刀具及切削用量的確定在數(shù)控加工中的合理選用

安存勝　張　壘

中圖分類號：J528 X781 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控加工的效率，而且直接影響加工質(zhì)量。本文從數(shù)控加工中刀具的分類與特點入手，分類說明在數(shù)控自動編程中，刀具合理選用的重要意義。

關(guān)鍵詞：刀具；編程；數(shù)控加工；合理選用

當(dāng)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(guī)劃的有關(guān)問題，如刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設(shè)定等，編程人員只需設(shè)置有關(guān)的參數(shù)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床加工完成。顯然，數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)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(shù)控技術(shù)加工的特點，正確選擇刀具及切削用量。

一、數(shù)控加工常用刀具的種類及特點

數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)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(lián)結(jié)刀具并安裝在機床動刀頭上）。

1.數(shù)控刀具的分類方法

根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為整體式、鑲嵌式、特殊型式（如復(fù)合式刀具、減震式刀具等）；若采用焊接或機夾式聯(lián)結(jié)，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；根據(jù)刀具的材料可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)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(nèi)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(yīng)數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用，在數(shù)量上達(dá)到整個數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。

2.數(shù)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(wěn)定、可靠；（4）刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間；（5）刀具應(yīng)能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；（6）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。

3.數(shù)控加工刀具的選擇

刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)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(guān)因素，正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是安裝調(diào)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(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)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(zhì)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(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進(jìn)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(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)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(yīng)優(yōu)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(guī)定隨時進(jìn)行選刀和換刀。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便使鉆、鏜、擴(kuò)、銑等工序的標(biāo)準(zhǔn)刀具，迅速、準(zhǔn)確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應(yīng)了解機床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法及調(diào)整范圍，以便在編程時確定刀具的經(jīng)向和軸向尺寸。

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)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(jìn)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(yīng)遵循以下原則：（1）盡量減少刀具數(shù)量；（2）一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工步驟；（3）粗精加工的刀具應(yīng)分開使用（即使是相同尺寸規(guī)格的刀具）；（4）先銑后鉆；（5）先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；（6）應(yīng)盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)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(chǎn)率為主，同時也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)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(chǎn)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(yīng)留一定的余量進(jìn)行精加工。數(shù)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(jīng)濟(jì)型數(shù)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(guān)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(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度V來選定。計算公式為：V=Πnd/1000。數(shù)控機床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速倍調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。（5）進(jìn)給速度VF。VF應(yīng)根據(jù)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(chǎn)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(zhuǎn)第069頁) (接轉(zhuǎn)第070頁) Vf也可通過機床控制面板上的倍調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能的限制。

三、結(jié)束語

隨著數(shù)控機床在生產(chǎn)實際中的廣泛應(yīng)用，量化生產(chǎn)線的形成，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機交互狀態(tài)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(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。

參考文獻(xiàn)：

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