1.4 加工刀具的选择方法

选择数控切削刀具通常要考虑数控机床的加工能力、工序内容及工件材料等因素。与普通机床相比，数控机床对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度好、耐用度高、耐热性好，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

数控刀具材料有高速钢、钨钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小及切削过程有无冲击和振动等。

下面通过对实际案例进行分析，使大家对如何选择合适的加工刀具有个初步的认识。

本例是一套电话机听筒后盖模具的模仁，首先对其进行 粗加工 ，粗加工时要去除大量的材料，加工时刀具承受的力会很大，所以要选取直径比较大的 牛鼻刀D25R0.8 ，这样加工时就不容易发生震刀、断刀、崩刃现象。接着用D16 R08牛鼻刀做半精加工。然后对其进行 精加工 ，由于模仁的型腔是曲面构成的，为了使加工的曲面更加光顺，可选取 球刀D10 R5 为精加工刀具。最后是 清角 的刀具，由于模仁存在几处尖角位，所以要选取 平刀D6 为清角刀具。模仁零件如图1-21所示。

工艺分析

图1-21所示模型型腔深度为13.8mm，最小圆角为R0.2，型腔内轮廓由曲面构成，零件的材料为P20。本零件加工时首先运用“型腔铣”对零件外表面进行粗加工；接着运用“剩余铣”进行半精加工；然后运用“固定轮廓铣”进行精加工；最后选用“深度加工轮廓”加工方式，采用D6的刀具进行清角加工。

表1-3列出了加工刀具所采用的切削参数。

1.4.1 粗加工的刀具选择和操作方法

操作步骤

操作视频

01 导入模型。

Step1 打开文件。单击“主页”选项中的“打开”按钮 ，系统弹出“打开”对话框。

Step2 在“打开”对话框中选择文件“1.2”，然后单击“OK”按钮，或者双击所选文件，即打开模型，如图1-21所示。

Step3 单击“应用模块”功能区“加工”面板上的“加工”按钮 ，系统弹出“加工环境”对话框，并进入加工模块环境。

Step4 选择对话框“CAM会话配置”选项卡中的“ cam_general ”选项和“要创建的CAM组装”选项卡中的“ mill_contour ”（轮廓铣）选项，然后单击对话框中的“确定”按钮。

02 更改加工坐标系的位置。

更改加工坐标系的位置，使加工坐标系位于工件的中心最高点。

打开并修改“MCS铣削”对话框中的“安全距离”为 20 ，如图1-4所示。修改后的效果如图1-22所示。

03 创建加工工序。

Step1 单击“主页”功能区“插入”面板上的“创建工序”按钮 ，系统弹出“创建工序”对话框，选择对话框“ 类型 ”选项卡中的“ mill_contour ”选项和“ 工序子类型 ”选项卡中的“ 型腔铣 ”选项 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

Step2 系统弹出“型腔铣”对话框，单击对话框中的“确定”按钮，选择“资源条”工具栏“ 工序导航器 ”选项中的“ CAVITY_MILL ”（型腔铣）选项，然后 拖至 “WORKPIECE”选项下。

Step3 选择“资源条”工具栏“工序导航器”选项中的“CAVITY_MILL”选项，然后右击后选择“编辑”选项，系统打开“型腔铣”对话框，在该对话框中进行以下操作。

① 分别选择图1-23所示的加工模型作为“ 指定部件 ”和“ 指定检查 ”选项，选择图1-24所示加工模型的上表面作为 切削区域 ，选择加工模型的底面作为“ 指定修剪边界 ”选项。

② 单击“型腔铣”对话框 “工具”选项卡 中的“新建”按钮 ，系统弹出“新建刀具”对话框，选择“ 类型 ”选项卡中的“ mill_contour ”选项和“ 刀具子类型 ”选项卡中的“ MILL ”选项 ，并命名为 D25R0.8 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

系统弹出“铣刀-5参数”对话框，“工具”选项卡中的尺寸为 直径25、下半径0.8 ，其他参数默认，然后单击对话框中的“确定”按钮。

③ 选择“型腔铣”对话框“刀轴”选项卡中“轴”选项下的“ +ZM轴 ”选项。

④ 刀轨设置。

选择“型腔铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ METHOD ”选项，“切削模式”为“ 跟随周边 ”，“步距”为“ %刀具平直 ”，“平面直径百分比”为 70 ，“公共每刀切削深度”为“恒定”，“最大距离”为 0.5 ，如图1-25所示。

选择“型腔铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ 切削参数 ” 选项，系统弹出图1-26所示的“切削参数”对话框，设置“部件侧面余量”为 0.3 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

选择“型腔铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ 进给率和速度 ” 选项，系统弹出图1-27所示的“进给率和速度”对话框，设置“主轴速度”为 1800 ，“进给率”为 1700 ，并勾选“在生成时优化进给率”复选框，然后单击对话框中的“确定”按钮。

04 刀具路径生成与仿真。

Step1 生成刀路。单击“型腔铣”对话框“操作”选项卡中的“生成”按钮 ，系统开始计算刀轨，计算后生成粗加工刀路，如图1-28所示。

Step2 刀路仿真。单击“型腔铣”对话框“操作”选项卡中的“确认”按钮 ，系统弹出“刀轨可视化”对话框，进行相关设置后，系统开始仿真，仿真后的结果如图1-29所示，单击两次对话框中的“确定”按钮，即完成整个型腔铣操作。

1.4.2 半精加工的刀具选择和操作方法

本操作选用D16R0.8的牛鼻刀对零件的型腔部分进行半精加工。 半精加工的作用 是保证零件余量均匀，便于精加工平稳切削。D16R0.8的牛鼻刀比D25R0.8牛鼻刀直径小，更能切削到一些小拐角、狭窄区域，基本符合半精加工要求。

运用“ 剩余铣 ”（REST_MILLING）的加工方法进行半精加工操作。

操作步骤

01 生成IPW结合体。

Step1 选择“工序导航器”中的“ CAVITY_MILL ”选项，拖至“WORKPIECE”中，如图1-30所示。

Step2 选择“工序导航器”中的“WORKPIECE”选项，右击后选择“编辑”选项，系统弹出图1-31 所示的“工件”对话框。

Step3 单击“工件”对话框“几何体”选项卡中的“指定毛坯”按钮 ，系统弹出图1-32所示的“毛坯几何体”对话框，选择对话框中的“ IPW-过程工件 ”选项，然后单击对话框中的“确定”按钮。

Step4 选择“工序导航器”中的“CAVITY_MILL”选项，右击后选择“编辑”选项，系统弹出图1-33所示的“型腔铣”对话框。

Step5 单击“型腔铣”对话框“操作”选项卡中的“生成”按钮 ，系统重新开始计算刀轨并生成粗加工刀路，然后单击“操作”选项卡中的“确认”按钮 ，系统弹出“刀轨可视化”对话框，设置“3D动态”选项卡中的“ IPW ”为“ 保存 ”，如图1-34所示。

Step6 单击“播放”按钮 ，系统弹出“无毛坯”对话框，按照1.3节操作步骤 04 的操作方法进行操作，系统重新仿真，仿真后单击两次对话框中的“确定”按钮，这样前面创建的粗加工操作就可为后面所用。

专家提示：只有把先前生成的粗加工程序放在工件目录下，才能继续创建后续加工；只有在“刀轨可视化”对话框中保存“IPW”才能为后续加工所用。

02 创建加工工序。

Step1 单击“主页”功能区“插入”面板上的“创建工序”按钮 ，系统弹出图1-35所示的“创建工序”对话框，选择对话框“ 类型 ”选项卡中的“ mill_contour ”选项、“ 工序子类型 ”选项卡中的“ 剩余铣 ”选项 和“位置”选项卡“刀具”选项中的“ MILL（铣刀-5 参数） ”，然后单击对话框中的“确定”按钮。

Step2 系统弹出“剩余铣”对话框，然后单击“确定”按钮，选择“工序导航器”中的“REST_MILLING”选项，拖至“WORKPIECE”中，如图1-36所示。

Step3 选择“工序导航器”中的“REST_MILLING”选项，右击后选择“编辑”选项，系统弹出图1-37所示的“剩余铣”对话框，在该对话框中完成以下操作。

① 分别选择加工模型作为“指定部件”和“指定检查”选项，选择加工模型的上表面作为切削区域，选择加工模型的底面作为“指定修剪边界”选项。

② 单击“剩余铣”对话框“工具”选项卡中的“新建”按钮 ，系统弹出“新建刀具”对话框，选择“ 类型 ”选项卡中的“ mill_contour ”选项和“ 刀具子类型 ”选项卡中的“ MILL ”选项 ，并命名为 D16R0.8 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

系统弹出“铣刀-5参数”对话框，“工具”选项卡中的尺寸为直径 16 、下半径 0.8 ，其他参数默认，然后单击对话框中的“确定”按钮。

③ 选择“剩余铣”对话框“刀轴”选项卡“轴”下的“ 动态 ”选项。

④ 刀轨设置。

选择“剩余铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ METHOD ”选项，“切削模式”为“ 跟随部件 ”，“步距”为“ %刀具平直 ”，“平面直径百分比”为 70 ，“公共每刀切削深度”为“恒定”，“最大距离”为 0.1 ，如图1-38所示。

选择“剩余铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ 切削参数 ” 选项，系统弹出图1-39所示的“切削参数”对话框，设置“部件侧面余量”为 0.15 。打开 “空间范围”选项卡 ，选择“毛坯”选项下的“ 过程工件 ”为“ 使用3D ”，然后单击对话框中的“确定”按钮。

选择“剩余铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ 进给率和速度 ” 选项，系统弹出图1-40所示的“进给率和速度”对话框，设置“主轴速度”为 2000 ，“进给率”为 1500 ，并勾选“在生成时优化进给率”复选框，然后单击对话框中的“确定”按钮。

03 生成刀具路径。

单击“剩余铣”对话框“操作”选项卡中的“生成”按钮 ，系统开始计算刀轨，计算后生成半精加工刀路，如图1-41所示。

1.4.3 精加工的刀具选择和操作方法

本操作采用了D10R5的球刀对零件的型腔进行精加工。选用D10R5的球刀可满足大部分区域的精加工要求。但零件上还有D10R5的球刀加工不到的尖角部位，须由清角工序去完成。此处选用“ 固定轮廓铣 ”（FIXED_CONTOUR）加工方式进行精加工。加工方式如图1-42所示。

操作步骤

01 创建加工工序。

Step1 单击“主页”功能区“插入”面板上的“创建工序”按钮 ，系统弹出图1-43所示“创建工序”对话框，选择对话框“类型”选项卡中的“ mill_contour ”选项、“工序子类型”选项卡中的“ 固定轮廓铣 ”选项 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

Step2 系统弹出“型腔铣”对话框，然后单击对话框中的“确定”按钮，选择“工序导航器”中的“ FIXED_CONTOUR ”选项，拖至“WORKPIECE”中，如图1-44所示。

Step3 选择“工序导航器”中的“ FIXED_CONTOUR ”选项，右击后选择“编辑”选项，系统弹出图1-45所示的“固定轮廓铣”对话框，在该对话框中进行以下操作。

① 选择加工模型作为“ 指定部件 ”选项，选择加工模型的上表面作为 切削区域 。

提示：这里只选“固定轮廓铣”对话框中的“指定部件”和“切削区域”选项，其他选项不选，读者可以自行分析原因。

② 选择“固定轮廓铣”对话框“驱动方法”选项卡中的“ 区域方法 ”选项，系统弹出图1-46所示的“区域铣削驱动方法”对话框，在“驱动设置”选项卡中分别设置“ 往复 ”选项、“ 顺铣 ”选项、“ 恒定 ”选项、“0.1”、“ 指定 ”选项和“ 135 ”，然后单击对话框中的“确定”按钮。

③ 单击“固定轴轮廓铣”对话框“工具”选项卡中的“新建”按钮 ，系统弹出图1-47所示的“新建刀具”对话框，选择“类型”选项卡中的“ mill_contour ”选项和“刀具子类型”选项卡中的“ BALL_MILL ”选项 ，并命名为 D10 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

系统弹出图1-48所示的“铣刀-球头铣”对话框，“工具”选项卡中的尺寸为球直径 10 ，其他参数默认，然后单击对话框中的“确定”按钮。

④ 选择“固定轮廓铣”对话框“刀轴”选项卡“轴”为“ 动态 ”。

⑤ 刀轨设置。

选择“固定轮廓铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ METHOD ”选项，选择“ 切削参数 ” 选项，系统弹出“切削参数”对话框，其参数 默认 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

选择“固定轮廓铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ 进给率和速度 ” 选项，系统弹出图1-49所示的“进给率和速度”对话框，设置“主轴速度”为 2800 ，“进给率”为 1500 ，并勾选“在生成时优化进给率”复选框，然后单击对话框中的“确定”按钮。

02 刀具路径生成与仿真。

Step1 单击“固定轮廓铣”对话框“操作”选项卡中的“生成”按钮 ，系统开始计算刀轨，计算后生成精加工刀路，如图1-50所示。

Step2 单击“固定轮廓铣”对话框“操作”选项卡中的“确认”按钮 ，系统弹出“刀轨可视化”对话框，选择“IPW”选项中的“ 保存 ”选项，如图1-51所示，其他相关设置不变，系统开始仿真，仿真后的结果如图1-52所示，仿真后单击两次对话框中的“确定”按钮，即完成精加工操作。

1.4.4 清角的刀具选择和操作方法

本操作选用D6的平刀对模仁的两个定位角进行清角加工。清角加工用于去除半精加工的剩余残料。由于此模仁两个定位角最小圆角半径大于R3.0，所以选用D6的平刀进行清角精加工即可满足加工精度。对于零件上用清角也加工不到的部位（如R0.2圆角位以及局部的尖角），可以通过电蚀的方法加工。

本工序选用“深度加工轮廓”（ZIEVEL_PROFILE）加工方式进行清角加工。加工对象是模仁的两个定位角。

操作步骤

01 创建加工工序。

Step1 单击“主页”功能区“插入”面板上的“创建工序”按钮 ，系统弹出图1-53所示“创建工序”对话框，选择对话框“类型”选项卡中的“ mill_contour ”选项、“工序子类型”选项卡中的“ 深度轮廓铣 ”选项 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

Step2 系统弹出“深度轮廓铣”对话框，单击对话框中的“确定”按钮，选择“工序导航器”中的“ ZLEVEL_PROFILE ”选项，拖至“WORKPIECE”中。

Step3 选择“工序导航器”中的“ ZLEVEL_PROFILE ”选项，右击后选择“编辑”选项，系统弹出图1-54所示的“深度轮廓铣”对话框，在该对话框中进行以下操作。

① 选择加工模型作为“ 指定部件 ”选项，选择图1-55所示的加工模型两个定位角作为 切削区域 。

② 单击“深度轮廓铣”对话框“工具”选项卡中的“新建”按钮 ，系统弹出“新建刀具”对话框，选择“类型”选项卡中的“ mill_contour ”选项和“刀具子类型”选项卡中的“ MILL ”选项 ，并命名为 D6 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

系统弹出图1-56所示的“铣刀-5参数”对话框，“工具”选项卡中的尺寸为直径 6 ，其他参数默认，然后单击对话框中的“确定”按钮。

③ 选择“深度轮廓铣”对话框“刀轴”选项卡中“轴”为“ 动态 ”。

④ 刀轨设置。选择“深度轮廓铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ METHOD ”选项，“最大距离”为 0.1 ，切削参数和非切削移动的参数 默认 ，然后单击对话框中的“确定”按钮。

选择“深度轮廓铣”对话框“刀轨设置”选项卡中的“ 进给率和速度 ” 选项，系统弹出图1-57所示的“进给率和速度”对话框，设置“主轴速度”为 1800 ，“进给率”为 1000 ，并勾选“在生成时优化进给率”复选框，然后单击对话框中的“确定”按钮。

02 刀具路径生成与仿真。

Step1 单击“深度轮廓铣”对话框“操作”选项卡中的“生成”按钮 ，系统开始计算刀轨，计算后生成精加工刀路，如图1-58 所示。

Step2 单击“深度轮廓铣”对话框“操作”选项卡中的“确认”按钮 ，系统弹出“刀轨可视化”对话框，其相关设置不变，系统开始仿真，仿真后的结果如图1-59所示，仿真后单击两次对话框中的“确定”按钮，即完成清角加工操作。