【论文】刀具安装偏差对数控车削加工精度的影响_百度文库
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刀具安装偏差对数控车削加工精度的影响
对​刀​具​安​装​偏​差​产​生​的​原​因​及​影​响​进​行​了​定​量​分​析​,​并​提​出​了​在​出​现​刀​尖​未​能​等​高​于​主​轴​回​转​中​心​的​情​况​下​如​何​解​决​该​偏​差​问​题​的​办​法​,​对​实​际​生​产​有​较​大​的​指​导​意​义​。
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浅析影响刀具刃磨几何精度的因素
作者：admin&&浏览：512 次 &&发布时间：
金属切削刀具的刃磨既是刀具制造过程中的最后一道工序，也是刀具重磨最关键的一道工序。刀具的刃磨决定了刀具切削部分的形状及其几何精度，是保证刀具切削性能和产品质量的关键。随着制造技术的发展和生产效率的提高，对刀具刃磨精度的要求越来越高；同时，国外先进刀具加工设备的不断引进也使刀具刃磨的自动化水平迅速提高。笔者根据我厂引进德国Saacke 公司五轴联动自动工具磨床修磨生产线刀具的工作实践，对影响刀具刃磨精度的因素作如下分析。
1 机床精度对刀具刃磨精度的影响
德国Saacke公司生产的五轴联动工具磨床拥有X、Y、Z三维坐标轴和A、B两个旋转轴(见图1)。X、Y、Z三维坐标轴的精度为0.001mm，A、B轴的旋转精度可达到0.001°。A轴(主轴)可夹持刀具进行360°旋转，分度精度±20"，主轴锥度ISO 50，最大转速为40r/min。B轴可旋转300°，装有三个砂轮轴，砂轮轴转速可达转/分。该机床为五坐标联动，可在一次装卡后完成被刃磨刀具各个角度(前角、后角、螺旋槽等)的加工或修磨，适用于刃磨各种钻头(如枪钻、阶梯钻等)、铣刀、锪刀以及铰刀类产品。
Saacke五轴工具磨床的驱动部分采用德国西门子系统，CNC数控部分采用法国NUM1600系统，刃磨软件包由瑞士NUMROTO 提供，其探测系统可测量装卡后的刀具长度、直径、刀齿的初始位置、刀齿分度及刀槽螺旋角，并利用CNC反馈给计算机进行精确计算后自动输入刀具刃磨程序，确保刀具的刃磨精度。自动工具磨床上配有自动探测装置，其测头的灵敏度和安装精度直接影响刃磨的几何精度(刃磨时探测精度一般设为0.001～0.002mm)，可以说自动探测装置既是自动刃磨的基础又是刀具刃磨的关键。Saacke 公司五轴联动自动工具磨床的高精度可满足多种刀具的制造和重磨的精度要求。
2 砂轮的安装精度对刀具几何精度的影响
在程序软件包的砂轮数据库中，砂轮安装精度的确定要靠测量后人工输入数据库，因此，砂轮轴的法兰长度、砂轮直径以及砂轮角度测量的准确性都是影响刀具刃磨几何精度的因素。
法兰长度测量不准确
在更换程序或更换砂轮轴前必须准确测量砂轮轴的法兰面至砂轮磨削侧面的法兰长度La或Lb(见图2，a、b分别为砂轮磨削中所用的不同点或面)。法兰长度测量不准确有可能导致：刀刃刃带宽度与要求不符；刀具断屑槽位置出错；阶梯钻阶梯长度不符合要求；刀具后角位置出现错误等。
砂轮直径测量不准确
砂轮直径D(见图2)测量不准或程序输入错误时有可能造成：刀刃刃带宽度与要求不符；刃倾角错误；刀槽形状及其深度与要求不符；阶梯钻阶梯部分出台(阶梯部分不清根)。
砂轮角度测量或输入不准确
砂轮角度R(见图2)测量或输入不准确时有可能造成：刀刃刃带宽度及角度与要求不符；刀具断屑槽位置或角度错误；阶梯钻阶梯面角度不符合要求；刀具后角位置或角度发生错误；刀槽形状与要求不符。
3 砂轮磨损对刀具刃磨精度的影响
任何磨床都存在砂轮的磨损问题，磨损的砂轮将严重影响被刃磨刀具的精度。由于自动工具磨床的加工对象是几十种甚至上百种不同品种规格的刀具，各种刀具又有其复杂的特性，自动工具磨床不可能象自动专用磨床一样安装砂轮自动探测补偿装置，因此给程序编制人员和操作者带来了具有挑战性的问题―――及时测量砂轮、修改程序，或使用软件包中的程序补偿功能随时进行补偿，以降低砂轮磨损对刀具刃磨精度的影响程度。另外，应经常检验所修磨刀具的形状及其几何精度是否符合设计要求，以便及时对砂轮进行适当修整直至更换砂轮。刃磨时砂轮的磨损主要有以下方式：
砂轮直径磨损
砂轮直径磨损后同砂轮直径测量不准确一样，将可能使被修磨刀具出现以下问题：钻头类刀具刃带增大；刃倾角错误；刀槽形状与要求不符，深度不够；阶梯钻阶梯部分出台(阶梯部分不清根)。
砂轮角度磨损
砂轮的角度磨损与尖角R加大相类似，但又有所不同(见图3)。通常圆角R是在半径上均匀加大，而砂轮圆角磨损一般是单侧磨损，因此，造成的修磨误差也会有所不同。继续使用角度磨损的砂轮有可能造成：钻头类刀具横刃部分出刺；刀具断屑槽位置或角度错误；阶梯钻阶梯部分出台或圆角R(阶梯部分)不清根；刀具后角或角度错误；刀槽形状与要求不符，深度不够等等。
4 控制程序的编制和补偿对刀具修磨精度的影响
长期的刃磨实践证明，由于刀具的各个空间角度非常复杂，机床软件包的设计是否先进、合理是保证自动工具磨床刃磨精度的关键，它既决定了可刃磨刀具的种类和规格，又决定了程序编制的难易程度和可开发性。
程序编制对刀具修磨精度的影响
在软件包的设计中，由于制造厂家对程序的专用性和开放性的要求不同，程序编制的难易程度也不同。在编制程序时，除了要有相关的刀具专业知识(如各种刀具的切削原理、切削性能等)外，还要有一定的刀具刃磨经验。此外，软件的水平也限制和决定了刀具的刃磨范围和刃磨几何精度。例如：我们使用的枪钻软件属专用性很强的软件，它只限于刃磨单刃枪钻。由于其可操作性好，因此编程比较容易，只需输入枪钻直径、探针纵向探测位置、刃带宽度、刃带后角等切削参数就可完成一种枪钻的刃磨程序编制工作。
而TE软件包则是一个相对较大的钻头类程序软件，用它可以编制不同钻尖的钻头刃磨程序，如普通双刃钻头、S刃钻尖钻头、四面刃钻尖钻头、六面刃钻尖钻头、中心钻及各种阶梯钻头等。在编制程序时，除了要选择钻尖形状外，还需输入钻头直径、探针的纵向探测位置、钻尖各个面及各个空间角度、阶梯长度、机床参数、砂轮参数等几十项数据，通过在模拟截面上测量和修改参数，并根据试切效果对有关参数进行修订。虽然该软件包的开放性比单刃枪钻软件好得多，但编制钻头类刃磨程序仍然比编制单刃枪钻类程序复杂好几倍。
软件的通用性越强，程序编制就越复杂，影响刀具形状和几何精度的因素也就越多，所以在程序编制过程中要对各种因素尤其是连带性的参数进行全面综合地考虑。如在磨开刃槽时不仅要考虑槽的对中性、槽的深度、角度，还要考虑切削方向，因为槽壁同时也是刀刃的前角，它是决定刀具切削性能的重要因素之一(见图4)。
程序补偿对刀具修磨精度的影响
虽然Saacke五轴自动工具磨床的机床精度较高，但经过多年使用后机床的零点和探针的位置度都会发生变化，需要用程序补偿的方法及时解决。可利用程序补偿方法解决的问题有：机床零点变化；探针位置变化；砂轮磨损误差；砂轮安装误差；程序设置误差。当然，要从根本上解决上述问题，除了依靠程序补偿，还应在机床零点变化时及时进行维修，及时更换已磨损砂轮，保证刃磨刀具的几何精度及整体质量。
5 冷却液对刀具修磨精度的影响
虽然冷却液不能对刀具的几何精度构成直接影响，但会直接影响被修磨刀具的表面粗糙度，而刀刃的粗糙度又直接影响着刀具的切削性能。
Saacke五轴工具磨床磨削时采用高压冷却，而过去使用的水基冷却液质量不稳定，容易使机床内部锈蚀，降低机床的精度，同时间接影响刀具刃磨的几何精度。
近年来，我们在刀具刃磨加工时采用低燃点、低粘度(几乎与水相同)的油基冷却液，不仅有效地防止了机床锈蚀，减少了冷却液的更换次数，提高了工作效率，而且降低了刀具刃磨表面的粗糙度值，对提高刀具的切削性能、保证修磨质量起到了较好的作用。
综上所述，影响刀具刃磨精度的因素很多。Saacke 五轴工具磨床属于高精度机床，它既不同于通用磨床，在程序编制和操作方式上也比一般的专用磨床复杂，因此要求操作者不仅应具有较高的机床操作水平，而且要有丰富的刀具知识和刀具刃磨经验，才能得到很好的刀具刃磨效果。
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