小型CNC加工中心所用的刀具是由通用刀具(又稱工作頭或刀頭)和與加工中心主軸前端錐孔配套的刀柄等組成。在應(yīng)用中,要根據(jù)加工中心機床的要求、夾具的要求、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具。刀具選擇總的原則是:刀具的安裝和調(diào)整方便,剛性好,耐用度和精度高。在保證安全和滿足加工要求的前提下,刀具長度應(yīng)盡可能短,以提高刀具的剛性。
在小型CNC加工中心機床上,各種刀具分別裝在刀庫中,按程序的規(guī)定進行自動換刀。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄,以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的刀具能迅速、準(zhǔn)確地裝到機床主軸上。編程人員應(yīng)充分了解機床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍,以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。
小型CNC加工中心機床所用的刀具必須適應(yīng)加工中心高速、和自動化程度高的特點,其刀柄部分要聯(lián)接通用刀具并裝在機床主軸上,由于加工中心類型不同,其刀柄柄部的型式及尺寸不盡相同。JT(ISO7388)表示加工中心機床用的錐柄柄部(帶有機械手夾持槽),其后面的數(shù)字為相應(yīng)的ISO錐度號,如50、45、和40分別代表大端直徑為69.85、57.15和44.45毫米的7:24錐度。ST(ISO297)表示一般數(shù)控機床用的錐柄柄部(沒有機械手夾持槽),數(shù)字意義與JT類相同。BT(MAS403)表示用于日本標(biāo)準(zhǔn)MAS403的帶有機械手夾持槽聯(lián)接。
小型CNC加工中心刀具的刀柄分為整體式工具系統(tǒng)和模塊式工具系統(tǒng)兩大類。模塊式工具系統(tǒng)由于其定位精度高,裝卸方便,連接剛性好,具有良好的抗振性,是目前用得較多的一種型式,它由刀柄、中間接桿以及工作頭組成。它具有單圓柱定心,徑向銷釘鎖緊的聯(lián)接特點,它的一部分為孔,而另一部分為軸,兩者之間進行插入連接,構(gòu)成一個剛性刀柄,一端和機床主軸連接,另一端安裝上各種可轉(zhuǎn)位刀具便構(gòu)成一個工具系統(tǒng)。根據(jù)加工中心類型,可以選擇莫氏及公制錐柄。中間接桿有等徑和變徑兩類,根據(jù)不同的內(nèi)外徑及長度將刀柄和工作頭模塊相聯(lián)接。工作頭有可轉(zhuǎn)位鉆頭、粗鏜刀、精鏜刀、擴孔鉆、立銑刀、面銑刀、彈簧夾頭、絲錐夾頭、莫氏錐孔接桿、圓柱柄刀具接桿等多種類型。可以根椐不同的加工工件尺寸和工藝方法,按需要組合成銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等各類工具進行切削加工。小型CNC加工中心通用刀具根據(jù)制造所用的材料可分為以下幾種:(1)高速鋼刀具;(2)硬質(zhì)合金刀具;(3)金剛石刀具;(4)其他材料刀具,如陶瓷刀具等。
小型CNC加工中心刀具的切削過程是非常復(fù)雜的,影響因素很多。在銑削加工時,刀具材料的性能、刀具類型、刀具幾何參數(shù)、切削速度、切削深度和進給量等都影響切削力,從而影響整個工藝系統(tǒng),終影響加工精度和質(zhì)量。在加工中心機床上進行加工,其主軸轉(zhuǎn)速比普通機床的主軸轉(zhuǎn)速一般至少要高1到2倍,因此,在加工中心上進行銑加工,選取刀具時,要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。
小型CNC加工中心刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容,它不僅影響數(shù)控機床的加工效率,而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展,使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計數(shù)據(jù)成為可能,特別是微機與數(shù)控機床的聯(lián)接,使得設(shè)計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全部在計算機上完成,一般不需要輸出專門的工藝文件。
現(xiàn)在,許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能,這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問題,比如,刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設(shè)定等,編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù),就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此,數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的,這與普通機床加工形成鮮明的對比,同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則,在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點。本文對數(shù)控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了探討,給出了若干原則和建議,并對應(yīng)該注意的問題進行了討論。