刀具及切削用量在数控加工中的合理选用

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【摘 要】数控加工工艺中的主要内容是刀具上的选择和切削用量的确定，它直接影响着数控加工的效率和加工质量。本文作者根据数控加工中刀具的分类和特点，把刀具在数控自动编程中的合理选用做了详细的分类与说明。

【关键词】刀具；编程；数控加工；合理选用

现如今，CAD/CAM软件包几乎都是可以提供自动编程的服务，类似的软件的都会在编程的界面中提供工艺规划的相关问题，像切削用量设定、刀具选择、加工路径规划等，因此现在的编程人员，只需将先关的数据和参数输入后则可以自动形成数控程序并且传输至数控机床加工完成。在实践中，很显然的是刀具选择和切削用量确定是人机的有效配合而完成，这就是与普通的机场加工不同之处，也是优势所在。以此同时，掌握刀具选择和切削用量确定是作为编程人员必须要掌握的基本原则。在编程时充分考虑数控技术加工的特点，正确选择刀具及切削用量。

1 数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工的特点是高速、高效以及自动化程度高，所以刀具的选择要符合其特点。包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄（刀柄要联结刀具并安装在机床动刀头上）。

1.1 数控刀具的分类方法

根据刀具的结构、材料以及切削工艺可分为诸多类别，在结构上分：整体式、镶嵌式和特殊形式；如果选择焊接或机夹式联结的话，机夹式又分不转位和可转位两种；在材料上的分为高速钢、硬质合金、金刚石和其他材料的刀具。切削工艺上分为车削刀具（分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等）、钻削刀具（包括钻头、绞刀、丝锥等）、镗削刀具、铣削刀具等。数控机床对刀具有一系列的要求，耐用、稳定、易调、可换等，为了符合这些要求，最近几年夹式可转位刀具被广泛使用，占整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

1.2 数控刀具与普通机床上所用刀具相比，主要有以下特点

（1）刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；（2）互换性好，便于快速换刀；（3）寿命高，切削性能稳定、可靠；（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；（5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；（6）系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。

1.3 数控加工刀具的选择

在数控编程的人机交互状态下进行选择刀具，选择时应注意机床的加工能力，工序，材料等有关的因素。不论怎么选择都不可以脱离总原则，即安装调整方便，耐用，精度高。选取时还要注意道具的尺寸要和工件的尺寸一致。在选择刀柄时要在能够满足加工要求的条件下选择短的刀柄，这样可以提高刀具的刚性。砸死生产过程中，经常会选用立铣刀对平面零件的周边轮廓进行加工。铣削平面用硬质合金铣刀，凸台、凹槽则用高速钢立铣刀，毛坯表面或粗加工孔选取的则是镶硬质合金的玉米铣刀。立体型面和变斜角轮廓外形加工时一般选用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。因为球头刀具端部的切削速度为零，所以，在加工自由曲面（模具）时，为了确保加工精度，切削行距基本上实用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。平头刀具不管是表面加工质量还是切削效率都比球头刀要优越，所以曲面的粗加工也，精加工也好，只要保证不过切，平头刀都是最好的选择。刀具的刃磨、测量和更换基本上都是人为进行，合理有效的安排刀具的排列顺序可以减少辅助时间。应遵循以下要求：（1）刀具数量尽量减少；（2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；（3）粗精加工的刀具应分开使用（即使是相同尺寸规格的刀具）；（4）先铣后钻；（5）先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；（6）应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

2 加工过程中切削用量的确定

2.1 合理选择切削用量的原则

粗加工时，一般以提高生产率为主，同时也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

2.2 具体要考虑的因素

（1）切削深度t。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。（2）切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：L=（0.6～0.9）d。（3）切削速度V。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，如用立铣刀铣削合金钢时，可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，V可选用20m/min以上。（4）主轴转速n（r/min）。主轴转速一般根据切削速度V来选定。计算公式为：V=Πnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速倍调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。（5）进给速度VF。VF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。VF的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，VF可选择得大些。在加工过程中，VF也可通过机床控制面板上的倍调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能的限制。

3 结束语

在实际生产中数控机床被大范围使用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，刀具的选择和切削用量的确定要在编程人员和机器的配合下完成。所以，编程人员必须熟练掌握基础知识和理论，这样才能确保零件在加工中的质量和效率，数控机床的优点才能充分体现，从而有效的提高企业的经济效益和生产水平。

【参考文献】

[1]陈建中.数控机床程序编程的工艺处理应用及其研究[J].科协论坛.2007，09.

[2]马丽芳.数控编程的技术要求与实例[J].发展，2008，03.