数控加工中刀具的选择与切削用量的确定

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第 ８卷 第 ３期 ２０ ０ ８年 ９月
长 沙 航 空 职业 技 术 学 院学 报 ＪＵ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ Ｓ ＡＡ Ｒ Ｎ ＵＩＡ Ｏ Ａ ＩＮ Ｎ Ｅ Ｈ ＩＡ Ｏ ＬＧ Ｏ Ｒ Ａ ＦＣ Ａ ＧＨ Ｅ Ｏ Ａ ＴＣ ＬＶ Ｃ Ｔ Ａ Ａ ＤＴ Ｃ ＮＣ ＬＣ ＬＥ Ｅ ＯＬ
０ 引言
位和 可 转位 两 种 ； 特殊 型式 ， 复合 式刀 具 ， ③ 如 减 震式 刀具等 。 ２ 根据制造 刀具 所 用 的材 料 可分 为 ： 高 速 ） ① 钢刀 具 ； 硬质合金 刀具 ； 金刚石刀具 ； 其他 ② ③ ④ 材料 刀具 ， 如立 方氮化硼 刀具 ， 刀具 等 。 陶瓷 ３ 从切 削 工 艺 上 可分 为 ： 车 削 刀具 ， ） ① 分外 圆、 内孔 、 螺纹 、 割刀 具 等 多种 ； 钻 削 刀 具 ， 切 ② 包 括钻 头 、 刀 、 锥 等 ； 镗 削刀 具 ； 铣 削 刀具 铰 丝 ③ ④
意 的 问题 进 行讨 论 。 关 键 词 ： 控 加 工 ； 具选 择 ； 给 量 ； 削 速 度 数 刀 进 切 中 图分 类 号 ：Ｐ ９ ．３ Ｔ ３ １７ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １ ９ ５ （０ ８ ０ ０ ５— ３ １７ — ６４ ２０ ）３— ６ ０
规划及编程 的整个过 程全部 能在计 算机 上完成 ， 一 般 不需要输 出专 门的工艺文件 。
ｌ 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 ， 般应 包括 通用 刀 具 、 一 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 。

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。

切削用量包括切削速度、背吃刀量及进给速度等。

对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。

1、刀具切削用量的选择原则粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；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。

具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

从刀具的耐用度出发，切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给量，最后确定切削速度。

2、吃刀量的确定背吃刀量由机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。

确定背吃刀量的原则：（1）在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5μm～25μm时，如果数控加工的加工余量小于5mm~6mm，粗加工一次进给就可以达到要求。

但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分多次进给完成。

（2）在工件表面粗糙度值要求为Ra3.2μm～12.5μm时，可分粗加工和半精加工两步进行。

粗加工时的背吃刀量选取同前。

粗加工后留0.5mm～1.0mm余量，在半精加工时切除。

（3）在工件表面粗糙度值要求为Ra0.8μm～3.2μm时，可分粗加工、半精加工、精加工三步进行。

半精加工时的背吃刀量取1.5mm～2mm。

精加工时背吃刀量取0.3mm～0.5mm。

3、刀具进给量的确定进给量主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料选取。

最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。

确定进给速度的原则：1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。

一般在100～200m/min范围内选取。

2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50m/min范围内选取。

3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50m/min 范围内选取。

0引言刀具选择与切削用量确定是数铣加工中十分重要的环节,直接关系到加工精度、加工表面质量、加工效率。

选择合适的刀具和切削用量可使加工以最低的成本、最短的时间达到最佳的加工质量。

随着CAD /CAM 技术的发展,许多软件都有自动编程功能,数铣加工刀具的选择和切削用量的确定都在计算机上使用软件完成。

编程人员只要在CAD/CAM 软件的工艺规划中设置了刀具和切削用量等参数,就可通过后置处理自动生成NC 程序。

数铣加工中是在人机交互状态下完成加工刀具的选择和切削用量的确定,因此要求编程人员必须懂得刀具选择和切削用量确定的基本原则和方法。

1数控铣削加工的刀具选择[1]编程人员应按数控铣床的加工能力、工件的材料性能、加工工序、切削用量、相关因素正确地选用刀具。

(1)数控铣床常用的刀具种类。

按铣刀形状可分为:1)平刀;2)球刀;3)牛鼻刀;4)异形刀等。

按铣刀用途可分为:1)立铣刀;2)端铣刀;3)键槽铣刀等。

按铣刀材料可分为:1)高速钢铣刀;2)硬质合金铣刀;3)金刚石铣刀;4)立方氮化硼铣刀;5)陶瓷铣刀等。

(2)选择刀具应考虑的主要因素。

1)工件的材料和性能:有色金属、黑色金属、复合材料、塑料等;及其硬度、刚度、塑性、韧性、耐磨性等。

2)加工工艺类别:粗加工、半精加工、精加工等。

3)工件的几何形状、加工余量、零件精度等。

4)机床的加工能力、刀具能承受的切削用量等。

(3)铣刀类型的选择。

数铣加工CAD/CAM (如:M asterCAM )中可选用的刀具种类很多,数铣中常用刀具的用途如下:1)平刀(r =0)用于加工凸台、凹槽、小平面,开粗和光刀时都可使用,平刀主要用于开粗、平面光刀、外形光刀、清角(清根)。

2)球刀(r =D/2)主要用于曲面光刀,对平面开粗及光刀时粗糙度大,效率低。

3)牛鼻刀(<D )主要用于开粗、平面光刀,适合于加工硬度较高的材料,常用的牛鼻刀圆角半径为R0.2～R6。

4)面铣刀用于较大平面的加工。

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 ，

（） 具 必 须 具 有 较 高 的 精 度 ，以 加 工 质 量 和 加 工 效 率 的 提 高 ， 则 反 而 时 ， 可 选 ２ ０ ／ ｎ 上 。 主 轴 转 速， ２刀 ０ ｍ ｍ 以 １ ７
适应 数控 加工 的高精 度和 自动换 刀的 使整个加工成本大大 降低 。 蚕水 ；
的 ，因此 ，应根 据机 床 的加 Ｉ 力、 Ｂ … Ｂ ◎加 工毛坯 表面 或粗 加工孔 时 ， 工件材 料 的性能 、加 工工序 、切 削 用 可选取镶硬 质合金刀片的玉米铣刀。 量 以及 其他 相关 因素 正确选 用刀具及
◎对 一些 立体型 面和 变斜 角轮廓 选 用切 削性 能高 的 刀具材 料和 合理 的 具 体数 值应 根据 机床 说 明书 、切 削用
屑 和 排 屑 ，如 果 切 屑 缠 绕 在 刀 具 和 工 表 １铣 削时切削速度
面 ，重 则会 损坏设 备 ，甚至 发 生伤人 事故 。 ◎在 数控 铣 削生产 中 ，平 面零件 周边轮廓 的加十 。 ｌ Ｊ ＼ ，Ｊ Ｊ 一 — ， Ｌ ｒ ＿ 工｛ Ｊ ｛ 、 ， ／ ／ Ｌ Ｌ ｌＬ Ｈ
另外 ，刀 具 的 耐 用 度 和 精 度 与 用度。 另外 ，切 削速 度 与加工材 料也
￥ ３ Ｃ ｉＭ Ｖ 时 ，ｖ可 采 用８ ／ ￣ ０ Ｎ ２ Ａ ｒ ｏ ｃ ｍｍ１ ｎ
寿命 要稳 定 ，以便 实现按 刀具使 用寿 刀具价 格关 系极 大 。必须 引起 注意 的 有很 大 关 系 ，例 如 用立铣 刀铣 削合金 命换 刀或 由数控 系 统对 刀具 寿命 进行 是 ，在 大 多数情 况 下 ，选 择好 的 刀具 管理 ； 虽 然增 加 了刀具 成本 ，但 由此 带来 的 左右 ；而用 同样 的立铣 刀铣 削铝 合金 一般根据切 削速度 Ｖ 来选定 ，计算公 式 为： 一 。式 中 ，口 刀具或 为

本科毕业设计（论文）题目：阶梯轴数控加工切削用量的选择姓名：专业：机械设计制造及其自动化学号：指导教师：郑州科技学院机械工程学院二○一四年五月目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (III)1 工艺分析 (1)2 零件图分析 (3)3 确定零件的装夹方式 (4)4 确定数控加工刀具 (5)4.1 刀具材料 (5)4.2 数控车刀分类 (5)4.3 加工刀具选择 (6)5 加工工序的确定 (8)6 合理选择切削用量 (10)6.1 背吃刀量的选择 (10)6.2 进给速度的选择 (10)6.3 切削速度的选择 (11)6.4 切槽切削用量 (12)6.5 车螺纹切削用量的选择 (12)6.6 切削用量方案的比较 (13)6.7 切削用量的校核 (14)7 加工轨迹的生成 (17)7.1 粗加工轮廓建模、轨迹生成、仿真 (17)7.2 精车轮廓的轨迹生成及仿真 (18)7.3 切槽轨迹生成及仿真 (19)7.4 切螺纹轨迹生成及仿真 (19)8 输入零件加工程序，程序校验，加工轨迹仿真 (21)9 工件的安装、对刀 (22)10 数控加工、测量修调及方案对比 (23)11 未来发展趋势 (26)结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)加工程序代码 (30)阶梯轴数控加工切削用量的选择摘要数控加工中，数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

本文系统地介绍了加工一种阶梯轴的整个工艺过程，包括确定零件的装夹方式、确定数控加工刀具、制定加工工序、选择切削用量、编写加工程序等流程,利用CAXA数控车软件自动编程,进行加工模拟。

重点论述了切削用量的合理选择，阐明了切削用量选择时应遵循的基本规则。

通过几组加工方案的对比，完成了本阶梯轴加工的优化问题。

在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥了机床性能和刀具性能，使切削效率最高，加工成本最低。

高加 工 精 度 ， 采 用 此类 刀 具 ； 多 （） ４ 内冷 式 （ ） 够 满 足 高 切 削 速 度 和大 进 给量 的要 求 ； ３能
（ ） 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

１ ． ２数 控铣 加工 工艺对 刀 具要 求
在 应 用 数 控 铣加 工进 行 工件 加 工 时 ， 为 提 高 其 加 工 精度 ，
降低刀具材料损耗 ， 提高数控铣加工效率 ， 对数控铣加工刀具
提 出 了一 定要 求 。在 选 择 刀 具时 ， 应 综合 考 虑 数控 铣 机 床 中刀
在 数控 铣 加 工 中 ， 刀 具磨 损 、刀 具 测量 及 更 换均 是 由人 工 进 行 操作 来完 成 ， 其辅 助 作 业时 间 花 费较 多 ， 为 实现 数 控 铣加 工 的 经济 效 益 ， 应 合理 安 排 刀具 次 序 ， 并 遵 循 以下 原 则 ： 尽量 减 少 刀 具数 量 ； 一 次装 夹完 成其 所 有 加工 部 位 ； 先铣 后钻 ；完 成 曲面 精加工 后进 行二 维 轮廓精 加 工作业 。
槽加 工 尺寸 精 度 ，多采 取两 刃键 槽 铣 刀 。在 选择 孔 加 工 刀具 应 用中 ， 因数控机床孔加工多采取的是无钻模形式 ， 工件切削条 件较差 ， 在进行钻头选择时 ， 应 保 证 钻 头 直 径 ｄ满 足 １ ／ ｄ≤ ５ 的条件 ； 在进 行 工件 钻 孔 操 作 时 ， 需 要通 过 中心 钻 进 行 定位 ， 保 证孔 加 工定 位 精 度 ； 在 处理 工件 精 纹 之 前 ， 可 以应 用 浮动 绞 刀 进 行操 作 ； 在 处 理工 件 镗孔 时 多选 择 多 刃镗 刀 头进 行 工 件切 削； 为 降低切 削振 动 ， 应选 择较粗 或 较短 刀具 刀杆 。 １ ． ４ 数 控铣加 工刀 具排 列 顺序原 则
照 数 控铣 刀 具 结 构 ， 可 以将 其 划 分为 特殊 型式 、整 体 式 、镶 嵌 式 三种 类 型 ； 按 照 数控 铣 刀 材 质 可 以划分 为 金 刚石 刀 具 、硬质 合 金 刀 具、 高速 钢 刀 具及 其 他 材 料刀 具等 ； 以切 削工 艺 为标 准 则 可 以将 数 控铣 刀分 为 球头 刀 、 平端 立铣 刀 、 圆角 立 铣 刀与 锥 度 铣刀 等 。

２１ ． 背吃刀量 ａ １ Ｄｍｍ 的选择 背吃刀量 ａ ｐ根据加工余量和工艺 系统 的刚度确定 ．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 １刀 具 的选 择 ． 应按先多后少的不等余量法加工 第一刀的 ａ 应尽可能大些 ． 口 ｐ 使刀 数控铣 加工刀具种类很 多 ． 了适应数控机床 高速、 为 高效和 自 动 在 里层切 削． 避免工件表面不平及有硬皮 的铸锻件 化程度高的特点 ． 所用刀具 正朝 着标准化 、 用化和模块化的方 向发 通 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 、 展． 主要包括铣 削刀具和孑 加工刀具两大类 为 了满足高效和特殊 的 镗刀杆、 Ｌ 机床陈 旧） ， 时 可适当降低 ａ ， ｐ使切削力减小 。 铣 削要求 ． 又发展 了各种特殊用途 的专用刀具 数控铣刀具 的分类有 精加工时 ． 应根 据粗加工 留下的余量确定 。 ａ ｐ 采用逐渐降低 ａ ｐ的 多种方法 。 根据刀具结构可分为 ： 整体式 ： ① ②镶嵌式 ， 采用焊接或机 方法 ．逐步提高加工精度 和表面质量 一般精加 工时 ．取 ａ ＝ ． ～ ｐ ０ ５ ０ 夹 式连接 ， 机夹式又可分为不转位 和可转位两种 ： ③特殊型式 ， 如复合 Ｏ８ 半精 加工 时． ａ＝ ．～ ．ｍ ． ｍｍ： 取 ｐ １ ３Ｏ ｍ ０
至可以决定着机床 功效 的发挥和安全生产的顺利进行 。 所以， 编制加 工程序 时， 在 选择合 理的刀具和切 削用量 ， 是编制高质 量加 工程序的前提 。 文章对数控机床加 工时切 削用量的合理选择进行 了详细 阐述 ． 【 关键词】 刀具； 高速加工； 数控 要求； ； 削用量 选择 切

位 刀 具 得 到 广 泛 的应 用 。 现 在 数 控 加 工 刀 具 必 须 适 应 数 控 机 床 高速 、 高 效 和 自动 化程度 高的许多特点 ，一般应包 括通用刀具 、通用 连接刀柄
（ ）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

１３数 控 铣 加 工 对 刀 具 的 要 求 。
过 程 中 ． 择 刀具 和 确定 切 削 用 量显 得 非 常 重要 ， 选 只有 刀 具 和切 削 用 量选 择 合 理 ，才 能 编 制 高质 量 加 工 程 序 ， 证 被加 工 零件 的质 量 ， 制 高 质量 加 保 编 工 程 序 的前 提 ， 就是 合 理 的选 择 刀具 和切 削 用 量 。 目前 ， 提供 自动 编程 功 能 的软 件很 多 ， 艺规 划 的 工 有 关 问题 在 这 些 软 件 里 一 般 是 在 编 程 界 面 中 提 示， 以， 所 数控 加 工 与普 通 机 床加 工 中的 刀具 选 择 和切 削 用 量确 定 明显 不 一 样 ，同 时在 编 程 时要 充 分 考 虑 数控 加 工 的特 点 ，掌 握 刀具 选 择 和 切 削用 量 确 定 的基本 原则 是编 程人 员 的基 本要求 。
数控铣 加工 中的刀具 和切 削用量选择
高 庆 武 ． 玉 明 李
（． 阳技 师学 院 ； ． 阳市公 交总公 司 ， １安 ２安 河南 安 阳 ４ ５ ０ ） ５ ０ ０
摘 要 ： 数控 铣 加 工 编程 的过 程 中 ， 保证 被 加 工零 件 的质 量 ， 分发 挥 机 床 功 效 ， 生 产安 全 顺利 进 行 ， 何 选 择 刀 在 要 充 使 如 具 和 切 削 用 量十 分 重要 ， 只有 合 理 选择 刀具 和 切 削用 量 ， 制 的加 工 程 序 才 能 具 有 高质 量 和 高 效 率 。 编
件 表 面形 状 与 尺寸 相适 应 ， 刀具 选 择 总 的原 则 是 ：
强度高 ， 刚性 好 ， 度 高 ， 精 使用 寿 命 长 ， 装 调整 方 安 便 。要考 虑 机床 的加 工能 力 、 工工 序 、 加 切削用 量 ， 工 件 材料 的性 能 、还有 其 它 相 关 因素 做 出正确 选 择 。 在选 择 刀柄 时 ， 了 提高 刀 具加 工 的刚 性 。 为 在 满 足加工 要 求 的前 提 下 ， 柄尽 量选 择较 短 的 。实 刀

数控车削中切削用量的选择一、数控车削中切削用量的概念及意义数控车削中的切削用量是指在加工过程中，刀具与工件之间的相对运动状态下，单位时间内去除的金属量。

它是衡量加工效率和加工质量的重要指标之一。

在数控车床加工中，合理选择切削用量可以提高生产效率，降低成本，同时还能保证产品质量。

二、影响切削用量的因素1. 刀具材料：不同材料的刀具对于不同材料的工件有着不同的适应性和耐磨性。

2. 刀具形状：不同形状的刀具适用于不同形状和精度要求的零件。

3. 切削速度：切削速度越高，单位时间内去除金属量越大。

4. 进给速度：进给速度越大，单位时间内去除金属量越大。

5. 切削深度：切削深度越大，单位时间内去除金属量越大。

6. 工件硬度：硬度较高的工件需要使用更耐磨损的刀具以及更小而深入地进行切割以提高切削用量。

三、如何选择合适的切削用量1. 根据工件材料和形状选择刀具：不同材料和形状的工件需要使用不同的刀具，以达到最佳加工效果。

2. 根据加工要求选择切削速度和进给速度：根据加工要求确定切削速度和进给速度，以达到最佳的加工效率和质量。

3. 根据机床性能选择最佳切削深度：根据机床性能选择最佳的切削深度，以达到最佳的加工效率和质量。

4. 根据刀具磨损情况及时更换：定期检查并更换磨损严重的刀具，以保证加工质量。

5. 选择合适的冷却液：根据不同材料和形状的工件，选择合适的冷却液以降低温度、减少摩擦、延长刀具寿命等。

四、常见问题及解决方法1. 切屑太长或太细怎么办？答：调整进给速度或者增大/减小齿数可以改变每个齿面上去除金属量，从而改变切屑形状。

2. 切削力过大怎么办？答：减小切削深度或者降低切削速度可以减小切削力，同时也可以延长刀具寿命。

3. 刀具磨损过快怎么办？答：增加冷却液的流量或者更换更耐磨的刀具可以延长刀具寿命。

4. 加工表面粗糙度过大怎么办？答：调整进给速度或者增大/减小齿数可以改变每个齿面上去除金属量，从而改善表面质量。

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工 程 技 术
数 控 加 工 中 的 刀 具 选 择 和切 削 用 量 的 确 定
田先 亮
‘ 广东白 云学院》 摘 要 本文对数控加工中的刀具选择和切削用A 确定问0 进行了探讨 给出选择刀具和确定切削用赶的原则， 并对数控加工中应该注意 的问题进行了讨论。 关健词: 数控加工 刀具选择 切削用里 中图分类号:TG 722 文献标识码: A 文章编号:1672- 379 1(2007)08(c卜0057- 0 1 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。现在， 许 多 CAD/ CAM 软件都提供数控加工自动编捏 功能， 这些软件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 削用最设定等， 编程人员只要设置了有关的参 数.就可以自动生成N C 程序井传输至数控机 床完成加工。因此， 数控加工要求编程人员 必 须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则， 在编w 充分考虑数控加工的特点。 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， 常采用立铁刀。 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。 在进行自由曲面加工时， 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 A 行距一般取得很能密， i l 故球头常用于曲面的 精加工，而平头刀具在表面加工质最和切削 ，数 控加工常 具的 用刀 种类及特点 因此 只要在保证不 数控加工刀具必须适应数控机床高速、 效率方面都优于球头刀， 过切的前提下， 无论是曲面的粗加工还是精加 高效和自动化程度高的特点， 一般应包括通用 工， 都应优先选择平头刀。 刀 通用连接刀柄及少量专用刀柄。 具、 数控刀 在加工中心上， 各种刀具分别装在刀库 具的分类有多种方法。 上， 按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因 根据刀具结构可分为: ①整体式 。 ②镶嵌 此必须采用标准刀 以便使钻、锤、扩、铣 柄 式， 采用焊接或机夹式连接 ， 机夹式又可分为 削等工序用的标准刀具 迅速、准确地装到机 不转位和可转位两种， ③特殊型式， 如复合式 床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上 刀 ， 具 减震式刀具等。根据制造刀具所用的材 所用刀柄的结构尺寸，调整方法以及调整范 料可分为: ①高速钢刀 .②硬质合金刀具 .③ 具 围， 以便在编程时确定刀其的径向和轴向尺 金刚石刀具; ④其他材料刀具， 如立方氮化翻 寸. 目 前我国的加工中心采用TSG 工具系统， 刀具 ， 陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为: ① 其刀柄有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两 车削刀具， 分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等 共包 多种。 ③钻削刀具， 包括钻头、铰刀、丝锥等， 种 ， 括 16 种不 同用 途的 刀柄 。 在经济型数控加工中. 由子刀具的刃磨、 ③憧削刀 ， 具 ④锐削刀 具等。为了适应数控机 测量和更换多为人工手动进行 占用辅助时间 床对刀具耐用，稳定、易调、可换等要求， 近 较长 ， 因此， 必须合理安排刀具的排列顺序. 几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用， 在数 f 上达到整个数控刀具的30%- 40% ， 金属切 一般应遵循以下原则: 0 尽t 减少刀具 数量皿 切一把刀具装央后， 应完成其所能进行的所有 除最占总数的 80'/.- 90%. 即 数控刀具与普通机床上所用的刀具相比， 加工部位. ③粗精加工的刀具应分开使用， 使是相同尺寸规格的刀具. ④先铣后钻. ③先进 有许多不同的要求. 主要有以下特点: 行曲面精加工， 后进行二维轮廓精加工 . ⑥在 ( 1)刚性好《 尤其是粗加工刀具) ， 精度高， 可能的情况下， 应尽可能利用数控机床的自动 抗振及热变形小: 换刀功能， 以提高生产效率等。 (2)互换性好， 便于快速换刀， ( 3) 寿命高， 切削性能稳定、可靠. 3 数 工切削用里的确定 控加 (4)刀具的尺寸便于调整， 以减少换刀调整 合理选择切削用最的原则是， 粗加工时， 时间; 一般以提高生产率为主， 但也应考虑经济性和 (5)刀具应能可靠地断屑或卷屑， 以利于切 加工成本 .半精加工和精加工时， 应在保证加 屑的4 w s (6) 系列化， 标淮化， 以利于编程和刀具管 工质最的前提下.兼顾切削效率、经济性和加 工成本。 具体数值应根据机床说明书、切削用 理. t 手册 ， 并结合经验而定。 (1 )切削深度t . 在机床、工件和刀具刚 2 数控加工刀具的选 择 度允许的情况下. t 就等于加工余量， . 这是提高 刀具的选择是在数控编程的人机交互状 生产率的一个有效措施。为了保证零件的加 态下进行的。应根据机床的加工能力、 工件材 工精度和表面粗糙度一 般应留一定的余t 进 料的性能、 加工工序、 9用量以及其它相关 切A 行精加工。数控机床的精加工余t 可略小于 因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原 普通机床 。 则是: 安装调整 便 . 刚性好， 耐用度和精度 (2)切 All* 度 L 。一 般 L 与 刀具直 径 d 成 高. 在满足加工要求的前提下， 尽量选择较短 正比， 与切削深度成反比。经济型数控加工 中， 一般 L的取值范围为:L= (0 .6 - 0. 9)d . (3 )切削速度 v 。提高7 也是提高生产率 的一个桔施， 与刀具耐用度的关系比较密 但v 切。随着v 的增大， 刀具耐用度急剧下降， 故v 的选择主要取决于刀具耐用度。另外.切削速 度与加工材料也有很大关系.例如用立铣刀铣

数控车削切削用量的选择原则、方法及主要问题数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速n或切削速度vc（用于恒线速度切削）、进给速度vf或进给量f。

这些参数均应在机床给定的允许范围内选取。

切削用量的选用原则（1）切削用量的选用原则粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。

选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。

增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。

精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。

选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。

因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。

（2）切削用量的选取方法①背吃刀量的选择粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。

也可分多次走刀。

精加工的加工余量一般较小，可一次切除。

在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达8～10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～5mm；精加工的背吃刀量取0.2～1.5mm。

②进给速度（进给量）的确定粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。

精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。

进给速度νf可以按公式νf =f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3～0.8mm／r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。

③切削速度的确定切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。

实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。

粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。

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。

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，采用焊接或机夹式连接，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：⑴刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；⑵互换性好，便于快速换刀；⑶寿命高，切削性能稳定、可靠；⑷刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；⑹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。

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 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 经 济 型 数 控 加 工 中 ， 由 于 刀 具 的 刃 磨 、 测 量 和 更 换 多 为 人 工 进 行 ， 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 ： 尽 量 减 少 刀 具
化 和 系列 化 。 数控 刀 具 根据 刀 具 结 构可 分 为 ：整 体 式 和镶 嵌 进 行 自 由 曲面 加 工 时 ， 为 保 证 加 工 精 度 ， 切 削 行 距 一 般
式 。镶嵌 式 又 可分 为焊 接 或机 夹 式 ，机 夹 式 又 可分 为 不 转位 取 得 很 精 密 。 由 于 球 头 刀 具 的 端 部 切 削 速 度 为 零 ， 故 球 和 可 转位 两 种 ；还 有 减 振 式 、 内冷 式和 特 殊 形式 （ 复 合刀 如
头 刀 具 常 用 于 曲面 的 精 加 工 。 而 平 头 刀 具 在 表 面 加 工 质
具 ）。根 据 制 造刀 具 所 用 的材 料 可 分 为 ：优 质碳 素 工 具 ；合 量 和 切 削 效 率 方 面 都 优 于 球 头 刀 ， 因 此 ， 在 不 过 切 的 前
金 工 具钢 ；高速 钢 ；硬质 合 金 ；其他 材 料 刀 具 ，如 陶 瓷 、金 提 下 ， 无 论 是 曲面 的 粗 加 工 还 是 精 加 工 ， 都 应 优 先 选 择
刀 具 的 选 择 和 切 削 用 量 的 选 择 尤 为 重 要 ， 它 不 仅 对 被 加 工 零 件 的 质 量 影 响 巨大 ，甚 至 可 以 决 定 机 床 功 效 的 发挥 和 安 全 生 产 的 顺 利 进 行 。 所 以 无 论 是 手 工 鳊 程 或 计 算 机 辅 助 编 程 ，在 编 制 加 工 程 序 时 ，选 择 合 理 的 刀具 和 切 削 用 量 ，都

数控加工中刀具的选择与切削用量的确定摘要：现代刀具显著的特点是结构的创新速度加快。

随着计算机应用领域的不断扩大，机械加工也开始运用数控技术，这时刀具选择与用量提出了更高的要求。

本文就如何确定数控加工中的刀具选择与切削用量进行了探讨。

关键词：数控技术机械加工刀具选择一、科学选择数控刀具1、选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。

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。

选择刀具寿命时可考虑如下几点：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。

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，一般取16-30min。

对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。

车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选得低些。

大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。

数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。

2、选择数控车削用刀具数控车削刀具常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀等三类。

成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。

数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。

在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。

尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。

这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。