數(shù)控加工刀具的選擇

何麗麗

（開(kāi)封市技師學(xué)院，河南 開(kāi)封　475004）

數(shù)控加工刀具的選擇

何麗麗

（開(kāi)封市技師學(xué)院，河南 開(kāi)封475004）

現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展及數(shù)控加工設(shè)備的廣泛使用，極大地推動(dòng)了切削技術(shù)的進(jìn)步。隨著生產(chǎn)加工過(guò)程數(shù)控化和自動(dòng)化的需要，對(duì)金屬切削刀具提出了高可靠度、高精度、長(zhǎng)壽命、快速轉(zhuǎn)位更換、斷屑良好等更高要求。

數(shù)控加工；經(jīng)濟(jì)型；選擇原則

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，可轉(zhuǎn)位不重磨刀具已被各國(guó)廣泛應(yīng)用，但是可轉(zhuǎn)位不重磨刀片及刀具CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及切削部分的形狀種類變得十分繁多，給機(jī)械加工和刀具設(shè)計(jì)人員合理選擇刀具帶來(lái)一定困難。同時(shí)，刀片型號(hào)的增加也給刀片采購(gòu)和銷售帶來(lái)不便，為用戶快速、高效及正確選擇刀具增加困難。為使企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求迅速做出響應(yīng)，在切削加工中，快速高效選擇刀具成為切削加工系統(tǒng)的客觀需求。根據(jù)不同加工特征，自動(dòng)選擇所需刀具對(duì)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化切削加工或無(wú)人加工具有十分重要的意義。

1　數(shù)控加工常用刀具的種類及特點(diǎn)

數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)床動(dòng)力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機(jī)夾式連接，機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；③特殊型式，如復(fù)合式刀具，減震式刀具等。根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼刀具；②硬質(zhì)合金刀具；③金剛石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：①車削刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種；②鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削刀具；④銑削刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等要求，近幾年機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用，在數(shù)量上達(dá)到整個(gè)數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。

數(shù)控刀具與普通機(jī)床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點(diǎn)：①剛性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及熱變形小；②互換性好，便于快速換刀；③壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；④刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時(shí)間；⑤刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇迹岳谇行嫉呐懦?；⑥系列化，?biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。

2　數(shù)控加工刀具的選擇

刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)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(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)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。

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測(cè)量和更換多為人工手動(dòng)進(jìn)行，占用輔助時(shí)間較長(zhǎng)，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則：①盡量減少刀具數(shù)量；②一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應(yīng)分開(kāi)使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；④先銑后鉆；⑤先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。

3　車削加工特征的刀具選擇及方法

（1）車刀選擇原則。加工特征是指零件加工過(guò)程中與該加工工序相關(guān)的加工信息集成。如外圓車削特征可包括起始直徑（加工前的零件直徑）、最小完成直徑（零件加工后允許的最小直徑）、最大完成直徑（零件加工完后允許的最大直徑）、加工長(zhǎng)度、刀尖圓弧半徑及工件剛度等特征參數(shù)，加工特征能比較準(zhǔn)確地描述工件的加工要求，而這些要求是選定機(jī)床、夾具、刀具及其工藝參數(shù)的前提。由于每種加工特征都需輸入多個(gè)特征參數(shù)，為使刀具選擇變得簡(jiǎn)捷方便，這里只對(duì)各種加工特征進(jìn)行定性描述。根據(jù)起始直徑和零件加工完成直徑值將車削加工分為粗加工（半精加工）和精加工兩類，根據(jù)零件剛度將其分為剛度高和剛度低兩類。綜合上述要求，將外圓車削加工分為以下四種加工特征：①車削外圓（粗切或半精切，剛度高）；②車削外圓（粗切或半精切，剛度低）；③車削外圓（精切或半精切，剛度高）；④車削外圓（精切或半精切，剛度低）。

根據(jù)上述定性描述的加工特征來(lái)選擇刀具。例如，加工特征為車削外圓（粗切或半精切，剛度高）時(shí)，因粗加工或半精加工主要是切除多余金屬，切削力較大，故應(yīng)選擇穩(wěn)固的刀片夾緊方式，刀尖角盡可能選擇大一些，以增加刀尖強(qiáng)度。由于減小主偏角會(huì)導(dǎo)致徑向分力Fy增大，當(dāng)工藝系統(tǒng)的剛度較強(qiáng)時(shí)，可適當(dāng)減小刀具主偏角。小的刀具主偏角能夠增加參與切削的切削刃長(zhǎng)度，減少單位長(zhǎng)度切削刃的負(fù)荷，從而提高刀具的使用壽命。

（2）刀具選擇方法。根據(jù)用戶選擇的夾緊方式確定刀具的第一號(hào)位，再根據(jù)第一號(hào)位進(jìn)行第一次選擇，將符合所選夾緊方式的刀具全部選出來(lái)，程序?qū)⒃诖舜魏Y選的基礎(chǔ)上確定第二、三、四位的代號(hào)。當(dāng)用戶選擇了加工特征后，根據(jù)表中的選擇原則，對(duì)二、三、四位的相同號(hào)位進(jìn)行“或”運(yùn)算，不同號(hào)位進(jìn)行“和”運(yùn)算，從而確定刀具的前四位代號(hào)，這樣就可根據(jù)所確定的刀具代號(hào)從刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇出符合加工特征要求的刀具。

4　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)代機(jī)械加工中切削刀具種類的復(fù)雜繁多，為實(shí)現(xiàn)刀具牌號(hào)的快速自動(dòng)查詢，設(shè)計(jì)建立了基于加工特征的刀具選擇系統(tǒng)。它可對(duì)目前切削加工中經(jīng)常出現(xiàn)的各種特征進(jìn)行分析，優(yōu)化總結(jié)出幾種適合普通生產(chǎn)需求的基本特征，并對(duì)不同加工特征制定出相應(yīng)的推理規(guī)則，根據(jù)用戶所選刀具的不同加工特征，觸發(fā)相應(yīng)的推理規(guī)則，從而選擇出加工所需的刀具。刀具選擇系統(tǒng)的建立實(shí)現(xiàn)了在切削加工中對(duì)刀具進(jìn)行快速選擇，減少人工查詢操作，節(jié)約了勞動(dòng)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

［1］張超英.數(shù)控機(jī)床［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］畢毓杰.機(jī)床數(shù)控技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

［3］沈建鋒.數(shù)控機(jī)床編程與操作［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)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

何麗麗（1985-），女，河南開(kāi)封人，大學(xué)本科，主要研究方向：機(jī)電技術(shù)教育。