刀具及切削用量的確定在數控加工中的合理選用

安存勝　張　壘

中圖分類號：J528 X781 文獻標識碼：A 文章編號：1673-0992（2009）04-070-02

摘要：刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容，它不僅影響數控加工的效率，而且直接影響加工質量。本文從數控加工中刀具的分類與特點入手，分類說明在數控自動編程中，刀具合理選用的重要意義。

關鍵詞：刀具；編程；數控加工；合理選用

當今，幾乎所有的CAD/CAM軟件包都提供自動編程的功能，這些軟件一般在編程界面中提示工藝規劃的有關問題，如刀具選擇、加工路徑規劃、切削用量設定等，編程人員只需設置有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床加工完成。顯然，數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數控技術加工的特點，正確選擇刀具及切削用量。

一、數控加工常用刀具的種類及特點

數控加工刀具必須適應數控加工的高速、高效和自動化程度高的特點。包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄（刀柄要聯結刀具并安裝在機床動刀頭上）。

1.數控刀具的分類方法

根據刀具結構可分為整體式、鑲嵌式、特殊型式（如復合式刀具、減震式刀具等）；若采用焊接或機夾式聯結，機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種；根據刀具的材料可分為高速鋼刀具、硬質合金刀具、金剛石刀具、其他材料刀具（如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等）；按切削工藝上可分為車削刀具（分外圓、內孔、螺紋、切割刀具等）、鉆削刀具（包括鉆頭、絞刀、絲錐等）、鏜削刀具、銑削刀具等。為了適應數控機床對刀具耐用、穩定、易調、可換等的要求，近幾年機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用，在數量上達到整個數控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數的80%～90%。

2.數控刀具與普通機床上所用刀具相比，主要有以下特點：

（1）剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小；（2）互換性好，便于快速換刀；（3）壽命高，切削性能穩定、可靠；（4）刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間；（5）刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；（6）系列化、標準化，以利于編程和刀具管理。

3.數控加工刀具的選擇

刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料、加工工序、切削用量以及其他相關因素，正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。注意在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。

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，應選硬質合金銑刀；加工凸臺、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(模具)加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般采用頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優于球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優先選擇平頭刀。

在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規定隨時進行選刀和換刀。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、鏜、擴、銑等工序的標準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法及調整范圍，以便在編程時確定刀具的經向和軸向尺寸。

在經濟型數控機床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：（1）盡量減少刀具數量；（2）一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工步驟；（3）粗精加工的刀具應分開使用（即使是相同尺寸規格的刀具）；（4）先銑后鉆；（5）先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；（6）應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。

二、加工過程中切削用量的確定

1.合理選擇切削用量的原則

粗加工時，一般以提高生產率為主，同時也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。

2.具體要考慮的因素

（1）切削深度t。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，t就等于加工余量，這是提高生產率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數控機床的精加工余量可略小于普通機床。（2）切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經濟型數控機床的加工過程中，一般L的取值范圍為：L=（0.6～0.9）d。（3）切削速度V。另外，切削速度與加工材料也有很大關系，如用立銑刀銑削合金鋼時，V可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，V可選用20m/min以上。（4）主軸轉速n(r/min)。主軸轉速一般根據切削速度V來選定。計算公式為：V=Πnd/1000。數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速倍調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數調整。（5）進給速度VF。VF應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。VF的增加也可以提高生產效率。加工表面粗糙度要求低時，VF可選擇得大些。在加工過程中，(轉第069頁) (接轉第070頁) Vf也可通過機床控制面板上的倍調開關進行人工調整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統性能的限制。

三、結束語

隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用，量化生產線的形成，數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中，要在人機交互狀態下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，從而保證零件的加工質量和加工效率，充分發揮數控機床的優點，提高企業的經濟效益和生產水平。

參考文獻：

[1]陳建中.數控機床程序編程的工藝處理應用及其研究.科協論壇.2007.09

[2]馬麗芳. 數控編程的技術要求與實例.發展.2008.03