立式數控銑床常用銑刀的應用
立式數控銑床常加工的零件有平面輪廓類零件、空間曲面輪廓類零件和模具類零件等，可用于零件的平面銑削、平面型腔銑削、外形輪廓銑削、三維及三維以上復雜型面銑削等。
立式數控銑床常用銑刀的應用【1】
摘 要：本文主要介紹了立式數控銑床常用銑刀及其特點和用途，為大家在實際生產中選用合適的銑刀加工零件提供參考。
關鍵詞：立式數控銑床 面銑刀 立銑刀 鍵槽銑刀 模具銑刀
一、立式數控銑床的常見形式和工作方式
立式數控銑床有小型和中型之分。
小型數控銑床一般為立式升降臺結構，即機床的主運動和進給運動都是由工作臺完成的;而中型立式銑床的主運動Z方向由主軸箱完成，進給運動X和Y方向運動由工作臺完成。
由于立式數控銑床一般都是三坐標機床，根據可控制聯動的坐標軸數分類，立式數控銑床有三坐標聯動數控銑床和兩軸半坐標聯動數控銑床。
立式數控銑床常加工的零件有平面輪廓類零件、空間曲面輪廓類零件和模具類零件等，可用于零件的平面銑削、平面型腔銑削、外形輪廓銑削、三維及三維以上復雜型面銑削等。
二、立式銑床大平面加工常用刀具――硬質合金可轉位面銑刀
1.面銑刀的定義
立式數控銑床加工大平面類零件時，一般選用面銑刀，也稱端銑刀。
面銑刀有一個大直徑的刀盤，切削面積大，切削效率高。
面銑刀的主切削刃分布在銑刀周圍的圓柱面和圓錐面上，副切削刃分布在銑刀的端面上。
2.硬質合金面銑刀的分類及應用
立式數控銑床最常用的面銑刀是硬質合金可轉位面銑刀，根據刀片主偏角的不同分為45°面銑刀、75°面銑刀和90°面銑刀等。
45°面銑刀由于振動小，被經常使用，可加工平面和斜面、倒角面等。
用該類刀具加工平面時，刀片破損率低，耐用度高。
75°面銑刀的抗震性較90°面銑刀有較大改善，切削平穩、輕快，在平面加工中應優先選用。
該類面銑刀為通用型刀具，適用范圍較廣，可用于粗加工。
90°面銑刀既可加工臺階面，又可加工平面，但加工時振動大，要求機床具有較大功率和足夠的剛性，一般用于薄壁件加工。
3.面銑刀直徑和齒數選擇方法
面銑刀直徑選擇時，主要需考慮刀具所需功率應在機床功率范圍之內，也可將機床主軸直徑作為選取的依據。
面銑刀直徑可按公式D=1.5d(d為主軸直徑)選取。
在批量生產時，也可按工件切削寬度的1.6倍選擇刀具直徑。
面銑刀有粗齒、中齒和細齒之分。
粗齒齒數少，容屑空間大，刀齒強度大，適合用于粗加工;中齒銑刀切削平穩，應用廣泛;細齒銑刀齒數多，容屑空間小，刀齒的強度小，適合用于精加工。
三、立式數控銑床輪廓加工常用刀具――立銑刀
1.立銑刀的定義
立銑刀是數控銑床上利用率最高的刀具，可以加工平面、零件輪廓和一些開口通槽和成形面等。
立銑刀的形狀是圓柱形的，一般有三刃以上，主切削刃分布在銑刀的圓柱面上，端面上是副切削刃，銑刀端面的形狀有中心孔式或是開口式。
2.立銑刀的螺旋角及其作用
立銑刀有左螺旋和右螺旋之分，銑削刃也有左刃和右刃之分，最常見的是右刃右螺旋。
立銑刀圓柱表面上的刃可以是直刃，也可以是螺旋刃。
但直刃是斷續切削，振動大，表面質量不好;而螺旋刃是連續切削各刀齒沿切削刃逐漸切入和切出，振動很小，從而提高了切削過程的平穩性和工件的加工表面質量，帶有螺旋刃的立銑刀最常見。
螺旋角一般有30°和45°兩種。
對于一些加工要求較低的工件，一般用30°螺旋角，用大進給量、小轉速。
而如果零件要求質量較高，就要選用45°螺旋角，用小進給量、大轉速，提高零件的表面質量。
3.立銑刀的齒數選擇
立銑刀的容屑槽隨著刃數的增多而減小，而剛性則相反，刃數越多的立銑刀剛性越好，而剛性影響著銑削時刀具的平穩性。
所以，一般將刀齒個數為3～6個的立銑刀用于粗加工，而將刀齒個數為5～10個的立銑刀用于精加工。
4.立銑刀的進給
立銑刀在應用時，有一個禁忌，即一般不能沿銑刀的軸向做進給運動，而推薦沿銑刀的徑向做進給運動。
但是如果改變加工方式，也可以沿Z方向切深進刀。
常見的進刀方式如下。
(1)利用鉆頭和工藝孔進刀。
先選用直徑較小的鉆頭加工出工藝孔，再用立銑刀進行Z向垂直切深進給。
(2)利用螺旋進刀方法。
數控銑床可以實現三軸聯動螺旋線進刀，使得Z向進刀和內輪廓加工自然平滑過渡，一般不會產生加工刀痕，因此，這種方式得到廣泛應用。
(3)斜線進刀方法。
采用三軸聯動的斜線方式進刀，利用立銑刀的端面刃切削，從而避免了刀具的中心部分參與切削。
但不足之處是，這種進刀方式無法實現Z向進刀和內輪廓加工的平滑過渡，容易產生加工痕跡。
5.立銑刀的新成員――硬質合金螺旋齒銑刀
硬質合金螺旋齒銑刀比普通立銑刀直徑大，在銑刀的圓周上開螺旋槽，在一個刀槽中裝上兩片或多片硬質合金刀片，并使相鄰刀齒間的接縫相互錯開，利用同一刀槽刀片之間的接縫作為分屑槽。
這種銑刀的刀片多，而且相互錯開，形同成熟的玉米，俗稱“玉米銑刀”。
由于是由多個硬質合金刀片組成的螺旋刃，因此“玉米銑刀”的強度高、切削力大，多被用于粗加工，可以有大的背吃刀量、大的進給量，銑削效率很高。
6.立銑刀的新成員――波形刃銑刀
波形刃銑刀的刀刃為波形，可以有效地減低切削阻力，振動小，銑削效率高。
波形刃銑刀將狹長的切屑經波刃分割為又厚又短小的碎切屑，排屑順暢;波形刃能使切削刃的長度增大，不僅有利于散熱，還可以更方便切削液滲入切削區，冷卻效果好，可以用于精加工，如圖2所示。
四、立式數控銑床槽類常用刀具――鍵槽銑刀
鍵槽銑刀在外形上和立銑刀非常相近，只是鍵槽銑刀都是兩刃刀具，端面上沒有中心孔，端面的刀齒從外圓開至軸心，螺旋角一般為30°，端面刀齒的強度高，所以端面刀齒上的切削刃為主切削刃，圓柱面上的切削刃為副切削刃。
和立銑刀不同，鍵槽銑刀既可以沿軸向進給，也可以沿徑向進給。
槽銑刀因為只有兩刃，所以剛性沒有立銑刀大。
但是，圓柱直徑的精度和公差很嚴，銑刀的整體精度較高，這也使得在利用鍵槽銑刀銑削封閉圓頭鍵槽時，要選擇和鍵槽直徑相同的銑刀，用銑刀的直徑精度保證鍵槽的精度。
在立式銑床刀具不夠完備時，我們可以用鍵槽銑刀做多個內容加工，如平面、溝槽、輪廓等。
這種方法經常在學生初學銑床對加工精度要求不是很高時使用。
五、立式數控銑床加工模具常用刀具――模具銑刀
在立式銑床上加工模具型腔和三維成型面時，要用到模具銑刀。
模具銑刀按工作部分外形可分為圓柱形球頭銑刀、圓錐形球頭銑刀和圓錐形平頭銑刀等幾種，一般常選用直徑規格較小的模具銑刀，可以靈活地加工模具上的一些曲面和有斜度的出模面等。
模具銑刀的圓柱面、圓錐面和球面上的切削刃均為主切削刃，在銑削中銑刀可以沿軸向和徑向做進給運動。
1.球頭立銑刀
球頭立銑刀以斜線銑或螺旋插補銑加工型腔，適用于高速加工，但因為球銑刀的球頭的切削速度為0，一般不推薦用球頭銑刀軸向進給，為保證加工精度，頂端切削一般采用很小行距，故球頭銑刀常用于曲面的精加工。
如圖3所示。
2.圓錐形銑刀
圓錐形銑刀的圓錐半角有3°、7°、10°、30°等。
圓錐形模具銑刀在模具加工領域中應用很廣泛，其作為成型刀具可以很方便地加工出斜面，生產效率高，編程簡單。
但要注意根據模具的出模角和斜面要求選用合適的銑刀，如圖4所示。
六、普通立銑刀和鉆銑刀的區別
普通立銑刀的端面中心有中心孔，一般不能軸向進給。
而鉆銑刀雖屬于立銑刀，但有至少一對端面的切削刃是連在一起的，即切削刃是過中心的，兼具了鉆頭和立銑刀的功用，所以可以軸向進給，但應選擇較低的切削進給速度。
在一些數控比賽中，經常使用這種新型鉆銑刀，加工效率和加工質量均較高。
七、銑刀的選用
在實際數控銑削加工中，要根據被加工零件的材料、幾何形狀、表面質量要求、熱處理狀態、切削性能及加工余量等情況，選擇合適的刀具，還要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。
如：雖然面銑刀、立銑刀都可以加工平面，但是如果平面的面積較大，還是優先選用面銑刀。
在平面零件周邊輪廓的加工中，一般選用立銑刀。
加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的“玉米銑刀”。
槽的銑削，開口槽或通槽用立銑刀和鍵槽銑刀均可，如果是圓頭封閉鍵槽，要用鍵槽銑刀，如果是圓底槽，就要考慮球頭銑刀了。
參考文獻：
[1]人力資源和社會保障部教材辦公室.數控加工工藝學(第三版)[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2011.
[2]鄧建新，趙軍.數控刀具材料選用手冊[M].北京：機械工業出版社，2005.
數控銑床工裝夾具的設計及其應用【2】
【摘要】 本文依據數控銑床的加工特征,給出了數控銑床工裝夾具的具體設計方法,并且給出了數控銑床工裝夾具的實際應用,有利于充分發揮數控銑床的加工潛力。
【關鍵詞】 數控銑床 工裝夾具 設計 應用
一般情況下,在機械加工過程中會使用到機床夾具,對于傳統的機床夾具來說,其設計過程不僅具有詳盡的資料而且具有成熟的經驗作為人們的參考和借鑒。
隨著我們國家數控銑床的不斷發展與應用,傳統意義上的機械加工向著高效率、高適應性以及高精度的方向發展。
然而,在實際應用中,有關于數控銑床工裝夾具的設計內容非常少,本文依據數控銑床的加工特征,探討數控銑床工裝夾具的設計方法,有利于充分發揮數控銑床的加工潛力。
1 數控銑床工裝夾具的設計
數控銑床主要是以壓縮空氣作為自身的動力,實現松開與夾緊刀具操作,方便于進行手動換刀,通常我們利用加工中心實現數控銑床的自動換刀過程。
在加工過程中,通過換刀能夠實現逐次加工各種表面的功能,但是,在每一次進行換刀的時候都需要耗費許多時間,尤其是在自動換刀的過程中,會發生一些故障。
因此,我們在符合加工要求之下,盡量減少換刀的次數,進而節省有用時間,提高數控銑床的可靠性。
下面我們通過比較合理的數控銑床工裝夾具設計方法,科學地調整施工工藝,最大程度地降低換刀的次數。
如下圖所示的工件,需要在立式的加工中心之上實現擴、鉸a孔與b孔,原來的工裝夾具的設計方法是每一次只裝夾1個工件,該方法的加工工藝如下:換a孔擴孔刀、擴孔換b孔擴孔刀、擴孔換a孔鉸刀、鉸孔換b孔鉸刀、鉸b孔。
從上面的加工工藝上看,每次對1個工件進行加工,就需要更換4次刀。
我們現在依據工件所具有的外形的尺寸以及機床的行程,對工裝夾具進行設計,將其設計成為每一次能夠裝夾有8個工件,
通過上面的加工工藝我們可以看到,對8個工件進行加工時只需要換4次刀,這極大地節省了輔助時間。
2 數控銑床工裝夾具的實際應用
以下主要將該工裝夾具使用于臥式的加工中心進行加工。
2.1 加工的具體要求
在本次加工的過程中,其基本工序需要具有銑面A、銑面B、擴、同軸孔1以及同軸孔2,然而,由于同軸孔1與同軸孔2所具有的中部孔徑都比較小,因此,在實際的加工過程中,需要從兩端實行加工。
2.2 工裝夾具的基本功能
工件面C或者面D,孔作為加工時用于定位的基準,具有重要的作用,對于工裝夾具來說,通常使用一圓柱銷和一菱形銷進行工件的定位操作。
經過比較巧妙地設計,能夠使得一套工裝夾具在一個相同的工序里面實現工件加工操作,并且一次可以安裝6個工件。
2.3 利用工裝夾具進行加工的過程
在安裝好工件以后,確保面C和工裝夾具的定位面相接觸,在該加工過程中,工件所具有的面A處于工裝夾具的邊緣,其加工的基本過程如下:銑削處于工裝夾具Ⅰ-Ⅰ邊的各個工件的面A逐次擴、鏜各個工件所具有的同軸孔1以及同軸孔2,在此過程中,對于同軸孔來說,其中部小孔所具有的長度尺寸需要加工過半。
加工的工作臺進行180°回轉,此時工裝夾具的Ⅰ-Ⅰ邊和Ⅱ-Ⅱ邊進行對調,使得Ⅱ-Ⅱ邊處于加工區,回轉以后的工件端面以及同軸孔1、2的方向與位置同回轉之前完全一樣。
然后對位于工裝夾具Ⅱ-Ⅱ邊的各個工件所具有的面A以及同軸孔1、2進行加工,此時,同軸孔的中部小孔所具有的長度尺寸需要加工過半,至此,面A以及由面A端進行加工的孔完成了自身的加工操作。
放開工件以后,對工件進行180°的翻轉,此時,工件面D和工裝夾具的定位面發生接觸,面B處于工裝夾具的邊緣。
最后對面B以及由面B加工的孔進行加工,該加工過程和上述一樣,也需要對工作臺進行180°回轉,在加工同軸孔的中部小孔的時候,需要與上面已經加工完成的部分進行接通。
2.4 工裝夾具的設計要點
設置回轉中心以及側面用來找校正基準,該工裝夾具所具有的回轉中心是孔,在對其進行安裝的過程中,孔和分度工作臺的回轉中心需要重合。
挑選具有高精度長側面的工裝夾具作為校正基準。
明確圓柱銷和菱形銷所處的位置,我們知道,圓柱銷和菱形銷所處的位置對于各工件在工裝夾具中所處的位置來說具有重要的作用,在工件安裝以后,需要確保其滿足下面的要求:1、各個加工孔的中心與回轉中心之間的距離需要一致、對稱;2、各個加工端面與回轉中心之間的距離需要一致、對稱,進而確保工件上所對應的點與回轉中心之間的距離一樣。
從而保證對工作臺進行180°回轉以后,工件上所具有的孔1與孔2以及工件的端面位置同回轉之前完全的重合。
在對數控銑床工裝夾具進行設計的過程中,我們可以利用合適、科學的圓柱銷與菱形銷的位置去實現上述的要求,為了能夠滿足上述的要求,定位銷與回轉中心所具有的X方向以及Y方向的距離均標注上了公差。
保證工件的邊緣延伸出工裝夾具的邊緣,上述應用在Y方向,工件的邊緣延伸有4毫米,主要是為了有利于對端面進行加工,進而排除切屑。
3 結語
通過上面的敘述我們了解到,工裝夾具對于機械加工來說具有重要的作用,隨著我國數控銑床的不斷發展與應用,數控銑床工裝夾具的設計同傳統的工裝夾具的設計不同,需要引起設計人員的高度重視。
我們依據數控銑床的加工特征,在科學、合理地設計數控銑床工裝夾具的過程中,盡量利用上述的設計方法,從而有利于充分發揮數控銑床的加工潛力。
參考文獻:
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[2]廖寧.數控機床交鑰匙工程中的若干工藝問題[J].現代制造工程,2003,(09).
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數控銑床加工中對刀方法的應用【3】
【摘 要】對刀是數控加工中比較重要的操作內容之一，其準確性將直接影響零件的加工精度。
對刀一定要同零件加工精度要求相適應。
本文較系統地講述了數控銑床中常見對刀的使用及其優缺點，有一定的實用價值。
【關鍵詞】數控銑加工 對刀方法 精度比較
數控編程及加工中，對刀是保證數控加工質量的一個重要環節。
只有建立了正確合理的坐標系，才能對刀具的運動軌跡做出準確描述，保證加工質量。
一、工件的定位與裝夾
把平口鉗安裝在銑床工作臺面中心上，根據工件的高度情況，在平口鉗鉗口內放入形狀合適和表面質量較好的墊鐵后，再放入工件，然后擰緊平口鉗。
二、對刀點的確定
一般來說，對刀點最好能與工件坐標系的原點重合。
三、數控銑床的常用對刀方法
對刀操作分為X、Y向對刀和Z向對刀。
根據使用的對刀工具的不同，常用的對刀方法分為以下幾種：試切對刀法;塞尺、標準芯棒對刀法;采用尋邊器、偏心棒和Z軸設定器等工具對刀法;頂尖對刀法;百分表對刀法等。
1.試切對刀法
(1)X、Y向對刀
①將工件通過夾具裝在工作臺上。
②啟動主軸中速旋轉，快速移動工作臺和主軸，讓刀具快速移動到靠近工件左側有一定安全距離的位置，然后降低速度移動至接近工件左側。
③靠近工件時改用微調操作，使刀具恰好接觸到工件左側表面，記下此時機床坐標系中顯示的X坐標值。
④沿Z正方向退刀，用同樣方法接近工件右側，記下此時機床坐標系中顯示的X坐標值。
⑤據此可得工件坐標系原點在機床坐標系中X坐標值。
(2)Z向對刀
將刀具快速移至工件上方。
啟動主軸中速旋轉，讓刀具快速移動到靠近工件上表面有一定安全距離的位置，然后降低速度移動讓刀具端面接近工件上表面。
讓刀具端面慢慢接近工件表面，使刀具端面恰好碰到工件上表面，再將Z軸再抬高0.01mm，記下此時機床坐標系中的Z值。
(3)數據存儲
將測得的X、Y、Z值輸入到機床工件坐標系存儲地址G54中(一般使用G54～G59代碼存儲對刀參數)。
(4)啟動生效
進入面板輸入模式(MDI)，輸入“G54”，按啟動鍵(在“自動”模式下)，運行G54使其生效。
(5)檢驗
檢驗對刀是否正確，這一步非常關鍵。
2.塞尺、標準芯棒對刀法
此法與試切對刀法相似，只是對刀時主軸不轉動，在刀具和工件之間加入塞尺(或標準芯棒、塊規)，以塞尺恰好不能自由抽動為準，注意計算坐標時這樣應將塞尺的厚度減去。
因為主軸不需要轉動切削，這種方法不會在工件表面留下痕跡，但對刀精度也不夠高。
3.采用尋邊器等工具對刀法
操作步驟與采用試切對刀法相似，只是將刀具換成尋邊器。
使用尋邊器時必須小心，讓其鋼球部位與工件輕微接觸，同時被加工工件定位基準面有較好的表面粗糙度。
(1)對第一把刀
①對第一把刀的Z時仍然先用試切法、塞尺法等。
記下此時工件原點的機床坐標Z1。
第一把刀加工完后，停轉主軸。
②把對刀器放在機床工作臺平整臺面上(如虎鉗大表面)。
③在手輪模式下，利用手搖移動工作臺至適合位置，向下移動主軸，用刀的底端壓對刀器的頂部，表盤指針轉動，最好在一圈以內，記下此時Z軸設定器的示數A并將相對坐標Z軸清零。
④抬高主軸，取下第一把刀。
(2)對第二把刀
①裝上第二把刀。
②在手輪模式下，向下移動主軸，用刀的底端壓對刀器的頂部，表盤指針轉動，指針指向與第一把刀相同的示數A位置。
③記錄此時Z軸相對坐標對應的數值Z0(帶正負號)。
④抬高主軸，移走對刀器。
⑤將原來第一把刀的G54里的Z1坐標數據加上Z0(帶正負號)，得到一個新的Z坐標
⑥這個新的Z坐標就是第二把刀對應的工件原點的機床實際坐標，將它輸入到第二把刀的G54工作坐標中，這樣就設定好了第二把刀的零點。
其余與第二把刀的對刀方法相同。
4.頂尖對刀法
(1)X、Y向對刀
①將工件通過夾具裝在機床工作臺上，換上頂尖。
②快速移動工作臺和主軸，讓頂尖移動到近工件的上方，尋找工件畫線的中心點，降低速度移動讓頂尖接近它。
③改用微調操作，讓頂尖慢慢接近工件畫線的中心點，直到頂尖尖點對準工件畫線的中心點，記下此時機床坐標系中的X、Y坐標值。
(2)Z向對刀
卸下頂尖，裝上銑刀，用其他對刀方法如試切法、塞尺法等得到Z軸坐標值。
5.百分表對刀法
該方法一般用于圓形工件對刀。
(1)X、Y向對刀
將百分表安裝桿裝在刀柄上，調節磁性座上伸縮桿的長度和角度，使百分表的觸頭接觸工件的圓周面，慢慢轉動主軸，使觸頭沿著工件的圓周面轉動，多次反復后，待百分表的指針在同一位置，可認為主軸的中心就是X軸和Y軸的原點。
(2)Z向對刀
卸下百分表裝上銑刀，用其他對刀方法如試切法、塞尺法等得到Z軸坐標值。
【參考文獻】
[1]王榮興.加工中心培訓教程[M].北京：機械工業出版社，2006.
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