加工中, 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:一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin, 一般取RD= (0.8一0.9) Rmin。二是零件的加工高度H< (1/4-1/6) RD, 以保证刀具有足够的刚度。三是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=2Re=2 (R-r) , 编程时取刀具半径为Re=0.95 (Rr) 。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。

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TSG-JT, 直柄刀具系统的标准代号为DSG-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 设置刀点和换刀点

刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?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:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查;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谁上。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。

3 确定切削用量

数控编程时, 编程人员必须确定每道工序的切削用量, 并以指令的形式写人程序中。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 确定主轴转速

主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=1000v/3.14D式中:v—切削速度, 单位为m/m动, 由刀具的耐用度决定;n一一主轴转速, 单位为r/min;D—工件直径或刀具直径, 单位为mm。计算的主轴转速n, 最后要选取机床有的或较接近的转速。

3.2 确定进给速度 (走刀速度)

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: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100一200mm/min范围内选取;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20一50mm/min范围内选取;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20--50mm/min范围内选取;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 确定背吃刀量 (切削深度)

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0.2一0.5m m, 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。

数控机床中刀具的选择 篇5

模具加工刀具选择

现代模具的成形制造中，由于模具结构复杂、精度要求高，不同部位的型面特征及材料差别较大，因此所使用的模具铣刀也不同。

模具加工工序可划分粗加工、半精加工和精加工,有时甚至还有超精加工。粗加工、半精加工工序一般选用可转位刀具,精加工序选用整体式刀具。

当模具型腔为复杂的立体曲面时，仿形铣削加工效率较高，特别适用于型腔的粗加工。在仿形铣削中常用的刀具有圆刀片的铣刀、球头铣刀、可换铣削头式球头铣刀及整体硬质合金球头立铣刀四种。下表在考虑切削加工稳定性，成本生产率等几个方面对这四种常用的仿形铣刀进行了比较。

模具曲面加工时应注意的问题

(1)粗铣

追求单位时间内的材料最大去除率，应根据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按等高面一层一层地铣削，效率高。小型模具多使用整体立铣刀加工，大型模具考虑其经济性和加工效率，多采用带可转位刀片的机夹式立铣刀进行加工，主要有R型圆刀片，方肩铣刀片，面铣刀片等。(2)半精铣

使被加工表面更接近于理论曲面，可采用球头铣刀，一般为精加工工序留出0.5㎜左右的加工余量。(3)精加工

最终加工出理论曲面。一般采用整体立铣刀或者球头铣刀。用球头铣刀精加工曲面时，一般用行切法，适当地提高主轴转速，选择合适的折返点，降低停顿和振动产生的刀痕。(4)避免垂直下刀

好的办法是向斜下方进刀，进到一定深度后再用侧刃横向切削。在铣削凹槽面时，可以预钻出工艺孔以便下刀。

(5)铣削曲面零件中，如果发现零件材料热处理不好、有裂纹、组织不均匀等异常现象时，应及时停止加工，以免浪费工时。

(6)在每次开机铣削前应对机床、夹具、刀具进行适当的检查，以免在中途发生故障，影响加工精度，甚至造成废品。

(7)在模具型腔铣削时，应根据加工表面的粗糙度适当掌握修锉余量。对于铣削比较困难的部位，应适当多留些修锉余量；而对于平面、直角沟槽等容易加工的部位，应尽量降低加工表面粗糙度值，减少修锉。

模具加工制造中，刀具的选用时需要从工件材料、场合工况、切削加工稳定性、成本生产率加工精度等几个方面进行综合考虑。只有合理选择刀具才能提高加工质量和加工效率，满足产品美观度及功能要求，提高模具加工技术。

数控机床中刀具的选择 篇6

关键词:刀具半径补偿 刀具补偿指令 加工误差

中图分类号:D99 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0103-01

1 数控铣床刀具补偿原理

刀具半径补偿即根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数,实时自动生成刀具中心轨迹的功能成为刀具半径补偿功能。用铣刀铣削工件的轮廓时,刀具中心的运动轨迹并不是加工工件的实际轮廓。加工内轮廓时,刀具中心要向工件的内侧偏移一个距离;而加工外轮廓时,同样刀具中心也要向工件的外侧偏移一个距离。由于数控系统控制的是刀心轨迹,因此编程时要根据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹。注意到零件轮廓可能需要粗铣、半精铣和精铣三个工步,由于每个工步加工余量不同,因此它们都有相应的刀心轨迹。另外刀具磨损后,也需要重新计算刀心轨迹,这样势必增加编程的复杂性。为了解决这个问题,数控系统中专门设计了若干存储单元,存放各个工步的加工余量及刀具磨损量。数控编程时,只需依照刀具半径值编写公称刀心轨迹。加工余量和刀具磨损引起的刀心轨迹变化,由系统自动计算,进而生成数控程序。进一步地,如果将刀具半径值也寄存在存储单元中,就可使编程工作简化成只按零件尺寸编程。这样既简化了编程计算,又增加了程序的可读性。 根据ISO标准,沿刀具运动方向看,当刀具中心在工件轮廓右侧时,称为右刀补,用G42表示,反之称为左刀补,用G41表示。

加工中心、数控铣床的数控系统,刀具补偿功能包括刀具半径补偿、长度补偿等刀具补偿功能。

(1)刀具半径补偿(C4l、C42、G40)刀具的半径值预先存人存储器Dxx中,xx为存储器号。执行刀具半径补偿后,数控系统自动计算,并使刀具按照计算结果自动补偿。使用中需注意:建立、取消刀补时,即使用G41、G42、G40指令的程序段必须使用G00或G01指令,不得使用G02或G03,当刀具半径补偿取负值时,C4l和C42的功能互换。

(2)刀具长度补偿(G43、G44、C49)。利用刀具长度补偿(043、G44)指令可以不改变程序而随时补偿刀具长度的变化,补偿量存入由H码指令的存储器中。G43表示存储器中补偿量与程序指令的终点坐标值相加,G44表示相减,取消刀具长度偏置可用G49指令或H00指令。存储器中补偿量的数值,可用MDI或DPLN先存人存储器,也可用程序段指令G10P05R18,0表示在05号存储器中的补偿量为18ram。

意义:数控铣床中,刀具半径偏置量预先寄存在指定的寄存器中,運用刀具半径补偿指令,通过调整刀具半径补偿值来补偿刀具的磨损量等,以消除由于刀具磨损等引起的加工误差。同时即使更换刀具或进行了刀具重磨。只要加工轮廓不变、加工坐标系不变,就完全可以使用原来的程序。同时作为应用还可以通过调整刀具半径补偿量,来使用同一程序进行同一轮廓同一条件下的粗、精加工。

2 刀具半径补偿的执行过程

2.1 刀补建立

刀具接近工件,根据G41或G42所指定的刀补方向,控制刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径。当N4程序段中写上G41和D01指令后,运算装置立即同时先读入N6、N8两段,在N4段的终点(N6段始点),作出一个矢量,该矢量的方向与下一段的前进方向垂直向左,大小等于刀补值(即D01的值)。刀具中心在执行这一段(N4段)时,就移向该矢量的终点。在该段中,动作指令只能采用G00或G01,不能用G02或G03。

2.2 刀补执行

控制刀具中心的轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。从N6开始进入刀补状态,在此状态下,G01、G02、G03、G00都可用。

2.3 刀补撤消

在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中,根据刀补取消前G41或G42的情况,刀具中心轨迹与编程轨迹相距一个刀具半径值过渡到与编程轨迹重合。当N14程序段中用到G40指令时,则在N12段的终点(N14段的始点),作出一个矢量,它的方向是与N12段前进方向的垂直朝左、大小为刀补值。刀具中心就停止在这矢量的终点,然后从这一位置开始,一边取消刀补一边移向N14段的终点。此时也只能用G01或G00,而不能用G02或G03等。

前面阐述了灵活应用刀具半径补偿功能、合理设置刀具半径补偿值在数控加工中的重要意义,然而在实际使用时必须注意以下几个事项。

(1)C41、C42、G40必须在G00或G01模式下使用。(2)为保证工件、刀具安全,建立和取消刀补宜采用C01方式,若用G00,则应先建刀补再下刀,先抬刀再取消刀补。并且补偿方向与进、退刀位置在同一侧。(3)C41、C42不能重复使用,并且在使用时不允许有两句连续的非移动指令。(4)使用G41、G42时应避免过切削现象(5)应用G41、G42时应指定G17、G18、G19平面,尤其是XZ平面和YZ平面,必须指定G18、G19,但XY平面G17可以省略,因为它是系统缺省的平面。(6)补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行,否则会出现补偿错误。

3 结语

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,所以在编程中很多编程者不愿使用它。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。总之,刀补在数控加工中有着相当重要的作用,应充分理解掌握刀补原理,并加以正确运用,熟记这些注意事项,在编制程序中可以大大简化编程工作,使数控加工程序简捷易懂、准确有效。

参考文献

[1]李锋,白一凡.数控铣削变量编程实例教程[M].化学工业出版社.

[2]吴祥.数控技术[M].机械工业出版社,2003．

[3]陈海舟.数控铣削加工宏程序[M].北京:机械工业出版社,2006.

数控车床刀具及切削用量的选择 篇7

机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼 (CBN) 、金刚石、陶瓷等。由于切削温度高, 尽管积屑瘤发生中速切削速度区, 但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态, 减小了摩擦力, 抑制了积屑瘤的生成, 所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击, 刀具涂层后硬度可达80HRC, 具有高的抗氧化性能和抗粘结性能, 因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数, 可降低切削时的切削力及切削温度, 可以大大提高刀具耐用度 (涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍) 等优点, 但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片, 故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。陶瓷类刀具硬度高, 但抗弯强度低, 冲击韧性差, 不适用于余量不均的重型切削。硬质合金分为钨钴类 (YG) 、钨钛钴类 (YT) 和钨钛钽 (铌) 钴类 (YW) 。加工钢料时, 由于金属塑性变形大, 摩擦剧烈, 切削温度高, YG类硬质合金虽然强度和韧性较好, 但高温硬度和高温韧性较差, 因此在重型切削中很少应用。与之相比, 钨钛钴类 (YT) 类硬质合金刀具适于加工钢料, 由于钨钛钴类 (YT) 合金具有较高的硬度和耐磨性, 尤其是具有高的耐热性, 抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好, 在加工钢料时刀具磨损较小, 刀具耐用度较高, 因此钨钛钴类 (YT) 类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。然而在低速切削钢料时, 由于切削过程不太平稳, 钨钛钴类 (YT) 类合金的韧性较差, 容易产生崩刃, 而且在加工一些高强度合金材料时, 它的耐用度下降很快, 无法满足使用要求。如电站用机械产品工作于高温、高压、高转速的环境中, 对材料 (如26Cr2Ni4MoV、Mn18Cr18) 机械性能的要求非常高;而一些高硬度轧辊, 表面硬度在淬火后可达HRS90, (YG) 类刀具在加工此类产品时就无法胜任, 在这种情况下应选用YW类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具等。细晶粒合金的耐磨性好, 更适用于加工冷硬铸铁类产品, 效率较YW类刀具可提高一倍以上。而且在加工一些高强度合金材料时, 它的耐用度下降很快, 无法满足使用要求。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:

1.1 刚性好 (尤其是粗加工刀具) , 精度高, 抗振及热变形小;

1.2互换性好, 便于快速换刀;1.3寿命高, 切削性能稳定、可靠;1.4刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间;1.5刀具应能可靠地断屑或卷屑, 以利于切屑的排除;1.6系列化, 标准化, 以利于编程和刀具管理。

在实际加工中发现涂层刀具比较适合切削的精加工, 刀具的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦, 减少了积屑瘤的发生, 降低了刀具的磨损, 延长了刀具的寿命。

精加工阶段同样要求刀具耐磨损, 但是精加工阶段的磨损形式是以粘蚀磨损为主, 这时的切削速度虽然有了很大提高, 但由于工件材质等原因, 仍然会产生积屑瘤, 当积屑瘤增长到一定高度时会从刀具上剥离, 将接触部位的刀具材料带走一部分, 形成刀具的磨损, 同时, 剥离的积屑瘤会扎进工件表面, 形成硬点, 降低加工表面质量。因此, 如果精加工时仍然采用普通硬质合金刀具, 则刀具磨损非常快, 换刀次数增多, 不仅影响加工效率, 也易在工件表面形成接刀痕迹, 影响外观质量。解决这个问题的办法就是改变刀具材料。在实际加工中发现涂层刀具比较适合高速切削的精加工, 刀具的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦, 减少了积屑瘤的发生, 降低了刀具的磨损, 延长了刀具的寿命。

2 刀具角度的选择

外圆的粗、半精车刚度高的工件时, 由于粗加工或半精加工主要是切除多余金属层, 为了减少走刀次数, 减少切削时间, 提高生产效率, 切削力较大, 故应选择稳固的刀片夹紧方式, 为了增加刀尖强度, 承受较大的切削力, 刀尖角尽可能选择大一些。由于减小主偏角会导致径向分力Fy增大, 当工艺系统的刚度较强时, 可适当减小刀具主偏角。在一般加工条件下, 用硬质合金车刀车碳钢和合金钢, 在进给量和切削深度相同的条件下, 减小主偏角能使切削厚度减小, 切削宽度增大, 使参与切削的切削刃长度变长, 减少单位长度切削刃的负荷, 刀具强度高, 散热条件好, 从而提高刀具的使用寿命。

3 刀具结构的选择

根据粗加工加工余量大、切削余量大的特点, 用于粗加工的刀具应该具有很好的强度和刚性。一般来讲, 整体刀具的刚性较好, 但重型刀具的结构笨重, 装卸比较困难, 所以发展方向应该是机夹刀具。机夹刀具的刀片夹持结构及加工精度对于刀具的选择很重要, 实际加工中发现, 常用的机夹刀的夹紧形式可分为上压式、杠杆式和偏心销、楔块式等。对机夹刀具的制造精度要求也很高, 因为即使微小的误差, 也会使定位机构变成承力机构, 由于切削的加工过程中切削力巨大, 就会造成刀具的损坏。可采取的应对措施包括:减小切削速度以降低切削刃温度;减小进给率以减小刀片承受的应力;选用涂层刀具牌号以加强对前刀面的保护;改进刀具几何形状以减小直接作用于前刀面上的切削力。

粗车时, 要选强度高、耐用度好的刀具, 以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。精车时, 要选精度高、耐用度好的刀具, 以保证加工精度的要求。为减少换刀时间和方便对刀, 应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

4 切削用量的选择

对于高效率的金属切削加工来说, 被加工材料、切削工具、切削用量是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。

切削用量的三要素:切削速度、进给量和背吃刀量直接引起刀具的损伤。

切削速度;Vc=πDn/1000;

背吃刀量;ap= (D-d) /2;

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、切削速度vc和进给量f。

选择切削用量时, 应该在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率, 最大地发挥刀具的切削性能。所选取的数值要在机床给定的切削参数允许范围内, 同时要使主轴转速、背吃刀量和进给量三者都能相互适应, 形成最佳的切削效果。具体的原则是:粗车时, 在考虑加工经济性的前提下以提高生产率为主, 半精车和精车时, 在保证工件加工精度和表面粗糙度的前提下兼顾提高加工效率。

4.1 背吃刀量的确定。

根据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统刚度来确定背吃刀量ap。在工艺系统刚度允许的情况下, 应以最少的进给次数切除加工余量, 以提高加工效率。当零件的加工精度要求较高时, 需要保留0.2～0.5mm的单边精车余量。

4.2 主轴转速的确定。

依据机床的性能、被加工零件的材料和刀具允许的切削速度, 查阅相关的数控加工切削用量资料, 选取切削速度。在确定了切削速度vc (m/min) 之后, 根据工件直径D用下面的公式便可计算出主轴转速n (r/mim) 。

式中, D是工件直径, 单位为mm。

4.3 进给量 (进给速度) 的确定。

在确定进给量时, 要考虑被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求、刀具及工件的材料等因素, 在保证加工表面质量要求的前提下, 可选择较大的进给量以提高加工效率。

粗加工时, 一般切削用量选择较大, 车削时首先应该考虑选择较大的背吃刀量, 以减少走刀的次数;其次, 选择较大的进给量, 最后才是选择较高的切削速度, 伴随着切削速度的提高, 刀尖温度会上升, 会产生机械的、化学的、热的磨损, 刀具磨损不仅影响加工质量, 也会增加车床的负荷。切削速度提高20%, 刀具寿命会减少1/2。

精加工时, 如果机床及刀具性能允许, 应尽可能提高切削速度, 相应的可以采用较小的进给量, 以利于表面质量的提高 (一般可取0.1～0.2mm/r) 。如果刀片有修光刃, 则可根据修光刃的宽度, 适当加大进给量。当采用精车外圆表面时, 进给量可以达到每转0.1毫米, 精加工时, 加工余量较小, 从而切削深度也较小, 对于形状精度较高的表面, 应分多次去除余量, 这样可以有效消除残留的形状误差, 这一点对于易变形的工件尤其重要。

5 结论

综上所述, 数控车削同普通车削相比, 数控车削加工与普通车床切削加工大致相同。目前, 数控车削的很多工艺及刀具资料都是以普通机械加工为依据, 并不完全适用于数控机械加工, 因此需要进一步专门深入研究。

摘要：数控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业, 如何高效、合理、按质按量完成工件的加工, 是每个从事该行业的工程技术人员所关心的问题。数控车削加工与普通车床切削加工大致相同, 但刀具的选择、刀具的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等工艺问题也有各自的特点。对数控车床切削加工工艺作如下论述。

关键词：刀具,切削用量,效率

参考文献

[1]机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2004, 6.

[2]周济, 周艳红.数控加工技术[M].北京:国防工业出版社, 2003, 9.

数控机床中刀具的选择 篇8

数控铣床具有高效率、高精度、高柔性的性能,是现代机械加工的先进工艺装备,在数控加工中占据了重要地位,加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床的基础上发展而来的。随着我国机械加工的飞速发展,数控机床的使用日益增多,为了保证数控机床能正常运行,只有配置了与数控机床性能相适应的刀具和切削用量,才能使其性能得到充分的发挥[1]。尤其是CAD/CAM的发展,使得加工刀具和切削用量发展成为了编程人员在人机交互状态下进行选择的模式,最后通过编程软件自动生成加工代码,这就要求编程人员必须懂得刀具选择和切削用量确定的方法和原则。

1 数控铣削刀具的选择

数控铣床和加工中心需要加工能力和通用性更强的铣刀,在过去的几年中,对更先进的铣削刀具的开发就是源于这种需求。过去,特别是面对大批量的生产时,专用刀具往往是唯一有效的解决方案。而如今,需要的则是更为灵活的生产方式,新的铣刀概念提供了具备更广泛加工能力的刀具。现代刀具的设计及制造,能够实现更为复杂的刀具概念,利用CNC机床提高产出,加工过程也变得更加可靠了。

数控铣削加工的刀具按铣刀形状可分为:平刀、球刀、牛鼻刀、异形刀等;按铣刀用途可分为:立铣刀、端铣刀、键槽铣刀等;按铣刀材料可分为:高速钢铣刀、硬质合金铣刀、金刚石铣刀、立方氮化硼铣刀、陶瓷铣刀等。编程人员应该根据数控铣床的加工能力、工件的材料性能、几何形状、表面品质要求、热处理状态、加工工序、切削用量、加工余量等,选择刚性好,耐用度高的刀具。选择刀具的一般原则是:尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具;尽量采用机夹或可转位式刀具;尽量采用高效刀具。其中被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据。

1) 加工曲面类零件时,为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切,避免刀刃与工件轮廓发生干涉,一般采用球头刀,粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀,如图1所示。

2) 铣较大平面时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀,如图2所示。

3) 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀,如图3所示。

4) 铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀,如图4所示。

5) 孔加工时,可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具,如图5所示。

2 数控铣削加工切削用量的确定

切削用量由切削速度、进给量和背吃刀量三要素组成。在切削加工中,切削用量将直接影响加工工件的品质、刀具的磨损限度、机床的功率、生产率、加工成本等。因此切削用量的选择显得特别重要。

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,应在保证加工品质的前提下,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[1]。

a) 背吃刀量ap的选择:应该根据机床和刀具的刚度、加工余量多少而定。除留给下道工序的余量外,其余的粗铣余量尽可能一次切除,以使走刀次数最少、提高生产效率;当粗铣余量太大或工艺系统刚性较差时,则其加工余量应分两次或数次走刀后切除。当切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等加工硬化严重的材料时,应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度,以防刀尖过早磨损。一般立铣刀粗铣时,背吃刀量以不超过铣刀半径为原则,但一般不超过7mm; 半精铣时,背吃刀量取为0.5～1mm; 精铣时,背吃刀量取为0.05～ 0.3mm。端铣刀粗铣时,背吃刀量一般为2～5mm;精铣时,背吃刀量取为0.1～0.5mm。

b) 进给量f的选择:进给量是数控铣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要求、以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给量受机床刚度和进给系统的性能限制。当工件的品质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100～200mm/min 范围内选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时,进给量应选小些,一般在20～50mm/min范围内选取。生产实际中多采用查表法、经验法确定合理的进给量。粗加工时,根据工件材料、铣刀直径、已确定的背吃刀量来选择进给量。半精加工和精加工时,则按加工表面粗糙度要求,根据工件材料,切削速度来选择进给量。

c) 切削速度Vc的选择:铣削中主轴转速的确定就是通过确定切削速度来得到的。生产中经常根据实践经验和有关手册资料选取切削速度,然后算出主轴转速。选择切削速度的一般原则是:粗铣时,ap和f较大,故选择较低的Vc;精铣时,ap和f均较小,故选择较高的Vc。工件材料强度、硬度高时,应选较低的Vc。刀具材料的切削性能愈好,切削速度也选得愈高。主轴转速的计算公式为:

n=1000Vc/πD

式中:Vc为切削速度(m/min),由刀具的耐用度决定;n为主轴转速(r/min);D为铣刀直径(mm)。

根据加工材料不同以及所用刀具直径不同,现以高速钢立铣刀为例将铣削的进给速度和主轴转速总结如表1所示。

3 总结

随着数控机床的普及,CAD/CAM技术得到了越来越多的应用,这也就使得刀具的选择和切削用量更多地是在人机交互状态下即时确定的。因此,数控编程人员必须掌握刀具和切削用量选择的基本方法和原则,这对于保证零件加工的品质和生产效率,发挥数控铣床的优越性具有重大的意义。

参考文献

[1]朱淑萍.机械加工工艺及装备[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]李斌.数控加工技术[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3]徐衡.FANUC系统数控铣床和加工中心培训教程[M].北京:化学工业出版社,2006.

[4]王维.数控加工工艺及编程[M].北京:机械工业出版社,2001.

数控机床中刀具的选择 篇9

关键词：刀具半径补偿,加工轮廓,程序编制,数控车削

1刀具长度补偿

刀具长度补偿也称为刀具几何位置及磨损补偿。在车削加工过程中,经常使用多把刀具,如外圆车刀、切槽刀、螺纹刀、内孔刀等,编程原点通常取刀架中心,也就是把刀架中心作为程序的起点,刀具实际移动轨迹由刀具位置补偿值来控制。刀具位置补偿包括刀具几何补偿值和磨损补偿值两种,常将几何偏移量和磨损偏移量二者合起来补偿,即为总补偿,用“T xx xx”表示,如“T0101”前面的“01”表示刀具为1号刀,后面的“01”为刀具形状和磨损补偿号 。

2刀具半径补偿

2.1 刀尖圆弧引起的误差分析

在理想状态下,总是将尖形车刀的刀位点假想成一个点,该点即为假想刀尖(图1中的P点),在对刀时也是以假想刀尖进行对刀。但是在实际加工中,刀尖一般情况下都不是一个点,而是一段圆弧,如图1中的弧AB。利用带有圆弧刀尖的外圆车刀加工工件时,圆弧车刀的对刀点分别是A点和B点,假想刀位点为P点。在实际加工时,刀具是利用圆弧刃来进行切削,切削点在刀尖圆弧上不断变动,因而会产生过切或欠切现象。

数控车削加工过程中,若不采用刀尖圆弧半径补偿功能,而直接利用圆弧刃车刀进行切削加工,则工件出现的误差主要有以下几种:

(1)加工圆柱面和端面。刀尖圆弧半径对加工工件表面的形状和尺寸没有影响,但是在台阶的清角位置和端面的中心位置会产生残留误差,如图2(a)所示。

(2)加工圆锥面。刀尖圆弧半径不会对圆锥的锥度产生任何影响,但对锥面的大小端直径尺寸影响很大,一般情况下,刀尖圆弧半径会使外圆锥面尺寸增大(见图2(b)),内圆锥面尺寸减小。

(3)加工圆弧面。刀尖圆弧半径对所加工圆弧的圆度和半径会产生非常大的影响。加工外凸圆弧会使加工后的圆弧半径减小,如图2(c)所示。加工内凹圆弧会使加工后的圆弧半径增大,如图2(d)所示。

2.2 刀具圆弧半径补偿原理

数控车床在进行连续轮廓加工时,通过数控装置的自动补偿功能可以解决刀尖圆弧半径所造成的过切或欠切问题。

数控系统采用直接转接或交角转接的方法进行刀具半径补偿,本程序段与下一程序段刀具中心轨迹的交点坐标值可被数控系统自动计算出来。前、后两段编程轨迹的连接方式不同,相应的转接方式也不同,包括直线与直线的转接、圆弧与圆弧的转接、直线与圆弧的转接、圆弧与直线的转接。

将程序段的轮廓轨迹、刀具半径都当作矢量,主要是为了便于计算刀具中心轨迹的交点坐标,正确地分析各种编程情况。直线段的矢量方向是从起点指向终点,圆弧起点和终点的半径为矢量,方向由圆心指向起点或终点;刀具半径的矢量方向是由工件加工程序段的轮廓指向刀具圆心,与刀具半径的大小是相等的,并且在加工过程中始终保持与程序轮廓轨迹相垂直。

2.3 刀具半径补偿技术

2.3.1 刀具半径补偿的方法

数控编程时,一般使用刀具半径补偿指令G41、G42和G40,按照零件的实际加工轮廓编制程序,在机床控制面板上手工输入刀具半径和刀尖圆弧方位号。机床加工工件时,数控系统就会根据程序、输入的半径值和刀尖圆弧方位号自动地计算出刀具中心的轨迹,并按刀具中心的轨迹进行运动。当刀具半径补偿功能生效后,刀具会自动偏离工件实际轮廓一个刀具半径值,从而加工出符合要求的工件轮廓。

2.3.2 刀补半径补偿方向的判断

G41为刀具半径左补偿,即从与插补平面垂直的坐标轴的正方向看向轮廓插补平面,沿着刀具前进的方向看,刀具在工件轮廓的左侧,如图3(a)所示。

G42为刀具半径右补偿,如图3(b)所示。

G40为刀具半径补偿取消,使用该指令后G41、G42指令无效。所以G40必须和G41、G42成对使用。

2.3.3 刀具半径的补偿格式

编程格式如下:

2.3.4 刀具半径补偿的建立和取消

刀具半径补偿的过程分为如下3步:

(1)刀补的建立:该过程从原来的假想刀尖过渡到始终与编程轨迹偏离一个刀具半径r的刀尖圆弧的圆心,如图4(a)所示。

(2)刀补进行中:当含有G41、G42指令的程序段被执行后,刀具中心与编程轨迹始终相距一个刀具半径。

(3)刀补的取消:当刀具离开工件时,刀位点应从始终与编程轨迹偏离一个刀具半径r的刀尖圆弧的圆心过渡回假想刀尖,如图4(b)所示。

2.3.5 刀尖位置的确定

在使用刀具半径补偿功能的过程中,正确地选择假想刀尖方位也是非常重要的,选择时要依据切削时刀具所处的位置,这样数控系统便可根据假想刀尖方位确定补偿量的大小。可供选择的假想刀尖方位有9种,如图5所示,其中箭头表示刀尖方向,“o”代表刀位点,“+”代表刀尖圆弧圆心。

2.4 刀尖圆弧半径补偿措施

为了避免出现过切或欠切现象,确保零件的加工精度,刀尖圆弧半径补偿的具体措施主要有:

①刀具半径补偿指令G41、G42和G40只有在G00、G01状态下才可以运用,否则会出现语法错误;②在起刀程序段中,不要切入工件轮廓,以免对工件产生误切;③必须把刀尖圆弧半径值在刀具补偿界面内(刀具偏置所在内存区)的刀尖半径处输入,系统会自动计算出刀具移动的补偿量;④刀尖圆弧半径的数值一定要小于G41或G42的过渡直线段长度,并且在X轴的切削移动量应大于2倍的刀尖圆弧半径;⑤假想刀尖方位号一定要在刀具补偿界面内的假想刀尖位置处正确填入,以作为刀尖圆弧半径补偿的依据,否则刀具轨迹会出现错误;⑥利用刀尖圆弧中心编程时,假想刀尖方位号设为0或9;⑦在若干个刀具半径补偿程序段内,如果其中有2个以上不运动的程序段时,刀具可能会对工件下一个轮廓产生过切。

3刀具半径补偿编程实例

编写如图6所示工件的精加工程序,采用了刀具半径补偿指令。其程序如下:

undefined

4结束语

通过对数控车削加工中刀具补偿技术的研究可知,要在数控车床上加工出复杂和高精度的零件,提高零件的加工质量和加工效率,必须要进行刀尖圆弧半径补偿。实际加工中,由于数控系统种类繁多,采取的方法也各不相同,有些是在编程时就要考虑半径补偿,有些则是在机床操作中进行补偿。

参考文献

[1]方沂.数控机床编程与操作[M].北京:国防工业出版社,1999.

[2]杨有军.数字控制技术与数控机床[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]于春生.数控机床编程及应用[M].北京:高等教育出版社,2001.

浅谈数控加工中刀具的选用 篇10

数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法, 它用数字信息化来控制零件和加工刀具移动的机械加工方法, 它用于解决零件样子多变、数量小、外形复杂、质量精度高等问题能够实现高的效益化、自动化加工的有效途径。目前, 数控加工技术的水平已成为衡量一个国家机械加工水平的主要标志, 同时也表现了一个机械加工企业的制造水平。想要解决这些问题, 那就是我们这篇论文的主题——数控刀具的选择。

2 数控刀具

数控加工相对传统加工具有速度快、效率高和自动化等特点, 数控刀具的选用直接影响数控加工的质量。为了适应数控加工的需要, 保证优质、高效地完成数控加工, 对刀具提出了很高的要求, 它不仅要求刀具具有高耐磨损性、高寿命、高加工精度、高刚性, 而且要求刀具精度高、安装和调整方便。数控加工对刀具提出的具体要求:

(1) 刀具材料的可靠性要高;

(2) 刀具材料的耐热性要高, 抗热冲击性要高, 还具有高温力学性能;

(3) 数控刀具的精度要高;

(4) 数控刀具更换速度要快;

(5) 数控刀具应能够实现系列化、标准化和通用化;

(6) 数控刀具应能应能实现连续的断屑或卷屑;

(7) 数控刀具的材料能够适应难加工材料和新型材料加工的需要。

数控刀具分类: (1) 根据制造刀具所用的材料可分为:高速钢、金刚石、立方氮化硼、硬质合金和陶瓷等; (2) 根据刀具结构可分为:整体式、焊接式式、机夹式和特殊型式; (3) 从切削工艺上可分为:钻削、镗削、车削和铣削等刀具。

3 数控刀具选择原则

数控刀具的选用是提高数控加工效率的重要手段, 刀具的选用跟加工零件的外形、材料、夹具和机床的刚性有关, 需考虑以下几点:

(1) 根据要加工零件材料的切削性能选择刀具。如车削或铣削硬度很高材料的零件时, 就需要选择相应的耐磨性较好的硬质合金刀具。

(2) 根据要加工零件的工序选择刀具。即粗加工时是以去除余量为主, 所以应选择刚性好、精度低的刀具, 半精加工、精加工时是以保证零件的加工精度和产品质量为主, 所以应选择耐用度高、精度高的刀具。换句话说, 粗加工时所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。

(3) 根据零件加工区域的特点来选择刀具。在被加工零件结构许可的情况时要选用大直径的刀具;根据曲面表面粗糙度的要求尽量选用平刀;依据被加工材料选用两刃, 三刃或四刃等其它刃数刀具。

4 结论

伴随着时代的发展, 数控加工的使用越来越广泛, 批量生产线的逐步建成, 合理、正确的选择数控刀具已是数控加工的首要问题之一。在数控程序的编制过程中, 要正确选用刀具以及刀具的切削参数。所以, 程序编制人员要掌握各类数控刀具的加工特性以及各类刀具切削参数的选择原则, 从而保证企业产品的质量和企业的加工效率, 充分发挥数控机床的优点, 提高企业的效益, 使企业的利益达到最大化。

参考文献

[1]刘镇昌主编.制造工艺实训教程[M].机械工业出版社.

[2]上海市金属切削技术协会编.金属切削手册第二版[S].

刀具半径补偿在数控铣削中的应用 篇11

零件铣削加工时如果不考虑刀具半径值,按照零件轮廓进行程序编辑是比较方便的,但实际加工时,刀具是以中心轨迹铣削的,如不考虑刀具半径值,会导致加工出的零件尺寸与实际尺寸不一致。为了能够使加工程序更加简单,零件尺寸符合要求,那么就需要合理地使用刀具半径补偿功能。刀具半径补偿功能不仅节约了编程时间,还可以利用同一程序来完成粗、精铣削加工。

1 刀具半径补偿指令的选择

铣刀在铣削加工时刀具半径有两种补偿方式:刀具半径左补偿和刀具半径右补偿。当外轮廓顺时针铣削加工、内轮廓逆时针铣削加工时,称为刀具半径左补偿,用G41表示,如图1所示。当外轮廓逆时针铣削加工、内轮廓顺时针铣削加工时,称为刀具半径右补偿,用G42表示,如图2所示。

2 刀具半径补偿指令的应用

2.1 外轮廓刀具半径补偿

2.1.1 外轮廓切向进刀和退刀

图3为外轮廓切向进刀和退刀示意图,其具体操作步骤如下:

(1)刀具定位到位置1处,与位置2保持大于一个刀具半径的距离。

(2)刀具从位置1到位置2时,施加半径补偿G41。

(3)顺时针完成整个铣削路径。

(4)刀具从位置5铣削到位置6时,施加半径补偿取消G40。

2.1.2 外轮廓圆弧进刀和退刀

图4为外轮廊圆弧进刀和退刀示意图,其具体操作步骤如下:

(1)刀具定位到位置1处,保证切入、切出弧的半径必须大于所用刀具的半径。

(2)刀具从位置1到位置2时,施加刀具半径补偿G41。

(3)位置2到位置3圆弧切入后,顺时针完成整圆的铣削。

(4)位置4到位置5圆弧切出后,从位置5到位置6时,施加半径补偿取消G40。

2.2 内轮廓刀具半径补偿

2.2.1 内轮廓直线进刀和退刀

图5为内轮廓直线进刀和退刀示意图,其具体操作步骤如下:

(1)从位置1到位置2,施加刀具半径补偿G41,位置1到2的距离至少要大于一个刀具半径的距离。位置1不需要是圆弧的中心。

(2)逆时针完成整圆铣削。

(3)刀具从位置3铣削到位置4时,施加半径补偿取消G40。

2.2.2 内轮廓圆弧进刀和退刀

图6为内轮廓圆弧进刀和退刀示意图,其具体操作步骤如下:

(1)切入弧和切出弧必须大于所用刀具的半径。

(2)刀具从位置1到位置2时,施加刀具半径补偿G41。

(3)位置2到位置3圆弧切入后,逆时针完成整圆铣削。

(4)位置4到位置5圆弧切出后,从位置5到位置6时,施加半径补偿取消G40。

3 刀具半径补偿指令功能

选择不同直径铣刀,使用同一个加工程序,利用刀具半径补偿的功能可直接按照零件轮廓进行程序编辑。在零件铣削加工时,如果刀具半径发生了改变,加工程序也不需要重新修改,只需要在相应的刀具表中调整刀具半径值即可。如图7所示,刀具1、刀具2两者刀具半径不同,分别为r1、r2,在实际应用时只要将所使用的刀具与刀具表中的刀具半径对应即可。

选择的刀具直径相同,使用同一个加工程序,可以对零件轮廓进行粗、精铣削加工,如图8所示。零件轮廓的精加工余量为Δ,使用的刀具实际半径为r,粗铣轮廓时,刀具半径补偿量为r+Δ,则能加工出比实际尺寸大的零件轮廓;精铣轮廓时,刀具和加工程序不变,刀具半径补偿量为r,则能加工出实际尺寸的零件轮廓。若在铣削过程中刀具发生磨损,根据实际轮廓测量的尺寸值来改变补偿量r的数值。

选择的刀具直径相同,使用同一个加工程序,可以加工出同一尺寸的内、外两个轮廓零件(如相同尺寸的凸模和凹模),如图9所示。在外轮廓零件铣削加工时,刀具半径补偿量为r,铣削刀具沿轨迹A进行外轮廓铣削加工。在内轮廓零件铣削加工时,刀具半径补偿量为-r,铣削刀具沿轨迹B进行内轮廓铣削加工。

4 结语

刀具半径补偿功能在数控铣削加工中得到了广泛应用,熟练使用该功能可以大大减轻编程工作量,简化加工程序,在零件粗、精铣削加工和尺寸精度控制等方面发挥重要作用。

参考文献

[1]贾永臣.补偿在数控加工中的合理应用[J].中国科技信息,2007(21):86-88.

[2]张慨.刀具半径补偿在数控加工中的应用分析[J].中国科技纵横,2010(22):292-293.

[3]耿金良.数控机床刀具补偿的应用[J].中国科技博览,2011(36):8-9.