CNC加工中刀具的選擇與切削用量（liàng）的確定
CNC加工中刀具的（de）選擇（zé）與（yǔ）切削用量的確定
刀具的選擇（zé）和切削用量的確定是（shì）數控加工工（gōng）藝中的重要內容，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。CAD/CAM技術的發（fā）
展，使得在數（shù）控加工（gōng）中直接利用CAD的設計數（shù）據成為可（kě）能，特（tè）別是微機與數控機床的聯接，使得設計、工藝規劃及編程的整個過程全部在計算機
上完成，一（yī）般不需要輸出專門的工藝（yì）文件（jiàn）。
現在，許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界麵中提示（shì）工藝規劃的有關問題，比如（rú），刀具選擇、加工（gōng）路徑規劃
、切削用量設（shè）定等，編程人員隻要設置了有關的參數，就可以自動生成NC程序（xù）並傳（chuán）輸至數控機床完（wán）成加工。因此，數控加工中的刀具選擇（zé）和切
削用量確定是在人機交互狀態下完成的，這與（yǔ）普通機床加工形成鮮明的對比，同時（shí）也要求編程人員必（bì）須（xū）掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原
則，在（zài）編程時充（chōng）分考慮數控加工的特點（diǎn）。本文對數控（kòng）編（biān）程中（zhōng）必須麵對的刀具選擇和（hé）切削用量確定問題進行了探討，給出了若幹原則和建議，並
對應該（gāi）注意的問題進行了討論。
一（yī）、數控加工常用刀具的種類及特點
數控加工刀具必須適應數控機床高速（sù）、高效和自動化程度高的特（tè）點，一（yī）般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄（bǐng）。刀柄要（yào）聯接刀
具（jù）並裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和係列化。數控刀具的分類有多種方法。根據刀（dāo）具結構可分為：①整體（tǐ）式；②鑲嵌式（shì），采用（yòng）焊接或
機夾式連接，機夾（jiá）式又可分為不轉位和可轉位兩種；③特殊（shū）型式，如複合式（shì）刀具，減震式刀具等。根據製（zhì）造刀具（jù）所用（yòng）的材料可分為：①高（gāo）速鋼（gāng）
刀具；②硬質合金（jīn）刀具；③金剛石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化（huà）硼刀具，陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：①車削刀具，分外圓、內
孔、螺紋、切割刀具（jù）等多種（zhǒng）；②鑽削刀具，包括鑽頭、鉸刀、絲錐等；③鏜（táng）削刀具；④銑削刀（dāo）具（jù）等。為（wéi）了適（shì）應數控機床對刀具耐用、穩定、易
調、可換等的要求，近幾年（nián）機夾式可轉位刀具得（dé）到廣泛的（de）應用，在數量上（shàng）達（dá）到整個數控刀具的30%～40%，金屬切除量占（zhàn）總數的80%～90%。
數（shù）控刀具與普通機床上所（suǒ）用的刀具相（xiàng）比，有許多（duō）不同的要求，主要有以下特點（diǎn）：
⑴剛性（xìng）好（尤其是粗（cū）加工（gōng）刀具），精度高，抗振及熱變形小；
⑵互換性好，便於快速換刀；
⑶壽命高，切削性能穩定、可靠（kào）；
⑷刀具的尺寸便於調整，以減少換刀調整時間；
⑸刀具應能（néng）可靠地斷屑或卷屑，以利於（yú）切屑（xiè）的排除（chú）；
⑹係列（liè）化，標準化，以利於（yú）編（biān）程和刀具管理。
二、數控加工刀（dāo）具的選擇
刀具的選擇是在數控編程（chéng）的人機交互狀（zhuàng）態下進行的。應根據（jù）機床的加工能力、工件材料的（de）性能、加工工序、切削用量（liàng）以及其它相關因素（sù）正
確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整方便，剛性好，耐用度（dù）和精度（dù）高。在滿足加（jiā）工要求（qiú）的前（qián）提下，盡量選擇較短的刀柄，以提
高刀具加工（gōng）的剛性。
選取刀具（jù）時，要使（shǐ）刀具的尺寸與被加工工件的表麵尺寸相適應。生產中，平麵零件周邊輪廓的加工，常采用（yòng）立銑刀；銑削平麵時（shí），應選硬（yìng）
質合金刀片銑刀；加工凸台、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表麵或粗加工（gōng）孔時，可選取鑲硬（yìng）質合金刀片的玉米銑（xǐ）刀；對一些（xiē）立體型麵和
變斜角輪廓外形的加工，常采（cǎi）用球（qiú）頭銑（xǐ）刀、環形銑刀、錐形銑（xǐ）刀和盤形（xíng）銑刀（dāo）。
在進（jìn）行自由曲麵加工時（shí），由於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能密，故球頭常用於曲麵的精
加工。而平頭（tóu）刀具在表麵加工質量和切削效率方麵（miàn）都優於球頭刀，因此，隻要在保證不過切的（de）前提下，無論是曲麵的粗加工還（hái）是精加工，都（dōu）應
優先選擇平頭（tóu）刀。另外（wài），刀具的耐用度和精度與刀（dāo）具價格關係極大，必須引起注意的是，在（zài）大多數情況下，選擇好的刀具雖然增（zēng）加了（le）刀具成本
，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。
在加工中心上，各種刀具分別裝（zhuāng）在刀庫上，按程序規定隨時進（jìn）行選（xuǎn）刀和換刀（dāo）動作（zuò）。因此必須采用標準刀柄，以便使鑽、鏜、擴、銑削等工
序用的標（biāo）準刀具，迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人（rén）員應了解（jiě）機床（chuáng）上所用刀柄的（de）結構尺寸、調整方法以及調整範圍，以便在（zài）編（biān）程
時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加（jiā）工中心采用TSG工具係統，其刀柄有直柄（三種規格）和錐柄（四種規格）兩（liǎng）種，共包（bāo）括16種不同
用（yòng）途的刀柄。
在經濟型（xíng）數控加工中，由於刀具的刃磨、測量和（hé）更（gèng）換多為人工手動（dòng）進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般
應遵循以下原則：①盡量減少刀具數量；②一把刀具裝夾後，應（yīng）完成（chéng）其所能進（jìn）行的所有加（jiā）工部位；③粗精加工的刀具應分（fèn）開使用，即使是相同
尺寸規格的刀具；④先銑後鑽；⑤先（xiān）進（jìn）行曲麵精加工，後進行二維輪廓精加工；⑥在可能（néng）的情況下，應（yīng）盡可能利用數控機床的自動換刀功能，
以提高生產（chǎn）效率等（děng）。
三、數控（kòng）加工切削用量的確定
合（hé）理選擇（zé）切削（xuē）用量的原則是，粗加工時（shí），一般以提高生產率為主，但（dàn）也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質
量（liàng）的前提下，兼顧切削效率（lǜ）、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書（shū）、切削用量手（shǒu）冊，並結合經驗而定。
⑴切削深度t。在機床、工件和刀（dāo）具剛度允許的（de）情況下，t就等於加工餘量，這是提高生產率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和
表（biǎo）麵粗糙度（dù），一般應留一（yī）定的餘（yú）量進行精加工。數控（kòng）機床的精加工餘量可略小於普通機床。
⑵切削寬（kuān）度L。一般L與刀具直徑d成正比，與（yǔ）切削深度成反比。經濟型數控加工中（zhōng），一般L的取值範圍為：L=（0.6～0.9）d。
⑶切削速度v。提高v也是提高生產率的一個措施，但v與刀（dāo）具耐用度（dù）的關係比較（jiào）密切。隨著v的增大，刀具耐用度急劇下降，故v的選擇主要
取決於刀具耐用度。另外，切削速度與加（jiā）工材料也有很大關係，例如用立銑（xǐ）刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時（shí），v可采用8m/min左右；而用（yòng）同樣的立
銑刀銑（xǐ）削鋁合金時（shí），v可選200m/min以上。
⑷主軸轉速n/(r/min/)。主軸轉速一般根據切削速度v來選定。計算公式為：
式中，d為刀具或工件直徑（mm）。
數控機（jī）床的控製麵板上一（yī）般備有主軸轉速修（xiū）調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數調整。
⑸進給速度vF 。vF應根據零件的（de）加工精度和表麵粗糙度要求以及刀具和工件（jiàn）材料來選擇。vF的增加也可以提高生（shēng）產效率。加工表麵粗糙度
要求低時，vF可選擇得大些。在加工過程中，vF也可通過機床控製麵板上的修調開關進行人工調整，但是最（zuì）大進給速度（dù）要受到設備剛度和進給
係統性能等的限製。
隨（suí）著數控機床在生產實際中的廣泛應用，數控編程已經成為數（shù）控加工中的關鍵問題之（zhī）一（yī）。在數控程（chéng）序的編製過程中，要在（zài）人機交互狀態下
即時選擇（zé）刀具和（hé）確定切削（xuē）用量。因此（cǐ），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（gōng）效率，充分
發揮數控機床的優點，提高企業的經（jīng）濟效益和生產水平
