銑加工中心換刀機構設計
附錄 1：外文翻譯
基于 CAXA 的數(shù)控加工刀具選擇的研究
阮曉光；袁思聰；蔡安江；張當飛，
西安建筑技術大學機械工程學院，西安 710055，中國
摘要：文章介紹了相比于傳統(tǒng)加工中心刀具的數(shù)控加工中心刀具的特點，分析了數(shù)控加工刀具的選擇和選擇的因素。與此同時，被制造軟件 CAXA2004 證明的例子，數(shù)控加工中心刀具的正確選擇能充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢,提高企業(yè)的經濟效率和生產水平。
關鍵詞: 數(shù)控加工；銑刀；CAXA
1 引言
近年來，隨著經濟的高速發(fā)展，為了提高競爭力,新技術被企業(yè)有意識地應用于改造傳統(tǒng)產業(yè)，數(shù)控機床在機械加工行業(yè)被使用得越來越廣泛。在加工中心中，因為其功能齊全以及沒有刀庫和自動刀具改變設備，它成為了現(xiàn)如今在世界上被廣泛生產和使用的數(shù)控機床之一[1]。刀具的選擇在數(shù)控加工過程中是一項重要的內容，它不僅會影響數(shù)控機床的加工效率,也會直接影響加工的質量。CAD / CAM 技術的發(fā)展,可以直接在數(shù)控加工中使用 CAD 設計數(shù)據(jù),尤其是計算機與數(shù)控機床的連接，它使整個設計過程、工藝設計和編程能在電腦上完成,不需要輸出特殊工藝。
現(xiàn)在,自動編程功能被許多 CAD / CAM 軟件提供，工藝設計的相關問題通過這些軟件在編程接口被提示，列如如刀具的選擇,加工路徑規(guī)劃,切削參數(shù)的決定,編程人員，數(shù)控程序能被自動的生成以及被傳送到數(shù)控機床去完成加工只要相關參數(shù)被編程人員設置[2]。
所以，數(shù)控機床上的數(shù)控刀具的選擇在人機交互狀態(tài)下被完成，數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床形成鮮明的對比，還需要編程人員必須精通刀具選擇的基本原則，在加工過程中數(shù)控機床的特性必須被充分考慮已確保刀具的選擇是正確的。
2 數(shù)控加工刀具的特點
2.1 數(shù)控刀具的定義和需求
數(shù)控刀具指的是與先進和高效的數(shù)控機床相匹配的各種切削刀具的總稱, 它是不可或缺的關鍵的配套產品,傳統(tǒng)的刀具被數(shù)控機床刀具所取代由于數(shù)控機床刀具的高效率、高精度、高速度、耐磨、高耐用性和良好的綜合切削性能。數(shù)控機床刀具必須適應數(shù)控機床的高速度,高效率和高自動化程度，它一般包括通用刀具,常見的連接刀柄和一些特別的刀柄。刀柄必須連接在刀和機床電源之間，因此它能逐漸地標準化和序列化。
2.2 數(shù)控機床刀具與傳統(tǒng)機床刀具之間的比較
與傳統(tǒng)的機床相比,數(shù)控刀具有許多不同的需求,主要特點如下[2、3]:
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1） 高剛度、精度高、抗振和熱變形小。
2） 快速改變刀具的互換性好。
3） 刀具堅固,切削性能穩(wěn)定可靠。
4 刀具的尺寸對于調整刀具轉換的時間有所減少。
5） 刀具能夠卷起碎片并破壞碎片以便有利于切削的消除。
6） 序列化、標準化有利于編程和刀具管理。
7） 刀具的切削效率高。
8） 數(shù)控刀具的加工精度高，重復定位精度高。
9） 刀具的在線監(jiān)測和尺寸補償系統(tǒng)能相應的配備。
3 數(shù)控加工刀具的選擇和選擇時應考慮的因素
3.1 數(shù)控刀具的選擇
工作效率能被提高，數(shù)控刀具具的正確選擇數(shù)控刀具資源的合理配置能被保證, 這樣不僅避免了由于個單獨的刀具閑置引起的資源浪費，也避免由于頻繁使用單獨的刀具引起的加工精度無法被保證已經相互包含。刀具的選擇應連接于數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)。刀具選擇的一般規(guī)則是:安裝容易調整,剛性好,耐用性和精度高。在前提的要求下加工、短刀處理應該盡快選擇去提高刀具加工的剛性。
當選擇刀具時，刀具的尺寸必須能適應工件表面的尺寸。端銑刀通常用于處理周圍的輪廓；硬質合金銑刀通常用于銑削平面；高速鋼銑刀通常用于加工凸平臺；鑲齒硬質合金刀片通常用于粗糙表面的處理和粗加工，環(huán)形銑刀,球頭銑刀，錐形銑刀通常用于加工表面的分層和改變斜角輪廓形狀。
因為在自由表面處理中最終的球頭刀具的切削速度是零，為了保證加工精度, 加工空間往往變得非常近,所以球頭工具通常用于曲面的精加工。組合刀具在加工表面的質量和切削效率方面是優(yōu)于球頭刀具的。在上述的前提下加工，無論是粗加工還是弧形的加工，組合刀具應當被選中。此外,刀具的耐用性是和刀具的價格相關的， 必須注意到雖然選擇好的刀具會增加成本，但加工質量和加工效率也會有所提高，所以整個加工成本降低很多。
在加工中心,刀庫上各種刀具安裝,刀具的選擇和改變在任何時候根據(jù)程序的規(guī)定進行。所以標準的刀具處理必須被使用去確保鉆孔，擴孔，銑削以及其它工序的刀具能快速準確地安裝在機床主軸或刀庫上。編程人員應該知道結構大小調整方法和調整工具的范圍來確定編程時徑向和軸向尺寸。目前,我們的國家在加工中心上使用TSG。
工具系統(tǒng)的刀處理(三個規(guī)范)和錐柄(4 個規(guī)格),包括 16 種不同的刀處理。
在經濟型 CNC 加工過程中,因為刀的切割、測量和交換更多的是由人手動操作。因此,切割刀具的指令必須被合理安排[2]。
3.2 刀具選擇時應該考慮的因素
在刀具的規(guī)格和類型的選擇時，主要考慮的因素如下幾點：
1)生產的本質;2)機器的類型;3)數(shù)控加工的方案;4)工件的尺寸和形狀;5)加工表面的粗糙度;6)加工精度; 7)工件的材料。在選擇數(shù)控機床加工的刀具時,還應考慮以下幾個方面的問題:
1）數(shù)控刀具的類型規(guī)格和精度等級應該能夠滿足加工的要求，刀具材料應與工件的材料相匹配；2）良好的切削性能;3)精度高;4)可靠性高;5)高耐用性;6)良好的切削碎片和切削剝離的性能。
4 刀具的選擇和自動編程示例
4.1 制造工程師[4]基于 CAXA2004 時刀具的選擇
如圖一[5]所示，五角星高 45mm，直徑 220mm，加工過程工藝卡如表 1 所示， 根據(jù)刀具的選擇原則和選擇刀具時應該考慮的因素，數(shù)控加工工藝卡如表 2 所示，其中，40 個步驟有數(shù)控銑削完成。
圖一 五角星的三維表面建模圖
表 1 加工過程卡
表 2 數(shù)控加工刀具卡
4.2 CAXA2004 制造工程師在自動編程加工代碼生成
1)生成粗加工 G 代碼N10G90G54G00Z100. 000
N12S25000M03
N14X0. 000Y0. 000Z100. 000
? ?
N4674G00Z100. 000
N4676X0. 000Y0. 000 N4678M05
N4680M30
2）生成精加工 G 代碼N10G90G54G00Z100. 000 N12S3000M03
N14X0. 000Y0. 000Z100. 000 N16X － 14. 303Y4. 384
? ?
N760G01Z10. 100F100 N762G00Z100. 000
N764X0. 000Y0. 000
N766M05 N768M30
通過刀具選擇的原則和刀具選擇應考慮的影響因素的分析去選擇合適的刀具。以下支持:
減少了程序調試時間,減少了機器工作時間,減少和縮短加工時間;
通過數(shù)控刀具的選擇，不僅可以縮短生產時間,也可以避免重復夾緊和人工刀具帶來的人為變化誤差,提高加工精度和加工復雜工件的能力;
直觀編程的結果,加工速度快,通過切割的模擬和刀具的干涉檢查,以及程序編譯的成功可以大大減少機器調整時間和測試時間。
5 結論
數(shù)控機床在實際生產中的廣泛應用,定量生產線的形成,數(shù)控編程已經成為數(shù)控加工[6]的關鍵問題。 加工中心機床是一個相對復雜的系統(tǒng),程序員必須懂得在人機交互狀態(tài)下根據(jù)實際情況做出正確的選擇。只有對加工中心刀具的結構和選擇有足夠的知識和理解,才可以在實際工作中靈活使用,確保加工零件的質量和加工效率,充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點,提高企業(yè)的經濟效益和生產水平。
引用
[1]Du H w .加工中心選擇和工具應用程序。上海汽車技術學院報紙,(1):2004 [2]WU W G,Xin Z j .金屬切削和刀具的原理。北京:國防工業(yè)出版社,2009
[3] Fan J J， Liu R X， Guo Z J.在數(shù)控機床中刀具的合理選擇。現(xiàn)代制造技術和設備，(4):54、2007
[4] Chen M， Liu G， Zhong J W．CAXA 制造工程數(shù)控加工。北京:北京航空航天大學出版社,2006 年版
［5］ Li C．數(shù)控加工舉例。沈陽:遼寧科學技術出版社,3,2005
[6] He Z C. 數(shù)控工具和削減參數(shù)的引入。大眾科學, (1):125，2010
附錄 2：外文原文
銑加工中心換刀機構設計