數(shù)控銑加工的刀具和切削用量的合理選擇

弓靈芝 弓倩

[摘? ? 要]在社會(huì)不斷發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)技術(shù)也在不斷的提高，擴(kuò)大了數(shù)控加工范圍。在現(xiàn)代化制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)屬于制造加工核心技術(shù)，具有自動(dòng)化、高精度與高效率等優(yōu)勢(shì)，被人們廣泛使用。在實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑加工過(guò)程中，對(duì)合適刀具選擇并且確定切削用量尤為重要，和加工零件質(zhì)量與數(shù)控機(jī)床工作安全性能具有密切關(guān)系。所以，選擇數(shù)控銑加工刀具與切削用量，能夠使工作質(zhì)量得到提高，并且提高操作合理性。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控銑加工;刀具;切削用量

[中圖分類號(hào)]TG547;TG714 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）12–000–03

[Abstract]In the process of the continuous development of society， science and technology are constantly improving， expanding the scope of CNC machining. In the modern manufacturing system， numerical control technology belongs to the core technology of manufacturing， with the advantages of automation， high precision and high efficiency， which is widely used. In the process of NC milling， it is very important to select the right tool and determine the cutting parameters， which is closely related to the quality of parts and the safety performance of NC machine tools. Therefore， the selection of NC milling tools and cutting parameters can improve the work quality and operation rationality.

[Keywords]NC milling; cutting tool; cutting parameter

數(shù)控線加工機(jī)床性能優(yōu)良，比如加工零件具有較高的精度和效率，為現(xiàn)代化先進(jìn)機(jī)械制造裝備，并且占據(jù)了加工工藝主要地位。為了使數(shù)控銑正常加工零件，要對(duì)數(shù)控銑加工刀具合理選擇，對(duì)切削量精準(zhǔn)確定，從而充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床性能[1]。目前，在CAM/CAD不斷發(fā)展的過(guò)程中，編程人員基于人機(jī)交互狀態(tài)選擇刀具與切削用量，使加工軟件能夠自動(dòng)生成某零件特定的代碼。編程相關(guān)軟件比較多，所以普通加工機(jī)床與數(shù)控加工機(jī)床所選擇切削用量與刀具各有不同，在編程過(guò)程中要對(duì)數(shù)控加工自身特點(diǎn)進(jìn)行考慮。所以，對(duì)刀具與切削用量基本原理與方法進(jìn)行掌握，是編程人員的基本要求[2]。

1 刀具選擇

數(shù)控銑加工刀具的類別比較多，為了使數(shù)控機(jī)床高自動(dòng)化、高速與高效的特點(diǎn)得到滿足，使用刀具逐漸朝著模塊化、通用化與標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，包括孔加工、銑削加工兩種刀具類型，為了使特殊、高效的銑削要求得到滿足，還要實(shí)現(xiàn)不同用途專用刀具的設(shè)計(jì)。數(shù)控銑刀具具有多種分類方法，根據(jù)刀具的具體結(jié)構(gòu)劃分，主要包括鑲嵌式、特殊型式、整體式等;通過(guò)刀具制造的材料劃分成高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、金剛石刀具與其他材料的刀具等;利用切削工藝使其劃分成圓角立銑刀、錐度銑刀、球頭刀等。

為了有效保證數(shù)控機(jī)床的精度，進(jìn)一步提高數(shù)控銑機(jī)床生產(chǎn)效率，使刀具材料消耗得到降低，在選擇數(shù)控機(jī)床刀具和材料時(shí)，不僅要求能夠滿足普通機(jī)床條件，還要充分考慮數(shù)控銑機(jī)床刀具的工作材料，比如刀具快速調(diào)整和更換、切削端屑性能等，所以對(duì)材料與刀具的要求也越來(lái)越高[3]。

數(shù)控加工過(guò)程中選擇刀具要求能夠滿足剛性需求，從而開(kāi)展實(shí)時(shí)調(diào)整。一般在實(shí)現(xiàn)分層式銑削的設(shè)置之后，以設(shè)置好的編程進(jìn)行加工。但是如果銑刀的余量比較大，那么要對(duì)更大直徑刀具進(jìn)行篩選。要求銑刀具有良好的耐久性，避免防控刀具出現(xiàn)損毀的問(wèn)題。在對(duì)刀具更換過(guò)程中，要對(duì)原本刀具位置適時(shí)的調(diào)整。在選擇銑刀的過(guò)程中，要滿足新式數(shù)控加工總體需求。在選擇加工過(guò)程中，要對(duì)機(jī)床特性、工件材質(zhì)、切削用量、切削加工流程進(jìn)行綜合判斷，優(yōu)先選擇精確且耐久的刀具，從而實(shí)時(shí)加工調(diào)整。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于多類型刀具設(shè)置以下選擇方式。

對(duì)于銑削工具實(shí)現(xiàn)曲面式零件的制作，在具體加工時(shí)使精度加工輪廊滿足實(shí)際需求，避免工件輪廊與刀刃切割。一般都是利用球頭刀實(shí)現(xiàn)設(shè)置，如果要實(shí)現(xiàn)粗加工的設(shè)置，可以通過(guò)雙刃式銑刀實(shí)現(xiàn)。在精細(xì)式加工時(shí)，使用四刃式數(shù)控銑刀的設(shè)置。銑刀表層具有較大的面積，為了避免粗糙等問(wèn)題的出現(xiàn)，可以利用盤狀鑲嵌式刀具使此問(wèn)題得到解決。假如銑加工平面或者臺(tái)階面比較小，一般使用通用式銑刀。針對(duì)鍵槽位置，使用雙刃加工銑刀[4]。

在選擇孔加工類刀具的過(guò)程中，要求：數(shù)控式孔加工類并不會(huì)實(shí)現(xiàn)鉆模配置，假如切削條不利，就會(huì)降低鉆頭的剛性，鉆孔直徑與深度的比為5。在開(kāi)始鉆孔前要確認(rèn)中心鉆的位置，使定位精度的需求得到滿足。利用浮動(dòng)式刀具實(shí)現(xiàn)鉸孔，前期要對(duì)其進(jìn)行倒角。在后期鏜孔時(shí)利用鏜刀對(duì)稱性的刀頭，使平衡性振動(dòng)得到降低。導(dǎo)桿設(shè)置為短、粗的形態(tài)，避免因?yàn)榍邢鲗?dǎo)致振動(dòng)的問(wèn)題出現(xiàn)。

如果是其他的刀具，要對(duì)刀具精度進(jìn)行保證。對(duì)耐久且精準(zhǔn)的銑刀種類進(jìn)行選擇，避免刀具出現(xiàn)損毀問(wèn)題。由于刀具表層損壞，切削過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，使切削速度得到降低。在對(duì)刀具更換之后要再次進(jìn)行調(diào)整。銑刀具有良好的可替換性，縮短換刀消耗的時(shí)間，避免浪費(fèi)時(shí)間。利用分析數(shù)控機(jī)床表時(shí)，要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)式銑加工操作標(biāo)準(zhǔn)。

2 切削用量的確定

數(shù)控銑加工過(guò)程中切削用量是以加工的方法出現(xiàn)改變而不斷變化，在對(duì)切削用量進(jìn)行選擇過(guò)程中，要充分考慮切削深度、進(jìn)給量和速度。在一般粗加工時(shí)要使加工速度得到提升，從而在短時(shí)間內(nèi)使產(chǎn)量得到提高，所以在此過(guò)程中選擇較大的切削用量。在精加工的過(guò)程中，要對(duì)加工精細(xì)進(jìn)行保證，使加工產(chǎn)品質(zhì)量得到提高，所以要選擇小切削用量[5]。

2.1 切削用量選擇原則

粗車時(shí)要充分考慮零件的生產(chǎn)率，并且對(duì)工件加工成本進(jìn)行全面考慮。精車時(shí)要全面考慮生產(chǎn)效率，還要對(duì)加工零件質(zhì)量進(jìn)行保證。切削用量并不是單一元素，主要包括刀具進(jìn)給量、切削速度、背面吃刀量等。在對(duì)零件切削的過(guò)程中，零件品質(zhì)與刀具壽命、生產(chǎn)成本、效率都和切削用量具有密切關(guān)系。所以，選擇合適切削用量尤為重要[6]。

2.2 切削速度確定

在不改變轉(zhuǎn)速時(shí)銑刀直徑比較大，切削速度也就會(huì)越快。但是，切削速度快會(huì)提高刀具熱量，使刀具的磨損加快，另外還會(huì)使切削深度加深，放慢切削速度。所以，工作人員要充分考慮不同情況。比如，在材料拐角處降低加工的速度，在拐角處過(guò)了之后加快加工速度。在加工曲線類材料的過(guò)程中，要充分考慮圓弧半徑對(duì)加工速度影響，外圓弧切削速度小，內(nèi)圓弧切削速度大，要求考慮實(shí)際情況使工作人員選擇切削速度[7]。

2.3 進(jìn)給量

進(jìn)給量為數(shù)控銑加工過(guò)程中尤為重要的參數(shù)，選擇進(jìn)給量要以加工對(duì)象的精度、刀具、粗糙度要求、工件材料等因素進(jìn)行確定。數(shù)控機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能會(huì)對(duì)進(jìn)給量造成直接影響。在實(shí)現(xiàn)工件輪廊加工的過(guò)程中，在工件拐角位置使進(jìn)給量得到降低。保證工件質(zhì)量，提高進(jìn)給量的生產(chǎn)效率。在使用高速鋼刀具與深孔加工的過(guò)程中，控制進(jìn)給量為20～50 mm/min。工件表面精度和粗糙度具有較高要求的時(shí)候，要使用低進(jìn)給量[8]。

2.4 背吃刀量

背吃刀量與側(cè)吃刀量由被加工零件性質(zhì)、數(shù)控車床性能與銑刀質(zhì)量強(qiáng)度所決定，在數(shù)控銑加工過(guò)程中，要使銑刀強(qiáng)度得到滿足，使背吃刀量和切削余量相同，從而降低銑刀運(yùn)作的次數(shù)，使生產(chǎn)效率得到提高。另外，零件的粗糙程度不同，也會(huì)存在不同的背吃刀量。如果剛度允許，那么使工件加工余量和背吃刀量相同，降低走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。設(shè)置工件表面粗糙度為Ra3.2-12.5 μ，在加工過(guò)程中主要包括兩個(gè)步驟，分別為粗銑和半精銑，粗銑后的流半精銑余量0.5～1.0 mm，設(shè)置工件表面粗糙度為Ra0.8-3.2 μm，包括半精銑、粗銑、精銑三個(gè)步驟開(kāi)展銑削加工。精銑時(shí)端銑背吃刀量設(shè)置為0.5～1 mm，半精銑時(shí)設(shè)置圓周銑側(cè)吃刀量與背吃刀量為1.5～2 mm，圓周銑側(cè)吃刀量為0.3～0.5 mm[9]。

3 確定刀具加工直徑

確定刀具直徑和輪廊內(nèi)圓相關(guān)，輪廊內(nèi)圓角半徑為50%，銑刀在加工圓角的時(shí)候，銑削圓角就會(huì)增加，切削過(guò)程會(huì)經(jīng)常不穩(wěn)定，導(dǎo)致刀具震顫，圓角根切，存在刀具切削刃崩碎的問(wèn)題，導(dǎo)致刀具出現(xiàn)損壞。輪廊內(nèi)圓角半徑小于50%刀具直徑，相對(duì)輪廊內(nèi)圓角半徑為50%刀具直徑的情況，銑削圓角的增加幅度比較小，徑向切削與吃刀弧度會(huì)降低，從而使振動(dòng)趨勢(shì)得到降低，允許更高進(jìn)給率與切削深度，使生產(chǎn)效率得到提高，但是會(huì)產(chǎn)生大量的生產(chǎn)殘料。輪廊內(nèi)角圓半徑小于100%刀具直徑，使銑削圓角值得到降低。在實(shí)際加工過(guò)程中利用大直徑刀具實(shí)現(xiàn)粗加工，利用小直徑刀具實(shí)現(xiàn)精加工，使銑削圓角值得到降低。

輪廊內(nèi)圓角最大半徑在粗加工過(guò)程中使用25 mm立銑刀，精加工過(guò)程中使用小直徑，圓角銑刀可編程半徑要大于刀具半徑，選擇刀具半徑系數(shù)和可編程半徑的比為0.85，精加工為25.5 mm。懸臂梁為立銑刀力學(xué)模型，不改變其他條件時(shí)，在刀桿懸伸程度增加一倍的時(shí)候，刀尖刀具變形是原本變形的八倍。所以，在刀具安裝的過(guò)程中，立銑刀伸出的長(zhǎng)度越短越好[10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在數(shù)控銑加工過(guò)程中要想使加工質(zhì)量得到提高，對(duì)加工效率進(jìn)行保證，切削用量與刀具選擇尤為重要，要從加工強(qiáng)度與精度兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，以這兩個(gè)因素選擇自動(dòng)切削刀具。切削用量在選擇過(guò)程中要充分考慮進(jìn)給量、深度與速度，以此合理選擇合適的切削刀具，確定切削用量，使機(jī)床能夠有效、安全地運(yùn)行。

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