金属切削刀具的种类繁多,加工方法也多种多样,本文不可能对每种刀具的CNC加工设备都进行讨论,仅从以下三个方面进行论述:
  •   需要几个数控轴
  •   需要几个数控轴联动
  •   需要什么数控系统

  1、需要几个数控轴

  刀具一般可根据其外形分为回转刀具(如铣刀,钻头)和方形轮廓刀具(如车刀,镗刀),因而一般都需要X,Y,Z三个数控直线轴对其进行加工以保证其外形尺寸,有所区别的是对数控回转轴的要求。加工复杂的可转位刀具体现得较为明显。
刀具加工用数控机床的选择要点图

  以加工可转位立铣刀工序中的数控铣削为例:绝大多数可转位立铣刀都有数个(条)均布的切削齿,在每个齿加工完毕后都应对其进行分度旋转进行下一个(条)齿的加工。如果CNC铣床没有数控分度头或数控回转工作台,则应在程序中加入无条件停止指令,机床运动停止后通过人工旋转精密手动分度头实现分度旋转(应注意机床外罩锁的影响),然后继续执行NC程序。精度一般能够满足要求。但这样会增加工人劳动强度,同时影响工作效率。如果CNC铣床有数控分度头或数控回转工作台,则分度旋转运动可通过程序中的数控指令实现,精度和效率都较高,但增加一个CNC回转轴也会使CNC铣床的结构复杂化,CNC系统功能增加,大为增加CNC铣床的价格。

  需要指出的是,精密手动分度头的分度能力是有限的,特别是对于非整数的角度往往无法满足要求(可转位成形铣刀此类情况较多),此时只能用CNC回转轴实现。此类CNC回转轴一般用交流伺服电机驱动精密蜗杆副,液压或气动夹紧,高精度编码器作为角度检测元件,因而具备在行程范围内任意角度的旋转功能。而采用端面齿盘定位的CNC回转轴却只能进行等分转度,不适用于此类情况。

  某些可转位立铣刀有刃倾角λs,在铣削刀片槽或容屑槽时都应将槽底面转刃倾角λs,使其与CNC铣刀轴线垂直,此时需要一个回转轴,旋转刃倾角λs。

  受精密手动分度头的装夹结构和刚性的限制,将其作为A轴效果不佳。因此应选择具有较高刚性的CNC回转轴作为A轴。

  可见如果某CNC铣床加工的可转位刀具品种单一且无刃倾角,可以选择3轴CNC(X,Y,Z)铣床加精密手动分度头,可降低加工成本,否则应选择5轴CNC铣床(X,Y,Z,A,B)。
刀具加工用数控机床的选择要点图

  2、需要几个数控轴联动

  CNC系统的若干轴联动插补功能最能体现CNC系统的性能和其档次高低,也往往决定着CNC系统的价格,因此应根据加工刀具产品的具体情况来仔细选择。对于加工一般可转位刀具的CNC铣床而言,具有2个直线轴的直线和圆弧插补功能就可以加工几乎所有的ISO标准刀片槽形式,其它运动都可单轴插补完成。如果也选择多达5-6轴联动的CNC系统则没有必要。要求比较高的是一些螺旋类精加工刀具。以下以加工"等螺旋角等前角锥度立铣刀"为例,若要加工(含铣削及磨削)这种立铣刀。
  CNC机床应具备:
  X轴和A轴联动插补切削螺旋槽;Z轴:X-A插补时也参加插补保证每个截面螺旋角相等;Y轴:由于前角γ0>0且轴向每个截面半径都不相等从而使偏移量e也处处不相等,为保证每个截面前角都相等,X-A-Z联动时Y轴也要参加插补运动。因此CNC机床应具备"X-Y-Z-A"4轴联动的插补功能。

  同理可知:"X-Y-Z-A-B" 5轴联动插补可完成同上的球头立铣刀的加工。
刀具加工用数控机床的选择要点图

  3、需要什么数控系统

  加工一般精度的可转位刀具,选择具有间隙补偿和螺距误差补偿的半闭环CNC系统的数控机床就可以满足要求,而对较高精度刀具(如整体材质的精加工刀具)的精加工可以选择闭环CNC系统。需要注意的是:为编程方便,CNC编程软件系统都应具有工件坐标系的平移和旋转功能,并支持几何线性的多种表达方式。

  现代CNC系统的编程方法较多,相对而言,以ISO标准G,M代码编程的CNC系统具有较大的灵活性,能满足多品种中小批量的生产要求,但初期编程速度较慢,机床准备工作时间较长。而具有针对某类刀具产品开发的专业化软件包的CNC系统则可以满足某些复杂刀具的大批量加工,生产效率高,对人员素质要求较低,但价格昂贵且需要不断升级软件包以满足出现的新产品。

  选择CNC系统时还应注意:现代CNC系统的功能较多,可以根据实际情况去掉一些基本不用或近期很少用到的功能(例如某些用于FMS的接口和软件)以降低购买成本。

  以上通过几个例子讨论了针对加工刀具产品的CNC机床选择方法和大概原则,实际情况远不止这些。总之应根据产品具体情况灵活地作出选择,以满足市场对精度和成本的双重要求。