數控加工中刀具的選擇與切削用量的確定

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，尤其是在借助CAM軟件進行數控編程時，刀具的選擇和切削用量的選擇尤為重要，它不僅對被加工零件的質量影響巨大，甚至可以決定機床功效的發揮和安全生產的順利進行。所以無論是手工編程或計算機輔助編程，在編制加工程序時，選擇合理的刀具和切削用量，都是編制高質量加工程序的前提。本文對數控編程中的刀具選擇和切削用量確定兩個問題進行了探討，給出了若干原則和建議，并對應該注意的問題進行了討論。

關鍵詞：數控加工 刀具的選擇 切削用量

一、常用刀具的種類及特點

數控加工刀具必須適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點。數控加工用刀具分為常規刀具和模塊化刀具兩大類。由于模塊刀具的發展，數控刀具已逐漸形成標準化和系列化。數控刀具根據刀具結構可分為：整體式和鑲嵌式。鑲嵌式又可分為焊接或機夾式，機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種；還有減振式、內冷式和特殊形式（如復合刀具）。根據制造刀具所用的材料可分為：優質碳素工具；合金工具鋼；高速鋼；硬質合金；其他材料刀具，如陶瓷、金剛石、立方氮化硼刀具等。從切削工藝上可分為：車削刀具，分為外圓、內孔、螺紋、切割刀具等多種；鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、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、可換等要求，近幾年機夾式可轉位刀具得到了廣泛應用，無論是在數量上還是金屬切除量上都占據了較高的比例。

數控刀具與普通機床上用的刀具在使用上相比，有許多不同的要求。主要有以下幾個特點：第一，與普通機床上所用的刀具相比，數控加工刀具的剛性較好（尤其是粗加工刀具），精度高，耐磨性好。第二，數控加工刀具互換性好，便于快速換刀或實現自動換刀。第三，數控刀具的使用壽命及經濟壽命指標較合理性。第四，數控加工刀具刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。第五，數控加工刀具刀片或刀具材料及切削參數與被加工材料之間應相匹配。第六，數控加工刀具刀片及刀柄較通用化、系列化、標準化，有利于編程和刀具管理。

二、刀具的選擇

刀具的選擇是在數控編程中人機交互的狀態下進行的，應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量及其他相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇的總原則是：除滿足普通機床應具備的基本條件外，還要考慮刀具工作條件方面的因素，如切屑的斷屑性能、刀具的安裝調整方便，剛性、耐用度和精度等。

選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相匹配。例如，數控銑床或加工中心在生產零件時，平面零件周邊輪廓的加工一般采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；對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。數控機床孔加工時，由于鉆頭的剛性和切削條件差，選用的鉆頭直徑應滿足L/D≤5（L為鉆孔深度）。鉆孔前先用中心鉆定位，精絞前可選用浮動絞刀，鏜孔時應盡量選用對稱的多刃鏜刀頭切削，以平衡鏜削振動。在進行自由曲面加工時，為保證加工精度，切削行距一般取得很精密。由于球頭刀具的端部切削速度為零，故球頭刀具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，在不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度、精度與刀具價格關系極大。必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。

在經濟型數控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工進行，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：盡量減少刀具數量；一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規格的刀具；先銑后鉆；先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；在可能的情況下，應盡量利用數控機床的自動換刀功能，提高生產效率等。

三、切削用量的確定

數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括切削深度、切削速度及進給速度等。對于不同的加工方法，要選擇不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：粗加工時，以提高生產率為主，但也要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。具體數值可根據機床說明書、切削用量手冊和經驗而定。

1.切削深度

切削深度主要受機床剛度的制約，在機床剛度允許的情況下，切削深度應盡可能大，以最少的進給次數切除加工余量。因此，減少走刀次數是提高生產率的有效措施。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.切削速度

提高切削速度也是提高生產率的有效途徑，但切削速度與刀具材料、刀具耐用度的關系比較密切。隨著切削速度的增大，刀具耐用度急劇下降。切削速度與加工的工件材料有很大關系，工件材料強度、硬度高低和塑性、韌性大小都會影響刀具切削速度。同一刀具加工硬材料時需要的切削力大，切削速度應降低；而加工較軟材料時，需要的切削力小，切削速度可以提高。此外刀具的形狀、切削角度、切削液的使用及機床性能都對切削速度有影響。

3.進給速度（又稱進給量）

進給速度應根據零件的加工精度和表面粗糙度以及刀具和工件材料來選擇。進給速度的增加也可以提高生產效率，加工表面粗糙度要求低時進給速度可選擇得大些，反之就小些。在加工過程中，進給速度也可通過機床控制面板上的修調開關進行人工調整，但是最大進給速度受設備剛度和進給系統性能等的限制。

隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用，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，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。

（作者單位：邯鄲工程高級技工學校）