數(shù)控加工中刀具的選擇和切削用量的確定

喬立龍

刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成為可能，特別是微機(jī)與數(shù)控機(jī)床的聯(lián)接，使得設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃及編程的整個(gè)過(guò)程全部在計(jì)算機(jī)上完成成為可能。本文對(duì)數(shù)控編程中必須面對(duì)的刀具選擇和切削用量確定問(wèn)題進(jìn)行了探討。

一、數(shù)控加工常用刀具的種類及性能

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。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。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陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：①車削刀具；②鉆削刀具；③鏜削刀具；④銑削刀具等。

刀具材料應(yīng)具備的性能：

（1）高硬度 刀具材料的硬度應(yīng)高于工件的硬度，常溫硬度應(yīng)在HRC68以上；

（2）足夠的韌性 承受切削力、振動(dòng)和沖擊；

（3）高耐磨性 耐磨性是材料抵抗磨損的能力；

（4）高耐熱性 刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力；

二、數(shù)控加工刀具的選擇

刀具的選擇應(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。選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很密，而平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀。因此，只要在保證精度的前提下，無(wú)論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。在數(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。

三、數(shù)控加工切削用量的確定

合理選擇切削用量的原則是，粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。同時(shí)，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。切削用量的選擇可參考表1

切削用量的選?。ǜ咚黉摿姷叮?/p>

（1）背吃刀量Ap。在機(jī)床、工件和刀具的剛度允許的情況下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于加工余量，這樣可以

減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，應(yīng)留少量精加工余量，一般留0.2-0.5mm。

（2）切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。數(shù)控加工中，一般L的取值范圍為：L=（0. 6-0. 9） d。

（3）切削速度Vc。Vc也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施，但Vc與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著Vc的增大，刀具耐用度急劇下降，故Vc的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關(guān)系。

（4）主軸轉(zhuǎn)速n （r/min）。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度Vc來(lái)選定。計(jì)算公式為： n=1000Vc /πd ，式中d為刀具或工件直徑（mm）。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般配有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開(kāi)關(guān)，可在加工過(guò)程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行倍率調(diào)整。

（5）進(jìn)給速度F。F應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來(lái)選擇。確定進(jìn)給速度的原則：

第一、當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100-200mm/min范

圍內(nèi)選取。

第二、在刀斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20-50mm/min范圍內(nèi)選取。

第三、當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選小些，一般在20-50mm/min范圍內(nèi)選取。

在數(shù)控加工過(guò)程中， F也可通過(guò)機(jī)床控制面板上的進(jìn)給倍率修調(diào)開(kāi)關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。

在切削深度及進(jìn)給量選定后，合理地選擇切削速度對(duì)切削效率和加工成本有很大的影響。圖示為切削速度、進(jìn)給量對(duì)工序成本的影響。分析圖可知：當(dāng)進(jìn)給量一定，切削速度適中時(shí)，對(duì)應(yīng)成本最低，該速度即為對(duì)應(yīng)于刀具經(jīng)濟(jì)使用壽命的最佳切削速度；增大進(jìn)給量，工序成本隨之降低，且與刀具經(jīng)濟(jì)使用壽命對(duì)應(yīng)的最佳切削速度隨進(jìn)給量的增大而降低。

因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。

（作者單位：大連長(zhǎng)興島中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校）