CNC加工仍屬于金屬切削的范疇，但有其自身的特點(diǎn)。這主要是作為一種高度自動(dòng)化、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的連續(xù)加工過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中工具設(shè)置時(shí)間比傳統(tǒng)加工更復(fù)雜、更耗時(shí)。所以在選擇工具時(shí)有很多問(wèn)題值得考慮。本文介紹CNC常用刀具的相關(guān)知識(shí)。我認(rèn)為好的工具是提高CNC加工效率的第一步。
模具材料和涂層
當(dāng)今使用的各種刀具材料具有適合不同加工要求的特性。普通工具材料所需的性能包括低摩擦系數(shù)、高精度、良好的導(dǎo)熱性、足夠的韌性和抗沖擊性。
常規(guī)數(shù)控機(jī)床常用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。但在高速切削、干切削、切削難加工材料、以車(chē)代磨等特殊情況下，則需要使用陶瓷、CBN、PCBN、金剛石等超硬材料。這些超硬材料價(jià)格相對(duì)較高，切削工藝和參數(shù)不易學(xué)習(xí)，對(duì)機(jī)床的剛性有一定的要求，因此在常規(guī)加工中應(yīng)用并不廣泛。
硬質(zhì)合金材料工具
刀具表面涂層是提高刀具性能的重要方法之一，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。涂層刀具壽命比未涂層刀具長(zhǎng) 10 倍。常見(jiàn)的涂層包括氮化鈦TIN、碳化鈦氮化物TICN和氧化鋁。下圖顯示，高速鋼和硬質(zhì)合金的切削速度降低了 100 倍，而使用涂層刀具則加工時(shí)間降低了 4 倍。
工具分類(lèi)
常用的數(shù)控刀具按形狀分為立銑刀、圓頭銑刀和球頭銑刀三種。每個(gè)工具都有特定的作用。
立銑刀
CNC加工中心立銑刀，也稱為平底銑刀，由主切削刃包圍，底部為副切削刃。立銑刀的外刃和底部都有銑齒，形成切削刃，工件的垂直面可用銑床銑削。立銑刀的形狀變化非常復(fù)雜，適用于銑削、凹槽和異形表面等各種加工?？梢哉f(shuō)是應(yīng)用最廣泛的銑刀。
在銑削 2D 形狀的工件時(shí)，可以使用非常有效的刀距和切削深度值，因?yàn)榕c工件接觸的部分是外邊緣和底部。但是，在為 3D 工件切割模具時(shí)，與工件的接觸區(qū)域幾乎總是一個(gè)尖點(diǎn)。因此，必須減小刀具間的距離和切深，從而降低加工效率。
換句話說(shuō)，立銑刀適用于2D形狀的工件，但不適用于3D形狀的工件。
球刀
球刀，也稱為R刀，具有球形底邊。與立銑刀相比，球頭銑刀是銑削 3D 工件的必備工具。球刀的底部沒(méi)有立銑刀那樣鋒利的刀尖，并且有一個(gè)R角的刀片，所以球刀的刀片更穩(wěn)定，不容易被壓碎。
在模具加工中，球刀主要用于3D模具銑床，尤其是精加工和邊角清理。但球面銑刀與工件的接觸面積小，不能延長(zhǎng)距離，因此不適用于相對(duì)平坦區(qū)域的銑床。
圓鼻刀
CNC加工中心圓鼻刀又稱平底R(shí)刀，可用于粗加工、平面光面刀和曲線輪廓光面刀。與立銑刀和球面銑刀相比，圓頭銑刀結(jié)合了兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，具有更好的工作效率。圓頭刀的橫刀間距可以比球刀大，在精加工時(shí)具有與球刀相同的優(yōu)勢(shì)。因此圓頭刀適用于粗加工和精加工。
具有較小表面變化的大型工件、狹窄凹槽的小區(qū)域和較大的相對(duì)平坦區(qū)域最好用圓刀處理。然后使用二次粗加工方法來(lái)尋找需要進(jìn)一步加工的區(qū)域。但圓頭刀面對(duì)一些凹陷區(qū)域，刀身有一個(gè)盲區(qū)，即出現(xiàn)“頂刃”現(xiàn)象。
常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案
在實(shí)際操作中，總是會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。這里有一些常見(jiàn)的問(wèn)題和解決方案，供大家參考。相信解決這些問(wèn)題會(huì)提高機(jī)床的加工效率。
工具振動(dòng)
隨著難加工材料的使用越來(lái)越多，振動(dòng)已成為提高加工效率的障礙。振動(dòng)的發(fā)生直接影響加工精度和表面粗糙度，加速刀具磨損，嚴(yán)重影響刀具壽命，嚴(yán)重時(shí)不能繼續(xù)切削加工。
工具振動(dòng)需要三個(gè)條件同時(shí)存在。包括工具在內(nèi)的工藝系統(tǒng)不夠堅(jiān)固，導(dǎo)致固有頻率低。在切割過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生足夠的外部激振力。外部激振力的頻率與過(guò)程系統(tǒng)的固有頻率相同。諧振。
解決刀具振動(dòng)的思路分為三個(gè)部分。首先是最小化切削力。使用盡可能小的刀尖圓弧來(lái)減少切削力。增加刀具的前角。用磨過(guò)的刀片更換壓好的刀片。減小切深，增加速度，增加進(jìn)給。對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸使用 90 度進(jìn)入角。對(duì)于帶有細(xì)桿的銑床，圓形刀片最有助于減少振動(dòng)。
二是最大限度地提高工具系統(tǒng)或夾具和工件的靜態(tài)剛度。
三是在刀桿內(nèi)部產(chǎn)生單獨(dú)的振動(dòng)，擾亂外激勵(lì)切削力的振動(dòng)頻率，從而消除刀具振動(dòng)。
刀片磨損
在加工過(guò)程中，前刀面和后刀面經(jīng)常很快磨損。其中，根據(jù)葉片損壞情況需要采取各種應(yīng)對(duì)措施。
1.后刀面磨損過(guò)大導(dǎo)致表面粗糙，加工尺寸差
這種情況的原因包括高切割速度或低刀片耐磨性。解決方案包括改進(jìn)減慢切削的方法，逐漸增加切削量，使用更耐磨的刀片材料或涂層，以及使用順銑而不是逆銑。
2.缺口磨損
刀片的凹槽切割后可能會(huì)損壞并導(dǎo)致表面粗糙和碎屑。原因包括進(jìn)給速度太低。銑床容易發(fā)生加工硬化。工件表面有氧化皮。面對(duì)這種情況，應(yīng)經(jīng)常用釘子檢查刀片凹槽的磨損情況。
3. 銑削不銹鋼和耐熱合金時(shí)的積屑瘤
銑床的粘刀又叫積屑瘤，加工表面粗糙，出現(xiàn)毛刺。由于積屑瘤的脫落，切削刃的前刀面脫落，切削刃被壓碎，耐熱合金工件的二次崩刃導(dǎo)致切削刃被快速壓碎。造成這種情況的原因無(wú)非是切削刃鈍、前角為負(fù)、切削速度低、切屑厚度太薄、排屑不良等。
解決累積腫瘤的方法大致基于“六個(gè)步驟”。第一步是提高不銹鋼和鋁合金的切削速度。第二步是使用物理涂層或未涂層的刀片。第三步是逐漸增加切削量，以達(dá)到最佳切屑厚度。第四步準(zhǔn)備足夠的高壓冷卻液或空氣以防止二次切屑。第五步是使用順銑代替逆銑。第六步，用純礦物油低速清洗耐熱鈦合金和沉淀硬化不銹鋼的切削區(qū)域。
4.刀片折斷或撞刀
這種邊緣崩裂的原因有很多。如果刀片材料太硬，刀片輪廓太弱，或切割速度太慢，切割邊緣可能會(huì)塌陷，導(dǎo)致切割不均勻或斷續(xù)。
考慮到這種情況，首先檢查墊片是否損壞或刀片上的螺絲是否變形需要更換。二是要消除振動(dòng)系數(shù)，選用較硬的刀片材料，更換刃口較強(qiáng)的刀片。最后，必須提高切削速度以消除切削刃。
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