刀具及切削用量的确定在数控加工中的合理选用摘要：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，它不仅影响数控加工的效率，而且直接影响加工质量。

本文从数控加工中刀具的分类与特点入手，分类说明在数控自动编程中，刀具合理选用的重要意义。

关键词：刀具；编程；数控加工；合理选用当今，几乎所有的CAD/CAM软件包都提供自动编程的功能，这些软件一般在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只需设置有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床加工完成。

显然，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也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，在编程时充分考虑数控技术加工的特点，正确选择刀具及切削用量。

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加工的高速、高效和自动化程度高的特点。

包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄（刀柄要联结刀具并安装在机床动刀头上）。

1.数控刀具的分类方法根据刀具结构可分为整体式、镶嵌式、特殊型式（如复合式刀具、减震式刀具等）；若采用焊接或机夹式联结，机夹式又可分为不转位和可转位两种；根据刀具的材料可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、其他材料刀具（如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等）；按切削工艺上可分为车削刀具（分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等）、钻削刀具（包括钻头、绞刀、丝锥等）、镗削刀具、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%。

2.数控刀具与普通机床上所用刀具相比，主要有以下特点：（1）刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；（2）互换性好，便于快速换刀；（3）寿命高，切削性能稳定、可靠；（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；（5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；（6）系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。

3.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、加工工序、切削用量以及其他相关因素，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。

注意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(模具)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，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。

而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。

在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀。

因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣等工序的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。

编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法及调整范围，以便在编程时确定刀具的经向和轴向尺寸。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

一般应遵循以下原则：（1）尽量减少刀具数量；（2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；（3）粗精加工的刀具应分开使用（即使是相同尺寸规格的刀具）；（4）先铣后钻；（5）先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；（6）应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

二、加工过程中切削用量的确定1.合理选择切削用量的原则粗加工时，一般以提高生产率为主，同时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。

2.具体要考虑的因素（1）切削深度t。

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。

为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。

数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

（2）切削宽度L。

一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。

经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：L=（0.6～0.9）d。

（3）切削速度V。

另外，切削速度与加工材料也有很大关系，如用立铣刀铣削合金钢时，V可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，V可选用20m/min 以上。

（4）主轴转速n(r/min)。

主轴转速一般根据切削速度V来选定。

计算公式为：V=Πnd/1000。

数控机床的控制面板上一般备有主轴转速倍调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。

（5）进给速度VF。

VF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。

VF的增加也可以提高生产效率。

加工表面粗糙度要求低时，VF可选择得大些。

在加工过程中，(转第069页) (接转第070页) Vf也可通过机床控制面板上的倍调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能的限制。

三、结束语随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。

在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。

因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

参考文献：[1]陈建中.数控机床程序编程的工艺处理应用及其研究.科协论坛.2007.09[2]马丽芳. 数控编程的技术要求与实例.发展.2008.03数控车床加工编程之我见在数控车削中，程序贯穿整个零件的加工过程。

由于每个人的加工方法不同，编制加工程序也各不相同，但最终的目的是为了提高数控车床的生产效率，因此对于选择最合理的加工路线显得尤为重要。

本文将从确定走刀路线、选择合适的G命令等细节出发,分析在数控车削中程序的编制方法。

一、分析零件图样分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的编制及加工结果。

主要包括以下几项内容：分析加工轮廓的几何条件：主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。

分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择及切削用量的确定等。

分析形状和位置公差要求：对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受机床机械运动副精度的影响。

在车削中，如沿Z坐标轴运动的方向与其主轴轴线不平形时，则无法保证圆柱度这一形状公差要求；又如沿X坐标轴运动的方向与其主轴轴线不垂直时，则无法保证垂直度这一位置公差要求。

因此，进行编程前要考虑进行技术处理的有关方案。

分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。

二、合理确定走刀路线，并使其最短确定走刀路线的工作是加工程序编制的重点，由于精加工切削程序走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此主要内容是确定粗加工及空行程的走刀路线。

走刀路线泛指刀具从对刀点开始运动起，直到返回该点并结束加工程序所经过的路径。

包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。

使走刀路线最短可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损。

下图1所示为三种车锥方法，用矩形循环命令进行加工，来分析一下走刀路线合理确定。

图1a为平行车锥法，这种方法是每次进刀后，车刀移动轨迹平行于锥体母线，随着每次进刀吃刀，Z相尺寸按一定比例增加，与普车加工锥体方法相同，使初学者易懂。

Z向尺寸的计算方法是按公式C=D-d／L得出。

若C为1：10，含义是直径X上去除1毫米，长度Z 上增加10毫米。

按该比例可以很简单的进行编程，并且可以保证每一次车削的余量相同使切削均匀。

图1b为改变锥角车锥法，是随着每一次X向进刀，保持Z向尺寸为图纸尺寸,每一刀都改变了锥角的大小，只有最后一刀是图纸要求的锥角大小。

这种车锥法可以不必进行每次Z向尺寸的计算，但在加工中由于Z向尺寸相同，使加工路线较长，同时切削余量不均匀，影响工件的表面尺寸和粗糙度，一般适合于锥面较短，余量不大的锥体中。

图1c 为阶台加工锥体法，这种加工法是每一次走刀轨迹平行于工件的轴线，加工出许多小的阶台，最后一刀车刀沿锥体斜面进行走刀，这种加工方法要先做1：1比例图，否则易车废工件，由于是台阶状，所以余量不均匀，影响锥面加工质量。

显然，上述三种切削路线中，如果起刀点相同，则平行法车锥体路线最合理，生产中常用此法进行加工。

三、合理调用G命令使程序段最少按照每个单独的几何要素(即直线、斜线和圆弧等)分别编制出相应的加工程序，其构成加工程序的各条程序即程序段。

在加工程序的编制工作中，总是希望以最少的程序段数即可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少出错的几率及提高编程工作的效率。

由于数控车床装置普遍具有直线和圆弧插补运算的功能，除了非圆弧曲线外，程序段数可以由构成零件的几何要素及由工艺路线确定的各条程序得到，这时应考虑使程序段最少原则。

选择合理的G命令，可以使程序段减少，但也要兼顾走刀路线最短。

如加工上图1的零件，如果毛坯均为棒料，可以用直线插补命令G01进行编程，也可以用矩形循环命令G90进行编程，还可以用复合循环命令G71进行编程，都可以加工该工件。

如下图2所示，图2a为用G01命令确定的走刀路线，与图2b用G90命令确定路线相同，但用G01时编程复杂，程序段较多，常用于精加工程序中。

图2c为用G71式加工路线,首先走矩形循环进给路线，最后两刀走轮廓的得等距线和最终轮廓线，走刀路线不是很长，且切削量相同，切削力均匀，与G70命令合用还可以使程序编制简单，编程时常用。

如果使用的数控车床没有此命令，应该首先选用G90矩行循环命令进行编程。

所以在编程中要灵活应用，选用合理的G命令进行程序编制。

对于非曲线轨迹的加工，所需主程序段数要在保证其加工精度的条件下，进行计算后才能得知。

这时，一条非圆曲线应按逼近原理划分成若干个主程序段（大多为直线或圆弧），当能满足其精度要求时，所划分的若干个主程序的段数应为最少。

这样，不但可以大大减少计算的工作量，而且还能减少输入的时间及内存容量的占有数。