一、前言

　　數(shù)控加工中刀具的選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成，要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數(shù)控加工特點(diǎn)，正確選擇刀刃具及切削用量。數(shù)控加工技術(shù)涉及的范圍很廣，就應(yīng)用方面而言，其加工技術(shù)的特點(diǎn)和難點(diǎn)仍在于如何高速、高效率地正確選用數(shù)控機(jī)床刀具編制出符合產(chǎn)品技術(shù)要求的數(shù)控加工工藝及程序。數(shù)控加工可以大幅度縮短產(chǎn)品的制造周期，有效的解決機(jī)械產(chǎn)品中復(fù)雜、精密、單件小批量、形狀多變的零件加工。

二、數(shù)控銑床刀具選擇

　　1．刀具的特點(diǎn)及種類

　　數(shù)控銑床加工刀具種類很多，為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動化程度高的特點(diǎn)，所用刀具正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化的方向發(fā)展，主要分為銑削刀具和孔加工刀具兩大類。為了滿足高效和特殊的銑削要求，又發(fā)展了各種特殊用途的專用刀具。

　　1)刀柄結(jié)構(gòu)形式

　　數(shù)控銑床刀具刀柄的結(jié)構(gòu)形式分為模塊式與整體式兩種。模塊式刀具系統(tǒng)是一種較先進(jìn)的刀具系統(tǒng)，其每把刀柄都可通過各種系列化的模塊組裝而成。針對不同的加工零件和機(jī)床，采取不同的組裝方案，可獲得多種刀柄系列，從而提高刀柄的適應(yīng)能力和利用率。

　　整體式刀柄裝夾刀具的工作部分與機(jī)床上安裝定位用的柄部是一體的。這種刀柄對機(jī)床與零件的變換適應(yīng)能力較差。為適應(yīng)零件與機(jī)床的變換，用戶必須儲備各種規(guī)格的刀柄，因此刀柄的利用率較低。

　　數(shù)控銑床刀柄與主軸孔的配合錐面采用7：24圓錐柄，并采用相應(yīng)型式的拉釘，與機(jī)床主軸相結(jié)合。錐柄具有不自鎖，換刀方便等特點(diǎn)。刀柄常用的規(guī)格有40號、45號和50號。目前在我國應(yīng)用較為廣泛的有IS07388—1983.MAS403—1982．ANSI／ASME 135.50—1985等，選擇時應(yīng)考慮刀柄規(guī)格與機(jī)床主軸、機(jī)械手相適應(yīng)。JT：表示采用國際標(biāo)準(zhǔn)IS07388號加工中心機(jī)床用錐柄柄部(帶機(jī)械手夾持槽)；其后數(shù)字為相應(yīng)的ISO錐度號。BT：表示采用日本標(biāo)準(zhǔn)MAS403號加工中心機(jī)床用錐柄柄部(帶機(jī)械手夾持槽)；其后數(shù)字為相應(yīng)的ISO錐度號。對于高速切削一般采用HSK系列刀柄。

圖1強(qiáng)力銑夾頭刀柄(JT和BT)

　　為提高加工效率，應(yīng)盡可能選用高效率的刀具和刀柄。選用強(qiáng)力銑夾頭刀柄，夾持精度高，可以用來夾持直柄刀具，因卡簧自身夾緊變形小自鎖性好，夾緊力大，可以用于強(qiáng)力銑削加工；還可以用于高精度銑鉸孔加工，也可通過接桿夾持帶孔類刀具。

　　選用彈簧卡頭刀柄，卡簧彈性變形量為1mm，主要夾持小規(guī)格銑刀，如鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐等。選用模塊式工具系統(tǒng)由于其定位精度高，裝卸方便，連接剛性好，具有良好的抗振性，是目前用得較多的一種型式，它由刀柄、中間接桿以及工作頭組成。選用粗鏜孔可選用雙刃鏜刀刀柄，既可提高加工效率，又有利于減少切削振動；對于批量大、加工復(fù)雜的典型工件，應(yīng)盡可能選用復(fù)合刀具。盡管復(fù)合刀具與刀柄價格較為昂貴，但在數(shù)控機(jī)床上采用復(fù)合刀具加工，可以使工序集中，把多道工序合并成一道工序、由一把刀具完成，有利于減少加工時間和換刀次數(shù)，顯著提高生產(chǎn)效率。

　　2)數(shù)控銑床刀具的分類

　　數(shù)控銑床刀具的分類有多種方法，根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：①整體式②鑲嵌式，采用焊接或機(jī)夾式連接，機(jī)夾式又可分為可轉(zhuǎn)位和不可轉(zhuǎn)位兩種③特殊型式，如復(fù)合式刀具，減震式刀具等。根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼刀具②硬質(zhì)合金刀具：硬質(zhì)合金根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO分類，把所有牌號分成用顏色標(biāo)識的六大類，分別以字母P、M、K、N、S、H表示。P類用于加工長切屑的鋼件；M類用于加工不銹鋼件；K類用于加工短切屑的鑄鐵件；N類用于加工短切屑的非鐵材料；s類用于加工難加工材料H類用于加工硬材料。鍍層硬質(zhì)合金刀具又分為：化學(xué)氣相沉積CVD和物理氣相沉積PVD兩種⑧金剛石刀具④陶瓷刀片材料如氮化硅陶瓷Si3N4，立方氮化硼CBN

　　從切削工藝上可分為：銑削類刀具(面銑刀、立銑刀、圓鼻刀、球頭銑刀、錐度銑刀)孔加工類刀具(麻花鉆、鉸刀、鏜刀、絲錐等)。

　　為了滿足數(shù)控機(jī)床對刀具耐用、易調(diào)、穩(wěn)定、可換等要求，機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用，占整個數(shù)控刀具的40％-50％，金屬切除量占總數(shù)的80％～90％。，

　　2．?dāng)?shù)控加工刀具的選擇·

　　一刀具選擇的總原則：安裝調(diào)整方便、可靠性好、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇刀柄較短的刀具，以增強(qiáng)加工的剛性。

　　1)根據(jù)工件的表面尺寸選擇刀具

　　選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工件的表面尺寸相適應(yīng)用。生產(chǎn)中，加工平面零件周邊的輪廓，常采用立銑刀；銑削平面，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀。加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或孔粗加工時，可選用鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜面輪廓外形的加工，選用盤形銑刀、圓鼻刀、平刀做粗加工，選用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀做精加工。

　　2)根據(jù)工件的表面形狀選擇刀具

　　在進(jìn)行模具加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般采用頂端密距，故球頭銑刀常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)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(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。

　　3)合理安排刀具的排列順序

　　在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工過程中，由于刀具的磨損、測量和更換多為人工手動進(jìn)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(yīng)遵循以下原則：①工序集中一次裝夾，同一把刀具能完成其進(jìn)行的所有加工步驟；②粗精加工的刀具應(yīng)分開使用；③先面后孔；④先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；⑤合理利用數(shù)控機(jī)床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率；⑥盡量減少刀具數(shù)量。

三、數(shù)控銑削切削用量確定

　　合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)效率為主，相應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書、切削用量手冊并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定，同時需要考慮幾個因素的影響。

　　1．切削速度VC

　　提高切削速度VC也是提高生產(chǎn)率的一個措施，但VC與刀具耐用度的密切相關(guān)。隨著VC的增大，刀具耐用度急劇下降，故VC的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關(guān)系。

　　2．主軸轉(zhuǎn)速n

　　主軸轉(zhuǎn)速n(r／rain)，是根據(jù)切削速度VC來選定。計(jì)算公式為：VC=?nd／1000m／min數(shù)控機(jī)床的控制面板上設(shè)有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)(倍率)開關(guān)，可對加工過程中主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。

　　3．切削深度aP

　　在機(jī)床和刀具剛度允許的情況下，可以使切削深度aP等于加工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留0.5—0.8ram余量進(jìn)行精加工。

　　4．切削寬度ae

　　一般切削寬度ae與刀具直徑d成正比，與切削深度aP成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控床的ae取值范圍為(0.5—0.75)d。

　　5．進(jìn)給速度F

　　F應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。增大F也可以提高生產(chǎn)效率。加工表面粗糙度要求低時，F(xiàn)可選擇得大些(可在100—200ram／rain范圍內(nèi)選取)。當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求較高時，進(jìn)給速度應(yīng)選小些，一般在50—80ram／rain)范圍內(nèi)選取。在加工過程中，F(xiàn)可通過機(jī)床控制面板上的修調(diào)開關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整。在鉆孔、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進(jìn)給速度，(可在20～50 mm／min)范圍內(nèi)選取。

四、數(shù)控編程中刀具選用實(shí)例

　　現(xiàn)以首屆全國數(shù)控大賽的比賽件，外形尺寸為160 x 120×30mm零件圖為例(圖2)，材料為45鋼。在配置FANUC Oi Mate MC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控立式銑床上加工。

圖2零件圖

　　該加工工序安排如下：

　　(1)銑削平面，保證尺寸28 mm，選用Φ80mm可轉(zhuǎn)位面銑刀。

　　(2)粗加工兩外輪廓，選用Φ16mm三刃立銑刀

　　(3)銑削邊角料，選用Φ16 mm三刃立銑刀

　　(4)鉆中間位置孔，選用Φ11．8mm直柄麻花鉆。

　　(5)擴(kuò)中間位置孔，選用Φ35錐柄麻花鉆。

　　(6)精加工兩外輪廓，選用Φ12mm四刃立銑刀。

　　(7)加工鍵行凸臺表面，選用Φ12mm四刃立銑刀。

　　(8)粗鏜口38mm孔，選用Φ37.5mm粗鏜刀。

　　(9)精鏜口38孔，選用Φ38mm精鏜刀。

　　(10)打中心孔，選用Φ3mm中心鉆。

　　(11)鉆孔加工，選用Φ11.8毫米直柄麻花鉆。

　　(12)鉸孔加工，選用Φ12mm機(jī)用鉸刀。

　　在保證零件精度的前提下，數(shù)控編程的程序應(yīng)盡量簡短。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)簡單，減少刀具空行程。

五、結(jié)束語

　　對于每一位從事數(shù)控編程人員而言，刀具的正確選擇方法和切削用量的合理選用，是提高加工質(zhì)量和加工效率的重要保障。國外的統(tǒng)計(jì)表明，刀具費(fèi)用只占制造成本的3～4％。但通過使用先進(jìn)刀具，提高加工效率，可使零件的制造成本降低10～15％。隨著我國數(shù)控機(jī)床用戶的不斷增多，掌握使用好數(shù)控機(jī)床刀具，提高我國制造業(yè)的水平，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。??