關於數控刀具的介紹

2021-09-22 06:58:25 字數 4581 閱讀 9439

刀具的補償:

於數控車床程式設計時,我們的程式都是,以每把刀的刀位點①按產品輪廓進行編輯,且在軌跡描述上,不考慮每把刀的刀位點,由於幾何尺寸或形狀不同造成的不一致;不考慮刀具在加工過程中,實際刀具上的切削點位置與刀位點之間的不一致。但實際加工中這兩種情況無法迴避,因此,要正確加工工件,必須進行刀具補償。

數控車床的刀具補償,根據造成誤差的原因,分為幾何補償與刀具半徑補償,幾何補償又分為刀具偏置補償和刀具磨損補償,其中偏置補償有絕對刀具偏置補償和相對刀具偏置補償兩種形式。

刀具的補償功能由t**指定,其後的4位數字分別表示選擇的刀具號和刀具補償號,。如下圖:

txx + xx

刀具號刀具補償號

刀具號和補償號可以相同,也可以不同,即一把刀具可以對應多個補償號(值)

刀具補償號是刀具補償暫存器的位址號,華中數控系統的刀具補償號既是刀具偏置補償暫存器的號又是刀具半徑補償暫存器的號。刀具偏置補償暫存器存放刀具的x軸和z軸偏置補償值、刀具的x軸和z軸磨損補償值、刀具半徑補償暫存器存放刀具刀尖的半徑值、假想刀尖號。

t加補償號表示開始補償功能。補償號為00表示補償量為0,即取消補償功能。系統對刀具的補償或取消都是通過拖板的移動來實現的。下面就各種補償介紹如下:

一、刀具的幾何補償

1、刀具磨損補償

、刀具偏置補償

我們程式設計時,假定刀架上各刀在工作位時,其刀位點位置是一致的。但由於刀具的幾何形狀、及安裝的不同,其刀位點位置是不一致的,其相對於工件原點的距離也是不同的。因此需要將各刀具的位置值進行比較或設定,稱為刀具偏置補償。

刀具偏置補償可使加工程式不隨刀位點位置的不同而改變。刀具偏置補償有兩種形式:

2.1、絕對補償形式

見圖1,絕對刀偏值即工具機回到工具機零點時,工件零點,相對於刀架工作位上各刀刀位點位置的有向距離。當執行刀偏補償時,各刀以此值設定各自的加工座標系。故此,雖刀架在工具機零點時,各刀由於幾何尺寸不一致。

各刀刀位點相對工件零點的距離不同,但各自建立的座標系均與工件座標系重合。

工具機到達工具機零點時,工具機座標值顯示均為零,整個刀架上的點可考慮為一理想點,故當各刀對刀時,工具機零點可視為在各刀刀位點上。華中數控系統可通過輸入試切直徑、長度值,自動計算工件零點相對與各刀刀位點的距離。該補償形式是華中系統的出廠設定形式。

2.2、相對補償形式

如圖2所示,在對刀時,確定一把刀為標準刀具,並以其刀尖位置a為依據建立座標系。這樣,當其它各刀轉到加工位置時,刀尖位置b相對與標準刀具刀尖位置a就會出現偏置,原來建立的座標系就不再適用,因此應對非標準刀具相對於標準刀具之間的偏差值△x、△z進行補償,使刀尖位置b移至位置a,系統在是通過控制工具機拖板的移動實現補償的。使用該補償形式華中系統需修改引數。

標準刀的偏置值為工具機回到工具機零點時,工件零點相對於工作位上標刀刀位點的有向距離。

2、刀尖園弧半徑補償g40,g41,g42

數控車床程式一般是針對刀具上的某一點,按工件輪廓尺寸編制的,程式設計時,我們認為該點為理想的尖銳。但實際加工中,如果刀具刀尖是一尖銳,很快就會磨損,雖進行了磨損補償,解決了x、z軸方向的誤差,但由於在切削同一工件時,由於切削角度不同等原因,刀具上實際加工工件的切削點不同,如圖3,加工工件外徑時刀具上的a點為切削點,加工斜線時刀具上的b點為切削點,故與程式設計不同,造成加工誤差。而且該誤差由於磨損的程度不同、磨損的規律不穩定,無法進行有效的補償。

如何處理這一實際中的問題呢?我們退一步,使刀具的刀尖不是一理想的點而是一段圓弧,當然,刀具切削點位置也不同,也有誤差(如圖4), 但其磨損相對穩定,誤差有規律可循,華中數控系統已將補償演算法做到系統中,故只需要給定刀尖圓弧半徑,刀尖方位號,及半徑補償指令,即可進行補償,不需手工計算。另外要注意,刀具進行切削加工的切削點必須總在刀尖圓弧上,否則為干涉,即刀具的偏角選擇不當。

2.1 刀具的半徑補償指令g40、g41、g42的選擇

g40:取消刀尖半徑補償;

g41:左刀補(操作者站在第三軸指向的面,沿著刀具運動方向看,刀具向左測補償),如圖5;

g42:右刀補(操作者站在第三軸指向的面,沿著刀具運動方向看,刀具向右側補償),如圖6;

注意:1、 g41/g42不帶引數,其補償號(代表所用刀具對應的刀具半徑補償值)由t**指定。其刀尖圓弧補償號與刀具偏置補償號對應。

2、 刀尖半徑補償的建立與取消只能用g00或g01指令,不得是g02或g03。

3、 加入或取消補償時要有工具機位移。

4、 注意加入或取消的時機要正確,否則會過切,一般情況下,在刀具加工工件的前一程式段加入補償,離開工件足夠距離後撤銷補償。不可在加工的過程中加入或取消補償。

2.2 刀尖方位號的選擇

刀尖方向號:刀位點的號,其定義了刀具刀位點與刀尖圓弧中心的位置關係,從0~9有十個,如圖7、圖8 所示。

注:①:刀位點:數控工具機加工過程中,刀具的假想刀尖點(假想切削點)在沒有刀具補償時,我們認為其按程式軌跡執行

說明: g40:取消刀具半徑補償;

g41:左刀補(在刀具前進方向左側補償),如圖3.3.21(a);

g42:右刀補(在刀具前進方向右側補償),如圖3.3.21(b);

g17:刀具半徑補償平面為xy平面;

g18:刀具半徑補償平面為zx平面;

g19:刀具半徑補償平面為yz平面;

x, y, z:g00/g01的引數,即刀補建立或取消的終點(注:投影到補償平面上的刀具軌跡受到補償);

d:方式一:刀補表中刀補號碼(d00~d99),它代表了刀補表中對應的半徑補償值

刀具的選擇;

1、數控車床常用刀具

在數控車床上使用的刀具有外圓車刀、鑽頭、鏜刀、切斷刀、螺紋加工刀具等,其中以外圓車刀、鏜刀、鑽頭最為常用。

數控車床使用的車刀、鏜刀、切斷刀、螺紋加工刀具均有焊接式和機夾式之分,除經濟型數控車床外,目前已廣泛使用機夾式車刀,它主要由刀體、刀片和刀片壓緊系統三部分組成,如圖所示,其中刀片普遍使用硬質合金塗層刀片。

2、刀具選擇

在實際生產中,數控車刀主要根據數控車床迴轉刀架的刀具安裝尺寸、工件材料、加工型別、加工要求及加工條件從刀具樣本中查表確定,其步驟大致如下:

(1)確定工件材料和加工型別(外圓、孔或螺紋);

(2)根據粗、精加工要求和加工條件確定刀片的牌號和幾何槽形;

(3)根據刀架尺寸、刀片型別和尺寸選擇刀杆。

二、刀具安裝

如前選擇好合適的刀片和刀杆後,首先將刀片安裝在刀杆上,再將刀杆依次安裝到迴轉刀架上,之後通過刀具干涉圖和加工行程圖檢查刀具安裝尺寸 。

三、注意事項

在刀具安裝過程中應注意以下問題:

1、安裝前保證刀杆及刀片定位面清潔,無損傷;

2、將刀杆安裝在刀架上時,應保證刀杆方向正確;

3、安裝刀具時需注意使刀尖等高於主軸的迴轉中心

刀具與精度:

在粗加工的條件下,我們一般都會採用效率優先原則。在這一階段,快速去除工件毛坯上的加工餘量,快速接近工件完工尺寸的「淨尺寸」狀態,是我們考慮刀具選擇及加工引數的第一因素。

但在精加工的條件下,情況會有很大差別。精加工時我們應該採用精度優先原則, 即首先保證加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面質量。

現在典型的一種以保證精度為優先考慮的刀具被國外許多刀具廠商所青睞,這就是接近完美90°主偏角的立銑刀。我們從數學上可以得出,如果用乙個平面(對於刀具是前刀面)去截乙個圓柱面(理想的切削刃繞刀具軸線所形成的表面),只有在該平面包含圓柱面軸線(即刀具軸向前角為零)時,其截交線才會是一段直線。但這時刀刃受力通常不理想,我們常常需要用乙個正的軸向前角來改善刀具的切削效能。

但這樣一來就產生了迴轉面的形狀精度問題:一根交錯的直線(切削刃)繞刀具軸線迴轉所產生的不是圓柱面,而是雙曲面。只有切削刃成為橢圓的一部分時,它繞刀具軸線迴轉的結果才會形成圓柱面。

於是國外一些刀具公司先後開發了這樣的刀具:肯納金屬的被稱為mill 1,山特維克可樂滿的被稱為r390,而瓦爾特的則被稱為f4042。這些刀具的本質都是一樣的,他們用一段曲線形的切削刃來構築接近完美的圓柱面。

雖說不同直徑的銑刀應該有不同的曲線,而刀片生產的經濟性要求又不允許這樣做,各廠用在不同直徑上選用不同軸向前角的方法來改善其中的差異。

這種產品開發的思路值得國內廠家好好學習。研究使用者的需要,分析目前存在的問題,進而想方設法去為客戶解決這些問題,是企業不斷創新、不斷進步、不斷滿足客戶增長的需求的有效手段。

還有一些刀具是經過改進,能夠一次加工達到最終質量要求的。也就是在原本用於粗加工的刀具上引入精度改進方案,從而使一次加工獲得更好的精度和表面質量。車削上的wiper刀片和鋁合金鑽孔的三刃鑽(如肯納的tf鑽)都是這樣的例子。

圖1是wiper刀片例子。紅色線條為傳統刀片,藍色刀片為wiper刀片,如果我們採用相同的進給量(如0.05mm),傳統刀片加工的表面粗糙度比wiper刀片的高到5倍。

這樣加工精度得到了保證,許多時候甚至可以以車代磨。

2023年5月在蘇州舉行的高速加工國際研討會(ichsm, international conference of high speed machine)上,德國達姆斯特大學的ptw研究所介紹了他們對鑽削的一些研究成果。其中有一部分就是關於鑽頭不對稱對鑽削精度的影響。研究表明,對稱的鑽頭的兩個切削刃形成的是乙個完整的圓形,如圖2(黑色是鑽芯軌跡,紅色與藍色分別是兩個鑽尖拐角的軌跡)。

而如果鑽芯不對稱,則會形成非圓的形狀,見圖3。

我們知道那叫等軸曲線。等軸曲線的特點是任何對邊的尺寸是相等的。這樣就使鑽頭鑽出的孔(尤其是鑽入部分)喪失精度。

一些廉價的鑽頭和廉價的刃磨裝置導致或是助長了這種現象。終端使用者可能不得不增加一道擴孔的工序來糾正這種形狀精度的誤差。

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