立式数控铣床常用铣刀的应用

时间：2022-10-26 07:39:52 数控毕业论文我要投稿

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立式数控铣床常用铣刀的应用

　　立式数控铣床常加工的零件有平面轮廓类零件、空间曲面轮廓类零件和模具类零件等，可用于零件的平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削等。

　　立式数控铣床常用铣刀的应用【1】

　　摘要：本文主要介绍了立式数控铣床常用铣刀及其特点和用途，为大家在实际生产中选用合适的铣刀加工零件提供参考。

　　关键词：立式数控铣床面铣刀立铣刀键槽铣刀模具铣刀

　　一、立式数控铣床的常见形式和工作方式

　　立式数控铣床有小型和中型之分。

　　小型数控铣床一般为立式升降台结构，即机床的主运动和进给运动都是由工作台完成的;而中型立式铣床的主运动Z方向由主轴箱完成，进给运动X和Y方向运动由工作台完成。

　　由于立式数控铣床一般都是三坐标机床，根据可控制联动的坐标轴数分类，立式数控铣床有三坐标联动数控铣床和两轴半坐标联动数控铣床。

　　二、立式铣床大平面加工常用刀具――硬质合金可转位面铣刀

　　1.面铣刀的定义

　　立式数控铣床加工大平面类零件时，一般选用面铣刀，也称端铣刀。

　　面铣刀有一个大直径的刀盘，切削面积大，切削效率高。

　　面铣刀的主切削刃分布在铣刀周围的圆柱面和圆锥面上，副切削刃分布在铣刀的端面上。

　　2.硬质合金面铣刀的分类及应用

　　立式数控铣床最常用的面铣刀是硬质合金可转位面铣刀，根据刀片主偏角的不同分为45°面铣刀、75°面铣刀和90°面铣刀等。

　　45°面铣刀由于振动小，被经常使用，可加工平面和斜面、倒角面等。

　　用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高。

　　75°面铣刀的抗震性较90°面铣刀有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。

　　该类面铣刀为通用型刀具，适用范围较广，可用于粗加工。

　　90°面铣刀既可加工台阶面，又可加工平面，但加工时振动大，要求机床具有较大功率和足够的刚性，一般用于薄壁件加工。

　　3.面铣刀直径和齿数选择方法

　　面铣刀直径选择时，主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。

　　面铣刀直径可按公式D=1.5d(d为主轴直径)选取。

　　在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。

　　面铣刀有粗齿、中齿和细齿之分。

　　粗齿齿数少，容屑空间大，刀齿强度大，适合用于粗加工;中齿铣刀切削平稳，应用广泛;细齿铣刀齿数多，容屑空间小，刀齿的强度小，适合用于精加工。

　　三、立式数控铣床轮廓加工常用刀具――立铣刀

　　1.立铣刀的定义

　　立铣刀是数控铣床上利用率最高的刀具，可以加工平面、零件轮廓和一些开口通槽和成形面等。

　　立铣刀的形状是圆柱形的，一般有三刃以上，主切削刃分布在铣刀的圆柱面上，端面上是副切削刃，铣刀端面的形状有中心孔式或是开口式。

　　2.立铣刀的螺旋角及其作用

　　立铣刀有左螺旋和右螺旋之分，铣削刃也有左刃和右刃之分，最常见的是右刃右螺旋。

　　立铣刀圆柱表面上的刃可以是直刃，也可以是螺旋刃。

　　但直刃是断续切削，振动大，表面质量不好;而螺旋刃是连续切削各刀齿沿切削刃逐渐切入和切出，振动很小，从而提高了切削过程的平稳性和工件的加工表面质量，带有螺旋刃的立铣刀最常见。

　　螺旋角一般有30°和45°两种。

　　对于一些加工要求较低的工件，一般用30°螺旋角，用大进给量、小转速。

　　而如果零件要求质量较高，就要选用45°螺旋角，用小进给量、大转速，提高零件的表面质量。

　　3.立铣刀的齿数选择

　　立铣刀的容屑槽随着刃数的增多而减小，而刚性则相反，刃数越多的立铣刀刚性越好，而刚性影响着铣削时刀具的平稳性。

　　所以，一般将刀齿个数为3～6个的立铣刀用于粗加工，而将刀齿个数为5～10个的立铣刀用于精加工。

　　4.立铣刀的进给

　　立铣刀在应用时，有一个禁忌，即一般不能沿铣刀的轴向做进给运动，而推荐沿铣刀的径向做进给运动。

　　但是如果改变加工方式，也可以沿Z方向切深进刀。

　　常见的进刀方式如下。

　　(1)利用钻头和工艺孔进刀。

　　先选用直径较小的钻头加工出工艺孔，再用立铣刀进行Z向垂直切深进给。

　　(2)利用螺旋进刀方法。

　　数控铣床可以实现三轴联动螺旋线进刀，使得Z向进刀和内轮廓加工自然平滑过渡，一般不会产生加工刀痕，因此，这种方式得到广泛应用。

　　(3)斜线进刀方法。

　　采用三轴联动的斜线方式进刀，利用立铣刀的端面刃切削，从而避免了刀具的中心部分参与切削。

　　但不足之处是，这种进刀方式无法实现Z向进刀和内轮廓加工的平滑过渡，容易产生加工痕迹。

　　5.立铣刀的新成员――硬质合金螺旋齿铣刀

　　硬质合金螺旋齿铣刀比普通立铣刀直径大，在铣刀的圆周上开螺旋槽，在一个刀槽中装上两片或多片硬质合金刀片，并使相邻刀齿间的接缝相互错开，利用同一刀槽刀片之间的接缝作为分屑槽。

　　这种铣刀的刀片多，而且相互错开，形同成熟的玉米，俗称“玉米铣刀”。

　　由于是由多个硬质合金刀片组成的螺旋刃，因此“玉米铣刀”的强度高、切削力大，多被用于粗加工，可以有大的背吃刀量、大的进给量，铣削效率很高。

　　6.立铣刀的新成员――波形刃铣刀

　　波形刃铣刀的刀刃为波形，可以有效地减低切削阻力，振动小，铣削效率高。

　　波形刃铣刀将狭长的切屑经波刃分割为又厚又短小的碎切屑，排屑顺畅;波形刃能使切削刃的长度增大，不仅有利于散热，还可以更方便切削液渗入切削区，冷却效果好，可以用于精加工，如图2所示。

　　四、立式数控铣床槽类常用刀具――键槽铣刀

　　键槽铣刀在外形上和立铣刀非常相近，只是键槽铣刀都是两刃刀具，端面上没有中心孔，端面的刀齿从外圆开至轴心，螺旋角一般为30°，端面刀齿的强度高，所以端面刀齿上的切削刃为主切削刃，圆柱面上的切削刃为副切削刃。

　　和立铣刀不同，键槽铣刀既可以沿轴向进给，也可以沿径向进给。

　　槽铣刀因为只有两刃，所以刚性没有立铣刀大。

　　但是，圆柱直径的精度和公差很严，铣刀的整体精度较高，这也使得在利用键槽铣刀铣削封闭圆头键槽时，要选择和键槽直径相同的铣刀，用铣刀的直径精度保证键槽的精度。

　　在立式铣床刀具不够完备时，我们可以用键槽铣刀做多个内容加工，如平面、沟槽、轮廓等。

　　这种方法经常在学生初学铣床对加工精度要求不是很高时使用。

　　五、立式数控铣床加工模具常用刀具――模具铣刀

　　在立式铣床上加工模具型腔和三维成型面时，要用到模具铣刀。

　　模具铣刀按工作部分外形可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形平头铣刀等几种，一般常选用直径规格较小的模具铣刀，可以灵活地加工模具上的一些曲面和有斜度的出模面等。

　　模具铣刀的圆柱面、圆锥面和球面上的切削刃均为主切削刃，在铣削中铣刀可以沿轴向和径向做进给运动。

　　1.球头立铣刀

　　球头立铣刀以斜线铣或螺旋插补铣加工型腔，适用于高速加工，但因为球铣刀的球头的切削速度为0，一般不推荐用球头铣刀轴向进给，为保证加工精度，顶端切削一般采用很小行距，故球头铣刀常用于曲面的精加工。

　　如图3所示。

　　2.圆锥形铣刀

　　圆锥形铣刀的圆锥半角有3°、7°、10°、30°等。

　　圆锥形模具铣刀在模具加工领域中应用很广泛，其作为成型刀具可以很方便地加工出斜面，生产效率高，编程简单。

　　但要注意根据模具的出模角和斜面要求选用合适的铣刀，如图4所示。

　　六、普通立铣刀和钻铣刀的区别

　　普通立铣刀的端面中心有中心孔，一般不能轴向进给。

　　而钻铣刀虽属于立铣刀，但有至少一对端面的切削刃是连在一起的，即切削刃是过中心的，兼具了钻头和立铣刀的功用，所以可以轴向进给，但应选择较低的切削进给速度。

　　在一些数控比赛中，经常使用这种新型钻铣刀，加工效率和加工质量均较高。

　　七、铣刀的选用

　　在实际数控铣削加工中，要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等情况，选择合适的刀具，还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

　　如：虽然面铣刀、立铣刀都可以加工平面，但是如果平面的面积较大，还是优先选用面铣刀。

　　在平面零件周边轮廓的加工中，一般选用立铣刀。

　　加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的“玉米铣刀”。

　　槽的铣削，开口槽或通槽用立铣刀和键槽铣刀均可，如果是圆头封闭键槽，要用键槽铣刀，如果是圆底槽，就要考虑球头铣刀了。

　　参考文献：

　　[1]人力资源和社会保障部教材办公室.数控加工工艺学(第三版)[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.

　　[2]邓建新，赵军.数控刀具材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

　　数控铣床工装夹具的设计及其应用【2】

　　【摘要】本文依据数控铣床的加工特征,给出了数控铣床工装夹具的具体设计方法,并且给出了数控铣床工装夹具的实际应用,有利于充分发挥数控铣床的加工潜力。

　　【关键词】数控铣床工装夹具设计应用

　　一般情况下,在机械加工过程中会使用到机床夹具,对于传统的机床夹具来说,其设计过程不仅具有详尽的资料而且具有成熟的经验作为人们的参考和借鉴。

　　随着我们国家数控铣床的不断发展与应用,传统意义上的机械加工向着高效率、高适应性以及高精度的方向发展。

　　然而,在实际应用中,有关于数控铣床工装夹具的设计内容非常少,本文依据数控铣床的加工特征,探讨数控铣床工装夹具的设计方法,有利于充分发挥数控铣床的加工潜力。

　　1 数控铣床工装夹具的设计

　　数控铣床主要是以压缩空气作为自身的动力,实现松开与夹紧刀具操作,方便于进行手动换刀,通常我们利用加工中心实现数控铣床的自动换刀过程。

　　在加工过程中,通过换刀能够实现逐次加工各种表面的功能,但是,在每一次进行换刀的时候都需要耗费许多时间,尤其是在自动换刀的过程中,会发生一些故障。

　　因此,我们在符合加工要求之下,尽量减少换刀的次数,进而节省有用时间,提高数控铣床的可靠性。

　　下面我们通过比较合理的数控铣床工装夹具设计方法,科学地调整施工工艺,最大程度地降低换刀的次数。

　　如下图所示的工件,需要在立式的加工中心之上实现扩、铰a孔与b孔,原来的工装夹具的设计方法是每一次只装夹1个工件,该方法的加工工艺如下:换a孔扩孔刀、扩孔换b孔扩孔刀、扩孔换a孔铰刀、铰孔换b孔铰刀、铰b孔。

　　从上面的加工工艺上看,每次对1个工件进行加工,就需要更换4次刀。

　　我们现在依据工件所具有的外形的尺寸以及机床的行程,对工装夹具进行设计,将其设计成为每一次能够装夹有8个工件,

　　通过上面的加工工艺我们可以看到,对8个工件进行加工时只需要换4次刀,这极大地节省了辅助时间。

　　2 数控铣床工装夹具的实际应用

　　以下主要将该工装夹具使用于卧式的加工中心进行加工。

　　2.1 加工的具体要求

　　在本次加工的过程中,其基本工序需要具有铣面A、铣面B、扩、同轴孔1以及同轴孔2,然而,由于同轴孔1与同轴孔2所具有的中部孔径都比较小,因此,在实际的加工过程中,需要从两端实行加工。

　　2.2 工装夹具的基本功能

　　工件面C或者面D,孔作为加工时用于定位的基准,具有重要的作用,对于工装夹具来说,通常使用一圆柱销和一菱形销进行工件的定位操作。

　　经过比较巧妙地设计,能够使得一套工装夹具在一个相同的工序里面实现工件加工操作,并且一次可以安装6个工件。

　　2.3 利用工装夹具进行加工的过程

　　在安装好工件以后,确保面C和工装夹具的定位面相接触,在该加工过程中,工件所具有的面A处于工装夹具的边缘,其加工的基本过程如下:铣削处于工装夹具Ⅰ-Ⅰ边的各个工件的面A逐次扩、镗各个工件所具有的同轴孔1以及同轴孔2,在此过程中,对于同轴孔来说,其中部小孔所具有的长度尺寸需要加工过半。

　　加工的工作台进行180°回转,此时工装夹具的Ⅰ-Ⅰ边和Ⅱ-Ⅱ边进行对调,使得Ⅱ-Ⅱ边处于加工区,回转以后的工件端面以及同轴孔1、2的方向与位置同回转之前完全一样。

　　然后对位于工装夹具Ⅱ-Ⅱ边的各个工件所具有的面A以及同轴孔1、2进行加工,此时,同轴孔的中部小孔所具有的长度尺寸需要加工过半,至此,面A以及由面A端进行加工的孔完成了自身的加工操作。

　　放开工件以后,对工件进行180°的翻转,此时,工件面D和工装夹具的定位面发生接触,面B处于工装夹具的边缘。

　　最后对面B以及由面B加工的孔进行加工,该加工过程和上述一样,也需要对工作台进行180°回转,在加工同轴孔的中部小孔的时候,需要与上面已经加工完成的部分进行接通。

　　2.4 工装夹具的设计要点

　　设置回转中心以及侧面用来找校正基准,该工装夹具所具有的回转中心是孔,在对其进行安装的过程中,孔和分度工作台的回转中心需要重合。

　　挑选具有高精度长侧面的工装夹具作为校正基准。

　　明确圆柱销和菱形销所处的位置,我们知道,圆柱销和菱形销所处的位置对于各工件在工装夹具中所处的位置来说具有重要的作用,在工件安装以后,需要确保其满足下面的要求:1、各个加工孔的中心与回转中心之间的距离需要一致、对称;2、各个加工端面与回转中心之间的距离需要一致、对称,进而确保工件上所对应的点与回转中心之间的距离一样。

　　从而保证对工作台进行180°回转以后,工件上所具有的孔1与孔2以及工件的端面位置同回转之前完全的重合。

　　在对数控铣床工装夹具进行设计的过程中,我们可以利用合适、科学的圆柱销与菱形销的位置去实现上述的要求,为了能够满足上述的要求,定位销与回转中心所具有的X方向以及Y方向的距离均标注上了公差。

　　保证工件的边缘延伸出工装夹具的边缘,上述应用在Y方向,工件的边缘延伸有4毫米,主要是为了有利于对端面进行加工,进而排除切屑。

　　3 结语

　　通过上面的叙述我们了解到,工装夹具对于机械加工来说具有重要的作用,随着我国数控铣床的不断发展与应用,数控铣床工装夹具的设计同传统的工装夹具的设计不同,需要引起设计人员的高度重视。

　　我们依据数控铣床的加工特征,在科学、合理地设计数控铣床工装夹具的过程中,尽量利用上述的设计方法,从而有利于充分发挥数控铣床的加工潜力。

　　参考文献:

　　[1]周太平.提高加工中心使用效率实例一则[J].机械制造,2002,(09).

　　[2]廖宁.数控机床交钥匙工程中的若干工艺问题[J].现代制造工程,2003,(09).

　　[3]李绍华.数控机床与工装夹具设计[J].工业技术,2009,(10).

　　[4]周太平,康志成,夏翔.数控铣床与加工中心夹具设计[J].现代制造工程,2011,(02).

　　数控铣床加工中对刀方法的应用【3】

　　【摘要】对刀是数控加工中比较重要的操作内容之一，其准确性将直接影响零件的加工精度。

　　对刀一定要同零件加工精度要求相适应。

　　本文较系统地讲述了数控铣床中常见对刀的使用及其优缺点，有一定的实用价值。

　　【关键词】数控铣加工对刀方法精度比较

　　数控编程及加工中，对刀是保证数控加工质量的一个重要环节。

　　只有建立了正确合理的坐标系，才能对刀具的运动轨迹做出准确描述，保证加工质量。

　　一、工件的定位与装夹

　　把平口钳安装在铣床工作台面中心上，根据工件的高度情况，在平口钳钳口内放入形状合适和表面质量较好的垫铁后，再放入工件，然后拧紧平口钳。

　　二、对刀点的确定

　　一般来说，对刀点最好能与工件坐标系的原点重合。

　　三、数控铣床的常用对刀方法

　　对刀操作分为X、Y向对刀和Z向对刀。

　　根据使用的对刀工具的不同，常用的对刀方法分为以下几种：试切对刀法;塞尺、标准芯棒对刀法;采用寻边器、偏心棒和Z轴设定器等工具对刀法;顶尖对刀法;百分表对刀法等。

　　1.试切对刀法

　　(1)X、Y向对刀

　　①将工件通过夹具装在工作台上。

　　②启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件左侧有一定安全距离的位置，然后降低速度移动至接近工件左侧。

　　③靠近工件时改用微调操作，使刀具恰好接触到工件左侧表面，记下此时机床坐标系中显示的X坐标值。

　　④沿Z正方向退刀，用同样方法接近工件右侧，记下此时机床坐标系中显示的X坐标值。

　　⑤据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中X坐标值。

　　(2)Z向对刀

　　将刀具快速移至工件上方。

　　启动主轴中速旋转，让刀具快速移动到靠近工件上表面有一定安全距离的位置，然后降低速度移动让刀具端面接近工件上表面。

　　让刀具端面慢慢接近工件表面，使刀具端面恰好碰到工件上表面，再将Z轴再抬高0.01mm，记下此时机床坐标系中的Z值。

　　(3)数据存储

　　将测得的X、Y、Z值输入到机床工件坐标系存储地址G54中(一般使用G54～G59代码存储对刀参数)。

　　(4)启动生效

　　进入面板输入模式(MDI)，输入“G54”，按启动键(在“自动”模式下)，运行G54使其生效。

　　(5)检验

　　检验对刀是否正确，这一步非常关键。

　　2.塞尺、标准芯棒对刀法

　　此法与试切对刀法相似，只是对刀时主轴不转动，在刀具和工件之间加入塞尺(或标准芯棒、块规)，以塞尺恰好不能自由抽动为准，注意计算坐标时这样应将塞尺的厚度减去。

　　因为主轴不需要转动切削，这种方法不会在工件表面留下痕迹，但对刀精度也不够高。

　　3.采用寻边器等工具对刀法

　　操作步骤与采用试切对刀法相似，只是将刀具换成寻边器。

　　使用寻边器时必须小心，让其钢球部位与工件轻微接触，同时被加工工件定位基准面有较好的表面粗糙度。

　　(1)对第一把刀

　　①对第一把刀的Z时仍然先用试切法、塞尺法等。

　　记下此时工件原点的机床坐标Z1。

　　第一把刀加工完后，停转主轴。

　　②把对刀器放在机床工作台平整台面上(如虎钳大表面)。

　　③在手轮模式下，利用手摇移动工作台至适合位置，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，最好在一圈以内，记下此时Z轴设定器的示数A并将相对坐标Z轴清零。

　　④抬高主轴，取下第一把刀。

　　(2)对第二把刀

　　①装上第二把刀。

　　②在手轮模式下，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，指针指向与第一把刀相同的示数A位置。

　　③记录此时Z轴相对坐标对应的数值Z0(带正负号)。

　　④抬高主轴，移走对刀器。

　　⑤将原来第一把刀的G54里的Z1坐标数据加上Z0(带正负号)，得到一个新的Z坐标

　　⑥这个新的Z坐标就是第二把刀对应的工件原点的机床实际坐标，将它输入到第二把刀的G54工作坐标中，这样就设定好了第二把刀的零点。

　　其余与第二把刀的对刀方法相同。

　　4.顶尖对刀法

　　(1)X、Y向对刀

　　①将工件通过夹具装在机床工作台上，换上顶尖。

　　②快速移动工作台和主轴，让顶尖移动到近工件的上方，寻找工件画线的中心点，降低速度移动让顶尖接近它。

　　③改用微调操作，让顶尖慢慢接近工件画线的中心点，直到顶尖尖点对准工件画线的中心点，记下此时机床坐标系中的X、Y坐标值。

　　(2)Z向对刀

　　卸下顶尖，装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到Z轴坐标值。

　　5.百分表对刀法

　　该方法一般用于圆形工件对刀。

　　(1)X、Y向对刀

　　将百分表安装杆装在刀柄上，调节磁性座上伸缩杆的长度和角度，使百分表的触头接触工件的圆周面，慢慢转动主轴，使触头沿着工件的圆周面转动，多次反复后，待百分表的指针在同一位置，可认为主轴的中心就是X轴和Y轴的原点。

　　(2)Z向对刀

　　卸下百分表装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到Z轴坐标值。

　　【参考文献】

　　[1]王荣兴.加工中心培训教程[M].北京：机械工业出版社，2006.

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