加工刀具用数控机床的选择要点

作者：贺战涛 张绍军

欢迎访问e展厅 展厅 3 数控机床/铣床展厅 数控铣床, 摇臂铣床, 立式铣床, 转塔铣床, 炮塔铣床, ... 金属切削刀具的种类繁多，加工方法也多种多样，本文不可能对每种刀具的CNC加工设备都进行讨论，仅从以下三个方面进行论述：1.需要几个数控轴；2.需要几个数控轴联动；3.需要什么数控系统。 1 需要几个数控轴 刀具一般可根据其外形分为回转刀具(如铣刀，钻头)和方形轮廓刀具(如车刀，镗刀)，因而一般都需要X，Y，Z三个数控直线轴对其进行加工以保证其外形尺寸，有所区别的是对数控回转轴的要求。加工复杂的可转位刀具体现得较为明显。 以加工可转位立铣刀工序中的数控铣削为例(参见图1) 绝大多数可转位立铣刀都有数个(条)均布的切削齿，在每个齿加工完毕后都应对其进行分度旋转(如图1所示B轴)进行下一个(条)齿的加工。如果CNC铣床没有数控分度头或数控回转工作台，则应在程序中加入无条件停止指令，机床运动停止后通过人工旋转精密手动分度头实现分度旋转(应注意机床外罩锁的影响)，然后继续执行NC程序。精度一般能够满足要求。但这样会增加工人劳动强度，同时影响工作效率。如果CNC铣床有数控分度头或数控回转工作台，则分度旋转运动可通过程序中的数控指令实现，精度和效率都较高，但增加一个CNC回转轴也会使CNC铣床的结构复杂化，CNC系统功能增加，大为增加CNC铣床的价格。 需要指出的是，精密手动分度头的分度能力是有限的，特别是对于非整数的角度往往无法满足要求(可转位成形铣刀此类情况较多)，此时只能用CNC回转轴实现。此类CNC回转轴一般用交流伺服电机驱动精密蜗杆副，液压或气动夹紧，高精度编码器作为角度检测元件，因而具备在行程范围内任意角度的旋转功能。而采用端面齿盘定位的CNC回转轴却只能进行等分转度，不适用于此类情况。 某些可转位立铣刀有刃倾角λs，在铣削刀片槽或容屑槽时都应将槽底面转刃倾角λs，使其与CNC铣刀轴线垂直，此时需要一个回转轴(如图1所示A轴)旋转刃倾角λs。 受精密手动分度头的装夹结构和刚性的限制，将其作为A轴效果不佳。因此应选择具有较高刚性的CNC回转轴作为A轴。 可见如果某CNC铣床加工的可转位刀具品种单一且无刃倾角，可以选择3轴CNC(X，Y，Z)铣床加精密手动分度头，可降低加工成本。否则应选择5轴CNC铣床(X，Y，Z，A，B)。 2 需要几个数控轴联动 CNC系统的若干轴联动插补功能最能体现CNC系统的性能和其档次高低，也往往决定着CNC系统的价格，因此应根据加工刀具产品的具体情况来仔细选择。对于加工一般可转位刀具的CNC铣床而言，具有2个直线轴的直线和圆弧插补功能就可以加工几乎所有的ISO标准刀片槽形式，其它运动都可单轴插补完成。如果也选择多达5-6轴联动的CNC系统则没有必要。要求比较高的是一些螺旋类精加工刀具。以下以加工"等螺旋角等前角锥度立铣刀"为例(参见图2)： 从图2中可以看出，若要加工(含铣削及磨削)这种立铣刀，CNC机床应具备：X轴和A轴联动插补切削螺旋槽；Z轴：X-A插补时也参加插补保证每个截面螺旋角相等；Y轴：由于前角γ0>0且轴向每个截面半径都不相等从而使偏移量e也处处不相等，为保证每个截面前角都相等，X-A-Z联动时Y轴也要参加插补运动。因此CNC机床应具备"X-Y-Z-A"4轴联动的插补功能。 同理可知："X-Y-Z-A-B" 5轴联动插补可完成同上的球头立铣刀的加工。 3 需要什么数控系统 加工一般精度的可转位刀具，选择具有间隙补偿和螺距误差补偿的半闭环CNC系统的 数控机床就可以满足要求，而对较高精度刀具(如整体材质的精加工刀具)的精加工可以选择闭环CNC系统。需要注意的是：为编程方便，CNC编程软件系统都应具有工件坐标系的平移和旋转功能，并支持几何线性的多种表达方式。 现代CNC系统的编程方法较多，相对而言，以ISO标准G，M代码编程的CNC系统具有较大的灵活性，能满足多品种中小批量的生产要求，但初期编程速度较慢，机床准备工作时间较长。而具有针对某类刀具产品开发的专业化软件包的CNC系统则可以满足某些复杂刀具的大批量加工，生产效率高，对人员素质要求较低，但价格昂贵且需要不断升级软件包以满足出现的新产品。 选择CNC系统时还应注意：现代CNC系统的功能较多，可以根据实际情况去掉一些基本不用或近期很少用到的功能(例如某些用于FMS的接口和软件)以降低购买成本。 以上通过几个例子讨论了针对加工刀具产品的CNC机床选择方法和大概原则，实际情况远不止这些。总之应根据产品具体情况灵活地作出选择，以满足市场对精度和成本的双重要求。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/13/2004)