實際數控加工中，選對刀具很重要！

　　數控機床選擇刀具應考慮以下方面：

　　(1金屬加工)根據零件材料的切削性能選擇刀具。如車或銑高強度鋼、鈦合金、不鏽鋼零件，建議選擇耐磨性較好的可轉位硬質合金刀具。

　　(2)根據零件的加工階段選擇刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產品質量為主，應選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具，因為精加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損，塗層磨損修光，繼續使用會影響精加工的加工質量，但對粗加工的影響較小。

　　(3)根據加工區域的特點選擇刀具和幾何參數。在零件結構允許的情況下應選用大直徑、長徑比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應有足夠的向心角，以減少刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟材料零件時應選擇前角稍大一些的立銑刀，齒數也不要超過4齒。

　　選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸台、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

　　在進行自由曲面加工時，由於球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般很小，故球頭銑刀適用於曲面的精加工。而端銑刀無論是在表面加工質量上還是在加工效率上都遠遠優於球頭銑刀，因此，在確保零件加工不過切的前提下，粗加工和半精加工曲面時，盡量選擇端銑刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。

　　在加工中心上，所有刀CNC加工具全都預先裝在刀庫裡，通過數控程序的選刀和換刀指令進行相應的換刀動作。必須選用適合機床刀具系統規格的相應標准刀柄，以便數控加工用刀具能夠迅速、准確地安裝到機床主軸上或返回刀庫。編程人員應能夠了解機床所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整範圍等方面的內容，以保證在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸，合理安排刀具的排列順序。

　　刀具只是數控加工過程中的重要內容之一，除此之外，數控加工還涉及圖樣分析、工序劃分、加工設備、工卡量具、工裝夾具、編制最優化的加工程序等一系列環節。最終加工出的產品出現質量問題怎麼解決？問題可能出在中間任何一個環節。

淺析數控機床加工精度降低的原因

造成加工精度異常故障的原因隱蔽CNC加工性強，診斷難度比較大，歸納出五個主要原因：機床進給單位被改動或變化；機床各個軸的零點偏置異常；軸向的反向間隙異常；電機運行狀態異常，即電氣及控制部分異常；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外加工程序的編制，刀具的選擇及人為因素，也可能導致加工精度異常。

　　一、造成加工精度異常故障的原因
　金屬加工　
　　造成加工精度異常故障的原因隱蔽性強，診斷難度比較大，歸納出五個主要原因：機床進給單位被改動或變化；機床各個軸的零點偏置異常；軸向的反向間隙異常；電機運行狀態異常，即電氣及控制部分異常；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外加工程序的編制，刀具的選擇及人為因素，也可能導致加工精度異常。
　　
　　二、數控機床故障診斷原則
　　
　　1。先外部後內部數控機床是集機械，液壓，電氣為一體的機床，故其故障的發生也會由這三者綜合反映出來。維修人員應先由外向內逐一進行排查，盡量避免隨意地啟封，拆卸，否則會擴大故障，使機床喪失精度，降低性能。
　　
　　2。先機械後電氣一般來說，機械故障較易發覺，而數控系統故障的診斷則難度較大些。在故障檢修之前，首先注意排除機械性的故障，往往可達到事半功倍的效果。
　　
　　3。先靜後動先在機床斷電的靜止狀態下，通過了解，觀察，測試，分析，確認為非破壞性故障後，方可給機床通電；在運行工況下，進行動態的觀察，檢驗和測試，查找故障。而對破壞性故障，必須先排除危險後，方可通電。
　　
　　4。先簡單後復雜當出現多種故障互相交織掩蓋，一時無從下手時，應先解決容易的問題，後解決難度較大的問題。往往簡單問題解決後，難度大的問題也可能變得容易。
　　
　　三、數控機床故障診斷方法
　　
　　1。直觀法：（望聞問切）問-機床的故障現像，加工狀況等；看-CRT報警信息，報警指示燈，電容器等元件變形煙熏燒焦，保護器脫扣等；聽-異常聲響；聞-電氣元件焦糊味及其它異味；摸-發熱，振動，接觸不良等。
　　
　　2。參數檢查法：參數通常是存放在RAM中，有時電池電壓不足，系統長期不通電或外部干擾都會使參數丟失或混亂，應根據故障特征，檢查和校對有關參數。
　　
　　3。隔離法：一些故障，難以區分是數控部分，還是伺服系統或機械部分造成的，常采用隔離法。
　　
　　4。同類對調法用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板，或將功能相同的模板或單元相互交換。
　　
　　5。功能程序測試法將G，M，S，T，功能的全部指令編寫一些小程序，在診斷故障時運行這些程序，即可判斷功能的缺失。

加工質量調整控制

　　（1）軸向尺寸控制。凸輪軸的軸向定位在止推面，由於其凸輪龍門加工的軸向公差都比較大，一般只需要在加工台中CNC加工幾件後在工件坐標系之中作一下調整就能得到保證。

　　曲軸的軸向尺寸基准在止推軸頸端面，傳統的曲軸加工工藝因為加工工序多且工藝基准變換多，曲軸的工藝尺寸鏈比較復雜。隨著大量數控設備和測量系統的使用，絕大多數工序都可以實現產品基准和工藝基准的統一。因為曲軸後續工序——熱處理變形影響磨削對軸向尺寸的控制，需要對熱處理變形規律經常性進行統計分析，並依據結果調整內銑尺寸來補償掉這種變形。

　　（2）外圓跳動控制。凸輪粗加工前必須保證其主軸頸跳動，以六缸凸輪軸為例，中間第四主軸頸跳動應≦0。20mm，同時保證鍵槽質量，否則會造成加工後凸輪輪廓誤差大和相位不穩定。一般加工一批約30件後檢測的ADCOLE數據與產品工藝要求進行比較分析後的差異數值以極坐標的形式導入數控系統補償。

　　曲軸跳動誤差對曲柄半徑、相位的測量和加工都會產生影響，並影響後續磨削質量。內銑為干式加工設備，加工中產生很大的切削力和切削熱，切削時的局部溫度高達700℃，這會造成熱鍛毛坯殘余內應力的釋放，容易造成內銑後跳動誤差的突變。在一般情況下，曲軸毛坯熱處理質量能保證批次的穩定性、零件跳動誤差數據統計分析以及進行調整偏心方向獲得工藝要求的跳動誤差。

　　對於工件固定不動的內銑加工方式，要實現主動控制主軸頸偏心加工，以獲得符合工藝要求的跳動誤差是非常方便的。以圖8為例，通過對一批內銑加工後的跳動誤差統計，分解成X、Y 兩個方向進行補償，從而獲得批次的穩定的跳動誤差。

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數控銑床的結構和工作原理

　　從20世紀60年代到90年代，數控銑床經歷了普通數台中機械加工控三座標銑床、普通CNC外銑、高速CNC內銑和高速CNC外銑幾個階段，其中高速CNC內銑和高速CNC外銑在發動機曲軸、凸輪軸粗加工之中得到越來越廣泛的應用。目前世界上數控內銑或外銑的主要生產廠家有德國的HELLER 、Boehringer 和日本的小松。國內沈陽第一機床也生產曲軸內銑，但基礎還很薄弱。台中CNC加工

　　（1）數控外銑機床

　　如圖1所示，數控外銑機床一般由床身、主軸箱、十字滑台、銑削單元、跟蹤中心架、數控系CNC搪床加工統、排屑系統、潤滑系統、油霧處理裝置等組成。數控裝置控制刀架滑台（X軸）、工件旋轉主軸（C軸）以及工作移動滑台（Z軸）聯動進行插補仿形銑削，加工所有凸輪或曲軸的主軸頸及連杆頸。

　　早期的數控曲軸外銑以某一組連杆頸中心為回轉中心只能加工該組連杆頸，一組刀盤只能加工某一組軸頸，CNC銑床加工不適合大余量加工，余量一般不超過3mm，較適合大批量生產的轎車發動機曲軸。

　　90年代出現的數控曲軸高速外銑，采用工件回轉和銑刀進給伺服聯動控制技術，可以實現一次裝夾銑削完所有連杆軸頸。中心架采用跟蹤夾緊方式，保證加工過程中零件不會產生大的彎曲變形；取消了機械靠模或偏心夾具，通過編制程序可快捷地實現工件品種的轉換，具有良好的柔性。

　　（2）數控曲軸內銑機床

　　數控內銑主要有兩種不同的結構形式，其中比較有代表性的是日本小松的搖臂偏心機構和德國HELLER的數控十字滑台結構。小松采用獨創的搖臂式銑刀頭，工件固定不動，銑刀頭裝在一個滑台單元上，實現平面上的插補聯動銑削。其獨有的繞一個固定支點擺動內的結構有效地增強了曲軸加工時的剛性，可采用較大進給量並得到較好精度。

　　曲軸內銑加工基本原理：如圖2所示，兩端軸頸外圓為徑向定位基准，以曲柄臂側面或端面為軸向定位，用自定心卡盤夾緊，通過控制進給機構使刀盤產生復合運動，對軸頸外圓、圓角和平衡塊側面包絡加工。

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數控銑床的工藝

　　（1）內外銑刀盤受力比較如圖5所示，設D1為CNC銑床加工銑刀盤的裝夾直徑，D2為切削直徑，外銑刀盤的D1與D2之比是遠小於1的。當然要求D1盡可能大一些台中CNC加工，這樣銑刀盤的裝卡比較牢固，機床運轉也平穩一些。在相同的每齒進給量下，內銑刀盤同時參與切削的刀齒較多，切削厚度較小，可采用較大進給量。

　　內銑適合於大型柴油機曲軸，尤其是對於無沉割槽且平衡塊側面需加工的曲軸。

　　雙刀盤數控高速外銑，速度高達350m/min，效率高，適合切削量小且比較穩定的零件，
CNC搪床加工
　　（2） 數控銑的定位夾緊方式。凸輪軸在外銑上以頂尖定心，一側止推面做軸向定位，齒輪軸頸鍵槽為角向定位，頭尾架兩端卡盤夾緊，加工時兩個中心架跟蹤加緊做輔助支撐。

　　通常情況下，曲軸在銑床上的定位夾緊方式為：以頂尖定心，曲軸一側軸向定位，一側主軸頸和另一側法蘭外圓自定心夾緊，角向定位有靠近主軸頸一側的平衡塊側面和連杆頸兩種方式。

　　（3）數控銑的加工工藝 。一般采用數控外銑進行凸輪加工，上料後通過頭架的定位鍵（銷）進行角向定位，然後從一側順序加工進、排氣凸輪，加工時中心架跟蹤支撐在相鄰主軸頸上，以免發生大的彎曲變形。外銑在凸輪加工時，兩個刀盤都向一個方向旋轉，並根據凸輪輪廓型線實時進給，以保證形狀精度。

　　在大余量重切削情況下，一般采用內銑加工曲軸軸頸。加工總是從曲軸一側加工到另一側，先在靠近夾盤最近的主軸頸銑出中心架支撐的基准後，再依次加工主軸頸和連杆頸台中機械加工 。當同時加工曲軸的主軸頸和連杆頸時，兩個刀盤的旋轉方向是相反的，以達到受力平衡，有效地保證了加工精度（這一點也是外銑做不到的），兩個刀盤同時加工通過程序控制來保證動作同步，如圖7所示。

　　（4）銑床的銑刀盤設計。曲軸內銑、外銑及凸輪外銑床均采用刀盤成形切入法，對加工部位進行一次性加工成形。曲軸銑刀盤一般由4組刀片組成，分別對軸頸外圓、圓角、台肩及平衡塊端面進行切削。 凸輪軸銑刀一般由3組刀片組成，分別對凸輪輪廓外圓及龍門加工兩側倒角進行切削。

　　內銑和外銑都是采用刀盤成形切入法對軸頸或凸輪進行切削加工。因其切削為斷續、干式切削，刀具的設計除保證零件加工外形尺寸准確外，還應保證其其加工時產生的切屑形狀小，避免切屑在機床內部堆積造成局部高溫。內銑刀盤刀夾在圓周上的分布采用不等齒距形式，以防止切削過程中可能產生的周期性振動，同時注意台肩高度尺寸的設計。

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數控銑床發動機軸類零件粗加工

　　（1）曲軸粗加工的發展

　　20世紀70年CNC搪床加工代以前，采用多把車刀一台中CNC加工次對軸頸的外圓、圓角和側面及台階進行加工，但同一零件的不同部位需多道工序才能完成軸頸和連杆頸的粗加工。多刀車削存在余量大、平衡塊側面加工為斷續切削及易產生振動和打刀問題，刀具壽命低，不良率高，切削效率低。 七八十年代曲軸粗加工又出現了CNC車削、CNC外銑和CNC內銑工藝。80年代末90年代初又開發出了車拉、車－車拉工藝，該工藝具有精度高、效率高等優點。 90年代中期又開發出CNC高速外銑，它對平衡塊側面需要加工的曲軸方面，比CNC車削、CNC內銑和車CNC銑床加工－車拉的生產效率高。

　　由於加工精度和加工效率的原因，車削一般只用於主軸頸加工。曲軸內銑和高速外銑不能加工軸向沉割槽，當曲軸有軸向沉割槽時，應采用車-車拉方法加工。當曲軸平衡塊側面需要加工台中機械加工時，銑削工藝大大優於車拉工藝。其具有切削速度高、工序時間短、切削力小、溫升較低、刀具壽命高、換刀少、精度高和機床柔性好等優點龍門加工。

　　（2）凸輪軸粗加工的發展

　　早期凸輪軸的主軸頸一般以單刀或多刀普通車床進行粗加工，凸輪普遍采用機械靠模式車床進行單刀或多刀仿形車削來完成。單刀車削效率低；多刀車削難以保證零件質量，而且粗車過後必須安排校直、粗磨等工序，生產效率低。

　　多刀車削、仿形車由於切削時受力大，工件容易發生彎曲變形和振動，刀具壽命低，打刀頻繁，不良率高。粗車過後需安排校直、粗磨等工序。工件換型時需更換靠模、調整時間長，切換效率低、成本高。新工藝凸輪軸主軸頸采用數控車，凸輪則采用數控外銑進行高速銑削（合金鋼件鍛造毛坯）或CBN強力磨削（鑄鐵鑄造毛坯）。凸輪軸的粗加工經歷了單刀車削、多刀車削、CNC車削和數控高速外銑的發展歷程。

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數控銑床熱補償原理

　　切削熱引起零件尺寸的變化，為保證內銑加工質量的穩台中CNC加工定，必須減小切削熱對加工系統的影響。一般有兩種做法實現變形誤差的熱補償：一是在設備系統內設置很多溫度傳感器，用來監測設備的溫升變化。借助統計數據規律的分析，根據實際溫度變化實現熱補償，HELLER采用這種方式。這種方法可以獲得精確的誤差補償，提高加工質量的穩定性，控制系統復雜，具有自動溫升補償功能。當機床和刀具溫度升高時，能自動修正各CNC軸坐標位置，保證工件加工尺寸的穩定性。

　　另一種方法是設定設備系統溫度變化滿足雙曲線的變化規律，且加工工件產生的切削熱是要累加的。尋找到熱變形與時間的關系，建立熱量補償曲線，這樣在不增加裝置的基礎上實現加工熱補償，在滿足加工質量穩定的情況下，設備的可靠性沒CNC搪床加工有降低。小松內銑采用的就是這種方式。

　　數控高速銑床具有高效率、高精度和很好的設備柔性，廣泛應用於發動機曲軸、凸輪軸的粗加工之中。數控外銑一般用在柴油機鍛鋼凸輪軸的凸輪銑削和加工余量較CNC銑床加工小且無軸向沉割槽的鑄件轎車曲軸台中機械加工的主軸頸、連杆頸粗加工。數控內銑適用於毛坯精龍門加工度低、加工余量較大的大型柴油機曲軸，尤其是對於無沉割槽且平衡塊側面需加工的鋼件曲軸加工。

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