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模具數控加工中的（de）刀具選擇優化係統

2020-10-10 來源：天津航空（kōng）機電有限公司工具車間作者：劉（liú）銷斌

摘要：本文分析如何在數控機（jī）床加工模具時（shí）選擇刀具，研究（jiū）了刀具選（xuǎn）擇係統，幫助（zhù）加工時做好刀具的選擇。首先研究了刀具選擇的原則，然（rán）後根據不（bú）同的需要分（fèn）析係統如何選擇刀具。

關鍵詞：模具；數控加工；刀具（jù）；選擇和優（yōu）化

模具的數控加工當中，如何選擇刀具是一個重要的因素，為了能夠提升加工的效率，就需要對刀（dāo）具的選擇做好優化。為（wéi）此，需要明確刀（dāo）具選擇的原則，並（bìng）且結合實際需要選擇合適的刀具進行加工。

1、模具加工刀（dāo）具的選擇原則

模具加（jiā）工的要點在於對（duì）於模具型腔（qiāng）的加工，在工藝上會（huì）配合粗加工、半精加工、精加工的結合，利用（yòng）數控銑削的加工方法。加工時，需要去掉多餘的金屬，所以一般會選擇大尺寸的刀具[1]。但是（shì），並不能盲目增加（jiā）刀具的尺寸，在刀具尺寸過大的時候，就會讓未加工體（tǐ）積（jī）增大，之後的精（jīng）加工就會（huì）難以進（jìn）行。很多加工工作都需要在精加工之前再進行（háng）一次半精加工，除去粗加工（gōng）留下的台階。

在（zài）進行刀具的選擇時，數控加工刀具會在數控編程和人機（jī）交互的情況下進（jìn）行，所以要（yào）結合模具的材料、材（cái）料的（de）結構、尺寸、模具的曲率和結構，以及加（jiā）工的工藝等因素來合理的選擇刀具。平端立銑刀、圓角（jiǎo）立銑刀、球頭銑刀和錐度（dù）銑刀是銑削加工中（zhōng）的常用刀具，選擇哪種銑刀類型決定於所加（jiā）工（gōng）模具的（de）幾何形狀、加工工（gōng）序和模具的型腔等等。

其次，不同的（de）加工步驟會有不同的工藝需求，所以也會選擇（zé）不同刀具[2]。例如為了加（jiā）工粗加工的加工效率，一般都會選擇大直徑的平頭（tóu）銑刀。但是精加工的時候，為了保證（zhèng）技工（gōng）精度，就會選擇圓頭（tóu）銑刀。

而模具有一（yī）定的（de）斜坡時，會使用成型銑刀。不同形狀的刀具在工作時受（shòu）到的損害也會明顯不同，所以不同（tóng）類型的刀（dāo）具的使用壽命都不一（yī）樣，在銑削的（de）工作當中，對銑刀（dāo）的磨損都是在（zài）後刀麵上，所（suǒ）以在選擇刀具的（de）時候要檢查刀具的磨損情況，並且加工的時候增加較大的後角以便能夠降低磨（mó）損。

所（suǒ）以，刀具的（de）選擇首先需（xū）要考慮刀具是否能（néng）夠符合加工的實際要求，並且可以進行調整，以便獲得更高的加工（gōng）精度（dù），並且保證刀具的（de）壽命。為了（le）避免由於整體（tǐ）剛度不足導致加工精（jīng）度降低，就需（xū）要縮短（duǎn）刀柄，讓（ràng）結構的整體剛（gāng）性太高。

2、計算機輔助刀具的選擇係統

計算機（jī）輔助刀（dāo）具選擇係統簡稱為（wéi） CATS 係統（tǒng），該係統能夠（gòu）結合模具的幾何形狀來選擇（zé）合（hé）適的刀具，實際工作中，會給用戶一些刀具選擇建議（yì），讓（ràng）用戶能（néng）夠（gòu）快速（sù）地選擇最合適的刀具，提高加工的水平和效益。

2.1 CATS 係統的基本（běn）結構

係統在選擇刀具（jù）的時候，會利用（yòng） CAD 圖紙來進行分析，通過向係統（tǒng）束縛 CAD 模型，係統能夠對刀具（jù）的規格、主軸轉速、刀具類型的選擇、加工時間等參數進行分（fèn）析（xī）[3]。之後，會形成對刀具選擇的建議，包括粗加工、半精加工和精加（jiā）工三個不（bú）同階段對（duì）刀具的選（xuǎn）擇。

模具的（de）生產工作中，粗加（jiā）工工作會占據加工的絕大多數時間，所以能夠對粗（cū）加工的刀具選擇做好優化，能夠讓加工係統獲得極高加工效率。此，係統可以根據需要來進行刀具類型的選擇，並且合理選擇刀具的尺寸，並且控製加工的時間。每次決策之後的結果也會保（bǎo）留在數據庫當中，以知識的形式幫助（zhù）後續的（de）使用。

2.2 粗加工刀具（jù）的組合的優化

型腔的粗加工就是要去掉多餘的金屬，在這個階段一般都會選擇平頭銑刀，加工（gōng）的時候一般采用（yòng）層切的方法，所以（yǐ）針對模具的三維加工，就（jiù）變成了 2.5D 技工。在進行（háng）刀具組合的（de）優化時，就要立足於 2.5D 加工的需求對來尋找（zhǎo）刀具的組（zǔ）合，拖過合理的優化找到最合適的方法，提高削切的效率。

為此，首先需要根據一定長度來對確定進刀方向，搜索麵會和型腔的實體相交（jiāo），這樣才能夠形成搜索層，然後根據搜索層進行輪廓的（de）計算。加工過程中會有大量的內外環，必須要計算好內外環之間的距離，並且做好對刀具（jù）的幾何約束。之後，對搜索層進行合並，並且確定加工平麵可以使（shǐ）用的刀具，從而確定最後（hòu）的加工層。每一層可能會使用不同（tóng）的刀具，這樣就完成餓了刀具的組合（hé）。

根據加工參數和刀具的參數來對銑削速度和進給速度進行計算，並且獲得粗加工之後材料的去除率。為了（le）進一步優化，需要計算整個加（jiā）工過程需要的整體時間，並（bìng）且精確計算每個加工層需要的時間，並且獲得加（jiā）工之後模具的殘餘體積。實際加工工作當中，可能並不會直接獲得最合理的刀具組合，所以往往需要進行多次刀具組合的選擇，才能夠獲得（dé）最合理的組合方法。

2.3 刀具類（lèi）型的選（xuǎn）擇

由於模具的形狀很多，尤其是一些模具會有十分複雜的幾何（hé）形狀，在選擇刀具的時候，需要根據模型數控加工實踐（jiàn）經（jīng）驗先（xiān）縮（suō）小選擇的範圍，係統在構建的時候，需要進行調查，通過問卷獲取工人的經驗。通常會選擇平頭銑刀、圓角銑刀和球頭銑刀三（sān）種類型。何選擇刀具的類型和數控（kòng）機床的加工工序和模具型腔（qiāng）的幾何（hé）形狀有（yǒu）很大關係。

例如粗加工中選擇平頭（tóu）銑刀就是為了提高加工效（xiào）率，而進入精加工的時（shí）候，利用平頭銑刀能夠保證將的（de）質量。除了形狀，還可以根據刀具的形式（shì）分為整體式和鑲片式。如使用鑲片式的刀具，在選擇刀具的時（shí）候要點在（zài）於針對刀具材質的選擇，為此，必須要充分研究（jiū）被加工模具（jù）的材料、機床的（de）穩定性，並且要分析懸臂的工作狀態是否和刀具的材質（zhì）相（xiàng）匹配[5]。為此，係統需要將機床的夾具穩定性（xìng）進行分級，分為穩定（dìng）、不太（tài）穩定和不穩定三種；針對（duì）不同材質的金屬，也根據金屬的特性進行參數化的表示（shì）。然後（hòu）在加工時，根據所加工模具的形（xíng）狀，選（xuǎn）擇相應的鑲片式刀具。

2.4 感覺模具的結構選擇刀具

模具是決定刀具選擇（zé）的重（chóng）要因素，為此，刀具的選擇需（xū）要和模具的尺寸和結構相匹配。汽車是的衝壓模具一般尺寸都（dōu）比較小（xiǎo），但是注塑模具的尺寸相對很小。模具的內部結（jié）構相對（duì）比較複雜，擁有多個不同的曲麵，所以在加工的時（shí）候，必（bì）須要使用不同的刀具以適應不同的加工要求。如果刀具的尺寸很小，就意味著加工路徑（jìng）會（huì）非（fēi）常長，這樣加工的效率會明顯降低，而且對刀具的磨損也會非常嚴重。

為此，無論（lùn）是進行粗（cū）加工還是細加工，都需要選擇大尺寸的刀具，但前提是要能夠保證加工的（de）質量。為此，在進行平麵零件（jiàn）周邊輪廓加工的時候，可以選擇立銑刀，之後對平麵進行銑削（xuē）的時候，要利用硬質合金刀片銑（xǐ）刀，在對凹（āo）槽加工的時候選擇高速銑刀。

2.5 根據模具的曲麵選擇刀具

在對模具進行曲麵加工的時候（hòu），有些模具的表麵曲率變化（huà）會很大，如果使用球（qiú）頭（tóu）銑刀，由於其尖補並（bìng）沒（méi）有銑削速度，為了保證加工的精度，一般都會設計很密集的銑削距離（lí），以便實（shí）現精加工的需要。但是，如果曲率比較大的時候，半精加工和精加工的工作餘量會（huì）非常大，尤其是在模具的棱角處往往會有巨大的切削負荷，就會導致刀具出現損（sǔn）壞[6]。

所（suǒ）以，在進行刀具的選擇之前，需要是首先分析模具曲麵的（de）複雜程度，如（rú）果發現曲率的變（biàn）化很多，存在很（hěn）多曲率不同的曲麵，係統就需要選（xuǎn）擇大直徑的平頭銑刀或者圓角銑刀。對於圓（yuán）角（jiǎo）處的（de）加工工作，可以選擇鈑金小於拐角處圓角直徑的銑（xǐ）刀，並（bìng）且根據彌補圓（yuán）弧（hú）的策略進行加工。

3、結束語

模具的加工工作需（xū）要合理的（de）進（jìn）行刀具的選擇，通過計算機進行分析能夠在短時間之（zhī）內了解模具的特點，從而（ér）選擇出最合適的刀具。係統的設計首先需要充分利用工人的經驗，並且（qiě）分（fèn）析模（mó）具的幾何特點，然後進行效率的分析，以便（biàn）能夠做好刀具的選擇。

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