夾具、刀具的選擇及切削用量的確定

一、夾具的選擇、工件裝夾方法的確定
1．夾具的選擇
　　數控加工對夾具主要有兩大要求：一是夾具應具有足夠的精度和剛度；二是夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通常考慮以下幾點：
1）盡量選用可調整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產準備時間。
2）在成批生產時才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。
3）裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。
4）夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。
2．夾具的類型
　　數控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在帶可調卡爪的卡盤（三爪、四爪）中，由卡盤傳動旋轉；另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾架頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉。
　　數控銑床上的夾具，一般安裝在工作臺上，其形式根據被加工工件的特點可多種多樣。如：通用臺虎鉗、數控分度轉臺等。
3．零件的安裝
　　數控機床上零件的安裝方法與普通機床一樣，要合理選擇定位基準和夾緊方案，注意以下兩點：
1）力求設計、工藝與編程計算的基準統一，這樣有利于編程時數值計算的簡便性和精確性。
2）盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。
二、刀具的選擇及對刀點、換刀點的設置
1．刀具的選擇
　　與普通機床加工方法相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要剛性好、精度高，而且要求尺寸穩定，耐用度高，斷屑和排屑性能好；同時要求安裝調整方便，這樣來滿足數控機床高效率的要求。數控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細粒度硬質合金）并使用可轉位刀片。（1）車削用刀具及其選擇? 數控車削常用的車刀一般分尖形車刀、圓弧形車刀以及成型車刀三類。
1）尖形車刀? 尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構成，如90°內外圓車刀、左右端面車刀、切槽（切斷）車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。
　　尖形車刀幾何參數（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點（如加工路線、加工干涉等）進行全面的考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。
2）圓弧形車刀? 圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特征的車刀。該車刀圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，應此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。
　　圓弧形車刀可以用于車削內外表面，特別適合于車削各種光滑連接（凹形）的成型面。選擇車刀圓弧半徑時應考慮兩點：一是車刀切削刃的圓弧半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發生加工干涉；二是該半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。
3）成型車刀? 成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。
　　數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。
（2）銑削用刀具及其選擇? 數控加工中，銑削平面零件內外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關參數的經驗數據如下：
1）銑刀半徑R_D應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑R_min，一般取R_D=(0.8～0.9)R_min
2）零件的加工高度H≤（1/4-1/6）R_D，以保證刀具有足夠的剛度。

3）粗加工內輪廓時，銑刀最大直徑D可按下式計算（參見圖2-10）：

式中
D₁——輪廓的最小凹圓角半徑；
Δ——圓角鄰邊夾角等分線上的精加工余量；
Δ₁——精加工余量；
j——圓角兩鄰邊的最小夾角。

4）用平底立銑刀銑削內槽底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑R_e=R-r,如圖2-11 所示，即直徑為d=2 R_e=2（R-r）,編程時取刀具半徑為R_e=0.95（R-r）。
　　對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。如圖2-12所示。
（3）標準化刀具? 目前，數控機床上大多使用系列化、標準化刀具，對可轉位機夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號；對于加工中心及有自動換刀裝置的機床，刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規定，如錐柄刀具系統的標準代號為TSG—JT，直柄刀具系統的標準代號為DSG—JZ。
　　此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數據，并由操作者將這些數據輸入數據系統，經程序調用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。
2．對刀點、換刀點的設置
　　工件裝夾方式在機床確定后，通過確定工件原點來確定了工件坐標系，加工程序中的各運動軸代碼控制刀具作相對位移。例如：某程序開始第一個程序段為N0010 G90 G00 X100 Z20 ，是指刀具快速移動到工件坐標下 X=100mm Z=20mm處。究竟刀具從什么位置開始移動到上述位置呢？所以在程序執行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執行時刀具相對于工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。
　　在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是：
1）便于數值處理和簡化程序編制。
2）易于找正并在加工過程中便于檢查。
3）引起的加工誤差小。
　　對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上。例：以外圓或孔定位零件，可以取外圓或孔的中心與端面的交點作為對刀點。
　　實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心；平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點；球頭銑刀是球頭的球心，鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。
　　加工過程中需要換刀時，應規定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。
三、切削用量的確定
　　數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；并充分發揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。
1．主軸轉速的確定
　　主軸轉速應根據允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。其計算公式為：

n=1000v/πD

式中
?v----切削速度，單位為m/min，由刀具的耐用度決定；
n-- -主軸轉速，單位為 r/min；
D----工件直徑或刀具直徑，單位為mm。
　　計算的主軸轉速n最后要根據機床說明書選取機床有的或較接近的轉速。
2．進給速度的確定
　　進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。
　　確定進給速度的原則：
1）當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100～200mm/min范圍內選取。
2）在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20～50mm/min范圍內選取。
3）當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20～50mm/min范圍內選取。
4）刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設定該機床數控系統設定的最高進給速度。
3．背吃刀量確定
　　背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工余量，一般0.2～0.5mm。
　　總之，切削用量的具體數值應根據機床性能、相關的手冊并結合實際經驗用類比方法確定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。