数控加工刀具的选择

何丽丽

（开封市技师学院，河南 开封　475004）

数控加工刀具的选择

何丽丽

（开封市技师学院，河南 开封475004）

现代制造技术的发展及数控加工设备的广泛使用，极大地推动了切削技术的进步。随着生产加工过程数控化和自动化的需要，对金属切削刀具提出了高可靠度、高精度、长寿命、快速转位更换、断屑良好等更高要求。

数控加工；经济型；选择原则

自20世纪80年代以来，可转位不重磨刀具已被各国广泛应用，但是可转位不重磨刀片及刀具CAD/CAM技术的应用和发展，使刀具结构设计及切削部分的形状种类变得十分繁多，给机械加工和刀具设计人员合理选择刀具带来一定困难。同时，刀片型号的增加也给刀片采购和销售带来不便，为用户快速、高效及正确选择刀具增加困难。为使企业对市场需求迅速做出响应，在切削加工中，快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。根据不同加工特征，自动选择所需刀具对实现高度自动化切削加工或无人加工具有十分重要的意义。

1　数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；③镗削刀具；④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：①刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；②互换性好，便于快速换刀；③寿命高，切削性能稳定、可靠；④刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；⑤刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；⑥系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。

2　数控加工刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

3　车削加工特征的刀具选择及方法

（1）车刀选择原则。加工特征是指零件加工过程中与该加工工序相关的加工信息集成。如外圆车削特征可包括起始直径（加工前的零件直径）、最小完成直径（零件加工后允许的最小直径）、最大完成直径（零件加工完后允许的最大直径）、加工长度、刀尖圆弧半径及工件刚度等特征参数，加工特征能比较准确地描述工件的加工要求，而这些要求是选定机床、夹具、刀具及其工艺参数的前提。由于每种加工特征都需输入多个特征参数，为使刀具选择变得简捷方便，这里只对各种加工特征进行定性描述。根据起始直径和零件加工完成直径值将车削加工分为粗加工（半精加工）和精加工两类，根据零件刚度将其分为刚度高和刚度低两类。综合上述要求，将外圆车削加工分为以下四种加工特征：①车削外圆（粗切或半精切，刚度高）；②车削外圆（粗切或半精切，刚度低）；③车削外圆（精切或半精切，刚度高）；④车削外圆（精切或半精切，刚度低）。

根据上述定性描述的加工特征来选择刀具。例如，加工特征为车削外圆（粗切或半精切，刚度高）时，因粗加工或半精加工主要是切除多余金属，切削力较大，故应选择稳固的刀片夹紧方式，刀尖角尽可能选择大一些，以增加刀尖强度。由于减小主偏角会导致径向分力Fy增大，当工艺系统的刚度较强时，可适当减小刀具主偏角。小的刀具主偏角能够增加参与切削的切削刃长度，减少单位长度切削刃的负荷，从而提高刀具的使用寿命。

（2）刀具选择方法。根据用户选择的夹紧方式确定刀具的第一号位，再根据第一号位进行第一次选择，将符合所选夹紧方式的刀具全部选出来，程序将在此次筛选的基础上确定第二、三、四位的代号。当用户选择了加工特征后，根据表中的选择原则，对二、三、四位的相同号位进行“或”运算，不同号位进行“和”运算，从而确定刀具的前四位代号，这样就可根据所确定的刀具代号从刀具数据库中选择出符合加工特征要求的刀具。

4　结语

针对现代机械加工中切削刀具种类的复杂繁多，为实现刀具牌号的快速自动查询，设计建立了基于加工特征的刀具选择系统。它可对目前切削加工中经常出现的各种特征进行分析，优化总结出几种适合普通生产需求的基本特征，并对不同加工特征制定出相应的推理规则，根据用户所选刀具的不同加工特征，触发相应的推理规则，从而选择出加工所需的刀具。刀具选择系统的建立实现了在切削加工中对刀具进行快速选择，减少人工查询操作，节约了劳动时间，提高了生产效率。

［1］张超英.数控机床［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］毕毓杰.机床数控技术［M］.北京：机械工业出版社，2013.

［3］沈建锋.数控机床编程与操作［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

Choice of NC Machining Tool

HE Li-li
（Kaifeng Technician Institute，Kaifeng，Henan 475004，China）

The development of modern manufacturing technology and the wide use of CNC machining equipment have greatly promoted the advancement of the cutting technology.With the need of production process，numerical control and automation，high reliability are put forward for metal cutting tools，high precision，long life，fast inversion replacement，such as chip breaker good higher requirements.

CNC processing；economic；selection principle

TG659

A

2095-980X（2016）07-0022-01

2016-06-18

何丽丽（1985-），女，河南开封人，大学本科，主要研究方向：机电技术教育。