如何控制CNC加工中心切削过程中的弹刀?

问题:弹刀过切
在加工中,经常会在转角位出现弹刀而导致过切的现象,如果采用合理的刀具和加工方法,是可以将弹刀的机会降低的。
弹刀位与加工过切
如下图所示,a图是刀具在加工较平坦位置时的状态,当加工到b位急停,准备反向加工时,由于惯性作用,刀具会产生变形,从而造成在b位较直身位处弹刀过切。
弹刀图示
刀具变形量的关系式:
由上面公式中,我们可知,影响刀具变形的主要因素有三个:
l - 装刀长度
d - 刀具直径
p - 刀具所受的作用力
l - 装刀长度
由公式可知,刀具的变形量与装刀长度是3次方的关系,同样直径的刀具,当长刀增加一倍,其变形量将会增大3倍。
在加工时,尽可能缩短装刀长度,以减低弹刀风险。
d - 刀具直径
由公式可知,刀具的变形量与刀具直径是4次方的关系,同样长度的刀具,当刀具直径减少一倍,其变形量将会增大4倍。
在加工时,可以的话,尽可能选择大直径刀具或采用加壮刀具来加工,以减低弹刀风险。(如下右图所示:a采用热索和锥颈刀,b采用加壮刀柄的刀具来加工)
p - 刀具所受的作用力
由公式可知,刀具的变形量与其在加工中所受的作用力是正比关系,减少刀具所受的作用力则可减低弹刀的机会,可以通过以下方法减少加工中刀具所受的作用力。
减少作用力分析:
切削是一个剪切变形的过程,每种材料都有自己的强度(σ),要使材料分离,外来的强度必须大于材料本身强度。
σ = f / s
σ : 材料的强度
f:作用力
s : 接触面积
从上公式中可知,刀具受的作用力(f)与其与工件的接触面积(s)成正比关系。要减少刀具所受的作用力就要减少刀具与工件的接触面积。
减少作用力例子1:
使用刀路转角功能或加大r位的方法来减少刀具在转角位的负荷,从而降低弹刀的机率。
减少作用力例子2:
在加工较深位置时,可采用较小的进给量和细r角的刀具,以减少加工中刀具所受的作用力,以减低弹刀的风险。
下图是使用d50r6刀和d50r0.8刀在加工同样深度时,与模料接触位的比较可知,采用细r角刀具加工深型工件比大r角刀具更能减少切削力。
总结:
综合地运用影响刀具变形的三个有关因素(装刀长度、刀具直径、切削力),可以降低弹刀机率,提高加工时间,得到较好的加工精度和表面粗糙度。

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