第二章 数控加工及数控加工工艺基础(2)

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。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，可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。

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工作。因此必须有一套连接普通刀具的接杆，以便使钻、镗、扩、铰、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。作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法，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，其柄部有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种，共包括16种不同用途的刀。

（2）切削用量的确定

切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。

数控加工

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。

7）对刀点与换刀点的确定

在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点”。

对刀点的选择原则是：1.便于用数字处理和简化程序编制；2.在机床上找正容易，加工中便于检查；3.引起的加工误差小。

对刀点可选在工件上，也可选在工件外面(如选在夹具上或机床上)但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。

为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与 “对刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中心，球头铣刀的球头中心。

零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值；为对刀点在机床坐标系中的坐标值为(X0，Y0)。当按绝对值编程时，不管对刀点和工件原点是否重合，都是X2、Y2；当按增量值编程时，对刀点与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是X2、Y2，不重合时，则为(X1十X2)、Y1+ Y2)。

对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值(X0，Y0)来校核。

所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。

加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是佰刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点(如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的)，也可以是任意的一点(如车床)。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。

8）加工路线的确定

数控加工

在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：

（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。

（2）使数值计算简单，以减少编程工作量。

（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。 度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等。

对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线。除此之 外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来决定，但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超越量。

在数控机床上车螺纹时，沿螺距方向的z向进给应和机床主轴的旋转保持严格的速比关系，因此应避免在进给机构加速或减速过程中切削。为此要有引入距离δ1超越距离δ2。和的数值与机床拖动系统的动态特性有关，与螺纹的螺距和螺纹的精度有关。一般为2—5mm，对大螺距和高精度的螺纹取大值；一般取的1／4左右。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45o收尾。

铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。铣削外表面轮廓时，铣刀的切入和 切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。

铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处 加工过程中，工件、刀具、夹具、机床系统平衡弹性变形的状态下，进给停顿时，切削力减小，会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件表面留下划痕，因此在轮廓加工中应避免进给停顿。

曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的。

2.4 数控加工刀具选择

在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加

数控加工

工效率的高低。选用合适的刀具并使用合理的切削参数，将可以使数控加工以最低的加工成本、最短的加工时间达到最佳的加工质量。

模具数控加工中使用的刀具种类很多，下面对常用刀具的性能及选用加以介绍。

（1）刀具形状选择

加工中心上用的立铣刀主要有3种形式：球头刀（R=D/2）、端铣刀（R=0）和R刀（R＜D/2）（俗称“牛鼻刀”或“圆鼻刀”），其中D为刀具的直径，R为刀尖圆角半径。某些刀具还带有一定的锥度A。

a平刀（平底刀、端铣刀） 粗加工和精加工时都可使用。平刀主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。使用平刀加工要注意由于刀尖很容易磨损，可能影响加工精度。

b圆鼻刀（牛鼻刀、圆角刀） 主要用于模坯粗加工、平面精加工和侧面精加工，适合于加工硬度较高的材料。常用圆鼻刀圆角半径为0.2～6。在加工时应该优先选用圆鼻刀。

c球刀（球头刀、R刀） 主要用于曲面精加工，对平面开粗及光刀时粗糙度大、效率低。

以上为模具数控加工中常用的刀具，其他类型刀具使用较少。

（2）刀具材料选择

常用刀具材料为高速钢、硬质合金。非金属材料刀具使用较少。

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