數(shù)控加工中心刀具和切削用量的選擇探討

李海豹　劉澤林　戰(zhàn)中學(xué)

摘要：數(shù)控機(jī)床加工生產(chǎn)中，在加工工藝確定的情況下，加工刀具和切削用量的合理選擇是數(shù)控加工生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，是保證數(shù)控加工生產(chǎn)效率和表面加工質(zhì)量的重要保證。合理選擇切削用量是切削刀具充分發(fā)揮性能的保障，合理選擇切削刀具是切削用量最有效的保證，只有將兩者有機(jī)地結(jié)合起來，才能充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的加工效率和加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心；切削刀具；切削用量；數(shù)控機(jī)床；加工工藝 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG659 文章編號(hào)：1009-2374（2016）01-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.037

刀具是機(jī)床實(shí)現(xiàn)切削加工的直接執(zhí)行者，刀具的選擇和切削用量的選擇合理與否，不僅影響到被加工零件的質(zhì)量，甚至可以決定機(jī)床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以，在編加工程序時(shí)，要選擇合理的刀具和切削用量，不但可以有效提高切削效率和加工質(zhì)量，還可降低成本以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

1 加工中心用刀具的基本特征

為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工精度、加工效率、加工工序集中及零件裝夾次數(shù)少等要求，數(shù)控機(jī)床對(duì)所用的刀具有許多性能的要求，加工中心用刀具及刀具系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）刀片和刀柄高度的通用化、規(guī)則化、系統(tǒng)化；（2）刀片和刀具參數(shù)及切削參數(shù)的規(guī)范化、典型化；（3）刀片或刀具材料及切削參數(shù)與被加工工件材料相匹配；（4）刀片或刀具的使用壽命長(zhǎng)，加工剛性好；（5）刀片及刀柄的定位精度高，刀柄對(duì)機(jī)床主軸的相對(duì)位置要求較高；（6）刀柄須有較高的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，刀柄及刀具系統(tǒng)的重量不能超標(biāo)；（7）刀柄的轉(zhuǎn)位、重裝和重復(fù)定位精度要求高。

2 加工中心用刀具材料

2.1 常用刀具材料

常用數(shù)控刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼、金剛石等，其中高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金在數(shù)控加工中的應(yīng)用最廣泛。

2.2 刀具性能的比較

在常用的刀具中，高速鋼、涂層高速鋼的韌性最好，涂層硬質(zhì)合金的硬度較高，硬質(zhì)合金刀具層中，陶瓷刀具、立方氮化硼、金剛石刀具的硬度更高。除特殊材料外，一般不用這幾種材料的刀具（由于其硬度較高刃磨難度大，而成型刀具切削刃不易鋒利，容易崩刃，通常用于較硬的材料加工）。

2.3 刀具種類

數(shù)控加工中心常用刀具種類較多，根據(jù)刀具用途，可分為輪廓類加工刀具和孔類加工刀具等。

2.3.1 輪廓類加工刀具。

第一，面銑刀。刀片和刀齒與刀體的安裝方式有整體焊接式，機(jī)夾焊接式和可轉(zhuǎn)位式三種，運(yùn)用較多的是可轉(zhuǎn)位式。當(dāng)?shù)镀邢魅心モg或報(bào)廢時(shí)，可直接在機(jī)床上轉(zhuǎn)位或者更換刀片，從而大大提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)不同的工件外形不同的機(jī)床性能，選擇適當(dāng)直徑大小的刀具型號(hào)使用方便快捷。面銑刀直徑一般為

40～400mm。

第二，立銑刀。立銑刀是數(shù)控機(jī)床運(yùn)用的較廣泛的一種刀具，有整體式和鑲刀片式兩種。一般直徑在Φ20mm以下用整體式。直徑在Φ20mm以上多用于鑲齒式，還有刀尖圓弧式銑刀，多用于模具加工，適用于曲面的大量加工，現(xiàn)在的硬質(zhì)合金立銑刀也可取代鍵槽銑刀作垂直

進(jìn)給。

第三，球頭刀。圓柱形球頭銑刀，主要用于模具加工，精加工使用，也有成形和鑲齒兩種。主要用于曲面加工，其加工表面質(zhì)量較高，球頭刀中心切削速度為零。球頭刀具不適用于平面銑削。

2.3.2 孔類加工刀具。

第一，鉆頭。加工中心常用鉆頭有中心鉆、標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆。刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金等。

第二，鉸刀。有標(biāo)準(zhǔn)高速鋼鉸刀、焊接硬質(zhì)合金刀（一般用于定做尺寸，深孔鉸刀）、浮動(dòng)鉸刀。

第三，鏜刀。鏜刀分為粗鏜刀、精鏜刀、浮動(dòng)鏜刀等。精鏜刀采用螺絲調(diào)節(jié)式，每格精度不同，有0.002mm每格直徑，也有0.01mm每格直徑方向等。

2.3.3 一些特殊加工刀具。如T形刀具，開槽和切斷用鋸片刀具，燕尾槽成型刀具等，使用頻率較低。

3 加工中心刀具選擇原則

應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、加工材料的性能、加工工序、切削用量以及其他因素合理地選擇刀具。刀具選擇的總原則是：刀具選用最重要的一點(diǎn)就是看性價(jià)比，在機(jī)床確定的條件下，首先考慮加工工件材料的切削性能，參照加工材料的性能選用價(jià)格最低的刀具，提高效益，降低成本，同時(shí)也要安裝調(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，以提高刀具加工剛性。

在選取刀具時(shí)，要使刀具的直徑與加工工件的去除量相適應(yīng)，平面周邊輪廓的銑削，用立銑刀；銑削平面用硬質(zhì)合金盤銑刀；加工凹凸臺(tái)時(shí)使用高速鋼立銑刀；加工毛坯面或孔粗加工時(shí)，選用鑲齒硬質(zhì)合金玉米銑刀；立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。

有時(shí)候刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大，必須注意的是，在有些情況下，選擇價(jià)格較高的好刀具，但是好的刀具帶來加工效率和加工質(zhì)量的提高，則可以使整個(gè)加工成本大大降低。

4 切削用量選擇

在數(shù)控加工中，切削用量的選用是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它直接影響加工效率和加工質(zhì)量的提高。合理地選擇切削用量需要理論和實(shí)踐相結(jié)合，在實(shí)踐中不斷摸索實(shí)驗(yàn)，才能更好地總結(jié)、歸納出比較合適的切削

用量。

切削用量主要包括背吃刀量和側(cè)吃刀量、進(jìn)給速度和切削速度。從刀具的耐用度考慮，切削用量的選擇方法是先選背吃刀量，其次是進(jìn)給速度，最后確定切削速度。下面就筆者在平時(shí)的工作中遇到的加工參數(shù)進(jìn)行

分析：

第一，在機(jī)床型號(hào)為DMC635V的機(jī)床，加工厚度為20mm，材料為12Cr2Mo的工件上鉆Φ1.2mm的通孔。

刀具選擇：Φ1.2mm的高速鋼鉆頭，注意鉆頭切削刃是否均勻?qū)ΨQ。

背吃刀量：每鉆深0.5mm提刀排屑法。

進(jìn)給速度：Vf=5mm/min。

切削速度：n=5000mm/min。

實(shí)現(xiàn)加工工藝要求，順利完成加工任務(wù)。

第二，在VMC1250型號(hào)機(jī)床上，加工材料為5CrNiMo熱鍛模具，調(diào)質(zhì)硬度為500HBW的狹長(zhǎng)槽，深度為170mm的工件精加工，加工余量為單邊0.1～0.15mm。

刀具選擇：Φ20mmR5的牛鼻刀，刀具長(zhǎng)度為250mm鑲齒硬質(zhì)合金刀。

背吃刀量：0.1mm

進(jìn)給速度：Vf=1800mm。

切削速度：n=3000mm/min，采用順銑的加工方法。程序開頭加G64連續(xù)加工指令，順利完成加工生產(chǎn)任務(wù)，并保證較好的加工光潔度，得到用戶的肯定。

第三，在VMC1250型號(hào)機(jī)床在685鋼板調(diào)質(zhì)硬度在460HBW，厚度8mm的鋼板上鉆672個(gè)Φ10的陣列通孔，考慮加工成本核算和加工效率。

方案1：刀具選擇：Φ10mm優(yōu)質(zhì)高速鋼鉆頭，每支

46元。

背吃刀量：一次鉆通。

進(jìn)給速度：Vf=10mm/min。

切削速度：n=180r/min。

鉆頭在刃磨較好的情況下，一次最多鉆20多個(gè)孔。

方案2：刀具選擇：Φ10mm硬質(zhì)合金鉆頭，每支

360元。

背吃刀量：一次鉆通。

進(jìn)給速度：Vf=30mm/min。

切削速度：n=600r/min。

鉆頭一次最多鉆500左右個(gè)孔。

方案3：刀具選擇：Φ10mm硬質(zhì)合金涂層鉆頭，每支630元。

背吃刀量：一次鉆通。

進(jìn)給速度：Vf=90mm/min。

切削速度：n=1200r/min。

鉆頭一次最多鉆約2000個(gè)孔。這也充分地說明，使用價(jià)格高的好刀具，不一定就提高加工成本，效率的提高和數(shù)量的增加，恰恰是效益的增加。

5 結(jié)語

隨著數(shù)控加工中心機(jī)床的發(fā)展，加工工藝要求的不斷提高，數(shù)控加工的方法也更加多樣化，從簡(jiǎn)單的手工編程到復(fù)雜的曲面軟件編程，同時(shí)對(duì)切削刀具的要求也更加精確、多樣。在某些加工環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了加工工藝的要求就是任務(wù)完成，而有些加工生產(chǎn)任務(wù)，是講質(zhì)量、講效益、講效率的。只有合理地選擇切削刀具和切削用量，才能保證任務(wù)的順利完成，同時(shí)也使效益最大化。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭海利，蘇雪明.淺談刀具和切削用量的合理選擇對(duì)數(shù)控加工的影響[J].大眾科技，2012，14（4）.

[2] 韓杰.選擇數(shù)控銑加工中的刀具和切削用量的分析

[J].硅谷，2013，（23）.

[3] 范繼紅，黃國(guó)輝.如何選擇數(shù)控加工中心的夾具、刀具[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2009，（1）.

[4] 蘇朱勇.淺談數(shù)控機(jī)床的刀具和切削用量的選用[J].中國(guó)機(jī)械，2014，（15）.

[5] 殷保祖，周欣.數(shù)控加工中心刀具對(duì)刀原理方法及其應(yīng)用[J].電子機(jī)械工程，2006，22（1）.

[6] 高慶武，李玉明.數(shù)控銑加工中的刀具和切削用量選擇[J].安陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，11（4）.

[7] 周敏，楊南粵.數(shù)控銑削加工中幾種常見的對(duì)刀技巧[J].工具技術(shù)，2008，42（12）.

[8] 胡萍.淺析加工中心影響切削因素與改良措施[J].卷宗，2014，（4）.

[9] 丁海萍，顧劍鋒.數(shù)控加工中心常用對(duì)刀方法及其應(yīng)用[J].廣西輕工業(yè)，2007，23（8）.

[10] 陳祥林，郭秀華.加工中心刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值設(shè)定與對(duì)刀方案分析[J].機(jī)床與液壓，2009，37（6）.

作者簡(jiǎn)介：李海豹（1978-），男，內(nèi)蒙古托克托人，中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五二研究所技師，研究方向：數(shù)控加工。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）