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数控加工工艺对刀具优化设计的影响

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摘要:在现代化制造业飞速发展的今天,相较传统车床,数控车床具有更好的工作效率和更高的产品质量保证,随着数控加工工艺领域关键技术的突破,数控机床的加工速度及精度都大幅度提升。在人机交互的状态下利用编程选择数控机床刀具,控制切削用量成为数控机床加工速度和加工质量优化的关键因素。本文讨论了刀具优化与改进的可能性,针对目前数控机床刀具的诸多不足加以分析并提出部分优化措施。

键词:数控加工;刀具;优化改进

一、数控车床加工刀具应用现状

目前,制造企业进行产品生产加工时所采用的仍然是焊接式的合金车刀刀具,刀具零件多为硬度较大的铸铁材质,在数控车床加工中易导致刀尖磨损,降低被加工工件表面精度。其次,现实中还存在因为两把车刀反复切换,程序使用时间延长所导致的崩刀状况,无形中增加了设备维修及刀具使用成本。

二、刀具总体优化目标

随着科技的发展,制造业要求现代化革新,机械加工要追求智能化、绿色化,其数控车床的加工效率和精度都有待进一步提升,刀具的优化是提高零件的加工精度和质量保证的决定因素之一。刀具的选择首先应该能满足零件生产的各项指标,即高产出、高质量、低耗能。高生产率要考虑刀具直径、切除效率、换刀频次、工件装卡等因素;质量的保证要努力避免刀具和零件发生干涉;成本的降低则要求更耐磨损的刀具材质、更节约简便的维修方式等。刀具总体优化目标因素应围绕质量、效率、成本三点的有机结合,并以此作为刀具选择是否合理的判断标准。

三、数控车床加工刀具的优化与改进

(一)加工刀具安装位置恰当在数控车床的使用中,容易发生刀具破损,如果检查结果显示工件表面存在振纹,则很有可能是安装位置不恰当导致的。刀具的刀尖与刀工件轴线位置不恰当,会引发切削时的振动,由此造成的刀具受损会大大影响工作进程。因此,在道具安装时一定要保证刀具安装牢固、位置恰当,对齐垫片前端,根据精加工或是车削大直径工件的不同情况控制好刀尖探出长度,避免出现刚度差,使得加工件表面粗糙,或存在扎刀、打刀等问题[1]。同时,还要采取一定措施保证车刀安装的稳固性,例如用螺钉固定,擦拭垫片等。

(二)选择加工刀具种类数控车床在加工中适合孔加工的刀具种类较多,有车刀、拉刀、麻花钻、铣刀、铰刀等,为了达到总体质量、效率和成本的优化目标,确保刀具与车床待加工种类的适应性,要选择符合表面、孔、槽、倒角、型腔等加工特征种类的材质,保证一定的对应性[2]。其次,为提高其安装与调整的便捷性以及管理的高效化,还要注意刀具的通用化、标准化指标。小型车刀与螺纹车刀,以及多功能车刀由于刃磨方便,精度较高,抗弯与冲击韧性性能好,通常适用于整体式的车刀选择。而结构简单,刚性良好,制造方便的刀具则适用于焊接式车刀。在实际决策时,选刀过程相对系统,要全面考虑被加工特征的特性,如形状、尺寸、精度等标准以及加工工件的形状装夹方式、加工效率和加工精度等因素。

(三)确定刀具材料刀具材料的选取会为加工成本带来直接的影响。根据工件的材料、钻削工艺以及切削量的不同,钻头头部、刀头材料应该适当调整,如精镗刀的刀头以精密微调型为首选,刀头材料以硬质合金为主。为充分发挥刀具材质的切削性能,避免发生因切屑堵塞致使钻头折断的情况,要尽可能采用硬质合金,但要把握好被切削工件材料的实际情况,避免浪费。对于要求切削速度高、耐磨性好、形状复杂的工件,或加工难加工材料,则宜采用高效能高速钢材质的刀具。合金工具钢适合搓丝板、板牙、手铰刀、手丝锥等刀具。手动低速刀具或仅用几次就不再用的刀具,可选用碳素工具钢。

(四)确定刀具直径、长度及切刃长度在一般情况下,已加工部分不会与刀具光杆部分发生碰撞,但当切削刃长度小于刀具当前切削深度时则会导致模具损坏或精度下降。在精加工时,为避免刀尖的稳定性差而发生振动,造成精度问题,应选择能减少振动的长度较短的刀具。再者,理论上,刀架与工件的距离要恰当。例如,某刀具要加工到直孔底部,刀具的长度应该大于刀具加工终点位置到孔表面的高度距离。

(五)加工刀具的结构优化为降低产生装夹误差,确保加工表面精度及相互位置,在数控车床的加工刀具结构优化上,要尽量少用复杂结构的刀。而在刀的结构上,为减少不使用旋转刀架,避免由于刀具的磨损而导致生产中断,降低机器维修难度,可以通过合并,将加工轮轴盖结构上的两把刀变为一把刀。

(六)加工刀具的有效补偿加工过程中,为保证机床功效与加工零件质量,要注重数控车床更换加工对象时的刀具补偿问题。由于实际操作中的刀具安装位置会与理论编程位置存在一定的偏差,实际安装位置就需要进行刀具补偿以弥补差距。在刀具有效补偿之后,不用调整零件的加工程序,但要在进行刀具更换时,改变刀具的位置补偿值。相对补偿与绝对补偿是刀具位置补偿的两种主要方式,一般都是由程序段内的T代码来加以实现。而T代码后4位数中,前两位表示刀具号,后两位表示刀具的补偿寄存器地址号,记录了包括刀具几何偏置量、磨损偏置量等重要信息,在设定过程中,可以结合实际生产需要及刀具性能、精度等进行调整[3]。

四、小结:

随着数控机床在实际工件加工生产中的广泛应用,刀具优化改进问题已经成为提高生产效率、提升产品质量、减少设备维修、节约生产成本、满足人们对工件精度高要求的关键。实际中,进行选刀决策一般基于加工特征,以形状、尺寸、精度等作为标准进行决策。本文提出了在批量生产时的选刀策略,包括根据在人机交互状态下切削用量、工件情况下的刀具安装、刀具选择、有效补偿等,为数控刀具的有效优化以及数控机床技术的发展提供参考。

参考文献:

[1]陈明,袁人炜.高速切削过程切削条件优化研究最新动态[J].机械设计与研究,2011(03).

[2]孔啸等﹒模具数控加工智能工艺规划与优化的技术框架[J]﹒2005(3)103-105.

[3]赵娇燕,程望斌,万力,等.数控加工刀具的速度优化控制[J].湖南理工学院学报(自科版),2017,30(1):44-51.

作者:李占超;潘小新 单位:承德技师学院

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