模具铣刀如何正确选择使用?
在模具数控加工中,铣削零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀,对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。
1、选择模具数控铣削用刀具
模具铣刀用于加工模具型腔成形表面,型腔部分的加工主要是依靠各种立铣刀。模具铣刀是由立铣刀演变而成的,按工作部分外形可分为圆锥形平头、圆柱形球头、圆锥形球头三种。按材料分为硬质合金模具铣刀、高速钢模具铣刀等。硬质合金模具铣刀用途非常广泛,除可铣削各种模具型腔外,还可代替手用锉刀和砂轮磨头进行清理铸、锻、焊工件的毛边,以及对某些成形表面进行光整加工等。下表所示为适用于不同加工方式的铣刀结构选用。
2、模具铣刀选择
合理的刀具寿命一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种,前者根据单件工时最少的目标确定,后者根据工序成本最低的目标确定。
与普通机床加工方法相比,数控加工对刀具提出了更高的要求,不仅需要刚性好、精度高,而且要求尺寸稳定,刀具寿命高,同时要求安装调整方便,来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料,并使用可转位刀片。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床,刀具寿命制订标准应选得高些,还应保证刀具可靠性。当车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时,或某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时,刀具寿命也应选得低些。
制订刀具寿命时可考虑刀具制造、磨刀成本和复杂程度等因素。对于换刀时间短的机夹可转位刀具,为了提高生产效率,充分发挥其切削性能,刀具寿命可选得低些。复杂和精度高的刀具的寿命应选得比单刃刀具高些。大件精加工时,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀,刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。
加工中心刀具怎么选择合适的?
加工中心刀具主要分为铣削刀具和孔加工刀具两大类。
铣削刀具的选择主要是铣刀类型和铣刀尺寸的选择。铣刀类型应与工件表面形状与尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀;加工凹槽或者是较小的台阶及平面轮廓时应选择立铣刀;加工曲面应选择球头铣刀;加工模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀;加工封闭的键槽选择键槽铣刀;加工变斜角面应选用鼓形铣刀;加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。当粗铣或铣不重要的加工平面时,可使用粗齿铣刀;当精铣时,可选用密齿铣刀,用小进给量达到低的表面粗糙度;当铣材料较硬的金属时,必须选用密齿铣刀,同时进给量要小,以防止振动。
铣刀尺寸也应与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸,另外还要考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内。粗铣时铣刀直径要小些,精铣时铣刀直径要尽量大些,最好能够包容整个加工宽度。表面要求高时,还可以选择使用具有修光效果的刀片。
而孔加工刀具可分为钻孔刀具、镗孔刀具、扩孔刀具和铰孔刀具。
(1)钻孔刀具较多,主要有普通麻花钻、可转位浅孔钻以及扁钻。用加工中心钻孔通常都会采用普通麻花钻,普通麻花钻主要由工作部分和柄部组成的。刀具柄部分为直柄和锥柄两种。直柄工具的刀柄主要是弹簧夹头刀柄,其具有自动定心、自动消除偏摆的优点,所以小规格的刀具最好选用该类型。而工作部分包括切削部分和导向部分,所示,麻花钻的切削部分有2个主切削刃、2个副切削刃、1个横刃。麻花钻的导向部位起导向、修光排屑和输送切削液作用。麻花钻一般用于精度较低孔的粗加工,由于加工中心所用夹具没有钻套定心导向,钻头在高速旋转切削时容易会发生偏摆运动,而且钻头的横刃长,所以在钻孔时,要用中心钻打中心孔,用以引正钻头。
(2)镗削的主要特点是获得精确的孔的位置尺寸,得到高精度的圆度、圆柱度和表面粗糙度,所以,对精度较高的孔可用镗刀来保证。镗刀按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀,镗削通孔、盲孔、阶梯孔可采用单刃镗刀来完成;加工大直径孔时,可采用双刃镗刀。另外,还有一种微调镗刀,在加工中心上目前较多地选用微调镗刀进行孔的精镗,这种镗刀调节方便且精度高。
(3)加工中心多采用扩孔钻进行扩孔,也有用扩孔刀进行扩孔的,比如扩孔直径较小时,可选用直柄式扩孔刀;扩孔直径中等时,可选用锥柄式扩孔刀;扩孔直径大时,可用套式扩孔刀。另外,还可用键槽铣刀或者立铣刀进行扩孔,它比用普通扩孔钻进行可控的加工精度要高。因为立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃,可以同时进行切削,也可单独进行切削,且加工中心的刀具既能轴向进给,也可以像卧式铣床那样做横向进给。因此,在加工中心上用螺旋插补指令,采用立铣刀扩孔,只选用一把刀具就可完成多个不同孔径的加工。
(4)铰孔一般在加工的最后阶段,大部分用于直径小于Φ25mm孔的精加工。因为铰孔的齿数多,导向好,容屑槽浅,刚性好,加工后孔的尺寸精度可达IT7~IT9级,表面粗糙度可达Ra1.6~0.8μm。普通标准铰刀有直柄、锥柄和套式三种。小孔直柄铰刀直径为16mm,直柄交到直径为6~20mm,锥柄铰刀直径为10~32mm,套式铰刀直径为25~80mm,加工时可根据需要选择。
如何合理选择加工刀具
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。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。
选取刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀;铣削平面时,应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀;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;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面加工时,由于球头刀具的端部切削速度为零,因此,为保证加工精度,切削行距一般取得很能密,故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀,因此,只要在保证不过切的前提下,无论是曲面的粗加工还是精加工,都应优先选择平头刀。另外,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。
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。目前我国的加工中心采用TSG工具系统,其刀柄有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种,共包括16种不同用途的刀柄。
在经济型数控加工中,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部位;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;⑤先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精加工;⑥在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。
模具钢加工时需要用到哪些不同的刀具
加工淬火后模具钢建议用KBN100牌号CBN刀片
模具钢也分很多情况,在淬火状态、调质状态及退火状态,材料的硬度不一样,使用的车刀材料也是不一样的。如果是在淬火前和调质状态的模具钢,车削量一般不大,需要使用硬质合金的刀具才行。
车加工用数控车刀立方氮化硼刀片KBN100车刀生产的可以车加工淬火后硬度达到HRC60以上的工具钢(H13)、高铬钢、高速钢、高碳合金钢用数控专车刀(有车刀,铣刀及非标成型车刀);工具钢(H13)、高铬钢、高速钢、高碳合属金钢淬火后车加工用车刀可实现以车代磨,提高车加工效率。
CNC数控模具加工如何选择合适的铣刀及铣削方式?
选择合适的铣削刀具,在面铣加工中采用滚动切入法,以及在条件适合时用铣刀进行孔加工,制造商可以在无需投资购买新设备的情况下,大幅提高生产能力,提高加工效率而节省大量时间和成本。
在选择适合加工任务的铣刀时,必须考虑被加工零件的几何形状、尺寸和工件材质的各种问题。
铣刀主偏角:
主偏角为切削刃与切削平面的夹角。主偏角对径向切削力和切削深度影响很大。径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能。
铣刀的主偏角越小,其径向切削力越小,抗振性也越好,但切削深度也随之减小。
在铣削带方肩的平面时选用 90°主偏角。该类刀具通用性好,在单件、小批量加工中选用。由于该类刀具的径向切削力等于切削力,进给抗力大,易振动,因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。
在加工带方肩的平面时,也可选用88°主偏角的铣刀。较之90°主偏角铣刀,其切削性能有一定改善。90°方肩铣刀进行平面铣削的情况也十分常见。在某些情况下,这种选择有其合理性。铣削的工件形状不规则,或铸件表面会导致切深量发 生变化,方肩铣刀可能是最佳选择。但在其他情况下,选用标准的45°面铣刀可能会获益更多。
当铣刀的切入角小于90°时,由于切屑变薄,轴向切屑厚度会小于铣刀的进给率,则铣刀切入角将对其适用的每齿进给量产生很大的影响。
在面铣加工中,切入角为45°的面铣刀会使切屑变得更薄。随着切入角的减小,切屑厚度会小于每齿进给量,而这反过来可以使进给率提高到原来的1.4倍。
45°主偏角铣刀的径向切削力大幅度减小,约等于轴向切削力,切削载荷分布在较长的切削刃上,具有很好的抗振性,适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。用该类刀具加工平面时,刀片破损率低,耐用度高;在加工铸铁件时,工件边缘不易产生崩刃。
铣刀尺寸选择:
标准可转位面铣刀直径规格为Φ16——Φ630mm。铣刀的直径应根据 铣削宽度、深度选择,一般铣前深度、宽度越大,铣刀直径也应越大。粗铣时,铣床铣刀直径要小些;精铣时,铣刀直径要大些,尽量包容工件整 个加工宽度,减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。
在对大型零件进行面铣加工时,都是使用直径较小的铣刀,这就为提高生产率留下了很大余地。在理想情况下,铣刀应有70%的切削刃参与切削。 用铣刀铣孔时,刀具尺寸变得尤为重要。相对于孔径而言,铣刀的直径太小,则加工时可能会在孔的中心形成一个料芯。当料芯落下时,可能会损坏工件或刀具。铣刀直径过大,则会损 坏刀具本身和工件,因为铣刀不在中心切削,可能会在刀具底部发生碰撞。
铣削方式选择:
改进铣削加工的另一种方式是优化面铣刀的铣削策略。在对平面铣削进行加工编程 时,用户必须首先考虑刀具切入工件的方式。通常,铣刀都是简单地直接切入工件。这种切入方式通常会伴随很大的冲击噪声,这是因为当刀片退出切削时,铣刀所产生的切屑最厚所致。由于刀片对工件材料形成很大的冲击,往往会引起振动,并产生会缩短刀具寿命的拉应力。
一种更好的进刀方式是采用滚动切入 法,即在不降低进给率和切削速度的情况 下,铣刀滚动切入工件。这意味着铣刀必须顺时针旋转,确保其以顺铣方式进行加 工。这样形成的切屑由厚到薄,从而可以减小振动和作用于刀具的拉应力,并将更多切削热传入切屑中。通过改变铣刀每次切入工 件的方式,可使刀具寿命延长1——2倍。为了实现这种进刀方式,刀具路径的编程半径应 采用铣刀直径的1/2,并增大从刀具到工件的偏置距离。
虽然滚动切入法主要用于改进刀具切入工件的方式,但相同的加工原 理也可应用于铣削的其他阶段。对于大面积的平面铣削加工,常用的编程方式是让刀具沿工件的全长逐次走刀铣削,并在相反方向上完成下一次切削。为了保持恒定的径向吃刀量,消除振动,采用螺旋下刀和滚动铣削工件转角相结合的走刀方式通常效果更好。
机械师们对振动引起的切削噪声都很熟悉,它通常发生在刀具切入工件时,或刀具在吃刀状态下进行90°急剧转向时。滚动铣削工件转角可以消除这种噪声和延长刀具寿命。一般来说,工件的转角半径应为铣刀直径的75%——100%,这样可以缩短铣刀的吃刀弧长和减小振动,并允许采用更高的进给率。
为了延长刀具寿命,在面铣加工中,应尽量避免刀具从工件上的孔或中断部位通过(如果可能的话)。当面铣刀从工件上一个孔的中间通过时,刀具在孔的一侧是顺铣,而在孔的另一侧是逆铣,这样会对刀片造成很大冲击。通过在对刀具路径编程时绕过孔和凹腔,就可以避免发生这种情况。
越来越多的制造商利用铣刀以螺旋插补或圆周插补方式来加工孔。虽然这种方法的加工速度比钻孔略逊一筹,但对于许多加工来说却更具优势。
在不规则表面上钻孔时,钻头可能很难沿中心线钻入工件,从而导致钻头在工件表面发生偏移。此外,钻头每加工25mm的孔径,就需要大约10马力的功率,这就意味着,在小功率机床上钻孔时,可能达不到所需的最佳功率值。此外,某些零件上需要加工许多不同尺寸的孔,如果机床的刀库容量有限,采用铣孔方式则可避免机床因更换刀具而频繁停机。
用铣刀铣孔时,刀具尺寸变得尤为重要。如果相对于孔径而言,铣刀的直径太小,则加工时可能会在孔的中心形成一个料芯。当该料芯落下时,可能会损坏工件或刀具。如果铣刀直径过大,则会损坏刀具本身和工件,因为铣刀不在中心切削,可能会在刀具底部发生碰撞。
为了延长刀具寿命,在面铣加工中,应尽量避免刀具从工件上的孔或 中断部位通过。当面铣刀从工件上一个孔的中间通过时,刀具在孔的一侧是顺铣,而在孔的另一侧是逆铣,这样会对刀片造成很大冲击。通过在对刀具路径编程时绕过孔和凹腔,就可以避免发生这种情况。
通过选择合适的铣刀角度,尺寸和进刀方式,使刀具以振动和拉应力最小的方式切入工件材料,并知道在哪种情况下铣孔比钻孔加工更有效,制造商就能高效率、低成本地将工件毛坯加工成精美的零件。