浅析数控机床刀具及切削用量的选用2003
浅析数控加工刀具的正确选择及运用
浅析数控机床刀具的选择及使用
用度 和精度高 。在满足加工要求的前提下 ，尽量选择较短的刀柄 ，以提
高刀具加工的刚性 。
囊括 了表 面处理技术 和刀具 生产专用数控 技术 及装备 的研发 和应 用 。
“ 三高一专”刀具产品的研究 、生产和推广服务 ，成为了企业竞争的焦 点 ，谁发展慢一点 ，就要被淘汰 出局。这种竞争的结果 ， 使 国际工具工 业的发展 日 趋集 中化。那些具有强大研发能力和经济实力 的企业在竞争 中脱颖而出，成为推动和领导行业发展的主力 。在制造业 中，生产技术
引 言
数控刀具的选择 和切 削用量 的确定是数控 加工工艺 中的重要内容 ， 它不仅影响数控机床的加工效率 ，而且直接影响加工质量 。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 。刀柄要连接刀具 ，并装在机床 动力头上 ，因此 已逐渐标准化和系列化 。
屑的排除 ；系列化、标准化 ，以利 于编程和刀具管理。
三 、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 、工件材料的性能 、加工工序 、切削用量以及其它相关 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
常由刀具企业 自 行研究开发 ， 机床企业协作制造 。所以 ，刀具专用数控 技术和装备的开发和应用已经成为现代工具企业 的一个重要工作 内容 。 由此可见 ， 现代刀具企业的运作范围， 从专用原材料的研究和生产开始 ，
缺少的手段。由于刀具制造工艺 的特殊性 ， 刀具制造的专用数控机床通
二 、数控 刀具 的特点
数控 刀具与普通机床上所用的刀具相 比，有许多不同的要求 ，主要 有以下特点 ：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 ；刀具应能可靠地断屑或卷屑 。以利于切
浅议数控加工中切削用量的合理选择
浅议数控加工中切削用量的合理选择摘要：在机械加工中,切削用量的优化选择问题已成为现代化机械制造业中极为重要的经济问题之一. 在相同的加工条件下，选用不同的切削用量会产生不同的切削效果，生产率、生产成本、加工精度、表面质量等问题均取决于正确选择切削用量。
同时，本课题的研究有利于拓宽自己的视野，增强自己的学习能力以及提高自己各方面综合能力。
这次课题的研究也是自己人生中的一个挑战，更能让自己在实践中学到知识，掌握到技巧，使自己能从多方面考虑问题，从而更好的从全方面解决自己所遇到的每一个问题，提高自己分析、解决问题的能力。
关键词:车削、铣削、切削用量、合理选择一、切削用量对切削的影响在车削加工中，始终存在着切削速度、吃刀深度和走刀量这三个切削要素，在有条件增大切削用量时，增加切削速度、吃刀深度和走刀量，都能达到提高生产效率的目的，但它们对切削的影响却各有不同。
1. 切削速度对切削的影响所谓切削速度，实质上是指切屑变形的速度，其高低决定着切削温度的高低，影响着切削变形的大小，而且直接决定着切削热的多少。
（1）切削速度对切削力的影响。
一般来说，提高切削速度，切屑变形小，切削力也就相应降低。
对于碳钢等塑性金属材料，在用硬质合金车刀车削碳钢工件时（前角γ=0°），开始切削速度小，切削力大，但随着切削速度的提高，形成积屑瘤后会增大车刀的实际前角，使切屑变形减小，导致切削力下降。
积屑瘤在刀刃上的堆积高度越高，即车刀实际前角增加得越多，切削变形与切削力也就越小。
（2）切削速度对刀具耐用度的影响。
一般情况下，提高切削速度，会加剧刀具的磨损，降低刀具的耐用度。
但也有特殊情况，例如，我们在采用硬质合金车刀车削淬硬钢工件，在低速时车刀主要发生机械磨损，但当适当提高切削速度以后，使得工件切削区域的表面硬度降低的同时，硬质合金车刀的冲击韧性会增高，相应地提高了车刀耐用度。
（3）切削速度对工件质量的影响。
如前所述，碳钢、不锈钢及铝等塑性材料，在一定的切削速度范围内，容易形成积屑瘤。
数控加工中刀具的选择和切削用量的确定
构成 ， ￣ ｎ ｇ ｏ ｏ 内外 圆车刀、 左 右端面车刀、 切槽 （ 切断） 车刀及刀 点放 到对刀点上， 即“ 刀位 点” 与“ 对刀点” 的重合。 所谓 “ 刀位
尖倒棱很小的各种外圆和 内孔车刀。 尖形车刀几何参数 （ 主要是 点” 是指刀具的定位 基准 点， 车刀 的刀位 点为刀尖或 刀尖 圆弧
圆弧形车刀是以一 圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削 等， 以减少对刀时间， 提 高对刀精度。 加工过程 中需要换刀时， 刃为特征 的车刀。 该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖， 应规定换刀点。 所谓 “ 换刀点” 是指刀架转动换 刀时的位置 ， 换 应此 ， 刀位 点不在圆弧上 ， 而在该圆弧的圆心上 。 圆弧形车刀可 刀点应 设在 工件或夹具 的外部 ， 以换刀 时不碰工件及其它部件
工时， 为保证至少完成一次走刀， 避免切削时中途换 刀， 刀具寿 序 执行 的一开始 ， 必须 确定刀具在 工件坐标 系下开始 运动 的 命应按零件精度和表面粗糙度来确定。
１ ． ２选择数控车削用刀具
数控 车削车刀常用 的一 般分成型车刀、 尖 形车刀、 圆弧形 所 以， 该点又称对刀点。 在编制程序 时， 要正确选择对刀点的位 车刀以及 三类 。 成型车刀也称 样板车刀， 其加 工零 件的轮廓形 置。 对刀点设置 原则是： 便于数值 处理和简 化程 序编制 。 易于
Ｓ Ｇ ￣Ｔ ， 直柄刀具系统 的标准代号为Ｄ Ｓ Ｇ ￣Ｚ ， 此 外， 对所选择的 充分发挥其切削性能， 提高生产效率， 刀具寿命可选得低些， 一 Ｔ 刀具 ， 在使用前都需对刀具尺寸进行严格 的测量 以获得精确数 般取 １ ５ — ３ ０ ｍ ｉ ｎ 。 对于装刀、 换刀和调刀 比较 复杂的多刀机床、 组 并 由操 作者将这些 数据输入数 据系统， 经程序调用而完成 合机床与 自动化加工刀具 ， 刀具寿命应 选得高些 ， 尤应保证刀具 据， 从而加工出合格的工件。 可靠 性。 车 间内某—工序 的生产率 限制 了整个车间的生Fra bibliotek率的 加工过程 ，
数控刀具的选用及切削用量的分析
◇ 高教论述◇
科技 墨向导
２ ０ １ ３ 年２ １ 期
数控刀具的选用及切削用量的分析
（ 抚顺市技师学院
贺 鹏 辽宁 抚顺
１ １ ３ １ ２ ３ ）
【 摘 要】 随着现代科 学技术的不 断发展 ， 数控技术在机械加工 中得到广泛应用 ， 因此 ， 对于刀具的选择 以及切 削用量 的确 定提 出 了； 特点； 选择
目前 ． Ｃ Ａ Ｄ技术在数控 加工中得到不断应 用 ． 这些软 件都提供一 在进行数 据编程 时 ． 将准确 的刀具轴 向尺寸编 到程序 中 对 于我国来 定的１ ９ 动 编程功 能． 由编程人员将切削用量 以及加 工路 径进行设定之 说 ， 到目 前 为止 ． 数控机床加工 中心 ． 其刀柄主要有三种规格 的直柄 以 后， 自动生成 Ｕ Ｇ程 序并且传输到数控机床 中从 而完成加工的 与传 及 四种规格 的椎柄 。尤其值得注意 的是 ． 在经济 型数控机床 的加工过 统机 床的明显 区别在 于数控加工 中的刀具选择 以及切削用量 都是在 程 中 ． 刀具的刃磨 以及 测量大多是人 工进行换取 的 ． 占用的辅 助时间 人机交互 的状态完成 的． 同时对编程人员 的技术知识掌 握要求也 比较 比较多 ， 因此 ， 必须合理安排刀具的顺序 ． 从而减少换取刀具的时间。 高． 必 须掌握刀具 的选 择以及切削用 量确定 的原则 ． 在进行数 据编程 ３ ． 切 削 用 量 的选 择 时， 应该充分考虑其数控加工特点 。下面就对数控机床 中常用刀具 以 正确选择切削用量 的大小能够降低加工成本 ．提高经济效益 ． 减 及 选择做出具体分析 少切削效率以及延长刀具的使用寿命。当然 ， 选择切削用量是建立在 １ ． 数控机床常用刀具种类以及特点 确保加工质量以及刀具耐用度的条件 上的 ． 能够最大限度的发挥刀具 数控机床 常用刀具 的种类 比较多 ．分 为常规刀具 或者模块化 刀 的性能 ， 提高切削效率。 编程人员在进行数控 编程 时 ， 必须按照每一道 具． 同时模块化刀具能够提高生产加 工时间 ． 减少换刀停机 时间， 从 而 工序的切削用量来进行编程 ． 通过 指令 的形 式将 其用量大小编到程序 提高其刀具的合理化以及标准化 中。 切削用量包括有切削速度 、 切削深度以及进给速度等。因此 ． 在选 （ １ ） 刀具分类 ： ①按照切削工 艺划分 ： 铣 削刀具 （ 立铣 、 面铣等 ） 、 钻 择切削用量时坚 持的总原则 为 ： 在进行半粗加 工或者精加工 时 ， 在保 再确保 切削效率 以及 经济效益 ： 在进 行粗加 削刀具 （ 铰刀 、 钻 头） 以及车 削刀具 （ 车槽 、 外圆 ） 。②按 照刀具结构划 证加工质量 的前 提之下 ． 分： 镶嵌 式（ 主要 是采用 焊接或 者机夹式进行 连接） 、 内冷式 、 整体式 以 工时 ． 应该主要以提高生产效率 ． 同时兼顾经济成本 ３ ． Ｉ切 削 速度 及特殊 型式（ 复合式 刀具 ） 。 ③按照制造刀具 材料划 分 ： 金 刚石 刀具 、 陶 瓷 刀具 以及 立方 氮化硼 刀具 。到 目 前为止 ， 为了能够使用数控机床对 提高切削速度是保 证提高生产 效率 的前提 ． 然而 ． 切 削速 度的高 刀具 的要求 ． 在加工过程 中 ． 使用机夹式刀具 比较常见 ， 占到 ３ ５ ％。 低 主要是 由刀具 的耐用度 以及刀具 的材料相关 的 当切削速度在逐渐 （ ２ ） 刀具特点 ： 与传统机床上使用 的刀具进行相 比 ， 有着许多不 同 增大时 ． 刀具 的耐用度就会下 降。同时切削材料也会 直接影响其切削 的独有特点 ： 互换性 比较好 、 耐磨性 比较好 、 精度高 ； 标 准化 、 通用化 以 速度 。当加工材料 的强度 比较大 ， 硬度 比较大 ． 以及 材料 的韧性 比较 及系列化 ： 寿命 比较长 、 切削性 比较好 ； 刀具 的尺 寸能够随意调整 ， 具 差 ， 都会 降低其切削速度 。因此 ， 对于同一刀具在加工不 同材料 时 ， 应 有很大 的灵 活性 ： 钢性 高以及强度 高 ， 最后刀具 能够灵活 的卷 屑以及 该适 当的选择切削力度 。对于软材料 ，需要 的切削力度就 比较小 ， 因 断屑 ． 有利于排屑切削 此， 这时可 以选择大 的切削速度 ； 对于硬材料 。 需要 的切削力度 就比较 大， 这时应该选择小得切削速度。 另外 ， 切削速度的大小还与切削的角 ２ ． 数控 刀具 的选择 在数控加工 中．对于刀具的选择主要是为 了实现 提高 生产效率 ， 度 以及刀具 的形状有着密切关系 ３ ． ２进给速度 降低生产成本 ． 提高经济效益的 目标 ， 因此 ． 数控刀具 的选 择坚 持的总 原则为 ： 不仅 仅满足普 通机 床的具备 的条件 ． 还应该 考虑刀具 自身的 进给速 度的选择与加工 精度与粗糙度 相关 ． 因此 ． 在选择进 给速 度时 ， 对于加工表面 比较粗糙的 ， 可以选择较大的进给速度 ： 对 于加工 工作条件 ． 使刀具的用处发挥到最大限度。 就选择 比较小的进给速度。同时 ， 在加工 的过程 中 ， 在选择 刀具时 ．刀具 的尺寸与被加工 工件的表 面尺寸是相一 致 表面 比较光滑的 ． 另 的。 对于在平面零件 的周边轮廓进行加工时 ． 应该使用立铣刀 ； 对于加 进给速度也可以通过人工调整控制面板上的修 调机关来人工设置 。 工毛坯表面或者粗 加工孔 时 ． 选 择镶嵌硬质合 金刀 的铣 刀 ： 对于 曲面 外 ， 在进行轮廓加工时 ， 接近拐角的地 方应 该降低进 给速度 ， 过 了拐角 再适当的提高进 给速度 。 的精 加工 ． 常常 考虑到球头刀具 的端部切 削速 度为零 ． 为 了能够进一 处 ， ３ ． ３切 削 深度 步的保证加 工精度 ， 采用 球头 的刀具 ； 在加工 凹槽 或者是凸 台时 ， 一般 数控机床 的精 度直接影 响着 切削速度 ． 因此 ． 在数控 机床精度允 选用 的是 高速 钢立铣 刀 ： 对 于一些立体 型面或 者是变斜角 的轮廓形 ， 应 该使用 较大 的切削深度 ． 从而减 少走 刀次数 。 提高生产 采用 的是环形铣 刀或者盘形铣刀 ： 在对 于表 面加工或者是为 了追求切 许 的条件 下 ． 另外 ． 为了能够保 证工件 的加工精度 以及表面粗糙度 ， 在进行精 削效率 上 ． 一般选用平头 刀具 。 因此， 无论是平面 的精加工还是 曲面的 效率 应该 留有一定 的余量 （ 余量可 以小于普通机床 ） 。 粗加工 。 在保证不 过切 的条件下 ， 一般都选用平头 刀具 ， 具有很高 的经 加工时 ．
浅析切削用量在普通车削与数控车削加工中如何正确选择
浅析切削用量在普通车削与数控车削加工中如何正确选择【摘要】切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。
如何正确选择切削用量是金属切削原理课程的一个主要内容，也是实际机械加工工艺中的重要内容。
在普通车削加工中与数控车削加工中，切削用量三要素对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响，对切削三要素分别作比较分析，作出合理正确选择。
【关键词】普车;数车;切削用量;正确选择切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。
切削用量包括切削速度( 主轴转速) 、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。
如何正确选择这三个要素是金属切削原理课程的一个主要内容，也是实际机械加工工艺中的重要内容。
正确选择切削用量三要素对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响。
数控车削加工中切削用量的确定是在人机交互状态下完成的，这与普通车削加工不同，同时也要求编程人员必须掌握切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点来合理的选择切削用量。
下面重点对普车与数车切削用量选择作一些比较分析，作出合理正确选择。
1.加工原则粗车时，工件的尺寸精度要求不高，工件的表面粗糙度允许较大，所以选择时着重考虑如何发挥刀具和机床的能力、减少机动时间，提高生产效率，提高刀具耐用度。
切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量ap，较大的进给量f，合适的切削速度vc。
半精加工和精加工时, 在首先保证加工质量的前提下，考虑经济性。
选择时，应选择较小的背吃刀量ap（但不能太小），较小的进给量f，较高的切削速度vc。
数控车削加工原则与普通车削的加工原则基本一致。
2.切削用量2.1背吃刀量ap (mm)的选择2.1.1普通车削的背吃刀量ap(mm)的选择①粗车时，在保证半精加工余量的前提下，尽量将粗加工余量一次切完。
余量过大或工艺系统刚度太低时，分两次切削。
第一次ap1=（2/3--3/4）A；第二次ap2=（1/3--1/4）A，A为单边余量。
简析数控加工刀具及切削用量的确定
（ ） 具 耐 磨 性 及 刀 具 的 使 用 寿 命 长 ， 具 材 料 和 切 削 参 数 与 被 ４刀 刀 加工件材料之间要适宜 ： （ ） 片 与 刀柄 要通 用 化 、 格 化 、 列 化 、 准 化 ， 对 主 轴 耍 有 ５刀 规 系 标 相 较 高 位 置 精 度 ， 位 、 装 时要 求 重 复定 位精 度 高 ， 装 调 整 方便 。 转 拆 安
加 工 质量 。 目前 ， 现 了 许 多 绘 图 设 计 软 件 如 Ｐ — Ｕ Ｃ ＴＡ 等 出 ＲＯ Ｅ、Ｇ、Ａ Ｉ
理 的工 艺 规 划 并 设 置 合 理 的 参 数 值 ． 可 以 自动 生 成 ＮＣ程 序 并 传 输 就 至 数 控 机 床 完 成零 件 的加 工 操作 ， 然 与 普 通 机 床 加 工 形 成 鲜 明 的 对 显
切 削 用量 ． 是 编 制 高 质 量加 工程 序 的 前提 。 又 【 键 词 】 具 ； 削 用量 ； 料 ； 艺 关 刀 切 材 工
合 理 选 择 地 选 择数 控 刀 具 和 切 削 用 量 的确 定是 数 控 加 工 中 不 可 高速 钢 或 硬 质 合 金 ， 刀体 为 ４ Ｃ 。 ０ｒ 缺 少 的 环 节 ， 但影 响 着数 控 机 床 的 加 工 效 率 ， 不 而且 直 接 影 响 零 件 的 ２ 立 铣 刀 ）
１２ ．． 数 控 刀具 的选 择 ２ 应 根 据 机床 的加 工 能 力 、 件 材 料 的性 能 、 工 工 序 、 削用 量 以 工 加 切
切 削 液 通 过 刀体 内部 由喷 孔 喷 射 到刀 具 的切 削 刃 部 ： （ ） 殊 型式 ５特
浅谈数控加工工艺中切削用量的选择
技 术 应 用
浅谈数控 加工工艺中切 削用量的选择
周靖 明 刘 凡（ 铁山 中 桥集团 高级技工 学校， 河北 秦皇岛 ０６０ ６２５ ）
摘 要 ： 削用量是控制 数控机 床 加工质 量好坏 的关键性 因素， 切 而切 削用量 由背吃 刀量、 削速 度 和进 给 量这 三个要 素组 成 ， 切 因此 刀具 的
进给量 是切削用量 中的第二要素， 进给量 的大小就决定了 度 的前 提是选择合 理的切削用量 ， 理的切 削用量可以将刀具 零件的加工精度和表面粗糙度， 合 而工件材料和刀具 的耐磨度又 切削性能和机床性能发挥到极致 ， 如此就降低了加工成 本还提 决定了进给 量的范围。 多齿刀具中， 在 刀具转速 ｎ 、进给 速度 高了切削效率。 不同的加工种类 ， 切削用量的选 择也不相 同， 当 ｖ 、 ｆ每齿进给量 ｆ 和刀具齿数 ｚ之 间有这样 一个 关系式：。 ｚ 加工 的工件为粗 加工时， 在保证加 工成 本的前提下尽量提高生 粗加工对工件表面质量 的要求不高， 在切削中刀杆、 床、 机 产 效率。因此在 背吃刀量的选择上要尽可能的加大， 进给量 的 刀片、 工件 等工具的刚度就决 定了走 刀的进 给量 ， 因此进 给量
精确度和 自动化程 度都 比较高， 属于机 电一体化 的加工设备 。
在进行粗 加工时， 在保证精加工和半精加工所 需加工余量
数控加工需要把加工零件的图纸作为加工依据来设置相应 的工 的前 提下， 用走 刀一次性将 多余余 量削除， 当余量过 大或者 背 艺， 程序员将工 艺参数编织 为加工程序 输入 程序控 制系统， 控 吃刀量超 出了工艺系统 刚性范围时， 刀切除尽可能的由大 到 走 制 系统会控 制相应 的工件、工具对 零件进行加 工。 但是 ， 控 小， 别是第＿刀应该让刀 口尽量靠近 里层 ， 数 特 这样可以提高工件 机 床加工中的数控编程仍然 是个 急需解决 的问题 ， 程序 员根据 表面的平整度 ， 同时也可 以减 少接触硬 皮铸 锻件。 若工艺系 统 工艺要求 编写加工程序 时需要处于人机交互 的状态， 这样确定 的刚度较差或者冲 击载荷较大， 作者可降低背吃刀量 从而减 操 的切削用量才 能将误差 降至最低 。 以编程员在数 控编程 中起 小切 削力 。 所 着关键性 的作用， 必须具有一定的实践经验和 切削用量 的确定 当零 件需要进行精加工时， 背吃刀量 选择是根 据粗加工后 原则 ， 数控机床 的应 用不仅保证了加工质量 且保证了加工 的效 的加 工余量确定的， 在加工过 程中可逐渐 降低背 吃刀量 ， 样 这 率， 是促进数控机床 的产业化实现企业 生产水平和经济效益提 不仅可以提高加工质量还可 以提高加工精度。 在进 行精加工时
车削时切削用量的选择原则
三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。
◆ 2. 刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺 序为v、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切
削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的
接近要求的形状和尺寸。
◆ 粗车以提高生产率为主，在生产中加大切削深度，对提
高生产率最有利，其次适当加大进给量，而采用中等或中
等偏低的切削速度。
5
◆
粗车铸、锻件毛坯时，因工件表面有硬皮，为保护
刀尖，应先车端面或倒角，第一次切深应大于硬皮厚
度。若工件夹持的长度较短或表面凸凹不平，切削用 量则不宜过大。 粗车应留有精车余量。粗车后的精度
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二、 刀具寿命的选择原则
◆切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定 切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命， 而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而 定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成 本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少 的目标确定，后者根据工序成本最低的目 标确定。
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◆1. 根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来 选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比 单刃刀具高些。 ◆2. 对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短， 为了充分发挥其切削性能，提高生产效率， 刀具寿命可选得低些。
(1)几何因素 (2)物理因素 (3)工艺因素
从切削过程的物理实质考虑，刀具的刃口圆角及后面 的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形，严重恶化了表 从几何的角度考虑，刀具的形状和几何角度，特 面粗糙度。在加工塑性材料而形成带状切屑时，在前刀 从工艺的角度考虑其对工件表面粗糙度的影响，主要 别是刀尖圆弧半径、主偏角、副偏角和切削用量中的 面上容易形成硬度很高的积屑瘤。它可以代替前刀面和 有与切削刀具有关的因素、与工件材质有关的因素和与加 进给量等对表面粗糙度有较大的影响。 切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生变 工条件有关因素等。 化。积屑瘤的轮廓很不规则，因而使工件表面上出现深 浅和宽窄都不断变化的刀痕。有些积屑瘤嵌入工件表面， 更增加了表面粗糙度。切削加工时的振动，使工件表面 粗糙度参数值增大。
浅谈数控加工中刀具选择与切削用量的确定
（ ）数 控加 工 常用刀 具 的种 类 及特点 一
根据制造刀具所用 的材料 可分为 ：①高速钢 刀具；②硬
性指标。 ２ 精度 高 ．
现在 ，许 多 ｃ Ｄ ｃ Ｍ软件包都提供 自动编程功能，这些 Ａ／Ａ 软件 一般 是在编程界面 中提示工 艺规 划的有关 问题 ，比如， 刀具 选 择 、 加 工 路 径 规 划 、切 削用 量 设 定 等 ，编 程 人 员 只 要
设置 了有 关 的 参 数 ，就 可 以 自动 生 成 Ｎ 程 序 并传 输 至数 控 机 ｃ 床完成加工 。因此 ，数控加工 中的刀 具选 择和切削用量确定
济寿命指标 的合 理性；⑦ 刀具或刀片几何 参数 和切削参数 的
规范化 、典 型化 ；⑧ 刀柄的强度要高 、刚性及 耐磨性要好 ； ⑨刀柄或工具系统 的装机 重量有限度 ；⑩刀片及 刀柄切入的
位 置 和 方 向 有要 求 。 数 控 刀 具 与 普 通 机 床 上所 用 的 刀 具 相 比 ，有 许 多 不 同 的 要 求 ， 主要 有 以下 特 点 ：
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 。 ３ 能 自动 换 刀 ． 可 以减少换 刀停 机时间 ，提 高生产加 工时 间。在加 工中
心上，各种数控 刀具要分别装在刀库上 ，按程序规定随 时进 行选 刀和换 刀动 作。因此必须采用标准刀柄 ，以便使钻 、镗、 扩 、铣 削 等 工 序 用 的标 准 刀 具 迅 速 、准 确 地 装 到 机 床 主 轴 或 刀库上 去。刀柄与刀要相 互配合 。编程人 员应 了解机床上所 用刀柄 的结构尺寸 、调整 方法以及调整范 围，以便 在编程时 确定刀具的径 向和轴 向尺寸 。 ４ 耐用度高 ． 数控加工 的刀具不论在粗加工 或精 加工中 ，都应具 有比 普通机床加工所 用刀具更高 的耐用度 ，以尽量减少更换或修 磨 刀具及对刀 的次数，从而提高数控机床 的加工效率和保证 加 工质 量 。应该采用 切削性能好且耐磨 性高的涂层刀片 以及 合 理地 选择切削用量 。当刀加工的 内容很 多时，如刀具不耐 用而磨损较 快，就会影 响工件 的表面质量与加 工精度，而且 会增加换 刀引起 的调刀与对刀 次数 ，也会使工作表 面留下因
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浅析数控机床刀具及切削用量的选用总参通讯部6903工厂崔雪摘要：文章介绍了数控加工常用刀具的种类及特点切削用量的三要素，并对数控机床加工时刀具选择及切削用量的合理选择进行了详细阐述，为数控机床编程与操作人员提供参考。
关键词：数控加工; 刀具；切削用量; 合理选择。
数控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，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。
目前，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是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，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC 程序并传输至数控机床完成加工。
因此，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加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。
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。
数控刀具的分类有多种方法。
根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。
根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。
从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；③镗削刀具；④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%。
；数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：①刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；②互换性好，便于快速换刀；③寿命高，切削性能稳定、可靠；④刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；⑤刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；⑥系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。
二.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、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它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。
在满足加工要求的前提下，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，应选硬质合金刀片铣刀；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，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；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。
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，都应优先选择平头刀。
另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
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动作。
因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、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、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。
目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。
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：⑴.尽量减少刀具数量；⑵.一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；⑶.粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；⑷.先铣后钻；⑸.先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑹.在可能的情况下，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。
三.加工过程中切削用量的确定切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。
切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容, 切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响。
切削用量包括切削速度( 主轴转速) 、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。
数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。
粗、精加工时切削用量的选择原则如下。
粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本。
切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。
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。
切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高切削速度。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。
(1) 背吃刀量ap(mm)的选择背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。
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。
具体选择如下：粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。
第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。
当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。
精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面质量。
一般精加工时，取ap=0.05～0.8mm；半精加工时，取ap=1.0～3.0mm。
(2) 切削宽度L（mm）一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。
在数控加工中，一般L的取值范围为: L=(0.6～0.9)d。
(3) 进给量(进给速度)f(mm/min或mm/r)的选择进给量( 进给速度)是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。
对于多齿刀具, 其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数Z 及每齿进给量fz的关系为: Vf=fn=fzzn。
粗加工时, 由于对工件表面质量没有太高的要求, f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。
工艺系统刚度好时，可用大些的f；反之，适当降低f。
精加工、半精加工时，f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。
Ra要求小的，取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。
刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则f可选较大值。
一般，精铣时可取20～25mm/min, 精车时可取0.10～0.20mm/r。
还应注意零件加工中的某些特殊因素。
比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。
特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。
(4) 切削速度Vc（m/min）的选择根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。
可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。
在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时, 应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。
(5) 主轴转速n(r/min)主轴转速一般根据切削速度VC来选定。
计算公式为: n=1000VC/πD式中，D为工件或刀具直径（mm）。
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。
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，编程人员必须结合现场的生产状况，并且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] 赵长旭. 数控加工工艺. 西安：西安电子科技大学出版社，2006.1（2007.9重印）.[2] 刘万菊. 数控加工工艺及编程. 北京:机械工业出版社,2006.10.[3] 高勇等. UG NX 中文版数控加工基础教程.北京:人民邮电出版社,2006.4.[4] 郑焕文. 机械制造工艺学. 北京:高等教育出版社,1994.。