曲面數控加工刀具選擇及切削參數設置的探討

李英亮 李秀方

摘要：近十幾年來由于數控加工設備應用，數控加工技術及加工難度也相應提高，編程人員如何編制合理高效數控程序，如何選擇刀具及切削參數設置，是降低生產成本提高生產效率的關鍵。

關鍵詞：刀具；切削參數；主軸轉速；進給速度；吃刀量

0引言

數控加工技術已廣泛應用于機械制造業，其中數控銑削是復雜零件的主要加工方法。數控設備為精密復雜零件的加工提供了基本條件，但要達到預期的加工效果，編制高質量的數控程序是必不可少的。這是因為數控加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。對于復雜的曲面零件，往往需要借助于軟件編制加工程序，如Pro/E、UG等。編制加工程序時，選擇合理的刀具及切削參數，是編制高質量加工程序的前提。

1刀具的選擇

在數控銑削加工中，刀具的選擇直接影響著零件的加工質量、加工效率和加工成本，因此正確選擇刀具有著十分重要的意義。在數控曲面銑削加工中，常用的刀具有平端立銑刀、圓鼻立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等，在形狀復雜的型腔加工時刀具的選擇應遵循以下原則：

1.1根據被加工型面形狀型面曲率的大小選擇刀具類型

對于凹形表面，在半精加工和精加工時，應選擇球頭刀，以得到好的表面質量，但在粗加工時宜選擇平端立銑刀或圓鼻立銑刀，這是因為球頭刀切削條件較差；對凸形表面，粗加工時一般選擇平端立銑刀或圓鼻立銑刀，但在精加工時宜選擇圓鼻立銑刀，這是因為圓角銑刀的幾何條件比平端立銑刀好。在精加工時，所用最小刀具的半徑應小于或等于被加工零件上的內輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時，應選用半徑小于拐角處圓角半徑的刀具并以圓弧插補的方式進行加工，這樣可以避免采用直線插補而出現過切現象。

1.2根據從大到小的原則選擇刀具

復雜零件一般包含有多個類型的曲面，因此在加工時一般不能選擇一把刀具完成整個零件的加工。無論是粗加工還是精加工，應盡可能選擇大直徑的刀具，因為刀具直徑越小，加工路徑越長，造成加工效率降低，同時刀具的磨損會造成加工質量的明顯差異。

1.3粗加工時盡可能選擇圓角銑刀

一方面圓鼻銑刀在切削中可以在刀刃與工件接觸的0～90°范圍內給出比較連續的切削力變化，這不僅對加工質量有利，而且會使刀具壽命大大延長；另一方面，在粗加工時選用圓鼻銑刀，與球頭刀相比具有良好的切削條件，與平端立銑刀相比可以留下較為均勻的精加工余量，這對后續加工是十分有利的。

2切削參數的控制

切削參數的選擇對加工質量、加工效率以及刀具耐用度有著直接的影響。在CAM軟件中與切削相關的參數主要有主軸轉速、進給速率、刀具切入時的進給速率、步距寬度和切削深度等。/ q； J&

2.1主軸轉速

主軸轉速一般根據切削速度來計算，其計算公式為：n = 1 0 0 0 V c /πd，式中d為刀具直徑（mm），Vc為切削速度（m/min）。切削速度的選擇與刀具的耐用度密切相關，當工件材料、刀具材料和結構確定后，切削速度就成為影響刀具耐用度的最主要因素，過低或過高的切削速度都會使刀具耐用度急劇下降。在模具加工，尤其是模具的精加工時，應盡量避免中途換刀，以得到較高的加工質量，因此應結合刀具耐用度認真選擇切削速度。

2.2進給速度與刀具切入進給速度

進給速度的選擇直接影響著零件的加工精度和表面粗糙度，其計算公式為F=nzf，式中n為主軸轉速（r/min），z為銑刀齒數，f為每齒進給量（mm/齒）。每齒進給量的選取取決于工件材料的力學性能、刀具材料和銑刀結構。工件的硬度和強度越高，每齒進給量越小；硬質合金銑刀比同類高速鋼銑刀每齒進給量要高；當加工精度和表面粗糙度要求較高時，應選擇較低的進給量；刀具切入進給速度應小于切削進給速度。

2.3吃刀量及步距寬度

在曲面數控加工中，由于曲面曲率半徑的影響，一定要和平面銑削加工區分開。對方料毛坯進行粗加工多采用分層切削的方法，每層環形走刀或平行走刀，層間螺旋下刀。切削層間下刀的角度取值一般小于15°，深度取刀直徑的5-10%為宜，每層的步距根據模具材料不同一般不大于刀具直徑的70%。盡量做到"少拉快跑，活好刀好"，即取較小的切削量、較快的進給速度，保證了工件的加工質量和效益，保護了刀具。對于復雜的型腔，可以采用大、小幾把刀具分別開粗，把上一道工序加工完的幾何體作為下一道工序的毛坯來使用，以提高加工效率和連續進刀率。

3結論

總之，零件數控編程具有很大的靈活性，只有正確理解以上工藝參數，在實踐中不斷進行總結，才能編制出高質量的加工程序，加工出高質量的零件。

參考文獻

[1] 陳永濤，陳建文，陳建威.精通中文版UG NX6數控編程與加工[M].北京：清華大學出版社，2014.

[2] 趙正文.數控銑床/加工中心加工工藝與編程[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2013.

[3]王琦，郭非，王啟義.圓弧樣條逼近為機械零件幾何輪廓的自動編程[J].機械工程學報，1998（02）.

[4]沈紀桂. 數控加工圓弧擬合的優化方法[J]. 機械工程學報，1997（06）.

[5]孫家昶，鄭全琳.曲線的圓弧逼近與雙圓弧逼近[J]. 計算數學，1981（02）.

[6]董光昌，梁友棟，何援軍.樣條曲線擬合與雙圓弧逼近[J].應用數學學報，1978（04）.