机床刀具范文（精选7篇）
机床刀具 第1篇
关键词：刀具,数控机床,选用,效率
随着科学技术的不断进步, 我们的生活质量不断提高。但是这离不开在这个地球上最古老又最有活力的行业—制造业的有力支持。人类文明的进步要求制造业能够提供功能更强大、性能更先进、价格更低廉的产品, 例如:汽车、家电产品等。产品的以上特性造成其组成零部件的结构越来越复杂。
随着电子技术在工业加工中的广泛应用, 加工设备的性能得到了飞跃式的发展。在金属加工行业中, 数控机床的出现不但提高了复杂产品的可加工性, 而且使产品的质量和加工效率都得到了很大的提高。但是, 设备的性能再先进, 最终的切削加工都是由刀具来完成的。俗语说“工欲善其事, 必先利其器”, 刀具的选用对数控设备的性能、效率发挥有很大的作用。不管使用的设备有多么先进, 如果没有相应的刀具支持, 就无法表现设备的性能。
1 数控加工常用刀具的种类及特点
数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点, 一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床主轴上, 现在已经标准化和系列化。
1.1 数控刀具的分类
根据使用设备可分为:数控车床刀具、数控铣床刀具和加工中心刀具;
根据制造刀具所用的材料可分为:高速钢刀具;硬质合金刀;
金刚石刀具;立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。
根据切削工艺上可分为:
车削刀具, 分外圆、内孔、螺纹、切槽刀具等多种;
钻削刀具, 包括钻头、铰刀、丝锥等;
镗削刀具;
铣削刀具等。
为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求, 近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用, 在数量上达到整个数控刀具的30%~40%, 金属切除量占总数的80%~90%。
1.2 数控刀具的特点
数控刀具与普通机床上所用的刀具相比, 有许多不同的要求, 主要有以下特点:
刚性好 (尤其是粗加工刀具) 、精度高、抗振及热变形小;
互换性好, 便于快速换刀;
寿命高, 切削性能稳定、可靠;
刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间;
刀具应能可靠地断屑或卷屑, 以利于切屑的排除;
系列化、标准化, 以利于编程和刀具管理。
2 数控加工刀具的选择
2.1 刀具选择的基本原则
刀具选择要考虑许多问题, 相应地就有许多原则, 如效率原则、加工精度原则、稳定性原则、经济性原则等等。
首先谈一下效率原则。
效率原则其实与其他原则密不可分, 尤其是经济性原则。要求效率的主要目的, 就是保证整个加工的经济性。但效率特别重要, 所以把它独立出来, 单独讨论一下。
效率原则首先是在保证满足产品的加工精度需求和一定时间内稳定性前提下的效率。没有这个基本条件, 效率无从谈起。就像我们希望我们的交通工具 (譬如汽车) 能够给我们带来更快的速度, 但安全常常是第一位的。
其次, 我们也不会在所有的条件下都强调效率, 追求效率有我们的一些约束条件。一个零件的加工效率提高需要与其他零件的效率相适应, 一个工序的效率提高更需要与其他工序的效率相适应。如果忽视这些约束条件, 一味追求效率, 会吃力不讨好的。例如:在流水线生产中我们需要解决的是整个生产线中的“瓶颈”工序, 只要提高了这个工序的生产能力, 和其它设备达到节拍一致, 就能够提高整条生产线的生产能力, 提高整个产品的生产能力, 缩短制造周期。
然而单机或柔性制造系统的需求又不一样。他们在生产中大多承担者多品种小批量的生产任务, 同时, 他们所受的约束较少, 即与其他工序的相关度较小, 往往是由单台或很少几台设备就可以完成整个零件的加工。由于柔性化, 某个零件或某个工序制造周期的缩短常常意味着能够使该设备投入其他零部件或其他工序的生产, 从而创造更多的效益。
除了加工效率原则之外, 刀具对加工精度的影响也是需要考虑的, 尤其是在精加工等加工精度、表面质量要求比较高的应用场合。
在粗加工的条件下, 我们一般都会采用效率优先原则。在这一阶段, 快速去除工件毛坯上的加工余量, 快速接近工件完工尺寸的“净尺寸”状态, 是我们考虑刀具选择及加工参数的第一因素。但在精加工的条件下, 情况会有很大差别。精加工时我们应该采用精度优先原则, 即首先保证加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面质量。
2.2 具体的刀具选择
具体的刀具选择应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素来正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下, 尽量选择较短的刀柄, 以提高刀具加工的刚性。下面按照切削工艺分类说明在具体的刀具选择时的一些基本原则:
2.2.1 车削刀具
车削刀具在具体的选择中又分为车刀杆和硬质合金刀片的选择。车削刀具是所有数控刀具中最标准化的, 其中普通的外圆、内孔、端面、型面加工刀具硬质合金刀片几乎可以完全通用。因此, 刀杆应该选用一些质量较好, 规格品种齐全, 交货速度快的大公司的产品;同时, 大公司的刀具配件有保障。要知道, 在刀杆的整个使用周期中需要消耗很多的配件, 有一些小公司产品经常发生变化, 如果买不到车刀配件就只能报废。刀片则根据所加工产品的特性, 经过相互的实际切削比较, 选择性价比较高的产品, 而且在出现新材质的刀片时不用更换刀杆就可以使用。
切槽刀的通用性非常低, 每一家公司的产品几乎都不通用, 因此, 在选用前必须先做切削实验, 经过比较再做选择。
2.2.2 钻削刀具
数控设备的主轴转速和加工精度非常高, 所以在钻孔时尽量要选用硬质合金刀具, 提高钻孔的切削效率。一般情况下, 在可以使用U钻时, 不要使用整体合金钻头, 这样既可以提高加工效率, 同时省去了钻头的刃磨工序, 简化换刀工作。在机床收到限制时刻选用镶硬质合金
在螺纹加工中尽量选用涂层丝锥, 可以提高20%~30%的加工速度。国产丝锥的质量普遍较差, 可适当选用进口丝锥或在国内使用高性能材料非标定制。
2.2.3 镗孔刀具
镗孔刀具又分为粗镗刀具和精镗刀具。
在粗镗时, 如果产品批量大, 孔的结构复杂, 如台阶孔, 可以选择使用非标镗刀, 让生产厂商根据被加工孔的结构设计具有多个切削刃的刀具, 在加工中, 一次就可以完成复杂孔的粗加工。
精镗刀属于所有数控刀具中结构最复杂、最精密的刀具, 当然, 价值也是最高的。在选用中必须注意三点:第一, 镗刀的尺寸调整一定要准确, 在刀具调整后的尺寸, 必须准确的反映在被加工的孔上, 否则, 就无法加工精密孔;第二, 镗刀的精度必须保持较长的时间;第三, 镗刀的规格要齐全, 例如小孔镗刀, 必须配有各种尺寸和各种不同镗孔深度的镗杆。
2.2.4 铣刀
铣刀是所有刀具中加工中消耗费用最高的刀具, 同是, 它也是金属去处率最高的刀具。尽量选择小直径、密齿刀具, 以取得最大的生产效率, 同时, 使用的合金刀片要求具有多个切削刃, 以最大程度的降低加工成本。在大批量使用之前必须多方进行加工对比, 进行实地的加工实验, 根据加工结果选择性价比较高的铣刀。我公司在这方面有过深刻的教训:在一次机床采购中, 随机床打包的铣刀是一家知名道具厂商的新产品, 理论上非常适合我公司的产品加工, 但是在交机后的大批量加工中发现铣刀片的消耗量非常大, 按照当时的消耗, 每台加工中心的年铣刀片消耗费用将达到两三百万元, 相当于再买一台加工中心的价格。最终不得已替换了全部的铣刀盘, 仅此一项浪费几十万元。
2.2.5 刀柄
在加工中心上, 各种刀具分别装在刀库上, 按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄, 以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围, 以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。
目前, 我们使用的进口或国产的加工中心的刀柄大部分采用日本MAS403BT标准, 但是也有部分进口设备采用ANSIB5.50CAT标准。锥柄尺寸大小有30、35、40、45、50、60, 国内比较常用的为BT40和BT50柄。在各个厂商的生产样本上几乎包括所有的刀柄形式, 但是大多数厂商都只有BT40和BT50柄备有库存。所以, 在机床的订购时刀柄的形式确定非常重要, 尽量采用通用型刀柄, 而且, 在一个公司内部, 应该作到所有的机床使用一种标准的刀柄。这样, 在机床的刀柄配备、机床之间的刀具借用、刀具的备份时就比较简单。
在经济型数控机床的加工过程中, 由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行, 占用辅助时间较长, 因此, 必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则:1) 尽量减少刀具数量;2) 一把刀具装夹后, 应完成其所能进行的所有加工步骤;3) 粗精加工的刀具应分开使用, 即使是相同尺寸规格的刀具;4) 先铣后钻。
刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大。必须引起注意的是, 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。刀具的发展日新月异, 每年都有很多新的刀具和新的加工方式的出现, 我们要大胆的去试用, 技术的改进会使加工效率有非常大的提高。
3 加工效率的提升
在加工过程中, 切削用量的合理选择使提升加工效率的重要因素。合理选择切削用量的原则是:粗加工时, 一般以提高生产率为主, 但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册, 并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素:
切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下, ap就等于加工余量, 这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度, 一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。
切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比, 与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中, 一般L的取值范围为:L= (0.6~0.9) d。
切削速度V。提高切削速度也是提高生产率的一个有效措施, 但切削速度与刀具耐用度的关系比较密切。随着切削速度的增大, 刀具耐用度急剧下降, 故切削速度的选择主要取决于刀具耐用度。另外, 切削速度与加工材料也有很大关系, 例如用立铣刀铣削合金刚30Cr Ni2Mo VA时, 切削速度采用8m/min左右;而用同样的立铣刀铣削铝合金时, 切削速度可选200m/min以上。
不同刀具生产厂商提供的刀具其切削速度差异很大, 应尽可能的选择高切削速度的刀具, 充分发挥数控设备的性能, 提高加工效率。例如在钻孔加工中, 有两种U钻供选择, 他们的进给相同, 但是, 一种使用转速为1000转/分, 另外一种为3000转/分。很明显, 他们的钻孔效率之比为1∶3, 相差非常大。实验表明, 提高切削速度20%, 每零件总成本降低15%;如果降低切削速度, 提高刀具使用寿命50%, 每零件加工总成本仅降低1%。
主轴转速n (r/min) 。主轴转速一般根据切削速度v来选定。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调 (倍率) 开关, 可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
进给速度Vf。Vf应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。Vf的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时, Vf可选择得大些。在加工过程中, Vf也可通过机床控制面板上的调整机构进行人工调整, 但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。
4 结论
数控设备刀具的选择是一个综合考虑各种影响因素后的结果, 在遵循基本原则的前提下, 根据具体情况, 选择适合的刀具;同时, 结合选用的刀具和设备的实际状况, 合理选用加工参数, 最大的提高加工效率, 降低总的加工成本。同时, 任何在当时认为是最佳的选择不是永远不变的, 应该根据加工中出现的问题及新的加工方式及刀具的发展及时作出调整。
参考文献
[1]袁哲俊, 刘华明.刀具设计手册.
[2]北京联合大学机械工程学院.机夹可转位刀具手册.
基于数控机床系统的刀具补偿分析 第2篇
摘要：数控机床的刀具补偿功能差异很大，我经过三年的一线车间教学实训经验，通过对不同数控机床的刀具补偿功能较全面的分析和计算，熟悉其各自特点，掌握其刀具补偿应用技能，从而在理论教学和实践操作中能顺利解决各种具体实际问题。
关键词：数控机床 刀具补偿 刀具轨迹计算 刀位点
一、刀具补偿功能简介
使用数控机床的人都知道，用立铣刀在数控铣床或数控加工中心上加工工件时，可以清楚看出刀具中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合，这是因为工件轮廓是立铣刀以运动包络的方式形成的。立铣刀的中心(底端面与轴线相交点)称为刀具的刀位点，刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。在数控加工中，是按工件轮廓尺寸编制程序，还是按刀位点的运动轨迹编制程序，显然是完全不一样的，需要根据具体情况来处理。
如图1所示，在数控铣床或数控加工中心中，由于数控系统有刀具补偿功能，可按工件轮廓尺寸进行程序编制。建立、执行刀补后，数控系统会自动计算，刀位点自动调整到刀具运动轨迹上。直接利用工件尺寸编制加工程序，刀具磨损时可重磨刀片(此时需根据实际情况适当调整刀具补偿值)或更换刀具，而加工程序不变，因此使用简单、方便。
目前，经济型数控机床(部分机床无刀具补偿功能)性能简化、结构简单、价格低廉，在企业和学校中有一定的拥有量。在经济型数控机床系统中，如果没有刀具补偿功能，只能按刀位点的运动轨迹尺寸编制加工程序，这就要求先根据工件轮廓尺寸和刀具直径及几何尺寸计算出刀位点的运动轨迹。因此计算量大、过程复杂，且刀具磨损、更换需重新计算刀位点的轨迹尺寸，全部调整或重新编制加工程序，费时费力费钱。
二、数控机床系统中的刀具补偿
(一)数控车床刀具补偿。数控车床刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿两方面。在加工程序中用T功能指定，TXXXX中前两个XX为刀具号，后两个XX为刀具补偿号，如T0202。如果刀具补偿号为00，则表示取消刀补。
1、刀具位置补偿。对于刀具磨损或重新安装刀具引起的刀具位置变化，建立、执行刀具位置补偿后，其加工程序不需要重新编制。办法是测出每把刀具的刀位点相对于某一理想位置的刀位偏差(X向与Z向)并输入到指定的存储器内，程序执行刀具补偿指令后，当前刀具的实际位置就到达理想位置。
如图2所示的加工情况，如果没有刀具补偿，刀具从0点移动到1点，对应程序段是N60 G00 X45 Z93 T0200，如果刀具补偿是X=+3，Z=+4，并存入对应补偿存储器中，执行刀补后，刀具将从0点移动到2点，而不是1点，对应程序段是N60 G00 X45 Z93 T0202。
2、刀尖圆弧半径补偿。编制数控车床加工程序时，车刀刀尖被看作是一个点(假想刀尖P点)，但实际上为了提高刀具的使用寿命和降低工件表面粗糙度，车刀刀尖被磨成半径不大的圆弧(刀尖AB圆弧)，如图3所示，这必将产生加工工件的形状误差。另一方面，由于刀尖圆弧所处的特殊位置，车刀的形状对工件加工也将产生影响，而这些可采用刀尖圆弧半径补偿来解决。车刀的形状和位置参数称为刀尖方位代码(T值)，如图4所示。
3、刀补参数。每一个刀具补偿号对应刀具位置补偿(X和Z值)和刀尖圆弧半径补偿(R和T值)共4个参数，在加工之前输入到对应的.存储器。在自动执行过程中，数控系统按该存储器中的X、Z、R、T的数值，自动修正刀具的位置误差和自动进行刀尖圆弧半径补偿。
浅议数控机床刀具的选择与应用 第3篇
【关键词】数控刀具；类型；选择；应用
1.数控刀具的分类
1.1数控刀具结构
（1）整体式：刀具为一体，由一个胚料制造而成，不分体。
（2）镶嵌式：采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种。
（3）特殊型式：如复合式刀具、减震式刀具等。
1.2制造刀具所用的材料
（1）高速钢刀具：有足够的强度和韧性，有较好的工艺性。目前高速钢作为主要的刀具材料已经被较为广泛的的应用于各种铣刀、丝锥、钻头等刀具的加工。
（2）硬质合金刀具：与高速钢刀具相比硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许的切削速度比高速钢高5-10倍。因此常用于高速的切削加工，例如加工中心中的大进给、小切深、无切削液的精加工。
（3）金刚石刀具：耐磨性好摩擦系数是目前最小的。但由于其硬度较高，不能加工成任意的形状，因此主要用于磨削类刀具，如金刚石砂轮等。同时由于金刚石会与某些材料发生化学反应，在加工中需特别注意。
（4）其他材料刀具：如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。
（5）涂层刀具：通过化学或物理方法在表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物。如 TiC涂层、TiN涂层、Al2O3，涂层、TiN和TiC复合涂层。
2.刀具选择应考虑的主要因素
（1）被加工工件的材料、性能：金属、非金属，强度、刚度、塑性、韧性及耐磨性能等。
（2）加工工艺的类别。车削、钻削、铣削、磨削等。
（3）加工阶段粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。
（4）加工的几何形状、加工余量、零件的技术指标。
（5）刀具能承受的切削用量。
3.数控加工刀具的选择
3.1数控加工中，由于铣床、加工中心类机床工艺能力强大，刀具种类繁多，因此铣刀类型的选择非常重要
常用的铣刀种类有平底立铣刀、端铣刀、球头刀、环形刀，鼓形刀和锥形刀等，功能也各不相同。选取铣刀时要求刀具的尺寸与劝口工工件的尺寸和形状相适应。在铣刀选择时应注意以下几点：
（1）毛坯面加工为防止因毛坯表面硬化层和夹沙现象而引起刀具快速磨损，应选用合适的硬质合金刀具进行铣削加工，以提高生产效率。
（2）平面加工铣削平面时，常采用锒齿可转位硬质合金刀片的面铣刀和立铣刀。精铣平面时因加工表面材质不均匀，选择直径小些的铣刀，以减小切削扭矩；精铣时，铣刀直径应大些，最好能包容加工面的宽度，以提高切削效率和保证加工精度。加工余量较小且表面质量要求较高时，可采用立方氮化硼刀片的面铣刀。
（3）平面零件周边的轮廓加工常采用立铣刀，铣刀半径应小于工件轮廓的最小凹圆弧半径，以免造成铣不净的“死角”。
（4）凸台或凹槽的加工加工只有凹槽时，通常采用键槽铣刀。精度要求较高的凹槽内表面可使用直径比槽宽略小的键槽铣刀，先铣削槽的中间部分再采用刀具补偿 （如G41、G42）功能，铣削槽的两側。
（5）特殊成型面的加工对于一些批量生产的特定工件或加工内容，为提高成产效率，可专制造成型铣刀，如圆弧面、内凹槽、特形孔或台阶。
3.2进行刀具选择的时候，需要对刀具的尺寸以及加工工件表面尺寸进行筛选
进行生产时，用立铣刀来对平面零件的周围轮廓进行加工；用合金刀片铣刀来对平面加工，凹台和凹槽则是用速钢立铣刀来进行；使用合金刀片的玉米铣刀对毛坯表面进行加工；立体型面及变斜角轮廓需要用球头铣刀、环形铣刀等。
3.3球头刀具一般是在曲面精工的时候使用，在进行自由曲面加工的时候，可以借助球头刀具顶部的零切削速度来确保加工的精度
平头刀具具有较好的切割质量和效率，所以只要不会过切，在曲面的粗加工和精加工中，使用平头刀是比较好的选择。此外，刀具价值影响着刀具的闹用度和精度，通常价格高昂的刀具，其成本也比较高，加工质量比较好，可以提升加工效率和质量，间接的降低了成本。
3.4不同的加工阶段使用不同的刀具
在粗加工的时候，主要是进行去除余量的工作，所以要求刀具的刚性、精度比较高；半精加工和精加工的时候，就是一质量为主要的保证前提，所以要求刀具的精度较高。粗加工使用低精度刀具，精加工使用高精度刀具。要是粗加工和精加工都选择同样的刀具，可以使用精加工使用后淘汰的刀具，粗加工对精度要求不高，精加工的刀具在使用后会有一定的磨损，精度有所降低，这样一来就能够减少加工成本。
3.5一般的经济型数控机床，部分工作都是有人工完成的，像是磨刀刃、测量、刀具更换等等，需要比较多的时间来完成，所以需要对刀具的安排合理化
（1）刀具数量要少。
（2）没把刀具在安装后，都应该将其需要使用的部位加工完成。
（3）粗加工和精加工刀具要分开。
（4）先铣后钻，先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工。
（5）尽量减少手工换刀的工序，这样可以保证生产效率。
3.6选择刀具的时候要依照其寿命来进行挑选
（1）考虑成本、刀具复杂度、工艺需求。
（2）高精度和复杂的刀具其使用期限应该要高于单刃刀具。
（3）机夹刀具的寿命可以选择短一些的，确保生产效率。
（4）对于装刀、换刀、凋刀比较复杂的多刀机床、组合床与自动化加工刀具，刀具寿命应选高些，尤其要保证刀具可靠性。
（5）对于大件的精加工要尽量减少加工途中换刀的情况，选择刀具的寿命要考虑到零件精度和表面粗糙度。
4.数控刀具的要求比普通机床刀具要求有所区别
第一，数控刀具要求刀具的刚性好、精度高、具有抗振和稳定的抗热性，能够在生产中快速的进行更换。第二，使用期限长，刀具的切割稳定。第三，刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。第四，系列化、标准化，方便对其进行管理和编程。
5.数控机床对刀具的主要要求
首先，刀具具有良好的切削性。可以适应高速切削以及大荷载切削，刀具性能好，刚性高。其次，刀具的精度高，可以准确的进行重复定位，刀具的刀形精度高。再者，刀具种类要多，规格齐全，以适应不同的加工要求，满足生产需求。最后，工具系统完善，可以进行多种零件生产。
6.结束语
数控机床是目前制造的核心和基础，其应用范围广，在我国有着良好的发展前景，对于其刀具的正确使用研究具有非常重要的意义。进行数控编程的时候，要能够让刀具即时切换，并且定量进行切削。所以进行数控机床刀具的研究，选择正确的刀具，对于生产来说都是比较有意义的事情。 [科]
【参考文献】
[1]肖庆中.金属切削原理与刀具[M].北京：中国劳动社会保障出版杜，2001.
机床刀具长度测量和设置的快捷方法 第4篇
1 刀具长度补偿值 (偏置值) 的测量方法
在讨论刀具长度补偿值测量方法之前, 需要对刀具长度补偿作相关了解。刀具补偿是数控机床生产加工中三种补偿的其中一种, 主要功能是解决机床加工中因刀具形状改变而引发的各种轨迹问题。从简单定义上来说, 刀具长度补偿其实是完成G43或G53所下达的指令的一种实际行为。数控机床中, 每一把刀都有属于其自己的长度补偿。
刀具长度补偿值, 也作刀具长度偏差值, 主要是指安装在机床主轴上的某把刀的实际长度和其设计标准长度之间的差值。通常情况下, 在实际安装刀具之前, 我们需要在设计图纸上建立一个工件坐标系, 在这个工件坐标系中, 其安装在工件上表面和主轴断面之间的刀具, 便可称为标准刀具。标准刀具在存在形式上可以是具体有形, 客观存在的, 也可以是虚拟无形, 主观存在的。标准刀具的长度永远为0。鉴于此, 我们可以得出:所建立的工件坐标系的设定位置不同, 所选择的标准刀具不同, 那么实际所安装刀具和标准刀具之间长度差值, 也就是长度补偿值也必定有所不同。实际生产活动中, 如果对工件坐标系位置设定, 和标准刀具选择的不同方式进行分析, 那么刀具长度测量的可行方法可分为以下三种:
1.1 主轴端面对刀建立工件坐标系及刀具长度补偿值的测量 (见图1)
机床主轴Z向回零以后, 主轴不装任何刀具, 下移主轴, 用主轴下端面接触工件上表面, 并建立工件坐标系 (见图1 (a) ) , 这时的标准刀具是虚拟无形的, 也是最短的。
抬起主轴, 装上加工刀具以后, 用刀具的切削点轻触工件的上表面 (见图1 (b) ) , 主轴和工件上表面之间的高度就是这把刀具的长度补偿值, 这个数值可以通过CRT显示屏上Z轴坐标的移动量读出。
采用这种方法进行测量时, 其所用以测量的刀具的实际长度都要比标准刀具的长度长, 所以最后测量所得的实际刀具的长度补偿值都大于零, 而这个大于零的实际数值便是刀具的实际长度。当然, 除了采用这种测量方法可得到刀具的实际长度以外, 还可以使用光学对刀仪, 直接测量出刀具的实际长度。
使用光学对刀仪测量刀具的实际长度, 其最终所测得的刀具长度值必定是一个绝对值。此外, 光学对刀仪测量刀具长度的优点在于:一, 不占用机床;二, 在更换了不同高度的被加工零件后, 不需要进行重新对刀操作, 只需直接重复上述测量, 并设定好工件的零点偏置值便可。光学对刀测量仪所存在的唯一缺点便是价格昂贵, 在实际应用时需要购买对刀仪, 缺乏一定的经济合理性。
1.2 标准刀具对刀建立工件坐标系及刀具长度补偿值的测量 (见图2)
机床主轴Z向回零以后, 主轴上安装本工序所使用的第1把刀具 (标准刀具) , 下移主轴, 用刀具下端面接触工件上表面, 并建立工件坐标系 (见图2 (a) ) , 这时的标准刀具是具体实用的, 但实际的刀具长度并不知晓, 也没有必要知道, 还是认定它的长度为0。
抬起主轴, 装上后续加工刀具以后, 用刀具的切削点轻触工件的上表面 (见图2 (b) ) , 主轴端面上下移动的距离 (L1或L2) 就是这把刀具的长度补偿值, 这个数值可以通过CRT显示屏上Z轴坐标的变动量读出。
2 关于刀具长度补偿值的设置方法 (见表1)
结束语
通过上述两种对刀方法建立工件坐标系以及设置好刀具长度补偿值以后, 利用数控系统所具有的刀具长度补偿功能, 就可以大大简化编程时的数值计算。机床刀具长度的准确测量和合理设置对机床的安全、可靠运行有着重要影响, 在对其长度测量和设置方式进行研究时, 务必要先对刀具的长度补偿原理进行了解, 只有透彻理解了刀具长度的补偿原理, 才能在具体操作中做到运用自如, 才能建立起合理的工件坐标系, 进而保证机床运行的安全、可靠以及高效。
摘要：数控机床中, 刀具长度测量的精确度以及长度补偿值设置的合理, 会对机床的可靠运行产生影响。本文主要对刀具长度补偿值的测量方法和设置方法作相关介绍, 分析并讨论了国内加工中心目前所使用的数控机床刀具测量方法, 并对不同测量方法的优缺点作了分别阐述, 在其基础上探讨了关于刀具补偿值设置的快捷方法, 以供同行参考借鉴。
关键词：数控机床,刀具,刀具长度补偿,测量方式,补偿值,设置,快捷方式
参考文献
[1]杜军.数控铣削加工中防止撞刀的措施[J].武汉船舶职业技术学院学报, 2007 (2) .
[2]张喜群, 冯彩霞, 白庆端.刀具长度补偿的应用[J].机械工人.冷加工.2005 (1) .
[3]陈祥林, 郭秀华.加工中心刀具长度补偿值设定与对刀方案分析[J].机床与液压, 2009 (6) .
机床刀具 第5篇
关键词：车削,细长轴,刀具角度
0 引言
在CA6140型车床车削细长轴(长径比L/d≥25),由于细长轴直径小刚度差,车削过程中受到各种力的共同作用下,很容易使细长轴在加工中产生振动、弯曲和扭曲变形、发热量和刀具磨损量大等不良现象,严重影响细长轴的加工精度,废品率高。因此加工细长轴时,必须采取合理安排加工工艺路线;一夹一顶(或双支顶)装夹方法;使用开口式跟刀架辅助工具;双对称切削加工法;正确选择切削用量;合理的刀具角度等一整套完善的工艺、工装方案,才能提高加工生产率,提高加工精度,降低废品率。经过多次反复试验,合理的刀具角度对细长轴的加工质量提高起到了非常重要的作用。
1 轴与刀具受力分析
细长轴车削过程中,刀具必须克服金属的各变形抗力和摩擦阻力,这些力分别作用于刀具和工件上,其大小相等方向相反,这些力的总和称为切削力,为了便于计算与分析通常把切削力分解为三个相互垂直的分力,如图1所示。
Fr总切削力,Fc主切削力,Fp背向力又称为径向力,Ff进给抗力,各分力Fc、Fp、Ff与合力Fr的关系为:
径向力Fp的特征是在切削过程中不消耗功率,但会使工件弯曲变形和振动,影响工件加工质量。是验算工艺系统刚度的主要依据。在加工细长轴时,应根据粗车和精车的不同特点和要求合理选择径向力的大小。这些力的大小都与刀具角度有关。所以加工细长轴时应合理选择刀具角度。
2 刀具角度分析
2.1 刀具的主要标注角度
刀具在正交平面系中主要角度有:前角γo;后后角ao;主偏角kr;刃倾角λs;如图2所示。这些角度对细长轴的加工质量影响非常大。
2.2 粗车刀具角度选择
粗车时由于加工余量大,切削力也细长轴加工中振动和弯曲变形也大,所以粗车以减小背向力又称为径向力Fp为主,根据公式(1)~(2)当主偏角kr=90°,Fp=0,此时细长轴虽不受径向力作用,弯曲变形小,但工件不能压在跟刀架上,工件发生甩动,所以主偏角kr=75°~88°最合适。减小细长轴振动和弯曲变形。同时刃磨副偏角Kr'=8°12°,刀尖圆弧半径0.15 0.25mm,有利于减少径向分力;刃磨大前角g0=15°~30°车刀前刀面应磨有3.5�4mm宽断屑槽,卷屑性能好出屑流畅,切削温度低,配上o=4°6°后角s=4°6°刃倾角,使切屑流向待加工表面,减轻细长轴弯曲变形和振动。
2.3 精车刀具角度选择
精车时加工余量小,径向力Fp也很小,主要考虑保证表面粗糙度要求。
1)选用宽刃弹簧车刀,弹性刀杆(如图3所示)有减振和保证加工的一致性。
2)主偏角很小,kr=3°~5°,刃口锋利,可产生很薄的切削层,满足表面粗糙度的要求。
3)刃磨大前角o=25°30°,配上o=10°~15°后角,前刀面开有110°115°断屑槽,这样切削时轻松且排屑容易,有效避免划伤已加工表面。
4)刀具的刀刃宽度应大于进给量的2倍以上,这样能起到光车细长轴的作用,保证表面粗糙度的要求。
3 实践与评价
用硬质合金刀具,选择以上刀具角度,在CA6140型机床加工了50件F10×400细长轴,圆度0.05mm,圆柱度0.006mm,直线度0.03mm,表面粗糙度Ra为0.8mm,切削用量见表1,47件合格,合格率94%,大大提高加工效率和产品的加工质量。
4 结束语
经过反复的实践、摸索证明,CA6140型机床车削细长轴,要提高加工效率和产品的加工质量、降低废品率,满足生产的需要,必须有一套完整的合理的工艺、工装设计方案,加工时适当提高加工速度、刀具角度合理刃磨以降低切削力,就可以避开工艺系统的振动频率,减小加工中的振动,加工中合理使用冷却液,就能起到很好的加工效果。可在实际生产中推广应用。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册:第1卷[M].北京:化学工业出版社,2002.
[2]刘风棣.机械加工技术问题处理集锦[M].北京:机械工业出版社,1995.
[3]罗春华.数控加工工艺简明教程[M].北京:北京理工大学出版社,2007.
[4]宋丹.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社,2007.
机床刀具 第6篇
在数控加工中, 采用CAD/CAM技术将形成程序的NC代码在计算机上进行轨迹模拟和系统仿真, 不但可以发现编程中存在的问题, 还可以对程序做进一步的优化改进, 从而缩短机床调试时间, 实现零件的首件试切成功。
本文以FANUC数控系统为例, 在自动编程系统已生成NC代码的基础上, 将读入的NC代码反读为加工轨迹后, 将加工轨迹变换为刀具中心运动轨迹。
一、NC代码反读
由于被加工零件的形状各不相同, 则由CAD/CAM自动编程系统生成的加工程序有时并不完全符合用户的要求 (参见图1a、b) , 用户通常还要做一些手工修改。
NC代码反读原理是根据CNC系统的代码语法和语意, 检查用户修改过的NC代码是否正确, 并根据NC代码获得刀具的加工位置、运动信息以及辅助功能指令。
实现过程为:将NC代码逐个字符读出, 分析并产生独立的标准代码字;再对标准代码字进行识别, 分类为运算字、设置字和加工字。其中运算字在变量编程中对变量赋值, 设置字用于设置进给量和主轴转速等, 加工字则是加工指令和轴指令。
NC代码反读的实质是由NC代码重反演为刀位数据的过程。
二、VCNC刀具补偿计算
NC代码反读生成的加工轨迹, 是未考虑刀具补偿的情况下刀具的运动轨迹, 即给定的是工件轮廓轨迹和工艺信息。仿真系统中, 系统最终控制刀具中心点实现切削仿真, 所以, 应根据编程轨迹求得刀具中心轨迹。
(一) 刀具长度补偿和半径补偿处理
循环读取两段加工轨迹, 每段轨迹中包含工步号、加工类型 (快进、工进、走增量) 、刀座号、刀补号、刀尖半径补偿、轨迹类型 (线或弧) 、轨迹关键点, 以及主轴转速、进给量等信息, 确定出刀尖中心的位置。再考虑刀具中心的长度补偿, 将刀尖中心轨迹转换为刀具中心轨迹。
设两个加工段分别为有向线段AB和BC, 刀尖半径补偿为G42, 则刀具补偿的模式如图2。根据矢量代数可知:图2a中, OB1=OB+BB1, 其中BB1=Rt;图2b中, OB1=OB+BB1, OB3=OB+BB3, B2为B1B2和B3B2的交点;其中BB1=BB3=Rt;
在图2c中, OB1=OB+BB1, OB2=OB1+B1B2, OB4=OB+BB4, OB3=OB4+B4B3, 其中│BB1│=│B1B2│=│BB4│=│B4B3│=Rt;
G41指令可依此类推。
当前加工段和下一加工段均为直线时, 有
若当前段和下一段为圆弧时, 设当前圆弧段的圆心为 (xc1, yc1) , 下一程序段圆弧的圆心为 (xc2, yc2) , B点处的当前段圆弧的法矢方向矢量lp1=[xp1, yp1]T, 下一段圆弧的法矢方向矢量为l p 1=[xp1, yp2]T, 则
(二) 走刀方向的判定
当走刀方向与图2所示方向相反时 (C→B→A) , 则刀尖中心点偏在加工轨迹的另一侧, 故求刀尖中心前应判断两个加工段的走向。可根据如下定理判断:
定理:平面直角坐标系中若两线段成逆时针, 则它们的矢量差乘积为正, 顺时针则为负。
在图3中, 若xoy坐标系中两个首尾相连的有向线段P0P1与P1P2呈顺时针 (如图3中虚线走向) , 则有│V│=│P0P1│×│P1P2│<0。若呈逆时针走向, 则有│V│>0。
当两段加工轨迹中的一段为圆弧或两段均为圆弧时 (如图4) , 可在交点B处作圆弧的切线, 以切线的矢量方向A′B和BC′作为圆弧在该交点的走向, 仍转化为如图2所示的补偿模式。
因此, 根据每两个加工段的刀尖补偿模式和走向, VCNC系统在执行当前加工段时提前读入后续加工段的轨迹, 根据上式计算得刀尖中心轨迹。同时, 读取当前刀具的长度补偿值x、y、z, 根据OCi=OBi+x+y+z式计算刀具中心轨迹。
三、VCNC刀具补偿功能仿真验证
加工过程仿真是利用刀位数据驱动加工仿真系统的相关零件部件, 模拟工件切削过程。仿真系统建模在三维CAD平台上进行, 由刀架、刀具、夹具、工件等组成。刀位数据指令驱动安装在刀架上的刀具, 对安装在夹具上的工件进行切削仿真, 数控机床根据上述方法计算出刀具中心轨迹, 即可在CAD平台上驱动仿真系统各部件实现仿真。
图5是加工某规格车轮时的局部放大图。图中虚线表示反读NC代码所得到的加工轨迹, 此时由于尚未考虑刀具偏置, 故不能用该轨迹驱动仿真系统运动。点划线为根据上述方法计算得的刀具中心轨迹。由图可以清楚看到刀具运动轨迹。将该轨迹分别在X、Y、Z方向上添加上长度补偿, 即可获得刀心轨迹, 从而驱动仿真部件实现系统仿真。
四、结论
本文阐述了反读NC代码方法, 并在此基础上, 研究将加工轨迹变换为刀具中心运动轨迹时各种补偿模式的处理方法, 提出了判定加工段走向的方法, 并通过仿真进行验证。结果表明, 文中提出的虚拟CNC中刀具长度补偿和半径补偿处理方法是正确的, 它是VCNC的重要组成部分。
摘要：VIRTUAL CNC, 简称VCNC, 即虚拟CNC技术, 是数控机床仿真系统的核心。本文在反读NC代码的基础上, 根据加工刀具的补偿数值, 将被加工零件轮廓转换为刀具中心运动轨迹, 阐述了转换过程中各种补偿模式的处理方法, 提出了判断加工段走向的算法, 并通过仿真验证。
关键词：VCNC,刀具补偿,系统仿真
参考文献
[1]《数控加工理论与编程技术》刘雄伟等编北京机械工业出版社2000;
[2]《CAXA车数控加工编程标准教程》宋卫科等编北京航空航天大学出版社2003;
[3]《CAD/CAM应用软件——MasterCAM训练教程》高等教育出版社2003;
[4]《柔性制造仿真系统中机器三维可视化建模》系统仿真学报2002;
机床刀具 第7篇
关键词：数控机床,刀具磨损破损,在线监测,声发射法
0 引言
刀具磨损和破损的在线实时监测是自动化加工生产线中一个困难而又重要的问题,它是实现生产过程自动化和无人化、保证产品质量、提高生产效率、减少设备故障的重要手段。但由于实际切削过程中环境恶劣、刀具和工件多样性、采集数据离散性大等因素,使得实际监测存在很大的困难。监测刀具磨损和破损的方法目前很多,大致可分为直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法主要有光学法、接触电阻法、放射性法等。间接测量法主要有温度测量法、振动分析法、声发射(AE)法、主电机功率或电流监测法等。本文主要讨论AE监测法在刀具磨损与破损监测中的应用。
1 切削过程中发生的物理现象及刀具监控原理
在数控机床的切削过程中,工件在切削力的作用下会产生剪切断面,这样便会在刀具的前刀面和后刀面产生摩擦磨损,于是就产生切削力,从而产生振动噪声,在剪切断面与刀具前刀面产生声发射波。与此同时,切削力的大部分转变成切削过程的热量,这部分热量再通过工艺系统传递给刀具,于是刀具产生高温等物理现象。上述这些不正常现象,将使被加工工件的尺寸及表面粗糙度都发生变化[1],为了缩小这种变化对工件加工精度的影响,就需要对刀具的切削状态进行在线监测。
刀具磨损量可以通过适当的检测方式测得,如测量刀具与切屑接触长度的变化及刀具和被切削材料接触长度的变化都可直接测出刀具的磨损量。
刀具在破裂时会产生一种弹性波,这种弹性波是以固体在产生塑性变形和破裂时释放出的能量转换成声波的形式传播出来的。可以通过在刀具主轴内部装一声发射传感器,将刀具破损时产生的特有声波电压信号拾取下来,作为刀具状态的监测信号。
此外,反映刀具状态的切削力(扭矩)、主电机功率、电流、切削振动噪声等参数也都可以通过安装在机床上的相应传感器测得。将这种传感信号作为检测监视系统的输入信号,并进一步转换为电压或电流信号,然后输入信号处理单元进行预处理和特征量提取,形成表征刀具工况的低维特征量结合,作为识别决策单元的输入集,最后输出诊断决策信息[2]。
2 数控机床切削过程中声发射(AE)信号的产生
物体在状态改变时自动发出声音的现象称为声发射。如材料或构件受外力或内力作用产生变形或断裂时,就以弹性波的形式释放出应变能量,这是一种声物理现象。在金属切削过程中产生声发射信号的信号源有工件的断裂、工件与刀具的磨损、切削变形、刀具的破损及工件的塑性变形等,因此,在切削过程中产生非常丰富的声发射信号。AE信号可分为突发型和连续型两种。突发型AE信号是在表面开裂时产生的,其信号幅值较大,各声发射事件之间间隔较长,如刀具的异常磨损、破损时释放的弹性波能量转换成声音传播,主要发出非周期的AE信号。连续型声发射信号幅值较低,事件发生的频率较高,以致难以分为单独事件,如由固体材料的弹塑性变形和正常切削发出的AE信号等。
由于AE信号提供了工件、刀具等状态变化的有关信息,所以可以根据机床结构内部发出的应力波来判断结构内部的损伤程度。AE信号的监测是一种动态无损监测技术,声发射源往往就是材料破损的位置。
3 刀具磨损、破损的声发射监测
3.1 刀具磨损、破损的AE信号监测系统
刀具磨损、破损的AE信号监测系统的组成如图1所示。
图1 刀具磨损、破损AE信号监测系统硬件框图
3.1.1 AE传感器
由于刀具破损的AE信号频率分布范围很窄,因此可选谐振式窄带传感器。对于一般数控车削加工来说,可以直接安装在车刀刀杆的后端部,但对于铣削、钻削和加工中心来说,就不能安装在刀具上了,这时,必须解决AE信号的传播问题,即必须将AE信号从动态旋转刀具上过渡到静止的传感器上。实验表明,磁流体作为AE信号的传导介质,用于检测刀具旋转及自动换刀的加工中心上刀具破损时的AE信号是最理想的。
3.1.2 前置放大器、滤波器和检波器
从AE传感器来的AE信号是很微弱的电信号,其幅值约几微伏至几十微伏,应进行前置放大,并用带通滤波器选取需要的AE信号,滤掉干扰信号,通带范围约为80 kHz～300 kHz。包络检波电路的作用是将AE信号的频率降下来得到一个低频的AE包络信号,以适应A/D转换器的相应时间,进行计算机处理。A/D转换器的采样频率根据检波后的AE信号频率来定,一般采样周期为10 μs。
3.1.3 环境电参数监测
对机床周围电网及机床电机信号进行监测,辅助判别刀具不工作时产生的AE信号的来源,并将此AE信号区别出来,对减少误判有重要意义。
3.1.4 计算机
计算机是监控系统的控制核心,根据应用环境的不同,选择工业控制机或单片机。在计算机中配有与数控机床交互的通讯接口,可以得到数控机床加工程序使用的刀具状态信息。
3.2 刀具磨损、破损监控过程及结果
在刀具监控仪与数控机床连通后,将刀具参数存入刀具数据库中,将加工用量及其他相应信息存人加工过程随机数据库中,监控仪根据该信息选择放大倍数和阀值。
在监控工作阶段,系统根据上述选择的放大倍数和阀值,控制并调节AE信号的大小,将阀值与计算机采样值进行比较并判断刀具状态。当发现刀具异常时,将记录下来的AE信号波形及刀具数据等信息显示在显示器上,并输出报警信号及控制信号。
4 结论
本文阐述的刀具磨损与破损的声发射检测法可用于普通车、铣、钻床,也可用于数控车床及加工中心。实验表明:车刀破损报警成功率大于95%,铣刀破损报警成功率大于90%,钻头磨损报警成功率大于95%,破损报警响应时间为3 ms。
参考文献
[1]任建平.现代数控机床故障诊断及维修[M].北京:国防工业出版社,2002.