浅谈数控加工中刀具选择和切削用量确定

浅谈数控加工中刀具选择和切削用量确定

王柱

淮海技师学院

【摘要】：在切削加工中不仅要确定刀具的几何参数，还需选择切削用量的参数。本文从加工零件的形状入手简单的讨论了数控加工中刀具的选择，从零件的加工质量和刀具的耐用度入手简单的讨论了切削用量的选择。在切削深度Ap和进给量Fc初步选定后，合理的选择切削速度对切削效率和加工成本也有很大的影响。

【关键词】：数控加工；刀具选择；切削用量等。

无论在普通车床加工还是在数控加工中，刀具选择和切削用量的确定不仅影响加工效率，而且直接影响零件加工精度和表面粗糙度。现在我们使用的许多机械设计与制造软件都提供自动编程功能，只要选择好所用的刀具、切削用量等有关的加工参数，就可以自动生成程序并传输至数控机床完成其加工。这与普通车床的加工形成鲜明的对比，也是最大的不同点。因此，本文在数控编程中必须面对的刀具如何选择和切削如何用量确定问题进行了论述。

一、数控加工常用刀具材料的类型及性能

数控加工刀具必须适应数控机床高速旋转、高效率的特点，还需有较好的工艺性、经济性。工具钢还应具有比较好的热处理工艺性。在选择刀具材料时，很难找到各方面都很好的，因为材料硬度与韧性之间、综合性能和刀具价格之间都是相互制约的。

㈠、数控刀具的分类有多种方法具体如下。

1、根据结构可分为：整体式、镶嵌式。

2、根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、陶瓷刀具等。

3、从切削工艺上可分为：车削刀具、钻削刀具、铣削刀具等。

㈡刀具材料还应具备如下的性能：

⑴高硬度 刀具材料的硬度应大于工件材料的硬度，常温硬度应在HRC68以上;

⑵足够的韧性 承受较大切削力、冲击力；

⑶高耐磨性 刀具材料硬度越高，耐磨性越好；

⑷高耐热性 刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧度的能力；

⑸良好的工艺性与经济性

二、数控加工中刀具的选择

实际生产中，应考虑清楚硬质合金适合车削的材料、高速钢车刀适合车削什么样的材料。在加工中心上铣削平面时，应选择多大直径的面铣刀，以提高效率；平面轮廓的加工，应采用立铣刀；毛坯表面加工或粗加工时，可选取镶硬质合金刀片的铣刀；对一些立体的、复杂外形轮廓的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀等。

在进行曲面及不规则轮廓加工时，应选用球头刀具，并且要求球头刀具半径应小于曲面的最小曲率半径，以免影响加工表面。因此，只要在保证加工精度的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应合理选择车刀或铣刀。

在数控加工中，由于刀具都是人工手动进行调换，占用加工时间中的辅助时间较长，所以要合理安排刀具顺序。一般应该遵循以下原则：

⑴尽量减少刀具数量，以减少换刀时间；

⑵安装一把刀具后应完成其所有能进行加工的地方；

⑶粗精加工分开；

⑷先面后孔；

⑸先进行曲面粗加工，后进行精加工等。

三、数加工中切削用量的确定

合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主；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、经济型和加工成本。

（一）刀具材料切削用量的选择

1. 硬质合金

根据切削速度的公式V= dn/318来计算 加工转速一般取600-1500转每分钟，进给率一般取0.25 -0.1转每分钟。

2. 涂层刀片

根据切削速度的公式V= dn /318来计算

粗加工转速一般取850转每分钟，进给率一般取0.25转每分钟

（二）被吃刀量 切削速度 进给量

⑴背吃刀量Ap 在机床、工件和刀具的刚度允许的情况下，应尽可能使背吃刀量等于加工余量，可以减少进给次数，提高生产效率。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，应留少量精加工余量，一般留0.15—0.45mm左右。

⑵切削速度Vc 随着Vc的增大，刀具耐用度下降，所以Vc的选择主要取决于刀具的耐用度。

⑶进给量F 如果能够保证工件加工质量的前提下，可以尽量选择较高的进给速度；如果是切槽、车深孔时，应该选择较低的进给速度。另外，不同刀尖圆弧半径的最大进给量。

⑷主轴转速n(r/min) 主轴转速一般根据切削速度Vc来确定选定。切削速度确定后，用公式n=1000Vc/лd来计算主轴转速。

例如加工材料为45#钢，M30，导程为1.5的螺纹，如下图：

分析：

加工螺纹就应该选择螺纹车刀，因为零件毛坯为45#钢，使用硬质合金车刀就可以了。转速800r/min左右，螺纹为1.5的螺距深度为0.975，可以分5刀车削。具体编程如下：

%1234 （程序名）

N1 M3 S800T0303 （主轴正转，800r/min, 3号刀）

N2 G00 X30XZ2 (定位)

N3 G92 X29.5 Z-26 F1.5 （切削螺纹的终点坐标）

N4 X29

N5 X28.5

N6 X28.05

N7 G00 X100 （退刀）

N8 Z100

N9 M30 （程序结束）

在数控加工过程中，F也可以通过进给倍率修调进行手动调整。 在切削深度和进给量选定后，合理的选择切削速度对切削效率和加工成本有很大的影响。

下图所示为切削速度、进给量对工序成本的影响。

注： 横轴为切削速度VC，纵轴为工序成本

图示切削速度与进给量对工序成本的影响
（由上到下4条曲线分别有小到大的4种进给量）

分析图可知：当进给量一定时，切削速度适中时，对应成本最低，该速度即为对应于刀具经济使用寿命的最佳切削速度；增大进给量，工序成本随之降低，且与刀具经济使用寿命对应的最佳切削速度随进给量的增大而降低。

结束语

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，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，要在人机互交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] 陆剑中《金属切削原理与刀具》，机械工业出版社，2008

[2] 汤习成《机械制造工艺学》中国劳动社会保障出版社，2004

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