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选择刀具需要考虑的因素 浏览:
文章来源:中国刀具信息网  添加人:阿刀   添加时间:2013-10-31
    选择最佳刀具是保证切削加工获得成功的一项关键工作,而且是一项需要反复进行的经常性工作,它直接影响到加工循环时间和加工车间的竞争力。
    一家典型的超市通常有48,750个存货单元(SKU),以及35种不同的豆类罐头。现在想象一下,一家大型刀具制造商的刀具产品,光是英制尺寸的品种规格就超过40,000个存货单元(就像超市的各种豆类罐头一样)。单从数量上看,与选择最佳刀具相比,挑选最佳豆类罐头简直就是小菜一碟!选择刀具就是要挑选出与加工机床相匹配,并能在最短的加工循环时间内,以最低的成本和最高的质量切削加工出零件特征的刀具。以下是选择金属切削刀具时需要考虑的一些主要因素。
    (1)最重要的刀具
    如果任何一种刀具停止工作,生产都会出现停顿。但这并不意味着,应该对每种刀具都予以同等关注。切削时间最长的刀具将对加工循环时间产生最大的影响,因此,在正常情况下,应该对这种刀具予以最大程度的重视。还需要额外关注那些切削加工重要零件特征和精度要求最高尺寸的刀具。此外,对那些最有可能产生不易控制切屑的刀具(如钻孔、切槽和加工螺纹的刀具),也需要给予更多重视,因为不理想的切屑容易造成加工停顿。
    (2)与加工机床相匹配
    刀具分为左手刀具和右手刀具,因此,正确选择刀具的左右手非常重要。通常,右手刀具适用于主轴逆时针运转的机床,而左手刀具适合主轴顺时针运转的机床。如果你有几台车床——其中一些使用左手刀具,另一些既能使用右手刀具,也能使用左手刀具——则应选用左手刀具。对于铣刀,人们大都倾向于选用悬伸量较大的刀具。虽然大悬伸量铣刀可以覆盖更大的零件加工范围,但这种选择会降低刀具的刚性,增大刀具挠曲变形,降低切削速度,并更容易发生颤振。还要注意,机床的换刀机械手对刀具的尺寸和重量有一定的限制。如果你选择冷却液通过主轴的内冷却加工机床,则应选用同样具有内冷却功能的刀具。
    (3)与工件材料相匹配
    被加工材料以碳钢居多,因此,大部分刀具都是为了更好加工碳钢而设计的。刀具牌号的选择取决于被切削材料。对于各种非钢铁材料——如高温合金、钛合金、铝合金、复合材料、塑料、纯金属等——刀具制造商设计制造了系列刀具夹头和配套的刀片几何形状。如果要切削加工这些材料,就要了解为加工这些材料而专门设计的刀具的相关信息。
    (4)刀具的大小
    选择刀具时常犯的错误是:所选的车刀太小、铣刀太大。大尺寸车刀的刚性更好;而大尺寸铣刀的价格更昂贵,并要将更多时间花在空切上。一般而言,刀具尺寸越大,其成本也越高。
    (5)选择可转位刀具还是可重磨刀具
    对于这个问题,答案很简单:尽量避免刃磨刀具。除了某些钻头、立铣刀等少数例外,应该选用刀片式或可转位刀具(在有供货的情况下)。与可重磨刀具相比,可转位刀具可以节省劳动力成本,并获得更可靠、更一致的加工结果。
    (6)刀具材料与牌号
    刀具材料和牌号的选择与工件材料以及机床的速度和进给率限制密切相关。对于某一类工件材料,应选择通用性最好的刀具牌号(极有可能是某种涂层牌号)。可以利用刀具制造商编制的牌号选择图表。一种常见的错误是利用某种牌号对照图表来解决刀具寿命问题。如果你所用的刀具寿命不理想,而你又选择与其最相似的牌号,可能会获得同样糟糕的加工结果。解决刀具寿命问题需要关注其失效模式。
    (7)功率要求
    指导原则是“物尽其用”。如果你购买了一台20马力的机床,就应该选择需要使用其有效功率80%的刀具和切削参数(在工件和夹具允许的情况下)。尤其要注意机床用户手册中的功率/转速表。选择为在该机床的有效功率范围内实现最佳切削而设计的刀具。
    (8)切削刃的数目
    对这个问题的回答是“多多益善”。通常,将车刀切削刃的数目增加一倍,其成本增加却不到一倍。在过去十年中,切槽、切断刀片和某些铣刀片的设计有了很大改进,每个刀片上的切削刃数目翻了一番。用具有多达16个切削刃的新型铣刀片取代只有4个切削刃的传统铣刀片的情况屡见不鲜。有效刀齿的数目对机床工作台的进给速度和生产率具有直接的影响。
    (9)选择单件式设计还是模块化结构
    小型刀具最适合采用单件式设计,而较大的刀具则更适合选择模块化设计。当较大的刀具失效时,用户希望需要更换的部件是比较小、最便宜的部件,对于切槽和镗削刀具尤其如此。
    (10)选择单一用途刀具还是多功能刀具
    一般来说,工件批量越小,越适合用多功能复合刀具加工。例如,一把复合刀具能够完成钻孔、车削、镗孔、螺纹加工、倒棱等多种切削功能。此外,工件越复杂,越适合采用多功能刀具加工。一台机床只有在刀具切削时才能创造效益,因此应尽量减少换刀等辅助工时。
    (11)选择标准刀具还是专用刀具
    随着数控加工的普及,人们普遍认为,零件的形状可以通过加工编程——而不是刀具设计——来实现,这意味着专用刀具的使用会越来越少。然而,如今仍然有大约15%的大批量加工刀具是专用刀具。其原因在于,专用刀具能达到精确的尺寸要求、减少工序和节省加工时间。如果你需要大批量加工零件,可以考虑专用刀具在缩短加工循环时间上具有的潜在优势。随着按需定制生产技术的发展,标准刀具与专用刀具在刀具成本和交货期上的差距正在逐步缩小。
    (12)切屑控制
    必须牢记,你的目的是制造零件,而不是生产切屑。显然,切屑可以反映刀具的切削状态,但一般而言,人们往往对切屑存在一种偏见,因为大多数人都没有受过解读切屑的训练。应该重视这样一条准则:“好”切屑不会干扰加工,而“坏”切屑则会干扰加工。切削刀片上都有根据进给率——从轻载精加工到重载粗加工——而设计的断屑槽和卷屑台。切屑越小,断屑就越困难。加工韧性好的工件材料时,切屑控制比较困难。虽然你无法改变材料的特性,但你可以改变所选的刀具、切削速度、进给量、切削深度、刀尖圆弧半径等。
    (13)加工编程
    一旦确定了刀具、工件和CNC数控机床,就需要定义刀具路径。如果你了解机床编码的基本方法,并有先进的CAM软件包,编制刀具路径并不困难。编程时,必须考虑刀具的特点(如斜坡角度、切削方向、进给量和切削速度)。对于每种金属切削刀具,都有可以缩短加工循环时间、改进切屑控制和减小切削力的各种编程技巧。采用先进的CAM软件包可以大幅减少编程工作量和提高编程效率。
    (14)选择新式的创新刀具还是商品化的成熟刀具
    按照目前的进展速度,切削刀具的生产率大约每过十年就要翻一番。如果你考察一下十年前的刀具使用建议,就会发现,现在的刀具切除切屑的速度提高了一倍,而消耗的功率减少了30%。新型刀具大多是用强度和韧性更好的硬质合金牌号制成,可以采用更高的切削速度,产生的切削力更小。新型刀具上有更高效的断屑槽,刀片牌号对加工类型的敏感性较低,具有更好的通用性。新型刀具正越来越多功能化和模块化——这两种趋势有利于降低库存需求和拓展加工能力。为一些新的加工方法——如插车、大进给铣削、高速切削、最小量润滑(MQL)、硬车削等——开发的刀具层出不穷。基于这些原因和其他一些理由,你需要与时俱进,采用最佳做法,跟上刀具技术的最新进展,否则你就有过时落伍的危险。
    (15)刀具价格
    刀具的价格固然重要,但却远远没有刀具的加工成本重要。价格是你为刀具本身付的钱,而刀具的真实成本是其生产率的函数。价格最便宜的刀具往往也是加工成本最高的刀具。刀具价格通常仅占零件加工总成本的3%。因此,应主要关注刀具的生产率,而不是其采购价格。
    (16)现场技术支持
    在美国,大约有4,000名训练有素的工厂刀具专家。他们可以访问数以百计的加工车间,帮助加工人员在不同的材料与机床组合中高效加工各种零件。切削加工正在成为一门精确的科学,但却无法完全取代经验的作用。作为销售刀具的附加条件,刀具专家的服务是免费的,他们甚至可能会提供刀具,免费进行切削试验。一位经验丰富的工厂刀具专家能够对用户选择刀具提供最佳的、往往具有指导性的帮助。
    每种金属切削加工都有其自身独特的挑战,在选择刀具的过程中,必须仔细予以考虑。由于即使在同一个刀具品牌中,也可以有多种不同的刀具选择方案,因此,有时选刀可能是一项棘手的任务。为了协助用户选择刀具,一些刀具制造商提供了各种形式的辅助措施,如按颜色编码的产品包装、选刀图表、加工技术指南,以及基于计算机的选刀软件程序。
    选择刀具时,切记要从所有可能的备选方案中进行筛选,不要将选择范围只局限于那些自己熟悉的刀具。要做到这一点,就需要不断拓展对新型刀具的相关知识,尽可能广泛地了解各种刀具信息。为了使自己与时俱进,你可以与刀具制造商或经销商代表保持联系、索取最新的刀具样本或产品光盘、参观与刀具相关的展览会、阅读行业杂志、参加刀具技术培训班和研讨会、经常访问刀具制造商的企业网站、订阅刀具制造商的社交网络、关于刀具的微博新闻和博客文章等。