CNC 銑床和加工中心需要加工能力和通用性更強的銑刀,在過去的幾年中, 刀具供應(yīng)商對更先進的銑削刀具的開發(fā)就是源于這種需求。過去, 特別是面對大批量的生產(chǎn)時, 專用刀具往往是唯一有效的解決方案。 而如今, 需要的則是更為靈活的生產(chǎn)方式,新的銑刀概念提供了具備更廣泛加工能力的刀具?,F(xiàn)代刀具的設(shè)計及制造, 能夠?qū)崿F(xiàn)更為復(fù)雜的刀具概念, 利用CNC 機床提高產(chǎn)出, 加工過程也變得更加可靠了。
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一、 需要幾個數(shù)控軸
刀具一般可根據(jù)其外形分為回轉(zhuǎn)刀具和方形輪廓刀具, 因而一般都需要 X, Y, Z 三個數(shù)控直線軸對其進行加工以保證其外形尺寸,有所區(qū)別的是對數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的要求。加工復(fù)雜的可轉(zhuǎn)位刀具體現(xiàn)得較為明顯。以加工可轉(zhuǎn)位立銑刀工序中的數(shù)控銑削為例:絕大多數(shù)可轉(zhuǎn)位立銑刀都有數(shù)個均布的切削齒,在每個齒加工完畢后都應(yīng)對其進行分度旋轉(zhuǎn)進行下一個齒的加工。 如果CNC銑床沒有數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺, 則應(yīng)在程序中加入無條件停止指令, 機床運動停止后通過人工旋轉(zhuǎn)精密手動分度頭實現(xiàn)分度旋轉(zhuǎn),此時應(yīng)注意機床外罩鎖的影響, 然后繼續(xù)執(zhí)行 CNC 程序,精度一般能夠滿足要求。 但這樣會增加工人勞動強度, 同時影響工作效率。 如果 CNC銑床有數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺,則分度旋轉(zhuǎn)運動可通過程序中的數(shù)控指令實現(xiàn),精度和效率都較高,但增加一個NC回轉(zhuǎn)軸也會使CNC銑床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化, CNC系統(tǒng)功能增加, 大幅度增加CNC銑床的價格。
需要指出的是,精密手動分度頭的分度能力是有限的,特別是對于非整數(shù)的角度往往無法滿足要求, 可轉(zhuǎn)位成形銑刀此類情況較多,此時只能用 CNC 回轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)。此類 CNC 回轉(zhuǎn)軸一般用交流伺服電機驅(qū)動精密蝸桿副,液壓或氣動夾緊, 高精度編碼器作為角度檢測元件, 因而具備在行程范圍內(nèi)任意角度的旋轉(zhuǎn)功能。而采用端面齒盤定位的 CNC 回轉(zhuǎn)軸卻只能進行等分轉(zhuǎn)度,不適用于此類情況。
某些可轉(zhuǎn)位立銑刀有刃傾角 λ,在銑削刀片槽或容屑槽時都應(yīng)將槽底面轉(zhuǎn)刃傾角 λ, 使其與CNC銑刀軸線垂直,此時需要一個回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)刃傾角λ。
受精密手動分度頭的裝夾結(jié)構(gòu)和剛性的限制, 將其作為 A 軸效果不佳。因此應(yīng)選擇具有較高剛性的CNC回轉(zhuǎn)軸作為 A軸。
可見如果某 CNC 銑床加工的可轉(zhuǎn)位刀具品種單一且無刃傾角, 可以選擇 3 軸 CNC 銑床加精密手動分度頭,可降低加工成本。否則應(yīng)選擇5 軸 CNC銑床。
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二、 需要幾個數(shù)控軸聯(lián)動
CNC 系統(tǒng)的若干軸聯(lián)動插補功能最能體現(xiàn)CNC系統(tǒng)的性能和其檔次高低, 也往往決定著CNC系統(tǒng)的價格, 因此應(yīng)根據(jù)加工刀具產(chǎn)品的具體情況來仔細選擇。對于加工一般可轉(zhuǎn)位刀具的CNC銑床而言, 具有 2 個直線軸的直線和圓弧插補功能就可以加工幾乎所有的 ISO標準刀片槽形式, 其它運動都可單軸插補完成。 如果也選擇多達 5~6 軸聯(lián)動的 CNC 系統(tǒng)則沒有必要。 要求比較高的是一些螺旋類精加工刀具。以下以加工 “等螺旋角等前角錐度立銑刀” 為例:若要加工 (含銑削及磨削) 這種立銑刀, CNC 機床應(yīng)具備: X 軸和 A 軸聯(lián)動插補切削螺旋槽; Z軸: X-A 插補時也參加插補保證每個截面螺旋角相等; Y軸:由于前角γ>0 且軸向每個截面半徑都不相等從而使偏移量 e 也處處不相等,為保證每個截面前角都相等, X-A-Z 聯(lián)動時 Y軸也要參加插補運動。因此 CNC 機床應(yīng)具備“X-Y-Z-A” 4 軸聯(lián)動的插補功能。
同理可知: “X-Y-Z-A-B” 5 軸聯(lián)動插補可完成同上的球頭立銑刀的加工。
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三、 需要什么數(shù)控系統(tǒng)
加工一般精度的可轉(zhuǎn)位刀具,選擇具有間隙補償和螺距誤差補償?shù)陌腴]環(huán) CNC 系統(tǒng)的數(shù)控機床就可以滿足要求,而對較高精度刀具的精加工可以選擇閉環(huán)CNC系統(tǒng)。 需要注意的是:為編程方便, CNC 編程軟件系統(tǒng)都應(yīng)具有工件坐標系的平移和旋轉(zhuǎn)功能,并支持幾何線性的多種表達方式。
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現(xiàn)代 CNC 系統(tǒng)的編程方法較多,相對而言,以 ISO 標準 G, M代碼編程的 CNC 系統(tǒng)具有較大的靈活性,能滿足多品種中小批量的生產(chǎn)要求, 但初期編程速度較慢, 機床準備工作時間較長。而具有針對某類刀具產(chǎn)品開發(fā)的專業(yè)化軟件包的 CNC 系統(tǒng)則可以滿足某些復(fù)雜刀具的大批量加工, 生產(chǎn)效率高,對人員素質(zhì)要求較低,但價格昂貴且需要不斷升級軟件包以滿足出現(xiàn)的新產(chǎn)品。選擇 CNC 系統(tǒng)時還應(yīng)注意:現(xiàn)代CNC系統(tǒng)的功能較多, 可以根據(jù)實際情況去掉一些基本不用或近期很少用到的功能以降低購買成本。
以上通過幾個例子討論了針對加工刀具產(chǎn)品的 CNC 機床選擇方法和大概原則,實際情況遠不止這些??傊畱?yīng)根據(jù)產(chǎn)品具體情況靈活地做出選擇,以滿足市場對精度和成本的雙重要求。
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