初学者如何选择数控机床?
数控机床的选择原则
刀具寿命与切削量密切相关,制定切削用量时,首先应选择合理的刀具寿命,合理的刀具寿命应根据优化目标确定。一般分为2种:最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命。前者按单件工时最少的目标确定,后者按工序成本最低的目标确定。
根据刀具的复杂程度、制造和刃磨成本等考虑选择刀具寿命时,可考虑以下几点。复杂和高精度刀具的寿命应高于单刃刀具。对于机床夹紧的可转位刀具,由于换刀时间短,为充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿命可选低一些,一般为15~30min。对于刀具安装、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床和自动化加工机床,刀具寿命应选高一些,同时应保证刀具的可靠性。当车间某一工序的生产率限制了整个车间生产率的提高时,该工序的刀具寿命应选低一些。当全厂某一工序单位时间的成本较大时,刀具寿命也应选低一些。大型零件精加工时,为保证至少完成一道走刀,避免切削中途换刀,刀具寿命应根据零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比, 数控加工 对切削刀具提出了更高的要求,不仅要求质量好、精度高,还要求尺寸稳定性高、耐用度高、安装调整方便,满足数控机床的高效率要求。数控机床上选用的刀具往往采用适合高速切削的刀具材料(如高速钢、超细颗粒硬质合金),并使用可转位刀片。
数控车削机床
常用的数控车刀一般分为成形车刀、尖头车刀、圆弧车刀和3种类型。成形车刀又称原型车刀,加工零件的轮廓形状完全由车刀刃口的形状和尺寸决定。在数控车削加工中,常用的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车刀和螺纹车刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用成形车刀。尖头车刀是一种以直刃为特征的车刀,该类车刀的刀尖由直线型主切削刃和副切削刃组成,如3内外车刀、左右面车刀、切槽(切削)车刀以及刀尖较小的各种内外切削刃的孔车刀。尖头车刀的几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削基本相同,但要充分考虑数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等),同时还要考虑刀尖本身的强度。
2、圆弧形车刀。圆弧形车刀是一种车刀,其特点是切削刃呈圆弧形,圆度或线性轮廓误差较小。车刀圆弧边缘的每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此,刀位点不在圆弧上,而是在圆弧的圆心上。圆弧形车刀可用于车削内外表面,特别适用于车削各种光滑连接(凹面)成形表面。在选择车刀圆弧半径时,应考虑2点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹面轮廓上的最小曲率半径,以免加工干涩。半径不宜过小,否则不仅制造困难,还可能因刀尖强度弱或刀体散热能力差而损坏车刀。
数控铣床
在数控加工中,平底立铣刀常用于铣削平面零件的内外轮廓及铣削平面。刀具相关参数的经验数据如下:一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓表面的最小曲率半径Rmin,一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工h2H<(1/4-1/6)RD,以保证刀具有足够的刚度。第三,用平底立铣刀铣削内槽底部时,由于槽底2道走刀需要重叠,而刀具底刃半径Re=Rr,即直径d=2Re=2(Rr)。取刀具半径为Re=0.95(Rr)。对于一些变斜角的3维轮廓和外形的加工,常用球面铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
数控机床大多采用系列化、标准化的刀具,对于可转位机夹式外圆车刀、端面车刀等刀架、刀头,都有国家标准和系列化型号,对于加工中心、自动换刀系统的机床刀具和刀架都已系列化、标准化,例如锥度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。另外,对于选定的刀具,在使用前需对刀具尺寸进行严格测量,获得准确的数据,操作人员将这些数据输入数据系统,通过程序调用完成加工过程,从而加工出合格的工件。
工具的要点
刀具从什么位置开始移动到指定位置呢?所以在程序开始执行时,必须确定刀具在工件坐标系中开始移动的位置。这个位置就是程序执行时刀具相对于工件的起始点。所以叫程序起点或起始点。这个起始点一般由对刀来确定,所以这个点也叫对刀点。在编制程序时,要正确选择对刀点的位置。设置对刀点的原则是便于数值加工,简化编程;加工时容易找正、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,还可以设置在机床上。为了提高零件的加工精度,对刀点应尽可能设置在零件的设计基准或工艺基准上。在机床实际操作中,可以通过手动对刀操作,把刀具的刀位点放在对刀点上,即“刀位点”与“对刀点”重合。所谓“对刀点”是指刀具的定位基准点。车刀的对刀点是刀尖或刀尖圆弧的圆心。平底立铣刀是刀轴与刀具底面的交点;球头立铣刀是球心,钻头是点。手工对刀操作精度低,效率低。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”是指刀架旋转换刀时的位置。换刀点应位于工件或夹具的外部,换刀时不得触及工件等部位。
加工数据
在数控编程中,编程人员必须确定每一道工序的加工数据,并以指令的形式写在程序中。切削参数包括主轴转速、背面加工数据和进给速度等。针对不同的加工方法,需要选择不同的切削参数。加工数据的选择原则是保证零件的加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具的切削性能,保证刀具的合理耐用度,充分发挥机床的性能,最大限度的提高生产率,降低成本。
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。计算公式为:n=1000v/7·1D式中:V为切削速度,单位为m/m移动,由刀具的耐用度决定;N为主轴转速,单位为r/min,D为工件直径或刀具直径,单位为mm。对于计算出的主轴转速N,最后应选择机床具有或接近的转速。
2.确定进给速度。
进给速度是数控机床切削参数中的一个重要参数,主要根据零件加工精度、表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质来选择。最大进给速度受机床刚性和进给系统性能的限制。确定进给速度的原则:在保证工件质量的情况下,为提高生产效率,可选用较高的进给速度。一般在100-200mm/min;切削、加工深孔或用高速钢刀具加工时,应选择较低的进给速度,一般在20-50mm/min;当加工精度、表面粗糙度要求较高时,进给速度应选取较小,一般在20-50mm/min;当刀具空转时,特别是长距离“回零”时,可以设定机床数控系统设置的最大进给速度。
3.确定切割深度。
吃刀深度由机床、工件和刀具的刚性决定,在刚性允许的情况下,吃刀深度应尽可能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。为保证加工表面质量,可留出少量的精加工余量,一般为0.2-0.5mm总之,加工数据的具体数值要根据机床性能、相关手册以及实际经验,类推确定。
同时,主轴转速、切削深度、进给速度三者可以互相适应,形成最佳切削参数。
加工数据不仅是机床调整前必须确定的重要参数,而且其取值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本都有着十分重要的影响。所谓“合理”的加工数据,是指在保证质量的前提下,充分利用刀具切削性能和机床动态性能(功率、扭矩)以获得高生产率和低加工成本的加工数据。