刀具及切削用量的确定在数控加工中的合理选用

安存胜　张　垒

中图分类号：J528 X781 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2009）04-070-02

摘要：刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控加工的效率，而且直接影响加工质量。本文从数控加工中刀具的分类与特点入手，分类说明在数控自动编程中，刀具合理选用的重要意义。

关键词：刀具；编程；数控加工；合理选用

当今，几乎所有的CAD/CAM软件包都提供自动编程的功能，这些软件一般在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只需设置有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床加工完成。显然，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，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。

一、数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控加工的高速、高效和自动化程度高的特点。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.数控刀具的分类方法

根据刀具结构可分为整体式、镶嵌式、特殊型式（如复合式刀具、减震式刀具等）；若采用焊接或机夹式联结，机夹式又可分为不转位和可转位两种；根据刀具的材料可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、其他材料刀具（如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等）；按切削工艺上可分为车削刀具（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。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

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。

3.数控加工刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料、加工工序、切削用量以及其他相关因素，正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。注意在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。

在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣等工序的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法及调整范围，以便在编程时确定刀具的经向和轴向尺寸。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：（1）尽量减少刀具数量；（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。

二、加工过程中切削用量的确定

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.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，V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，(转第069页) (接转第070页) 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。

三、结束语

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，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，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，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.科协论坛.2007.09

[2]马丽芳. 数控编程的技术要求与实例.发展.2008.03