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数控加工对刀具的要求

为了保证数控机床的加工精度,提高生产率及降低刀具(片)的消耗,在设计和选用数控机床所用刀具时,除满足普通机床上所应具备的基本条件外,还要考虑到数控机床上刀具的工作条件等多方面因素,因此,对刀具提出了更高的要求。
1.精度高
为了适应数控机床加工的高精度和自动换刀的要求,刀具及其装夹结构也必须具有很高的精度,以保证它在机床上的安装精度(通常在0.005mm以内)和重复定位精度。在镗铣加工中心使用的刀具锥柄选用ISOAT4级精度;数控车床使用的可转位刀片一般为M级精度,以保证刀片重复定位精度,其刀体精度也要相应提高。如果数控车床是圆盘形或圆锥形刀架,要求刀具不经过尺寸预调而直接装上使用时,则应选用精密级可转位车刀,其所配用刀片应有G级精度,或者选用精化刀具,以保证高要求的刀尖位置精度。数控机床用的整体刀具也应有高精度的要求,如有些立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm,以满足精密零件的加工要求。数控机床及加工中心所用刀具一般都带有调整装置,这样就能够补偿由于刀具磨损而造成的工件尺寸的变化。
2.高的切削性能
目前,数控机床向着高速度、大进给、高刚性和大功率发展。由于所使用的机床设备价格昂贵,且主轴转速高(中等规格的加工中心,其主轴最高转速一般为5000~8000r/min,高速铣削中心主轴转速最高达100000r/min)、进给速度范围宽(工作进给已由过去的0~5m/min,提高到0~24m/min)、辅助工时大大减少,同时高硬度工件材料(如淬火模具钢)的加工逐渐增加,故应尽量使用优质高效刀具,以充分发挥机床性能,提高生产效率,降低加工成本。
3.高可靠性和尺寸耐用度
为避免在无人看管的情况下,因刀具早期磨损和破损造成加工工件的大量报废甚至损坏机床,刀具必须有很高的可靠性和尺寸耐用度。并且刀具的性能一定要稳定可靠,同一批刀具的切削性能和耐用度不能有较大差异。对于精加工刀具,特别是在加工大型的复杂形面时,为保证形面表面质量应避免中途换刀,这就要求刀具有较高的耐用度。在数控机床上的刀具大量采用涂层刀具,有效地提高了刀具耐用度。采用复合式夹紧结构等可靠夹紧结构,保证刀架快速移动、换位以及整个自动切削过程中夹紧结构不出现松动现象。
4.可靠地断屑、排屑
任何紊乱的带状切屑都会给自动化生产带来极大的危害,可靠断屑、排屑对自动化加工用刀具具有特别重要的意义。采用断屑可靠性高的断屑槽型、断屑台或断屑器,能够保证断屑稳定,避免出现紊乱的带状切屑,同时还应考虑排屑问题,这对于孔加工刀具尤其重要。
5.快速(自动)更换、尺寸预调
数控机床一般采用机外预调尺寸,装机后无需调整即可加工出合格零件,而且换刀是在加工的自动循环过程中实现的,即自动换刀。这就要求刀具应能与机床快速、准确地接合和脱开,并能适应机械手或机器人的操作。所以联接刀具的刀柄、刀杆、接杆和装夹刀头的刀夹,已发展成各种适应自动化加工要求的结构,而成为包括刀具在内的数控工具系统。
6.刀具标准化、模块化,通用化及复合化
在多品种生产条件下,刀具标准化可以减少刀具的品种、规格,这样便于管理、增加批量、降低成本。为了适应数控机床的多功能发展需求,数控工具系统正向着模块化、通用化方向发展。例如国外已开发了适用于车削和镗铣加工中心的模块化组合结构的工具系统,大大减少了刀具的品种和规格。为充分发挥数控机床的利用率,要求发展和利用多种复合刀具,如钻-扩、扩-铰、扩-镗等,使需要多道工序、几种刀具完成的加工,在一道工序中由一把刀具完成,从而提高生产率,保证加工精度。
7.发展刀具管理系统
加工中心和柔性制造系统使用刀具数量多,管理较复杂,既要对全部刀具进行自动识别、记忆其规格尺寸、存放位置、已切削时间和剩余时间等,又要对刀具的更换、运送、刀具的刃磨和尺寸预调等进行管理。
8.有刀具磨损和破损的在线监测系统
为了避免加工时的意外事故损坏刀具,造成大批零件报废,除预防措施外,还应设置刀具破损监测装置,以实现刀具损坏的及时判别。

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