数控铣床加工是一种先进的机械加工方法,它利用数字控制系统控制铣床的运动,从而精确地加工出各种复杂的零件。那么,在选择适合数控铣床加工的刀具是确保加工质量和效率的关键因素之一。以下是选择数控铣床刀具时需要考虑的几个重要方面:
加工材料特性
硬度:
对于硬度较低的材料,如铝合金、铜合金等,可选用高速钢刀具。高速钢刀具具有良好的韧性,能够承受较高的切削力,并且价格相对较为便宜。例如,在加工铝合金门窗框架零件时,使用高速钢立铣刀可以有效地进行铣削,获得较好的加工表面质量。
加工硬度较高的材料,如淬火钢、硬质合金等,则需要使用硬质合金刀具或立方氮化硼(CBN)刀具。硬质合金刀具硬度高、耐磨性好,CBN 刀具的硬度更高,仅次于金刚石,并且具有很好的热稳定性,适用于高速切削高硬度材料。比如在加工淬火后的模具钢零件时,CBN 刀具能够在较高的切削速度下保持良好的切削性能。
韧性:
如果加工材料韧性好,容易产生连续切屑,如低碳钢,刀具应具备良好的断屑性能。此时可以选择带有断屑槽设计的刀具,以防止切屑缠绕在刀具和工件上,影响加工过程。例如,在加工轴类低碳钢零件时,使用带有合适断屑槽的外圆铣刀能有效地控制切屑的形状和排出方向。
对于脆性材料,如铸铁,刀具的刃口强度较为重要,应选择刃口经过强化处理的刀具,以防止刃口崩裂。像灰铸铁的加工,一般采用硬质合金刀具,其刃口经过特殊的研磨和强化处理,能够适应铸铁材料的切削特性。
刀具类型与加工工艺
铣削方式:
平面铣削时,常用的刀具是面铣刀。面铣刀的直径较大,能有效地覆盖加工平面,并且有多个切削刃,切削效率高。例如,在加工大型模具的平面部分时,选择合适直径的面铣刀可以快速地去除余量,获得平整的加工平面。
轮廓铣削通常使用立铣刀。立铣刀的圆柱形状和刃口分布适合加工各种形状的轮廓,包括外轮廓和内轮廓。比如在加工机械零件的外形曲线或者内腔轮廓时,立铣刀可以根据数控程序精确地沿着轮廓路径进行铣削。
型腔铣削则需要根据型腔的形状和尺寸选择刀具。对于较浅的型腔,立铣刀可能就足够;而对于深型腔,可能需要使用加长型的立铣刀或者玉米铣刀。玉米铣刀的螺旋刃结构能有效地进行深型腔的加工,减少刀具的振动和排屑困难。
加工精度要求:
对于高精度的加工,需要使用精密刀具。例如,在加工航空航天零件或者精密模具时,球头铣刀的精度要求很高。高精度的球头铣刀可以精确地加工出复杂的曲面,并且能够保证曲面的形状精度和表面粗糙度。
如果加工精度要求不是特别高,如一些普通机械零件的粗加工,可以使用相对成本较低的标准刀具,在保证加工效率的基础上降低成本。
刀具几何参数
刃长和刀具长度:
刃长应根据加工深度来选择。一般情况下,刃长要略大于加工深度,以确保刀具能够完全覆盖加工部位,但刃长过长也会导致刀具刚性下降。例如,在加工深度为 30mm 的槽时,选择刃长为 35 - 40mm 的立铣刀较为合适。
刀具的总长度要考虑铣床的工作空间和夹具的高度。确保刀具安装后在加工过程中不会与工件、夹具或铣床的其他部件发生碰撞。在卧式数控铣床加工中,尤其要注意刀具长度与工件和夹具的空间关系。
螺旋角和刃数:
螺旋角影响刀具的切削性能。较大的螺旋角可以使切削过程更加平稳,减小切削力,并且有利于排屑。一般立铣刀的螺旋角在 30° - 45° 之间较为常见。例如,在加工粘性材料时,选择螺旋角为 45° 的立铣刀可以更好地进行切削和排屑。
刃数的选择要综合考虑切削效率和刀具刚性。刃数较多的刀具,在相同的切削参数下,切削效率高,但刀具的刚性可能会相对降低。一般来说,粗加工可以选择刃数较少(如 2 - 3 刃)的刀具,以保证刀具的刚性;精加工可以选择刃数较多(如 4 - 6 刃)的刀具,提高加工表面质量。
刀具的耐磨性和经济性
耐磨性:
刀具的耐磨性直接关系到刀具的使用寿命和加工成本。硬质合金刀具和涂层刀具具有较好的耐磨性。涂层刀具是在刀具基体表面涂覆一层或多层耐磨、耐腐蚀的材料,如氮化钛(TiN)涂层、碳化钛(TiC)涂层等。这些涂层可以有效地提高刀具的耐磨性,延长刀具的使用寿命。例如,在批量加工不锈钢零件时,使用 TiN 涂层硬质合金刀具比未涂层刀具的使用寿命可提高 30% - 50%。
经济性:
在选择刀具时,不仅要考虑刀具的购买成本,还要考虑其使用寿命和加工效率。虽然一些高精度、高性能的刀具价格昂贵,但如果它们能够提高加工效率、延长使用寿命,从长期来看可能会降低总体成本。例如,一种先进的涂层刀具虽然购买价格是普通刀具的 2 - 3 倍,但其使用寿命是普通刀具的 4 - 5 倍,并且可以在更高的切削速度下进行加工,这样在批量加工中就能够节省成本。同时,还要考虑刀具的可重复利用性,例如一些可转位刀具,其刀片可以更换,降低了刀具的整体使用成本。