數控加工與傳統加工相比,有其自身特點,因此,數控加工刀具必須適應這些特點與要求。
數控加工具有以下特點:
(1)自動化程度高數控機床是由數控程序基于數控系統進行工作,其加工過程中切削參數設定與轉換全自動化,包括刀具的選擇與更換也大部分自動完成,因此,其加工效率極高。據統計,數控銑床的切削加工時間占總加工時間的70%左右,加工中心可達90%以上,最新的車銑復合數控加工機床的加工效率更高。
(2)加工精度高 數控機床加工不僅在曲線與曲面加工上的加工精度遠高于普通機床加工,即使在普通機床加工工藝適用范圍內,數控加工的加工精度仍然高于傳統加工。數控加工由于加工過程程序控制的特定性,使其在加工質量的穩定性與加工精度的重復再現性遠高于傳統加工。
(3)加工適應性強 數控加工改變了傳統加工通過機床專用夾具使工件位置適應刀具位置的特點,轉而以刀具位置的變化適應工件表面復雜性的變化,這一點在多軸加工機床上效果更為明顯。因此,數控加工不僅可用于批量生產替代傳統的專用機床加工,而且還非常適用于單件、小批量生產和新產品試制。其加工過程的機床夾具與切削刀具普遍采用通用性較好的結構型式。
(4)適應高速加工新技術的要求高速切削加工技術的出現,對加工機床提出了新的要求,數控機床的電主軸技術,摒棄了傳統的齒輪傳動,極大地提高了主軸轉速且轉速的轉換可無級調速、平穩過渡;數控機床的進給軸同服控制與聯動技術,使得進給速度可做得更高、進給速度的轉換更為平穩和可控,切削厚度的控制變得更為方便與可靠,這些適用于高速加工的特點是傳統加工機床所不可能實現的。
為適應數控加工的特點,數控刀具也必須有其特點,通常可簡稱為“三高一專(即高效率、高精度、高可靠性與專用化),具體如下:
(1)數控刀具必須具有盡可能高的刀具壽命 刀具材料對刀具壽命的影響極大,數控加工普遍采用硬質合金刀具材料,并大量應用表面涂層技術。雖然整體式復雜刀具還廣泛應用高速工具鋼刀具材料,但隨著粉末冶金材料制備技術被大量地用于高速工具鋼的改性,近年來整體式硬質合金材料的圓柱立銑刀也大量出現,大大提高了刀具壽命。為適應高速加工的特點,各種新型刀具材料(如PCD、PCBN、陶瓷刀具材料等)也被采用。
(2)機夾可轉位刀具結構成為數控刀具的主流機夾可轉位刀具結構,其刀桿與刀片分開制造,且基本是由專業化刀具廠家生產,其不僅可降低刀具成本,而且使加工精度提高和刀片切削性能穩定,應用機夾可轉位刀具,當刀具損后,可通過刀片轉位迅速地轉換新的切削刃,即使全部切削刃磨損后,也可迅速更換新的刀片,轉換后的刀位點位置變化極小,基本不需重新對刀,僅需改變刀具的補償即可,極大地減少了對刀調整時間。數控加工基本不再需要自己刃磨刀具(刀片),即使重,也交由刀具制造商進行。
(3)通用性刀具成為主選刀具數控加工過程中,加工表面的形狀與位置變化較大,加工夾具的通用性要求刀具要適應工件的變化,因此,數控銑刀的切削部分盡可能選用通用的圓柱、球頭與圓角(又稱圓鼻)形狀,數控車刀很少采用成形切削刃刀具,基本為單尖的刀頭,通過軌跡控制適應曲面車削加工。復合式刀具結構應用不多。
(4)專業化生產專業化刀具生產,符合現代制造社會化協作大生產的特點,其刀具研制針對性更強,并可極大滿足市場的需求,保證刀具加工質量,降低加工成本,同時,刀具工作的可靠性也能得到保證。刀具專業化生產的特點,使得數控刀具準備階段由自制、自己刃磨轉變為選型與外購為主,基本不重的特點。這就要求數控加工從業人員要更加關注刀具市場的各種信息,如主流的刀具生產商有哪些,各有什么性能與價格優勢,當地市場是否可以方便購得,經常與刀具供應商保持聯系與信息的暢通,及時獲取最新的刀具產品樣本等。
刀具的專業化生產,催生了專用數控刀具及其相關技術的出現,各種適用于數控加工的刀具技術不斷出現,如數控機床專用的7:24錐柄刀柄結構與高速切削的刀柄結構(HSK刀柄)、整體與模塊化的工具系統、內冷卻式機夾刀具、高精度刀具裝夾的液壓夾柄與熱縮夾柄、高速切削加工的刀具動平衡技術、機外刀具預調儀等。