浅谈数控刀具的选择及经济性原则Word文件下载.docx
《浅谈数控刀具的选择及经济性原则Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈数控刀具的选择及经济性原则Word文件下载.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
在选择数控刀具的类型和规格时，主要考虑以下因素的影响：
①生产性质
在这里生产性质指的是零件的批量大小，主要从加工成本上考虑对刀具选择的影响。
例如在大量生产时采用特殊刀具，可能是合算的，而在单件或小批量生产时，选择标准刀具更适合一些。
②机床类型完成该工序所用的数控机床对选择的刀具类型（钻、车刀或铣刀）的影响。
在能够保证工件系统和数控刀具系统刚性好的条件下，允许采用高生产率的数控刀具，例如高速切削车刀和大进给量车刀。
③数控加工方案
不同的数控加工方案可以采用不同类型的数控刀具。
例如孔的加工可以用钻及扩孔钻，也可用钻和镗刀来进行加工。
④工件的尺寸及外形
工件的尺寸及外形也影响数控刀具类型和规格的选择，例如特型表面要采用特殊的刀具来加工。
⑤加工表面粗糙度
加工表面粗糙度影响数控刀具的结构形状和切削用量，例如毛坯粗铣加工时，可采用粗齿铣刀，精铣时最好用细齿铣刀。
⑥加工精度
加工精度影响精加工刀具的类型和结构形状，例如孔的最后加工依据孔的精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。
1.2数控刀具的性能要求
由于数控机床具有加工精度高、加工效率高、加工工序集中和零件装夹次数少的特点，对所使用的数控刀具提出了更高的要求。
从刀具性能上讲，数控刀具应高于普通机床所使用的刀具。
选择数控刀具时，首先要应优先选用标准刀具，必要时才可选用各种高效率的复合刀具及特殊的专用刀具。
在选择标准数控刀具时，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。
在选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几方面的问题：
①数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。
②切削性能好。
为适应数控刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时能采用大的背吃刀量和高进给量，刀具应具有能够承受高速切削和强力切削的性能。
同时，同一批数控刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按数控刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。
③精度高。
为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，数控刀具必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm。
④可靠性高。
要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。
⑤耐用度高。
数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。
⑥断屑及排屑性能好。
数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在数控加工中的刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求数控刀具具有较好的断屑和排屑性能。
1.3数控刀具的选择方法
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。
由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。
这就要求数控刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。
数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。
应考虑以下方面：
①根据零件材料的切削性能选择数控刀具。
如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
②根据零件的加工阶段选择数控刀具。
即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以自定义标保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。
如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。
③根据加工区域的特点选择数控刀具和几何参数。
在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；
切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。
加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。
数控刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。
应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
数控刀具选择总的原则是：
安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高数控加工中刀具的刚性。
数控加工中，选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；
铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；
加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；
加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；
对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。
而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。
另外，数控加工在中刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。
必须选用适合数控机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工中刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。
编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。
2数控刀具的经济性原则
2.1数控刀具经济性原则的概念
现代数控加工制造有许多是有一定批量的，但批量生产的产品如何达到稳定的质量，有许多需要研究的。
数控刀具的经济性是必须加以考虑的。
所谓数控加工中刀具选择的经济性原则，是指以增加收入、减少支出为选择数控刀具的主要原则。
这一原则常常是我们数控加工中选择刀具最重要的原则之一，只是许多人的认识比较片面，把这个原则的内容狭隘化了。
我们认识刀具选择的经济性原则，一定要全面地、因地制宜地进行分析。
比如效率原则，在加工产能不能达到产量要求时特别重要。
尤其是一些企业，实际上存在着一些生产瓶颈，即个别工序的生产能力制约了整个车间、甚至是这个企业的生产能力，这时提高效率就会成为改善生产能力的首选。
但在提高效率的同时，我们依然可以讨论改善经济性。
人们改善经济性的最直接的方法就是降低采购价格。
但如果没有技术改进作为基础，单纯的价格下降常常是极其有限的。
有些刀具用户为了降低采购价格，不断要求供应商降低价格，但有些价格的下降对于用户也许有着直接或间接的损害。
例如前段时间国内高速钢企业在重要原材料“钨”的价格成倍增长而客户又要求降价的情况下，自行把冶炼的高速钢中的钨含量不断减少，其需求量在硬质合金刀具需求不断增长的条件下也得到增长，而我认为这种“需求”的增长是在材质不断低质化的条件下得到的，这是对刀具制造行业的一种非理性的“提示”。
2006年11月27日，中国机床工具工业协会工具分会第五届会员大会在厦门发表了《关于坚决反对在工具生产中以“低合金高速钢”冒充标准高速钢的倡议书》，其目的也是希望能抑制这种虚假的增长。
同时，长期陷入“价格战”的许多国内企业的利润空间由于受到低价的强烈挤压，国内企业的研发资金明显不足。
国内刀具企业大多无法向用户提供自己产品的切削参数，有些只是拿国外企业的参数乘个系数了事。
这种科研、发展能力缺乏的企业很难为刀具用户提供足够的技术支持，一旦用户的生产突然发生某种情况，他们就会无法提供应急预案，从而危及刀具用户生产过程的稳定性。
因此，我们的经济性不能从这一方面来考虑。
我们的经济性也可以从非纯粹的价格因素来考虑。
比如在车削中，许多用户的切削深度并不是很大，那么我们不妨考虑用W型刀片取代C型刀片，以增加50%的刀刃。
这时，加工效率、加工程序等都没有改变，但我们的经济性改善了。
要求效率的主要目的，就是保证整个加工的经济性。
经济性原则首先是在保证可接受的加工精度和可接受的稳定性前提下的经济。
没有这个基本条件，经济性无从谈起。
就像我们希望我们的交通工具（譬如汽车）能够给我们带来更快的速度，但安全常常是第一位的。
一旦有飞机失事后，许多人会慎重考虑是否真的继续选择飞机出行，航空公司也会重新审视已有的安全策略。
没有安全，飞机就不会成为首选的交通工具，数控加工中刀具的选择同样如此。
其次，我们也不会在所有的条件下都强调效率，追求效率有我们的一些约束条件。
一个零件的加工效率提高需要与其他零件的效率相适应，一个工序的效率提高更需要与其他工序的效率相适应。
如果忽视这些约束条件，一味追求效率，会吃力不讨好的。
就像上海到北京的火车，现在在晚上8点左右发车，第二天早上10点到达。
如果能够提前到8点到达，也许最受欢迎；
但如果提前到6点，也许受欢迎程度反而下降。
因为列车员都会在到站前提前一个小时甚至两个小时整理旅客床铺，早上4点或5点起床大部分旅客不会太乐意的。
工厂也是如此，尤其在流水线生产的条件下更是如此。
我们需要解决的是整个流水线中的“瓶颈”工序。
只要提高了这个工序的生产能力，就能够提高整条生产线的生产能力，提高整个产品的生产能力，缩短制造周期，这是许多企业所期望的。
就国外现代金属加工企业调查的数据，数控加工中刀具本身在制造成本中所占的比例并不是很高，通常在2%～4%之间，高的会到7%左右。
但数控刀具对加工效率的影响却非常巨大。
一台几十万元的数控设备能否发挥应有的作用，常常取决于一把几元的刀具。
2.2降低数控刀具成本的方法
当某车间想从数控刀具采购方面实现成本节省时，很可能要考虑两个因素：
那就是数控加工中刀具寿命和刀具价格。
在对具有竞争性的同等数控刀具进行评价时，车间要考虑从每把刀具中可以获得多大的用途，以及对每一分钟或一小时切削，它要支付多高的成本。
2.2.1数控加工中提高切削能力对成本的影响
表2-1列出了这些数字，它们以百分比的方式表示每个零件的平均成本。
数控刀具的成本只占总成本的3%，这意味着数控加工中刀具寿命或价格方面的改善，只能提供很小的节省。
这些数字还说明了数控加工中刀具在哪些方面具有更大的节省潜力。
表2-1
可变成本
（仅在生产中发生的成本）
数控刀具
3%
工件材料
17%
固定成本
（所有时间都发生的成本）
机械
27%
劳动力
31%
厂房和管理
22%
表2-2中将这些数字用在三种不同的方法中用于降低成本。
比较时假定一批工件当前成本为10元/件，意味着数控刀具3%转化为0.3元，而工件材料的17%转化为1.7元等。
表2-2
改变前
情形A
省30%的
刀具费用
情形B
延长50%的
刀具寿命
情形C
提高20%的
切削速度
￥0.30
￥0.21
￥0.20
￥0.45
￥1.70
￥2.70
￥2.16
劳动力
￥3.10
￥2.48
厂房和管理
￥2.20
￥1.76
每件成本
￥10.00
￥9.91
￥9.90
￥8.55
节省百分比
1%
15%
情形A是车间在数控刀具价格方面赢得30%的减价。
但是，即使这么高的减价也仅转化为每个零件0.09元，节省比小于1%。
情形B将焦点放在数控刀具寿命上。
车间进行了比较实验，通过这种方式它找出了可以保证50%更长寿命的刀具。
但是这种节省产生的真正影响同样也很低。
每个工件所节省的微不足道的钱也只代表1%的成本节省。
现在来看看情形C，数控加工中刀具的变化使得切削速度可以提高20%。
尽管能够实现这么高转速的数控刀具价格要贵得多，但新刀具通过影响更大的费用开支源而证实了自己的价值。
随着提高转速，降低循环时间，从而提高了加工能力。
如果存在需要这种加工能力的作业，则对相应工件而言，分摊后的机床、劳动力以及管理成本均降低，从而使总成本节省达15%之多（该数字甚至不包括因改善生产时间而带来的其它好处）。
表2-2提供的比较不一定是对高切削速度有利的论据。
相反，它是节省时间的有利论据。
这里所提供的逻辑同样适合组合刀具—将多个步骤合并到一刀中，或者设计用于直接加工出光滑的表面，从而可以免除精加工步骤的刀具。
这种刀具可能要贵一些，但是，如果它可以节省时间并实现快速加工的话，则它可以实现很高的节省比例。
这个成本分析实例表明，减少30%的采购价格（指数控加工中刀具性能没有任何改变）或延长50%的数控刀具寿命（通常需要依赖刀具制造者的技术进步）都只能降低制造成本1%左右——因为数控加工中刀具总成本只是占到制造成本的4%，但如果提高20%的加工参数，大约可以降低15%的制造成本——虽然如果提高的是切削速度20%，刀具成本会提高50%，但因为加工周期缩短，总成本还是有大幅度的下降。
因此，从这点上说，在数控加工中，如何选择刀具，是否重视选择刀具的整体经济性，也许就关系着企业的生死存亡。
2.2.2数控加工中使用涂层刀具对成本的影响
数控加工中，各轴转通过降低刀具磨损，刀具涂层可以延长刀具的使用寿命，从而赢回投资成本。
对刀具涂层价值的这种说法已经得到了人们的理解。
但是，这种说法也不全面。
许多加工厂在刀具方面的花费不够高，因此无法仅在刀具寿命这一个方面来显示涂层刀具的价值。
不过，这些加工厂中依然可以从涂层刀具中受益。
数控加工中，刀具的成本受刀具寿命变化影响的一种开销源只代表总成本很少的一部分。
其它还有两个较大的开销源—加工时间和冷却液。
采用涂层可以降低这两项开支。
对于冷却液，刀具涂层可以消除这种开支。
涂层可以充当热屏障的作用，阻止大部分热量影响刀具本身的材料。
借助这种效应，通常使用某些涂层刀具时不用溢流冷却液。
数控加工中，用涂层刀具还可以加工得更快。
这种优点可能比简单地延长刀具寿命而不是提高转速更有价值。
在任何情况下，这三个因素—刀具寿命、冷却液的使用以及加工时间—加在一起将决定对于某个特定加工应用场合采用涂层刀具是否值得。
【参考文献】
[1]王平嶂主编.《机械制造工艺与刀具》.清华大学出版社.2005.3
[2]乐兑谦
主编.《金属切削刀具（第2版）》.机械工业出版社.2009.2
[3]徐宏海主编.《数控机床刀具及其应用》.化学工业出版社.2005.12
[4]陈云主编.《现代金属切削刀具实用技术》.化学工业出版社.2008.8
[5]赵鸿、于世超主编.《现代刀具与数控磨削技术》.机械工业出版社.2009.11
致谢
围绕刀具的选择及其经济性原则写毕业论文是一项综合性较强的任务。
它是对我三年来所学的有关机械类课程的一次彻底的检验！
经过四周，论文告捷，这也是对我机械设计方面的综合应用能力的总结，这次论文的成功，离不开我的团队，离开不开我们队合作拼搏的精神。
更离不开所有指导培养我们的老师。
至此，感谢三年来教过我的所有任课老师，你们的辛勤教学让我们学到了很多机械类的知识！
特别要感谢王琴老师，在您的耐心精心的指导下，我才能顺利完成了这次毕业设计！
这篇论文从选题到最终的完成，每一步都是在王老师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。
谨此，
向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
同时也要感谢与我合作的同学，没有你们就没有我的成功！
明天，我将更加努力！
升级会员 