數(shù)控加工刀具及切削參數(shù)的選用

黃曉波

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海201620）

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數(shù)控加工刀具及切削參數(shù)的選用

黃曉波

（上海工程技術(shù)大學(xué)，上海201620）

闡述了常用數(shù)控加工刀具的種類、性能、選擇原則以及確定切削用量，說明了數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速比普通機(jī)床轉(zhuǎn)速高，同時(shí)總結(jié)了刀具及其參數(shù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和加工效率有顯著的影響。

數(shù)控；刀具；切削參數(shù)

引言

數(shù)控機(jī)床的主軸輸出功率較大，主軸轉(zhuǎn)速及范圍比普通機(jī)床要高得多，與傳統(tǒng)加工方法相比，對(duì)數(shù)控加工的刀具有更高的要求，要求刀具的精度、強(qiáng)度、剛性和耐用度比普通機(jī)床的刀具更高，并且在尺寸方面要求具有較好的穩(wěn)定性，同時(shí)便于安裝調(diào)整。而且CAD/CAM軟件的應(yīng)用越來越廣泛，這些軟件一般提供自動(dòng)編程功能，在軟件使用過程中，會(huì)有一些工藝規(guī)劃問題要求預(yù)先設(shè)定好，如選擇合適的刀具、規(guī)劃加工路徑、設(shè)置切削用量等。在與數(shù)控加工有關(guān)的參數(shù)設(shè)置好之后，CAD/CAM軟件就可以自動(dòng)生成NC程序。在編程時(shí)，編程人員要充分考慮不同零件數(shù)控加工的特點(diǎn)，根據(jù)刀具選擇和切削用量確定的基本原則，才能合理選擇數(shù)控刀具，提高加工效率。因此，數(shù)控刀具也必須結(jié)構(gòu)合理、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，零件加工時(shí)才便于根據(jù)其幾何形狀、材料以及夾具進(jìn)行選用，并且要考慮機(jī)床的剛性。

1　常用刀具的種類及性能

數(shù)控刀具可以按照多種分類方式。從結(jié)構(gòu)方面對(duì)數(shù)控刀具分類，可分為整體式、鑲嵌式、減振式、內(nèi)冷式和特殊型式等；從制造刀具所用的材料方面分類，可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具等，其中，金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性；從切削工藝方面可分為車削刀具、鉆削刀具、鏜削刀具、銑削刀具以及特殊型刀具等。

刀具材料應(yīng)具備高硬度、高韌性、高耐磨性、高耐熱性以及良好的工藝性，即：刀具材料的硬度高于工件的硬度；刀具有足夠的韌性承受切削力、振動(dòng)和沖擊；刀具能夠有效地抵抗磨損；在高溫下，刀具材料能夠保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性；為便于刀具制造，刀具材料需具有良好熱加工性能和機(jī)械加工性能［1］。

2　刀具的選用

數(shù)控機(jī)床的具有高速、高效和高度自動(dòng)化等特性，為充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的這些性能，數(shù)控刀具應(yīng)與之相適應(yīng)，一般包括通用刀具和通用連接刀柄兩個(gè)部分，為便于將刀具聯(lián)接并裝在機(jī)床動(dòng)力頭上，刀柄已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。

1）根據(jù)零件材料的切削性能選擇刀具。如材料為45鋼的零件，可以用普通刀具加工；不銹鋼、高強(qiáng)度鋼、鈦合金等材料的零件，可以用硬質(zhì)合金刀具加工，其耐磨性較好。

2）根據(jù)零件的加工階段選擇刀具。數(shù)控加工一般可以分為粗加工、半精加工、精加工三個(gè)階段。每個(gè)加工階段，對(duì)刀具都有不同的要求：粗加工階段主要是為了切除較多的材料，切削用量較大，選擇的刀具必須剛性較好，對(duì)精度的要求較低；半精加工主要為精加工作準(zhǔn)備，切削用量不能大，如準(zhǔn)備加工工藝基準(zhǔn)，精加工主要完成重要表面的加工，切削用量很小，為保證加工精度和質(zhì)量，必須選擇高耐用度和高精度的刀具。

3）根據(jù)加工區(qū)域的特點(diǎn)選擇刀具和幾何參數(shù)。為減少被加工零件的變形，切削薄壁、超薄壁零件時(shí)，切削力不能過大，選擇的銑刀主偏角要小，這樣能減小其徑向切削力；加工鋁、銅等較軟材料的零件時(shí)，選擇的立銑刀的前角應(yīng)稍大一些，不要超過4齒；根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，所選用的刀具盡可能直徑大、長(zhǎng)徑比小。

4）刀具的尺寸與工件的表面尺寸相適應(yīng)。如加工平面零件的周邊輪廓時(shí)，選用立銑刀；選用硬質(zhì)合金刀片銑刀銑削平面。

合理安排刀具的順序，可以減少輔助時(shí)間的占用，提高效率。應(yīng)遵循以下原則安排刀具的排列順序：盡量減少刀具的數(shù)量；分開使用粗精加工的刀具；裝夾換刀要在一把刀具完成其所能進(jìn)行的全部加工步驟后再進(jìn)行；先銑后鉆；先精加工曲面，后精加工二維輪廓；充分利用數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀功能提高生產(chǎn)效率［2］。

3　數(shù)控加工切削用量的確定

切削用量對(duì)于加工效率、刀具磨損、加工質(zhì)量和加工成本都會(huì)有顯著影響。切削用量包括切削速度、背吃刀量及進(jìn)給速度等，不同的加工方法選用不同的切削用量。按照以下的原則設(shè)置切削用量：在以提高生產(chǎn)率為主的粗加工階段，首先背吃刀量盡可能選取大的，其次盡可能大的選取進(jìn)給量，其主要受到機(jī)床動(dòng)力和剛性的限制，最后確定最佳的切削速度，這需要以刀具耐用度為依據(jù)；在以保證加工質(zhì)量為主的半精加工和精加工階段，同時(shí)考慮到切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本，首先設(shè)置背吃刀量，這要根據(jù)粗加工后的余量進(jìn)行；其次選取的進(jìn)給量要較小，可以根據(jù)已加工表面的粗糙度要求設(shè)置；最后選取較高的切削速度，這需要以保證刀具的耐用度為前提［3］。

從刀具的耐用度出發(fā)，切削用量的選擇順序是：先確定背吃刀量，其次確定進(jìn)給量，最后確定切削速度。這些參數(shù)需要以機(jī)床性能、切削用量手冊(cè)為依據(jù)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來設(shè)置。另外，要形成最佳切削用量，還需要主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者相互適應(yīng)。

1）在機(jī)床、工件和刀具剛度允許條件下，為減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，要盡可能使背吃刀量和加工余量相等；一般精加工余量為0.2～0.5 mm，這樣可以保證零件的加工精度和表面粗糙度。

2）數(shù)控加工中，切削寬度L的取值范圍一般為（0.6～0.9）d，L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。

3）切削速度主要取決于刀具耐用度，與加工材料也關(guān)系緊密。

4）主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來選定。

5）在設(shè)置進(jìn)給速度時(shí)，需要綜合考慮刀具、工件材料、加工精度以及表面粗糙度要求等。為提高生產(chǎn)效率，當(dāng)能夠保證工件質(zhì)量時(shí)，可選擇較高的進(jìn)給速度，一般為100～200mm/min；選擇較低的進(jìn)給速度進(jìn)行刀斷、深孔加工，一般為20～50mm/min；表面粗糙度、加工精度要求高時(shí)，一般選取20～50mm/min的進(jìn)給速度。

在數(shù)控加工過程中，為充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能，并保證零件的加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，應(yīng)根據(jù)刀具及切削參數(shù)選用原則，合理選擇數(shù)控加工刀具結(jié)構(gòu)、刀具材料、刀具幾何參數(shù)和切削用量。

［1］劉黨生.金屬切削原理與刀具［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2009：46.

［2］吳明友.數(shù)控加工技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008:60.

［3］吳軍，鄭小軍.高速銑削工藝優(yōu)化研究在數(shù)控加工中的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與造，2012（7）:90-92.

（編輯：王慧芳）

Selection of Cutting Tools and Cutting Parameters in NC machining

Huang Xiaobo
（Shanghai University of Engineering Science，Shanghai201620）

This paper expounds the common principle of NC tool selection，performance，and determine the cutting parameter，illustrates the CNC machine tool spindle speed is higher than common machine tool rotation speed，and sums up the cutting tools and its parameters on the machining quality and efficiency of NC machine tools have a significant impact.

numerical control；cutting tool；cutting parameters

TG659

A

2095-0748（2015）23-0038-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.16

2015-10-25

黃曉波（1976—），男，湖北廣水人，碩士研究生，講師，研究方向：CAD/CAM，數(shù)控技術(shù)。