龍門CNC加工以其大行程、高剛性、高功率的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于大型模具、航空航天結(jié)構(gòu)件、能源設(shè)備、重型機(jī)械等領(lǐng)域的加工。因此,其刀具選擇也圍繞著 “高效去除大量材料” 和 “保證大型工件精度” 這兩個核心目標(biāo)。
以下是一個系統(tǒng)性的選擇指南,涵蓋了原則、類型、參數(shù)和具體建議。
一、 核心選擇原則
剛性第一:龍門機(jī)床本身剛性極好,意味著它能承受巨大的切削力。因此,刀具(尤其是刀柄和刀具本身)的剛性必須與之匹配,避免振動,保護(hù)機(jī)床主軸和刀具。
安全性至上:加工大型工件時,一旦發(fā)生斷刀或刀具飛出,后果非常嚴(yán)重。必須選擇質(zhì)量可靠、夾持穩(wěn)固的刀具和刀柄。
追求高效率:龍門機(jī)床開機(jī)成本高,應(yīng)盡可能提高金屬去除率(MRR)。這意味著優(yōu)先選擇大直徑、多齒數(shù)、可進(jìn)行大切深(Ap)和大切寬(Ae)的刀具。
考慮可達(dá)性:大型工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,常有深腔、陡壁、窄縫等特征。需要備有長刃、加長桿、小直徑刀具來解決干涉問題。
經(jīng)濟(jì)性:在滿足加工要求的前提下,綜合考慮刀具成本。對于粗加工,高強(qiáng)度、可重磨的國產(chǎn)刀具可能更經(jīng)濟(jì);對于精加工,高性能的國際品牌刀具可能更劃算。
二、 刀具類型與選用場景
1. 粗加工刀具(大量去除材料)
玉米銑刀(粗皮銑刀):
特點(diǎn):刀片上有多個切削刃,呈不規(guī)則分布,能有效斷屑并減少切削振動。
適用:鋼件、鑄鐵、不銹鋼等材料的型腔、平面的大余量粗加工。是龍門銑粗加工的首選利器。
面銑刀(大直徑):
特點(diǎn):直徑大(φ50mm - φ200+ mm),齒數(shù)多,主軸功率利用率高。
適用:大平面的高效粗加工和半精加工。選擇帶有修光刃的刀片還能獲得較好的表面質(zhì)量。
波刃銑刀/快進(jìn)給銑刀:
特點(diǎn):采用小主偏角(通常45°或更小),允許極高的每齒進(jìn)給量(fz),軸向切深小,徑向切深大。
適用:在功率受限時仍能實(shí)現(xiàn)極高的金屬去除率,尤其適合窄而深的型腔側(cè)壁和底面的高效粗加工。
2. 精加工刀具(保證尺寸與光潔度)
整體硬質(zhì)合金立銑刀:
特點(diǎn):剛性好,精度高,刃口鋒利。有4刃、6刃等設(shè)計。
適用:中小型工件的精加工、清角、輪廓加工。對于高硬度材料(>HRC50)的精密加工不可或缺。
可轉(zhuǎn)位立銑刀(方肩銑刀):
特點(diǎn):帶有可轉(zhuǎn)位刀片,經(jīng)濟(jì)性好。90°主偏角可實(shí)現(xiàn)真正的直角方肩。
適用:大型工件側(cè)壁、臺階面的半精加工和精加工。選擇精密級的刀片和刀體可以獲得接近整體合金刀的精度。
球頭銑刀:
特點(diǎn):刃端為半球形。
適用:模具、葉片等所有復(fù)雜三維曲面的精加工。
圓鼻銑刀(牛鼻刀):
特點(diǎn):刃端帶有圓角,兼具立銑刀的平面加工能力和球頭刀的一些特性。
適用:平面與曲面接壤區(qū)域的加工,強(qiáng)度比球頭刀高,是半精加工的主力。
3. 孔加工刀具
U鉆(淺孔鉆):
特點(diǎn):內(nèi)部冷卻,效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)麻花鉆,無需預(yù)鉆中心孔。
適用:φ12mm以上的孔高效加工,是龍門CNC鉆孔的首選。
銑鉆:
特點(diǎn):可以用銑削的方式鉆定心孔、鉆斜面孔、擴(kuò)孔、銑沉孔。
適用:工序集中,減少換刀次數(shù),提高效率。
精鏜刀:
特點(diǎn):直徑可微調(diào),精度高(IT7-IT6)。
適用:高精度孔的最后精加工。
4. 專用刀具
T型槽銑刀:加工T型槽。
套式立銑刀:超大直徑平面加工,節(jié)省成本。
加長桿/延長桿:解決深腔、深壁的干涉問題,但會降低剛性,需調(diào)整參數(shù)。
三、 刀柄系統(tǒng)的選擇(至關(guān)重要!)
龍門機(jī)床的高剛性必須通過高剛性的刀柄來傳遞到切削點(diǎn)。
強(qiáng)力銑夾頭:通用性強(qiáng),但剛性最差,只適合小直徑刀具的精加工。
側(cè)固式刀柄:剛性極好,主要用于粗加工U鉆、大直徑玉米銑刀等,靠側(cè)面的螺釘直接鎖緊刀桿。
熱縮刀柄:
首選推薦。通過熱脹冷縮原理夾持刀具,同心度極高(<3μm),剛性傳遞最好,振動小,是高速、高精度加工的理想選擇。
液壓刀柄:
夾持精度高,減振效果好,特別適合長懸伸加工,能有效抑制振動。
面銑刀桿:專門用于安裝面銑刀盤。
結(jié)論:對于龍門CNC,應(yīng)優(yōu)先選擇熱縮刀柄和液壓刀柄,以充分發(fā)揮機(jī)床性能。
四、 切削參數(shù)的一般性建議
粗加工:低轉(zhuǎn)速、大切深、大進(jìn)給。目標(biāo)是單位時間內(nèi)切除最大體積的金屬。
示例(45#鋼): Ap=5-15mm, Ae=30-70%D(刀具直徑), Vc=100-150m/min, fz=0.1-0.3mm/z。
精加工:高轉(zhuǎn)速、小吃深、小吃寬、合適的進(jìn)給。目標(biāo)是獲得高精度和良好表面質(zhì)量。
示例(45#鋼): Ap=0.1-0.5mm, Ae=0.1-0.5mm, Vc=150-250m/min, fz=0.05-0.15mm/z。
注意:具體參數(shù)必須參考刀具供應(yīng)商提供的推薦值,并結(jié)合工件材料、機(jī)床狀態(tài)和冷卻方式(強(qiáng)烈建議使用內(nèi)冷)進(jìn)行調(diào)整。
五、 總結(jié)與流程建議
分析工件:材料?幾何特征?加工階段(粗/精)?精度和光潔度要求?
確定策略:如何最高效地去除余量?用什么刀具開粗?用什么刀具清角?用什么刀具精修?
選擇刀具類型:根據(jù)策略選擇玉米銑刀、面銑刀、球頭刀等。
選擇刀柄:根據(jù)刀具類型和加工要求(精度、懸伸)選擇熱縮或液壓刀柄。
設(shè)定參數(shù):參考刀具手冊,從保守參數(shù)開始試切,逐步優(yōu)化至最佳狀態(tài)。
建立刀具庫:將驗(yàn)證好的刀具、刀柄、參數(shù)錄入機(jī)床數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理,提高編程和加工效率。
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