浅析刀具对数控加工质量的影响

第１期（总第１１９期）　Ｎｏ．１（ＳＵＭ　Ｎｏ．１　１９）　机械管理开发　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　２０１１年２月　Ｆｅｂ．２０１　ｌ　浅析刀具对数控加工质量的影响　张晶辉　（山西职业技术学院，山两太原０３ＯＯＯ６）　【摘要】数控加工中，刀具的选择很重要，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。对数控刀具总的　陶　要求是安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好，在此基础上综合考虑工件材料的切削性能，机床的加工能力，数控　加工工序的类型，切削用量以及与机床和数控装置工作范围有关的诸多因素。　赢　皿【关键词】刀具选择；性能要求；质量影响因素　【中图分类号】ＴＧ５１７．１　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００３—７７３Ｘ（２０１１）Ｏ１—００８３—０３　　０引　言　数控车床加工与普通车床加工相比，工件的质量　已大大提高，但随着生产的发展和更高的质量要求，在　数控加工的过程中，仍需对影响工件质量的因素认真　分析，以便充分地发挥数控加工的优势，其中正确地选　用刀具是很重要的。　１数控刀具的选择　刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，与　传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，不　仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、　安装调整方便，这就要求采用新型优质材料制造数控　加工刀具，并优选刀具参数。　１．１根据被加工面的情况选取刀具　选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表　面尺寸和形状相适应。生产中，零件周边轮廓的加工，　常采用立铣刀。铣削平面时，应选用硬质合金刀片铣　刀；加＿丁凸轮、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面　或粗加一１　孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀［１１。对一　些立体型血和变斜角轮廓外形的加Ｔ，常采用球头铣　刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀，如图１。　ａ）球形刀；ｂ）环彤刀；ｃ）鼓形刀；ｄ）锥形刀；ｅ）盘形刀　图１铣刀的形状　曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦的　部位时，用球头顶端刃切削，效果较差，因而应采用环　形刀。在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部　切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般　很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无　论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于　球头铣刀，因此，在确保零件加＿丁不过切的前提下，粗　加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。另外，刀具　的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意　收稿日期：２０１０—０８—３ｌ　作者简介：张晶辉（１９７１一），女，辽宁沈阳人，讲师，硕士，从事教学工作。　的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具　成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可　以使整个加工成本大大降低。在单件或／ｂ￣ｔｔ：量生产　中，为了取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀　来加工飞机上的一些变斜　角零件，如图２。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　图２变斜角斜面ａｎＴ　的加工精度　‘。　１．２其他因素对刀具选择的影响　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，对刀具提｝｛Ｊ了更高　的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高、尺寸稳　定、安装调整方便，并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Ｔ零件的几何形状、材料　状态、夹具和机床选用刀具的刚性。通常来说应考虑　以下方面：１）根据零件材料的切削性能选择刀具：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）根据零件的加丁阶段　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。如果粗、精加工选择相同的刀具时，建　议粗加工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；切削薄壁、超薄壁零件的中心铣刀端刃应　有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力；加　工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立　铣刀，齿数也不要超过４齿；在数控机床的加Ｔ中心上，　所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的指令　进行相应的选刀和换刀。所以，必须选用适合机床刀　・８３・　第１期（总第１　１９期）　机械管理开发　２０１１年２月　具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加　用刀具能　够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程　人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法　以及调整范同等方面的内容，以保证在编程时确定刀　具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。　ｌ３影响选择刀具类型和规格的因素　的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。５）　耐用度高：数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工　中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，　以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高　数控机床的加工效率和保证加工质量。６）断屑及排　在选择刀具的类型和规格时，主要考虑以下因素　的影响：１）生产性质：在这里生产性质指的是零件的　批量大小，主要从加＿＿［成本上考虑对刀具选择的影响，　屑性能好：数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工　那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，　会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人　和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要　例如在大量生产时采用特殊刀具，可能是合算的，而在　单件或小批量生产时，选择标准刀具更适合一些。２）　机床类型：在能够保证工件系统和刀具系统刚性好的　条件下，允许采用高生产率的刀具，例如高速切削车刀　和大进给量车刀Ｉ”。３）数控加＿Ｔ方案：不同的数控加　Ｔ方案可以采用不同类型的刀具，例如孑Ｌ的加＿Ｔ可以　用钻及扩孑Ｌ钻，也可用钻和镗刀来进行加工，通常直径　小于６０　ｉｉ＇ｌｌｎ的孔用钻削，而直径大于６０　ｉｎｎｌ的孔或者　孔系的加工常采用镗削方式。４）工件的尺寸及外形：　Ｔ件的尺寸及外形也影响刀具类型和规格的选择，例　如特型表面要采用特殊的刀具来加工。５）加＿［表面　粗糙度：加工表面粗糙度影响刀具的结构形状和切削　用量，例如毛坯粗铣加Ｔ时，可采用粗齿铣刀，精铣时　最好用细齿铣刀。６）加工精度：加工精度影响精加Ｔ　刀具的类型和结构形状，例如孔的最后加＿［依据孔的　精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。７）工件材　料：丁件材料将决定刀具材料和切削部分几何参数的　选择，刀具材料与工件的加工精度、材料硬度等有关。　２数控刀具性能的要求　于数控机床具有加工精度高、加Ｔ效率高、加Ｔ　Ｔ序集中和零件装夹次数少等特点，所以，数控刀具的　性能应高于普通机床所使用的刀具性能。　选择数控刀具时，首先要应优先选用标准刀具，　必要时才可选用各种高效率的复合刀具及特殊的专用　刀具。在选择标准数控刀具时，应结合实际情况，尽可　能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀　具，陶瓷刀具等。　在选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几方　面问题：１）数控刀具的类型、规格和精度等级应能够　满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。２）切　削性能好：为适应刀具在粗加工或对难加＿Ｔ材料的工　件加Ｔ时能采用大的背吃刀量和高进给量，刀具应具　有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一　批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便　实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进　行管理。３）精度高：为适应数控加工的高精度和自动　换刀等要求，刀具必须具有较高的精度，如有的整体式　立铣刀的径向尺寸精度高达０．００５　ｍｉｌａＩ　。４）可靠性　好：要保证数控加Ｔ中不会发生刀具意外损伤及潜在　缺陷而影响到加Ｔ的顺利进行，要求刀具及与之组合　・８４・　求刀具具有较好的断屑和排屑性能。　３影响加工质量的因素和对策　除了前文所述的刀具对数控加工质量的影响，还　有其他影响，现以车刀为例来具体说明。　３．Ｉ　车刀类型　在尖形车刀、网弧形车刀和成型车刀中，尖形车　刀的使用率最高，精车、粗车都可选用。在选用尖形车　刀时，除注意刀尖的强度是否足够外，还应考虑其主、　副偏角的大小是否会产生加工干涉等因素。圆弧形车　刀主要用于精车和对特殊形面进行的车削，需要注意　的是，圆弧形车刀的刀刃形状必须是圆度或线轮廓度　误差很小的圆弧　。　３．２刀尖圆弧半径对ｈｅ＿Ｔ．质量的影响　虽然尖形车刀的刀尖刃磨成一定半径的圆弧过渡　刃，可提高刀尖的强度，并对提高＿丁件的表面质量有　益，但刀尖圆弧半径的增大会影响工件轴向尺寸的精　度。因此，在精车时必须控制刀尖圆弧半径的大小及　网度误差，以便通过计算修正值给予补正。而计算其　修正值和控制刀刃的圆度误差比较棘手，车削时常采　用尽量小的刀尖圆弧半径。　３＿３　刀尖中心高误差　在任何情况下，都应尽量减小刀尖中心高误差．　为消除刀尖中心高误差的影响，可采用以下方法：１）　调整其中心高：为了经常性地保持车刀的刀尖中心高　符合要求，应尽量采用标准化车刀或经过专门刃磨的　车刀，如刀尖等高的方刀体不重磨车刀等，还可采用　具有一系列厚度、硬度及平行的标准垫片或斜面错齿　可调垫块等进行调整　，。２）车削圆柱形表面时，一般　应控制刀尖中心高误差不超过ｌ　ｌ＇ｌｉｍ，若该误差值过　大，会增大车刀前、后角的变化，因而对车削带来更多　的不利影响。采用任何一把车刀加Ｔ不同直径的网柱　表面时，其刀尖中心高误差都应始终保持为定值，只要　该误差未超过１　ｍｍＩ　Ｉ。编程中通过测定出的对所车直　径的进给量给予修正。在切断以及车削除圆柱形表面　外的其他表面时，只能通过前述确定刀尖中心高误差　的方法，反复进行试车削、测量、计算及调整过程，直至　其刀尖中心高误差等于零或接近零。高精度工件加１二　过程更应一丝不苟地进行，力求准，决不可仅凭肉眼观　察就妄下断论。　（下转第８６页）　第１期（总第１１９期）　机械管理开发　至其它建筑物内，从而使事故范嗣扩大。故障电压超　过安全值，不仅电击伤人，也能对地放电引起爆炸和火　灾。由于投资较少，又节约导电材料，因此在过去我国　对于　棚负荷基本平衡的一般＿１　业企业建筑采用　ＴＮ—ｃ系统应用比较普遍。３）ＴＮ—Ｃ—Ｓ系统：系统中　有一部分保护线与中性线是合一的，通常电源线路叶１　用ＰＥＮ线，进入建筑物后分为　线干『ｌ　线，这种系统　常工作，而ＴＴ系统的用电设备与电源的接地在电气上　无联系，因而不会发生这类问题。ＴＴ系统可以用于农　村建筑，由于现阶段农村用电负荷分散，线路长，ＴＮ系　统因故障电流小，现今的过电流保护手段，尚难以在规　定的时间切断故障，从而失去了优越性，而１１ｒＩ、系统可　以就地打接地极，避免了从电源单独引来ＰＥ线的　麻烦。　３．３　ＩＴ系统　电源线路结构简单，义保证一定的安全水平，最适用于　分散的民用建筑。　于电源线路中的朋Ⅳ线上有一　定的电压降，该电位仍将呈现在设备金属外壳一ｔ，在建　筑物内没有专门的　线，　此，消除了ＴＮ—Ｃ系统的　些不安全因素。当Ｐｂ５线与｜Ⅳ线从某点（一般为进户　处）分开后就不能再合并，否则它仍然属于ＴＮ—Ｃ系　统　该系统一般肘在小区民用建筑。　一电源端带电部分不接地或经高电阻、电抗、阻抗接　地，可用电设备外露导电部分直接接地。ＩＴ系统供电　的可靠性高，安全性好，适用对不问断供电要求高的某　些场所，如重要的连续生产装置，尤其适合于矿井井　下。近几年逐步应用于大医院手术室等重要场所的动　力和照明系统。　４结束语　３．２　ＴＴ系统　在，Ⅳ系统内，由于设备金属外壳（设备的外露可　导电部分）系采用单独的接地体接地，它和电源的接地　在电气上没有联系，　个建筑物都有各自的接地极，　ＰＥ线问互不连通，从而杜绝了危险故障电压沿ＰＥ线　自户外窜人建筑物内的危险，因此，它被供电部门规定　为给城市公用低压电网向用户供电的接地系统。此系　通过以上所述，选择接地系统应综合用户和设计　安装人员的意见，因地制宜地选用，只有符合安装和运　行规范要求，才能保证用电过程中最大的安全性和灵　活性。　参考文献　Ｉ１】　吕光大．建筑电气安装Ｔ程图集【Ｍ】．北京：中国电力出　版社，１９９１．　统也适用于对接地要求较高的数据处理和电子设备的　供电。因为即使采用ＴＮ—Ｓ系统，也会因装置的正常　泄露电流引起微量电位变化，影响紧密仪器设备的正　【２】杨成德．低压配电系统接地和接零保护　电］　技术，２０００　ｆ７）：３５—３８．　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＺＨＥＮＧ　Ｓｕｏ－ｚｈｅｎ　（Ｔａｉｙｕａｎ　Ｔａｎｇｈａｉ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００１２，Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｍｐｏｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｐｒｏｐｅｒ　ｓｅｌｅｅｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉ—　ａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓａｔｅｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｃａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｌｏｅａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｉｆｅｒｅｎｔ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ＴＮ　ｓｙｓｔｅｍ；ＴＦ　ｓｙｓｔｅｍ；ＩＴ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｇｌ－ｏｕｎｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　●　Ｅ●　Ｅ●　Ｅ●曼巳　【－●　已　上●　！●　！●　Ｅ●曼　●　Ｌ　已　・　曼　・　・　已　Ｅ・　芒●曼　—　・　已　旦　・　！　！卫　（上接第８４页）　４结论　【３］王素玉，郭培燕，李明艳．刀具几何参数对已加Ｔ表面残余应　力影响的模拟『ＪＩ．山东科技大学学报（自然科学版），２００７，　２６（３）：４８－５０．　影响数控车床加Ｔ质量的因素很多，其中，刀具的　影响非常关键，经对刀具的有关方面认真观察，分析研　究找到了许多消除和减小不利因素的对策，大大提高　了数控加Ｔ的质量。　参考文献　Ｉ４］洪美琴．数控车削巾刀具圆弧过渡刃对车削的影响及处理　办法的探讨『Ｊ］．机械，２００７，３３（１１）：３４—３６．　【５］杜家熙，苏建修，张万琴．刀具几何参数对圆柱类零件加工精　度的影响ＩＪＩ．煤矿机械，２００７，２８（８）：１Ｏ６一ｌ０８．　【１】梅伶．浅析曲面回转体零件的数控车￣ｊｌＪ）／１１Ｔ＿［Ｊ］．机床与液　压，２００７，３５（８）：７６—７８．　【６】杨德卿，陈晓红，余英良．刀具几何参数对数控车削加工尺寸　精度的影响及措施　机电产品开发与创新，２００７，２０（４）：　】６ｌ一】６３．　［２】汤爱君，马海龙．切削颤振特性的影响因素『ＪＪ．工具技术，　２００７．４１ｆ８）：３２—３５．　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｔｏｏｌｓ　ｔｏ　ＮＣ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　Ｑｕｄｌｉｔｙ　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎ—ｈｕｉ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００６，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔｊ　Ｉｎ　ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｏｏｌｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｍａｅｈｉｎｉｎｇ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｆｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｄｉｒｅｅｔｌｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　Ｔｈｅ　ｒｅｑｕｅｓｔ　ｏｆ　ＮＣ　ｔｏｏｌ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｉｎｓｔａ１１，ｈｉｇｈ　ａｃｅｕｒａｅｙ，ｇｏｏｄ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍｎｃｅ．Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｅａｐａｃｉｔｙ，ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃｕｔｔｉｎｇ　ｏｕｔｐｕｔ，ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｓｅｏｐｅ　ｏｆ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｕｓ　ａｎｄ　ＮＣ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｊ　Ｔｏｏｌ　ｓｅｌｅｅｔｉｏｎ；Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ；Ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｅｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ　・８６・