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1、合理的选用数控车床的切削用量及刀具摘要：刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控加工的效率，而且直接影响加工质量。本文从数控加工中刀具的分类与特点入手，分类说明在数控自动编程中，刀具合理选用的重要意义。关键词：刀具；编程；数控加工；合理选用当今，几乎所有的 CAD/CAM 软件包都提供自动编程的功能，这些软件一般在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只需设置有关的参数，就可以自动生成 NC 程序并传输至数控机床加工完成。显然，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同
2、时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控技术加工的特点，正确选择刀具及切削用量。一、数控加工常用刀具的种类及特点数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。1.数控刀具的分类方法根据刀具结构可分为整体式、镶嵌式、特殊型式（如复合式刀具、减震式刀具等） ；若采用焊接或机夹式联结，机夹式又可分为不转位和可转位两种；根据刀具的材料可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、其他材料刀具（如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等） ；按切削工艺上可分为车
3、削刀具（分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等） 、钻削刀具（包括钻头、绞刀、丝锥等） 、镗削刀具、铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%40%，金属切除量占总数的 80%90% 。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类：加工各种外表面的刀具 孔加工刀具 螺纹加工工具 齿轮加工刀具 切断刀具包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀
4、等按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀( 不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀) 、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀( 不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀) 、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接
5、近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片) 则镶装在刀体上。 刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小
6、的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。2.数控刀具与普通机床上所用刀具相比，主要有以下特点：数控刀具 普通机床刀具刚性好（尤其是粗加工刀具） 、精度高、抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；（系列化、标准化，以利于编程和刀具管理(1)刀具的切削性能必须稳定可靠高： 目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。刀具耐用度愈大，表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件，由于使用的刀具材料及工件材质不可能完全相同，再加上刃磨
7、质量等一些不能完全严格控制的因素，所以即使在相同条件下，刀具耐用度仍随机变动。因此在数控上，除应给出刀具耐用度的平均值指标外，还应给出刀具的可靠指标Tp。它已成为选择刀具的关键性指标。通常是规定可靠度 P0.9，即 9时刀具切削时间为 T0.9。研究表明，当耐用度的随机变量接近于正态分布时，如以耐用度的平均值 T 作为标准，刀具的可靠性只有 50。 (2)可靠地断屑、排屑： 刀具必须能可靠地断屑或卷屑即切削控制。数控机床上每一工位设备上。装置着许多刀具，切削量大，切屑多，因此，在切削塑性金属时，必须控制切屑不缠绕在刀具，工件及工艺装备上，控制切屑不飞溅，保证操作者安全，不影响切削液喷注，不影响
8、零件的定位和输送，不划伤已加工表面，使切屑易于清理，为此，采用卷屑槽或断屑块的刀具，或用间隙切削或振动切削措施提高断屑效果。 (3)应具有高的精度。 刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。 (4)快速更换及尺寸预调。 刀具应能快速或自动更换，并需有控制和调整尺寸的功能或具有数控刀具磨损的自动补偿装置，以减少换刀调整的停机时间。3.数控加工刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料、加工工序、切削用量以及其他相关因素，正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。注意在满足加工要求的前提
9、下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，
10、都应优先选择平头刀。 在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣等工序的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法及调整范围，以便在编程时确定刀具的经向和轴向尺寸。在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：（1）尽量减少刀具数量；（2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；（3）粗精加工的刀具应分开使用（即使是相同尺寸规格的刀具） ；（4）先铣后钻；（5）先进行曲
11、面精加工，后进行二维轮廓精加工；（6）应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。二、加工过程中切削用量的确定1.合理选择切削用量的原则：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素： 切削深度 ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap 就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。 切削宽度 L。一般 L
12、 与刀具直径 d 成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般 L 的取值范围为：L=(0.60.9)d。 切削速度 V。提高 V 也是提高生产率的一个措施，但 v 与刀具耐用度的关系比较密切。随着 v 的增大，刀具耐用度急剧下降，故 v 的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚 30CrNi2MoVA 时，v 可采用8m/min 左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，V 可选 200m/min 以上。 主轴转速 n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度 v 来选定。计算公式为：V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴
13、转速修调(倍率) 开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。 进给速度 Vf。 vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。Vf 的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，Vf 可选择得大些。在加工过程中，Vf 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率) 开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。 进给速度 Vf。 vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。Vf 的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度
14、要求低时，Vf 可选择得大些。在加工过程中，Vf 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。 三、结束语随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。参考文献：1陈建中.数控机床程序编程的工艺处理应用及其研究 .科协论坛.2007.092马丽芳. 数控编程的技术要求与实例.发展.2008.03
