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數控加工中心刀具和切削用量的選（xuǎn）擇

2016-12-8 來源：福建三明林業學校作者（zhě）：林（lín）峰銘

摘要：刀具是機床實現切削加工的直接執行者，刀具的選擇和（hé）切削用量的選擇合（hé）理與否，不僅影響到被加工零件的（de）質量，甚至可以決定機床功效的發揮和安全生產的順利進行。所以，在編加工程序時要選擇合理的刀具和切削用量，不但可以有效提（tí）高切削效率和加工質量，還可降低成（chéng）本以獲得最佳（jiā）經濟效益。在數控銑上加工零件，保證零件加工質量是非常重要的，我們不僅要充分發揮機床本身的性能，更為重要的是刀具和切削用量的（de）確定是十分（fèn）重要的，刀具的選擇和切削用量的確定是提高（gāo）加工質量和加工效率的關鍵。

關鍵詞：數控加工中心（xīn）；刀具；切削用量

引言：

刀具選（xuǎn）擇與切削用量確定是數控銑加工中十分（fèn）重要的環節（jiē），直接關（guān）係到加工精度、加工表（biǎo）麵質量、加工效率。選擇合（hé）適的刀具和切削（xuē）用量可使加工以最低的成本、最短的時間達到最佳的加（jiā）工質量。在切削加工中，切削用量和刀具（jù）對加工精（jīng）度（dù）、表麵質量、生產效率和生產成本會（huì）產生較大的影響。加工速度快、生產效（xiào）率高是數控加工相比傳統切削加工的優勢，在“優質、高產、低成本”這一大的原則下，切削用量和刀（dāo）具能否正確選擇和使（shǐ）用對數控加工發揮其優勢有較大的影響（xiǎng）。

一、數（shù）控（kòng）加工刀具的選擇

數控銑床的加工效率，加工質量與銑刀的選擇有直（zhí）接的關係。在數控銑床加（jiā）工工藝中有著重要意義。數控銑床加工對刀具的要求更（gèng）高（gāo），要（yào）求具備精度高、強度大、剛度好、耐用度高，而且要求尺寸穩定、安裝調整方便。刀具及刀柄（bǐng）正確（què）選擇應（yīng）根據機床的加工能力、工件（jiàn）材料的性能、加工工序、切削用量等因素來（lái）選擇。刀具選擇應遵循的原則（zé）是：安裝調整方便、剛性好、壽（shòu）命和精度高。在滿足加工要（yào）求的（de）前提下，盡量選擇（zé）較短的刀柄，以提高刀具（jù）加工時（shí）的剛性。

（一（yī））數控銑削加工常用刀具的種類

數控銑削刀具按結構可分為整體式、鑲嵌式。鑲嵌式包括焊接式、機夾式。刀具（jù）按材料可（kě）分為特殊形（xíng）式（shì）、高速鋼（gāng）刀具、硬質合金刀具、金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具。加工工藝分為（wéi）鑽削刀具（jù）、銑削刀具、鏜削刀具。按刀具形狀（zhuàng）分為（wéi）平底刀、球頭刀（dāo）、錐（zhuī）度刀、T 形刀（dāo）、桶狀刀、異形刀。

（二）數控加工刀具的選擇（zé）

1、刀具的選擇

在進（jìn）行自由曲麵（模具）加工時，由於（yú）球頭刀具的端部（bù）切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行（háng）距一般（bān）采用頂端密（mì）距，故球頭常用於曲麵的精加（jiā）工。平頭刀具在表麵加工質量和切削效率方麵都優於球頭刀，因此，隻要在保證不（bú）過切的前提下，無論是曲麵的粗加工還是精加（jiā）工，都（dōu）應優（yōu）先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關係極大，必須（xū）引起注意的是，在大多數情況下，選（xuǎn）擇好的刀具雖然增加了刀具（jù）成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高（gāo），則可以使整個加工成本大大降（jiàng）低。在加工中心，各種刀具分別裝在刀庫上，按程（chéng）序規定隨（suí）時進行選刀和換刀動作（zuò）。因此必（bì）須采用標準刀柄，以便使鑽、擴、鉸、鏜、銑削等工序用的標準刀具迅速、準確地裝到（dào）機床主軸（zhóu）或刀庫上去。編程人員應了（le）解機床上所用刀柄（bǐng）的（de）結構尺寸、調（diào）整方法以及調整範（fàn）圍，以便在編程時確定刀（dāo）具的徑（jìng）向和軸向尺寸。

2、刀（dāo）具切削壽命與切削用量（liàng）之間的（de）關係

製定切削用量時，先應考慮刀具壽命，根據（jù）刀具壽命選擇刀具的原則是：根據刀具複雜程度、製造（zào）、磨（mó）刀成本選擇。複雜（zá）和精度高的刀具壽命（mìng）應選得比單刃（rèn）刀具高些。對於機夾可轉位（wèi）刀具，由於換刀時間（jiān）短，為了充分（fèn）發揮切削性能、提高生產效率，刀具壽命可選得低些，一般取（qǔ）15 ～ 30min。對於（yú）裝刀、換刀、調刀比較複雜的（de）多刀機（jī）床、組（zǔ）合床（chuáng）與自（zì）動化加工刀具，刀具壽命（mìng）應選得高些，尤其（qí）要保證刀具可靠性（xìng）。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命（mìng）應按零件精度和表麵粗糙度確（què）定。

3、刀具（jù）材料的選擇

所選擇的刀具要有足夠（gòu）高的硬度，以適應高壓力、高溫度和和劇烈摩擦，一般情況下（xià）刀具材料的硬度至少要在工件材料的硬度以上60HRC；要有（yǒu）較好的（de）耐磨性，較好的耐磨性可以減（jiǎn）少刀具的磨損，從而延長刀具的使用壽命；要有較高的韌性，隻有具有足夠（gòu）好的韌性，才能承受切削力、衝擊（jī）和工藝係統（tǒng）的振動；為保證刀具（jù）的硬度、耐磨性和韌性在高溫下不發生或僅產生較小的變化（huà），要求刀具材料的耐高溫性能要好；刀具材料良好的工藝性也是重要的一個方麵，這有利於刀具的維（wéi）修和製造。如表1 所示。

表1　常用刀具材料的性能比較

二、切削用量的選擇

銑（xǐ）削加（jiā）工切削用量包括切削速度、進給速度、背吃刀量、側吃刀量。切削用量主要（yào）影（yǐng）響切削力、切削功率、刀具磨損（sǔn）、加工質量（liàng）和加工成本。切削（xuē）用（yòng）量的選擇（zé）應遵循以下（xià）原則：在保（bǎo）證零件加（jiā）工精度和表麵粗糙度的前提下，應充分發揮刀具的切削性能和刀具的耐用度，同時充分發揮機床的性能，對於不同的加工方法需選用不同的切削用量，編（biān）程人員在編程時應確定（dìng）每到工序的切（qiē）削用（yòng）量，這樣可最（zuì）大限度（dù）提高生產效率、降低加工成本。

（一）背（bèi）吃刀量（liàng）ap 的選擇

車削加（jiā）工一般情況下可以分為粗車、半精車和精車。粗車（chē）（Ra 為50 ～ 12.5μm）時，全部（bù）加（jiā）工餘（yú）量盡可能在一次走刀過（guò）程中切除，在中等功率的機床上，背吃刀（dāo）量可（kě）以（yǐ）取為8 ～ 10mm。半精車（Ra 為6.3 ～ 3.2μm）時，背吃刀（dāo）量可以取為0.5 ～ 2mm。精車（Ra 為1.6 ～ 0.8μm）時，背吃刀量可以取為0.1 ～ 0.4mm。在（zài）碰到以下情形時，粗車一般最好分幾次走刀。首先（xiān），工件所留的（de）加工餘量過多時，一次走刀會使切削力太大，會出現機床功率不足或刀具強度不（bú）夠的情況。其次（cì），工藝係統的剛性不夠（gòu），或者（zhě）工件的加（jiā）工餘量（liàng）非常不均勻，這兩種情況造成車削過程中引（yǐn）起很大的振動時。第三（sān），在斷（duàn）續切削中，刀具因（yīn）受（shòu）到（dào）很大衝（chōng）擊而打刀時。在以上情形中，如果需要（yào）分（fèn）兩次走刀，那麽第一次走刀的背吃刀量要盡可能取的大一點，第二次走刀的背吃刀量要盡可能的取小一點，才能保（bǎo）證精加工的刀具具較長的刀具使（shǐ）用（yòng）壽命，高的加（jiā）工精度和較小的（de）表麵粗糙度。第二次走刀時，背吃刀量可以取加工餘量的1/3 ～ 1/4 左右。

（二）進給速度f 的確定

在數控（kòng）車削加工中（zhōng），粗車時，一般沒有太高的工件表麵粗糙度（dù）要求，這時切削力一般情況下很大，所以合理的進給量f 等於是（shì）工藝係統能承（chéng）受（shòu）的最大限度的進（jìn）給量。這一進給量受到下列一些因素的限製：車刀刀杆的強（qiáng）度及（jí）剛度、車床進給（gěi）機構的強度、刀片的強度和（hé）工（gōng）件的裝卡剛度等。進給量包括進給速度（fυ）和每齒進給（gěi）量。切削刃上的的選定點相對於（yú）工件的（de）進（jìn）給（gěi）的瞬時速度稱為進給速度。刀具在進給運動（dòng）方向上相對（duì）工件（jiàn）的位移量（liàng）稱為進給量，單位mm/r。半精加工和精（jīng）加工（gōng）主要（yào）目（mù）的是提高零（líng）件的表麵質量和加工精度，不能盲目增大切削深度，依據粗加工時剩餘（yú）的餘量，采（cǎi）用切削深度逐刀減小的方法，使得加工精度（dù）和表麵質量逐步提高。進給速度選擇的過大會降低加工精度（dù）和表麵質量，在（zài）半精加工和（hé）精加工（gōng）時一（yī）般20 ～ 50mm/min 是合理的選擇區間。

（三）切削（xuē）速度vc 的確定

1）切削速度vC與積屑瘤高度Hb 的關係。因（yīn）為（wéi）積屑瘤（liú）的（de）頂（dǐng）部（bù）特別不（bú）穩（wěn）定，易破裂，並且破裂的一（yī）些碎片可能會粘（zhān）在已經車過的表麵上；積屑瘤使刀具切入深度增加了一個Δh，且積屑瘤會周期性的產生、生長、脫落，導致（zhì）Δh 也周期性的增（zēng）加和減小，它變化有可能引起振動，所以在（zài）精車時應該選擇（zé）合理的切削速度，以避開積屑瘤的最易生成的車削（xuē）速度區域（yù）。在低速車削Ⅰ區不產生積屑瘤；在Ⅱ區中積屑瘤高度隨（suí）切（qiē）削速度增大而加（jiā）大到（dào）最大值；在Ⅲ區內積屑瘤高度隨車削速（sù）度增加而減小；在Ⅳ區內（nèi）積屑瘤不再產生。因此，在（zài）實際生產加（jiā）工中（zhōng），切削速（sù）度要盡可能（néng）避開中速區。2）切削速度的確定。根據選定的背吃刀量ap，進給量f 及刀具壽命T，按下列公式計算

但（dàn）是大多數時候，人們往往是選擇直接從切削速度經驗（yàn）參考值（zhí）表直接查（chá）詢而得（見表2）。

表2　銑削加工切削速度參考表

三、結束語

隨著數控加工中心機床的發展，加工工藝要求的不斷提高，數控加工的（de）方法（fǎ）也更加多樣化，從簡單的手工編程（chéng）到複雜的曲麵（miàn）軟（ruǎn）件編程，同時對切削刀具的要求也更加精（jīng）確、多樣。在某些加工環節，實現了加工工藝的要求就是任務完成，而有些加（jiā）工（gōng）生產任務，是講質量、講效（xiào）益、講效率的。隻有合理地選擇切削刀具（jù）和切削用量（liàng），才能保（bǎo）證任務的順利（lì）完成，同時也（yě）使（shǐ）效益最大化。

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