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, 刀具供應商對更先進的銑削刀具的開發就是源于這種需求。過去, 特別是面對大批量的生產時, 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方式,新的銑刀概念提供了具備更廣泛加工能力的刀具。現代刀具的設計及制造, 能夠實現更為復雜的刀具概念, 利用CNC 機床提高產出, 加工過程也變得更加可靠了。
一、 需要幾個數控軸
刀具一般可根據其外形分為回轉刀具和方形輪廓刀具, 因而一般都需要 X, Y, Z 三個數控直線軸對其進行加工以保證其外形尺寸,有所區別的是對數控回轉軸的要求。加工復雜的可轉位刀具體現得較為明顯。以加工可轉位立銑刀工序中的數控銑削為例:絕大多數可轉位立銑刀都有數個均布的切削齒,在每個齒加工完畢后都應對其進行分度旋轉進行下一個齒的加工。 如果CNC銑床沒有數控分度頭或數控回轉工作臺, 則應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精密手動分度頭實現分度旋轉,此時應注意機床外罩鎖的影響, 然后繼續執行 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銑床有數控分度頭或數控回轉工作臺,則分度旋轉運動可通過程序中的數控指令實現,精度和效率都較高,但增加一個NC回轉軸也會使CNC銑床的結構復雜化, CNC系統功能增加, 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,特別是對于非整數的角度往往無法滿足要求, 可轉位成形銑刀此類情況較多,此時只能用 CNC 回轉軸實現。此類 CNC 回轉軸一般用交流伺服電機驅動精密蝸桿副,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任意角度的旋轉功能。而采用端面齒盤定位的 CNC 回轉軸卻只能進行等分轉度,不適用于此類情況。
某些可轉位立銑刀有刃傾角 λ,在銑削刀片槽或容屑槽時都應將槽底面轉刃傾角 λ, 使其與CNC銑刀軸線垂直,此時需要一個回轉軸旋轉刃傾角λ。
受精密手動分度頭的裝夾結構和剛性的限制, 將其作為 A 軸效果不佳。因此應選擇具有較高剛性的CNC回轉軸作為 A軸。
可見如果某 CNC 銑床加工的可轉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。否則應選擇5 軸 CNC銑床。
二、 需要幾個數控軸聯動
CNC 系統的若干軸聯動插補功能最能體現CNC系統的性能和其檔次高低, 也往往決定著CNC系統的價格, 因此應根據加工刀具產品的具體情況來仔細選擇。對于加工一般可轉位刀具的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 軸聯動的 CNC 系統則沒有必要。 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 機床應具備: X 軸和 A 軸聯動插補切削螺旋槽; 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 聯動時 Y軸也要參加插補運動。因此 CNC 機床應具備“X-Y-Z-A” 4 軸聯動的插補功能。
同理可知: “X-Y-Z-A-B” 5 軸聯動插補可完成同上的球頭立銑刀的加工。
三、 需要什么數控系統
加工一般精度的可轉位刀具,選擇具有間隙補償和螺距誤差補償的半閉環 CNC 系統的數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CNC系統。 需要注意的是:為編程方便, CNC 編程軟件系統都應具有工件坐標系的平移和旋轉功能,并支持幾何線性的多種表達方式。
現代 CNC 系統的編程方法較多,相對而言,以 ISO 標準 G, M代碼編程的 CNC 系統具有較大的靈活性,能滿足多品種中小批量的生產要求, 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品開發的專業化軟件包的 CNC 系統則可以滿足某些復雜刀具的大批量加工, 生產效率高,對人員素質要求較低,但價格昂貴且需要不斷升級軟件包以滿足出現的新產品。選擇 CNC 系統時還應注意:現代CNC系統的功能較多, 可以根據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品的 CNC 機床選擇方法和大概原則,實際情況遠不止這些。總之應根據產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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