數控加工中刀具的選擇和切削用量的確定

喬立龍

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，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。CAD/CAM技術的發展，使得在數控加工中直接利用CAD的設計數據成為可能，特別是微機與數控機床的聯接，使得設計、工藝規劃及編程的整個過程全部在計算機上完成成為可能。本文對數控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了探討。

一、數控加工常用刀具的種類及性能

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，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄。刀柄要聯接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數控刀具的分類有多種方法。根據刀具結構可分為：①整體式；②鑲嵌式。根據制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼刀具；②硬質合金刀具；③金剛石刀具；④陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：①車削刀具；②鉆削刀具；③鏜削刀具；④銑削刀具等。

刀具材料應具備的性能：

（1）高硬度 刀具材料的硬度應高于工件的硬度，常溫硬度應在HRC68以上；

（2）足夠的韌性 承受切削力、振動和沖擊；

（3）高耐磨性 耐磨性是材料抵抗磨損的能力；

（4）高耐熱性 刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的能力；

二、數控加工刀具的選擇

刀具的選擇應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它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。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。由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很密，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，只要在保證精度的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優先選擇平頭刀。在數控加工中，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。

三、數控加工切削用量的確定

合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產率為主，但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。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者相互適應，以形成最佳切削用量。切削用量的選擇可參考表1

切削用量的選取（高速鋼立銑刀）

（1）背吃刀量Ap。在機床、工件和刀具的剛度允許的情況下，應盡可能使背吃刀量等于加工余量，這樣可以

減少走刀次數，提高生產效率。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，應留少量精加工余量，一般留0.2-0.5mm。

（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。數控加工中，一般L的取值范圍為：L=（0. 6-0. 9） d。

（3）切削速度Vc。Vc也是提高生產率的一個措施，但Vc與刀具耐用度的關系比較密切。隨著Vc的增大，刀具耐用度急劇下降，故Vc的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關系。

（4）主軸轉速n （r/min）。主軸轉速一般根據切削速度Vc來選定。計算公式為： n=1000Vc /πd ，式中d為刀具或工件直徑（mm）。數控機床的控制面板上一般配有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行倍率調整。

（5）進給速度F。F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。確定進給速度的原則：

第一、當工件的質量要求能夠保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100-200mm/min范

圍內選取。

第二、在刀斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20-50mm/min范圍內選取。

第三、當加工精度、表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20-50mm/min范圍內選取。

在數控加工過程中， F也可通過機床控制面板上的進給倍率修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等的限制。

在切削深度及進給量選定后，合理地選擇切削速度對切削效率和加工成本有很大的影響。圖示為切削速度、進給量對工序成本的影響。分析圖可知：當進給量一定，切削速度適中時，對應成本最低，該速度即為對應于刀具經濟使用壽命的最佳切削速度；增大進給量，工序成本隨之降低，且與刀具經濟使用壽命對應的最佳切削速度隨進給量的增大而降低。

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。

（作者單位：大連長興島中等職業技術學校）