銑加工中心換刀機構(gòu)設(shè)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(shù)大學(xué)機械工程學(xué)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(jīng)濟效率和生產(chǎn)水平。
關(guān)鍵詞: 數(shù)控加工；銑刀；CAXA
1 引言
近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，為了提高競爭力,新技術(shù)被企業(yè)有意識地應(yīng)用于改造傳統(tǒng)產(chǎn)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(shè)備，它成為了現(xiàn)如今在世界上被廣泛生產(chǎn)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(nèi)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(zhì)量。CAD / CAM 技術(shù)的發(fā)展,可以直接在數(shù)控加工中使用 CAD 設(shè)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(shè)計過程、工藝設(shè)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(shè)計的相關(guān)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(guān)參數(shù)被編程人員設(shè)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(guān)鍵的配套產(chǎn)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(yīng)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(diào)整刀具轉(zhuǎn)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(fù)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(yīng)的配備。
3 數(shù)控加工刀具的選擇和選擇時應(yīng)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(jīng)相互包含。刀具的選擇應(yīng)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(diào)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(yīng)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(yīng)工件表面的尺寸。端銑刀通常用于處理周圍的輪廓；硬質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(yīng)當被選中。此外,刀具的耐用性是和刀具的價格相關(guān)的， 必須注意到雖然選擇好的刀具會增加成本，但加工質(zhì)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(yīng)該知道結(jié)構(gòu)大小調(diào)整方法和調(diào)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(jīng)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(yīng)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(chǎn)的本質(zhì);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(yīng)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(yīng)該能夠滿足加工的要求，刀具材料應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(diào)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(chǎn)時間,也可以避免重復(fù)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(fù)雜工件的能力;
直觀編程的結(jié)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(diào)整時間和測試時間。
5 結(jié)論
數(shù)控機床在實際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,定量生產(chǎn)線的形成,數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工[6]的關(guān)鍵問題。 加工中心機床是一個相對復(fù)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(jīng)濟效益和生產(chǎn)水平。
引用
[1]Du H w .加工中心選擇和工具應(yīng)用程序。上海汽車技術(shù)學(xué)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(shù)和設(shè)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(xué)出版社,2006 年版
［5］ Li C．數(shù)控加工舉例。沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)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(xué), (1):125，2010
附錄 2：外文原文
銑加工中心換刀機構(gòu)設(shè)計