前言

　　數控刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝的重要內容，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技術的發展，使得在數控加工中直接利用CAD的設計數據成為可能，特別是微機與數控機床的聯結，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成為可能。

　　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面中提示工藝規劃的有關問題，比如，刀具選擇、加工路徑、切削用量設定等，編程人員只要設置了有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。

　　因此，數控加工中的刀具選擇和切削量確定是在人機交互狀態下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定基本原則，在編程時充分考慮數控加工的特點。本文對數控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了探討。

一、數控加工常用刀具的種類及性能

　　數控加工刀具必須適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數控刀具的分類有多種方法。根據刀具結構可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機夾式聯接，機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種；③特殊型式，如復合式刀具、減震式刀具等。根據制造刀具所用的材料可分為 ：①高速鋼刀具；②硬質合金刀具；③金剛石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、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、切割刀具等多種；②鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削刀具；④銑削刀具等。為了適應數控機床對刀具耐用、穩定、易調、可換等的要求，近幾年機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用，在數量上達到整個數控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數的80%～90%。

　　數控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：①剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小；②互換性好，便于快速換刀；③壽命高，切削性能穩定、可靠；④刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間；⑤刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；⑥系列化、標準化，以利于編程和刀具管理。

二、數控刀具的選擇

　　1、選擇數控車削用刀具

　　數控車削車刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀以及三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓外形完全由車刀刀刃的形伏和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特性的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構成，如900內外圓車刀、左右端面車刀、切槽(切斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數(重要是幾何角度)的選擇方式與普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點(如加工路線、加工干涉等)進行全面的考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。 二是圓弧形車刀。圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特性的車刀。該車刀圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，應此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。圓弧形車刀可以用于車削內外表面，特殊適合于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。選擇車刀圓弧半徑時應考慮兩點車刀切削刃的圓弧半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發生加工干淺該半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。

　　2、選擇數控銑削用刀具

　　在數控加工中，銑削平面零件內外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，該刀具有關參數的經驗數據如下:一是銑刀半徑rd應小于零件內輪廓面的最小曲率半徑rmin，一般取rd=(0.8一0.9)rmin。二是零件的加工高度h< (1/4-1/6)rd,以保證刀具有足夠的剛度。三是用平底立銑刀銑削內槽底部時，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑re=r-r,，即直徑為d=2re=2(r-r)，編程時取刀具半徑為re=0.95 (rr)。對于一些立體型面和變斜角輪廓形狀的加工，常用球形銑刀、環形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。

　　目前 ，數控機床上大多應用系列化、標準化刀具，對可轉位機夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號對于加工中心及有自動換刀裝置的機床，刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規定，如錐柄刀具系統的標準代號為tsg-jt，直柄刀具系統的標準代號為dsg-jz,此外，對所選擇的刀具，在應用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數據，并由操作者將這些數據輸入數據系統，經程序調用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。

三、影響數控刀具選擇的因素

　　在選擇刀具的類型和規格時，主要考慮以下因素的影響：

　?。?）生產性質

　　在這里生產性質指的是零件的批量大小，主要從加工成本上考慮對刀具選擇的影響。

　　例如在大量生產時采用特殊刀具，可能是合算的，而在單件或小批量生產時，選擇標準刀具更適合一些。

　　（2）機床類型

　　完成該工序所用的數控機床對選擇的刀具類型（鉆、車刀或銑刀）的影響。在能夠保證工件系統和刀具系統剛性好的條件下，允許采用高生產率的刀具，例如高速切削車刀和大進給量車刀。

　　（3）數控加工方案

　　不同的數控加工方案可以采用不同類型的刀具。例如孔的加工可以用鉆及擴孔鉆，也可用鉆和鏜刀來進行加工。

　　（4）工件的尺寸及外形

　　工件的尺寸及外形也影響刀具類型和規格的選擇，例如特型表面要采用特殊的刀具來加工。

　?。?）加工表面粗糙度

　　加工表面粗糙度影響刀具的結構形狀和切削用量，例如毛坯粗銑加工時，可采用粗齒銑刀，精銑時最好用細齒銑刀。

　　（6）加工精度

　　加工精度影響精加工刀具的類型和結構形狀，例如孔的最后加工依據孔的精度可用鉆、擴孔鉆、鉸刀或鏜刀來加工。

　　（7）工件材料

四、數控刀具的性能要求

　　由于數控機床具有加工精度高、加工效率高、加工工序集中和零件裝夾次數少的特點，對所使用的數控刀具提出了更高的要求。從刀具性能上講，數控刀具應高于普通機床所使用的刀具。

　　選擇數控刀具時，首先要應優先選用標準刀具，必要時才可選用各種高效率的復合刀具及特殊的專用刀具。在選擇標準數控刀具時，應結合實際情況，盡可能選用各種先進刀具，如可轉位刀具、整體硬質合金刀具、陶瓷刀具等。

　　在選擇數控機床加工刀具時，還應考慮以下幾方面的問題：

　　（1）數控刀具的類型、規格和精度等級應能夠滿足加工要求，刀具材料應與工件材料相適應。

　?。?）切削性能好。為適應刀具在粗加工或對難加工材料的工件加工時能采用大的背吃刀量和高進給量，刀具應具有能夠承受高速切削和強力切削的性能。同時，同一批刀具在切削性能和刀具壽命方面一定要穩定，以便實現按刀具使用壽命換刀或由數控系統對刀具壽命進行管理。

　?。?）精度高。為適應數控加工的高精度和自動換刀等要求，刀具必須具有較高的精度，如有的整體式立銑刀的徑向尺寸精度高達0.005mm。

　　（4）可靠性高。要保證數控加工中不會發生刀具意外損傷及潛在缺陷而影響到加工的順利進行，要求刀具及與之組合的附件必須具有很好的可靠性及較強的適應性。

　?。?）耐用度高。數控加工的刀具，不論在粗加工或精加工中，都應具有比普通機床加工所用刀具更高的耐用度，以盡量減少更換或修磨刀具及對刀的次數，從而提高數控機床的加工效率和保證加工質量。

　　（6）斷屑及排屑性能好。數控加工中，斷屑和排屑不像普通機床加工那樣能及時由人工處理，切屑易纏繞在刀具和工件上，會損壞刀具和劃傷工件已加工表面，甚至會發生傷人和設備事故，影響加工質量和機床的安全運行，所以要求刀具具有較好的斷屑和排屑性能。

　　工件材料將決定刀具材料和切削部分幾何參數的選擇，刀具材料與工件的加工精度、材料硬度等有關。

五、設置刀點和換刀點

　　刀具畢竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執行時刀具相對于工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要準確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是:便于數值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基誰上。實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即&ldquo;刀位點&rdquo;與&ldquo;對刀點&rdquo;的重合。所謂&ldquo;刀位點&rdquo;是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點;球頭銑刀是球頭的球心，鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規定換刀點。所謂&ldquo;換刀點&rdquo;是指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。

六、切削用量的確定

　　數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方式，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。

　　1、確定主軸轉速

　　主軸轉速應根據答應的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為:n=1000 v/7 1d式中: v―切削速度，單位為m/m動，由刀具的耐用度決定; n一一主軸轉速，單位為r/min, d―工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計算的主軸轉速n，最后要選取機床有的或較接近的轉速。

　　2、確定進給速度

　　進給速度是數控機床切削用量中的主要參數，重要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。確定進給速度的原則:當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min范圍內選取;在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20一50mm/min范圍內選取;當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20--50mm/min范圍內選取;刀具空行程時，特殊是遠距離&ldquo;回零&rdquo;時，可以設定該機床數控系統設定的最高進給速度。

　　3、確定背吃刀量

　　背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度答應的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5m m,總之 ，切削用量的詳細數值應根據機床性能、相關的手冊并結合實際經驗用類比方式確定。

　　同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。

　　切削用量不僅是在機床調整前必須確定的主要參數，而且其數值合理與否對加工質量、加工效率、生產成本等有著非常主要的影響。所謂&ldquo;合理的&rdquo;切削用量是指充分使用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩)，在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。加工刀具的選擇選擇刀具應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：適用、安全、經濟。適用是要求所選擇的

總結

　　隨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控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中，要在人機交互狀態下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，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量和加工效率，充分發揮數控機床的優點，提高企業的經濟效益和生產水平。