数控加工刀具及切削参数的选用

黄晓波

（上海工程技术大学，上海201620）



数控加工刀具及切削参数的选用

黄晓波

（上海工程技术大学，上海201620）

阐述了常用数控加工刀具的种类、性能、选择原则以及确定切削用量，说明了数控机床的主轴转速比普通机床转速高，同时总结了刀具及其参数对数控机床的加工质量和加工效率有显著的影响。

数控；刀具；切削参数

引言

数控机床的主轴输出功率较大，主轴转速及范围比普通机床要高得多，与传统加工方法相比，对数控加工的刀具有更高的要求，要求刀具的精度、强度、刚性和耐用度比普通机床的刀具更高，并且在尺寸方面要求具有较好的稳定性，同时便于安装调整。而且CAD/CAM软件的应用越来越广泛，这些软件一般提供自动编程功能，在软件使用过程中，会有一些工艺规划问题要求预先设定好，如选择合适的刀具、规划加工路径、设置切削用量等。在与数控加工有关的参数设置好之后，CAD/CAM软件就可以自动生成NC程序。在编程时，编程人员要充分考虑不同零件数控加工的特点，根据刀具选择和切削用量确定的基本原则，才能合理选择数控刀具，提高加工效率。因此，数控刀具也必须结构合理、几何参数标准化、系列化，零件加工时才便于根据其几何形状、材料以及夹具进行选用，并且要考虑机床的刚性。

1　常用刀具的种类及性能

数控刀具可以按照多种分类方式。从结构方面对数控刀具分类，可分为整体式、镶嵌式、减振式、内冷式和特殊型式等；从制造刀具所用的材料方面分类，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具等，其中，金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性；从切削工艺方面可分为车削刀具、钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具以及特殊型刀具等。

刀具材料应具备高硬度、高韧性、高耐磨性、高耐热性以及良好的工艺性，即：刀具材料的硬度高于工件的硬度；刀具有足够的韧性承受切削力、振动和冲击；刀具能够有效地抵抗磨损；在高温下，刀具材料能够保持硬度、耐磨性、强度和韧性；为便于刀具制造，刀具材料需具有良好热加工性能和机械加工性能［1］。

2　刀具的选用

数控机床的具有高速、高效和高度自动化等特性，为充分发挥数控机床的这些性能，数控刀具应与之相适应，一般包括通用刀具和通用连接刀柄两个部分，为便于将刀具联接并装在机床动力头上，刀柄已逐渐标准化和系列化。

1）根据零件材料的切削性能选择刀具。如材料为45钢的零件，可以用普通刀具加工；不锈钢、高强度钢、钛合金等材料的零件，可以用硬质合金刀具加工，其耐磨性较好。

2）根据零件的加工阶段选择刀具。数控加工一般可以分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。每个加工阶段，对刀具都有不同的要求：粗加工阶段主要是为了切除较多的材料，切削用量较大，选择的刀具必须刚性较好，对精度的要求较低；半精加工主要为精加工作准备，切削用量不能大，如准备加工工艺基准，精加工主要完成重要表面的加工，切削用量很小，为保证加工精度和质量，必须选择高耐用度和高精度的刀具。

3）根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。为减少被加工零件的变形，切削薄壁、超薄壁零件时，切削力不能过大，选择的铣刀主偏角要小，这样能减小其径向切削力；加工铝、铜等较软材料的零件时，选择的立铣刀的前角应稍大一些，不要超过4齿；根据零件结构，所选用的刀具尽可能直径大、长径比小。

4）刀具的尺寸与工件的表面尺寸相适应。如加工平面零件的周边轮廓时，选用立铣刀；选用硬质合金刀片铣刀铣削平面。

合理安排刀具的顺序，可以减少辅助时间的占用，提高效率。应遵循以下原则安排刀具的排列顺序：尽量减少刀具的数量；分开使用粗精加工的刀具；装夹换刀要在一把刀具完成其所能进行的全部加工步骤后再进行；先铣后钻；先精加工曲面，后精加工二维轮廓；充分利用数控机床的自动换刀功能提高生产效率［2］。

3　数控加工切削用量的确定

切削用量对于加工效率、刀具磨损、加工质量和加工成本都会有显著影响。切削用量包括切削速度、背吃刀量及进给速度等，不同的加工方法选用不同的切削用量。按照以下的原则设置切削用量：在以提高生产率为主的粗加工阶段，首先背吃刀量尽可能选取大的，其次尽可能大的选取进给量，其主要受到机床动力和刚性的限制，最后确定最佳的切削速度，这需要以刀具耐用度为依据；在以保证加工质量为主的半精加工和精加工阶段，同时考虑到切削效率、经济性和加工成本，首先设置背吃刀量，这要根据粗加工后的余量进行；其次选取的进给量要较小，可以根据已加工表面的粗糙度要求设置；最后选取较高的切削速度，这需要以保证刀具的耐用度为前提［3］。

从刀具的耐用度出发，切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给量，最后确定切削速度。这些参数需要以机床性能、切削用量手册为依据，并结合经验来设置。另外，要形成最佳切削用量，还需要主轴转速、切削深度及进给速度三者相互适应。

1）在机床、工件和刀具刚度允许条件下，为减少走刀次数，提高生产效率，要尽可能使背吃刀量和加工余量相等；一般精加工余量为0.2～0.5 mm，这样可以保证零件的加工精度和表面粗糙度。

2）数控加工中，切削宽度L的取值范围一般为（0.6～0.9）d，L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。

3）切削速度主要取决于刀具耐用度，与加工材料也关系紧密。

4）主轴转速一般根据切削速度来选定。

5）在设置进给速度时，需要综合考虑刀具、工件材料、加工精度以及表面粗糙度要求等。为提高生产效率，当能够保证工件质量时，可选择较高的进给速度，一般为100～200mm/min；选择较低的进给速度进行刀断、深孔加工，一般为20～50mm/min；表面粗糙度、加工精度要求高时，一般选取20～50mm/min的进给速度。

在数控加工过程中，为充分发挥数控机床的性能，并保证零件的加工质量、提高生产效率，应根据刀具及切削参数选用原则，合理选择数控加工刀具结构、刀具材料、刀具几何参数和切削用量。

［1］刘党生.金属切削原理与刀具［M］.北京:北京理工大学出版社，2009：46.

［2］吴明友.数控加工技术［M］.北京:机械工业出版社，2008:60.

［3］吴军，郑小军.高速铣削工艺优化研究在数控加工中的应用［J］.机械设计与造，2012（7）:90-92.

（编辑：王慧芳）

Selection of Cutting Tools and Cutting Parameters in NC machining

Huang Xiaobo
（Shanghai University of Engineering Science，Shanghai201620）

This paper expounds the common principle of NC tool selection，performance，and determine the cutting parameter，illustrates the CNC machine tool spindle speed is higher than common machine tool rotation speed，and sums up the cutting tools and its parameters on the machining quality and efficiency of NC machine tools have a significant impact.

numerical control；cutting tool；cutting parameters

TG659

A

2095-0748（2015）23-0038-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.16

2015-10-25

黄晓波（1976—），男，湖北广水人，硕士研究生，讲师，研究方向：CAD/CAM，数控技术。