数控加工中刀具的选择和切削用量的确定

乔立龙

刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成成为可能。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨。

一、数控加工常用刀具的种类及性能

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。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。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陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：①车削刀具；②钻削刀具；③镗削刀具；④铣削刀具等。

刀具材料应具备的性能：

（1）高硬度 刀具材料的硬度应高于工件的硬度，常温硬度应在HRC68以上；

（2）足够的韧性 承受切削力、振动和冲击；

（3）高耐磨性 耐磨性是材料抵抗磨损的能力；

（4）高耐热性 刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力；

二、数控加工刀具的选择

刀具的选择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。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀。因此，只要在保证精度的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。在数控加工中，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。

三、数控加工切削用量的确定

合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量的选择可参考表1

切削用量的选取（高速钢立铣刀）

（1）背吃刀量Ap。在机床、工件和刀具的刚度允许的情况下，应尽可能使背吃刀量等于加工余量，这样可以

减少走刀次数，提高生产效率。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，应留少量精加工余量，一般留0.2-0.5mm。

（2）切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。数控加工中，一般L的取值范围为：L=（0. 6-0. 9） d。

（3）切削速度Vc。Vc也是提高生产率的一个措施，但Vc与刀具耐用度的关系比较密切。随着Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系。

（4）主轴转速n （r/min）。主轴转速一般根据切削速度Vc来选定。计算公式为： n=1000Vc /πd ，式中d为刀具或工件直径（mm）。数控机床的控制面板上一般配有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行倍率调整。

（5）进给速度F。F应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。确定进给速度的原则：

第一、当工件的质量要求能够保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100-200mm/min范

围内选取。

第二、在刀断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20-50mm/min范围内选取。

第三、当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20-50mm/min范围内选取。

在数控加工过程中， F也可通过机床控制面板上的进给倍率修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

在切削深度及进给量选定后，合理地选择切削速度对切削效率和加工成本有很大的影响。图示为切削速度、进给量对工序成本的影响。分析图可知：当进给量一定，切削速度适中时，对应成本最低，该速度即为对应于刀具经济使用寿命的最佳切削速度；增大进给量，工序成本随之降低，且与刀具经濟使用寿命对应的最佳切削速度随进给量的增大而降低。

因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

（作者单位：大连长兴岛中等职业技术学校）