数控刀具磨床加工整体硬质合金球头立铣刀的研究

摘 要：整体硬质合金铣刀以其高硬度和高效率的优势，在现代机械加工中有着无可替代的作用。几何角度、材料、涂层的应用，影响刀具的切削性能和使用寿命，从而决定被加工零件的精度和生产率。本文通过多年来实际加工经验和理论，探讨在五轴工具磨床上加工整体硬质合金铣刀的方法。

关键词：五轴磨刀机；硬质合金；立铣刀；加工方法

中图分类号：TG596 文献标识码：A

1 概述

铣刀的制造要求高，难度大。本文通过多年来实际加工经验和理论相结合，在CNC工具磨床上制造一把优质铣刀必须合理选择刀具材料，几何参数，砂轮等，通过建立数学模型和铣刀磨削运动参数设计模块，实现各个模块间数据集成系统，通过模拟软件确认编制程序和机床运动轨迹的正确性，在进行精密的加工过程，实现加工刀具的自动化、高速化和智能化。

2 球头立铣刀

广泛用于加工零件的侧面、成形面、槽等各种结构形状加工中，铣刀的主要结构参数有齿数、螺旋角、槽深、前角、端齿、周齿后角等。其中，螺旋排屑槽槽形是刀具几何角度的最关键因素，槽形是否合理直接影响刀具寿命、排屑顺畅、加工精度。现在CNC工具磨床磨削立铣刀螺旋槽成为主要工艺，替代了传统成型铣削沟槽。决定槽形主要因素是用于磨削刀具旋转砂轮曲面、槽深和前角。一般切削脆性材料或高硬度，槽深选浅些；塑形材料，槽深较深。立铣刀按刀头类型分为直角头铣刀，球头铣刀和圆弧头铣刀。直角头铣刀用于加工槽侧面等，球体铣刀用于成形、仿形加工等，球头铣刀加工有转角R的侧面。

3 机床设备

五轴磨刀机是瑞士生产，它使用的FANUC控制系统和专门制造刀具研制的标准模块软件――Quinto。

磨床使用的控制软件FANUC是一种关于轴定位，插补计算，用户界面的高科技解决方案。Quinto应用软件提供给用户简单、灵活的访问机器的界面。

它有X轴、Y轴、Z轴、A轴、C轴五个轴。

Quinto标准软件

几何参数和加工参数菜单式输入，用于提高加工效率，由数据库支持，包括刀具管理、侧头程序、砂轮几何参数等。

4 球头铣刀制造工艺过程

铣刀的制造过程，包括刀具几何设计、砂轮选用及参数、机床加工参数设定和磨削轨迹分析等几大部分。流程框图如图1所示。

制造球头铣刀的操作过程：

加工球头铣刀时，过程分为7个步骤：分别是cutting（切断）、Flute（螺旋槽）、Gashing（容屑槽）、Face2（端齿第二后角）、Face1（端齿第一后角）、OD2（周齿第二背角）、OD1（周齿第一背角）

在制造刀具时注意事项：

（1）确保加紧可靠和位置精度。

（2）在Quinto软件用户界面输入刀具几何参数：

4齿等分齿数4、切削刃长49、螺旋角29°、刀齿齿深2、端齿第一后角9°、端齿第二后角19°、周齿第二后角29°、周齿第一后角8°、圆弧半径R1、前角14°、右旋。

（3）根据不同的程序，选择不同的砂轮，见表2。

用途：cutting磨削端面，保证铣刀端面与外径的垂直度，还可去除圆弧大的余量，为圆弧面的精磨准备。

Flute磨削螺旋槽，同时加工螺旋角、前角、齿深。

Gashing磨削端齿的容屑槽，保证与螺旋角相接。

Face2磨削端齿第二后角，修正排屑槽。

Face1磨削端齿第一后角，保证端面的刃倾角。

OD2磨削周齿第二后角和圆弧的第二后角。

OD1磨削周齿第一后角和圆弧的第一后角。如图2所示。

（4）验算程序

在参数化建模中，输入数据发生矛盾或不合理，系统自动计算或比较，对参数合理性进行判定。输入铣刀参数并确认无误后，点击OK按钮，就进入铣刀参数计算。

（5）使用机床的测头，对刀具的夹持长度探测，确定参数，准确测量刀具加工长度定位后再进行加工。

（6）根据刀具放大测量仪Zolor放大20倍，观看检查铣刀磨削的程度。

（7）检验，使用全自动道具检查仪检查刀具几何参数，包括内容：螺旋角、圆弧、外径、端齿第一后角、端齿第二后角、周齿第一后角、周齿第二后角。

5 加工中的注意事项

（1）在机床磨削螺旋槽时，由于需要去除的余量过大（批量制造最好使用专用的开槽机进行开槽），可以分为几步进给加工。如总进给值设为4mm，分步进给设为2mm，则此槽分2步加工完。如果分步进给值为1.5mm，则分为3步加工完此槽。这样可以在最后一步进行精加工。

（2）在磨削圆弧时，如果半径看起来过于扁平，可以输入一个正值补偿，反之，则输入一个负值，修正量最大为0.3mm，当进行较大修正时，须检测砂轮参数和修磨参数。

结语

设备、磨轮、刀具几何角度及材料四者是相互影响和促进的。本文通过理论和实践相结合方法，研究了整体硬质合金球头铣刀的制造方法。由于本人水平有限，如有不足或错误之处请各位老师给于指正。

参考文献

[1]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社.

[2]夏丽英，史新民.数控加工技术[M].北京：电子工业出版社.

[3]郭萍.数控加工编程与操作[M].北京：冶金工业出版社.