1、数控机床刀具选用及编程慧聪网 2005 年 10 月 21 日 14 时 16 分 网友评论 0 条 进入论坛樊本军 数控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。CAD/CAM 技术的发展，使得在数控加工中直接利用 CAD 的设计数据成为可能，特别是 DNC 系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。 目前，许多 CAD/CAM 软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是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，编程人员只要设
2、置了有关的参数，就可以自动生成 NC 程序并传输至数控机床完成加工。 因此，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加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。 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：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转
3、位两种；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 ：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。从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、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%。 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：刚性好（尤其是粗加工刀具） 、精度高、抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；
4、寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 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
5、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(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。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，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刀具成本，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。
6、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。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。目前我国的加工中心采用 TSG 工具系统，其刀柄有直柄（3 种规格）和锥柄（4 种规格）2 种，共包括 16 种不同用途的刀柄。 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：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所
7、有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻 ；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，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。 加工过程中切削用量的确定 合理选择切削用量的原则是：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。具体要考虑以下几个因素： 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
8、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。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=（0.60.9）d。切削速度 v。提高 v 也是提高生产率的一个措施，但 v 与刀具耐用度的关系比较密切。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，例如用立铣刀铣削合金刚 30CrNi2MoVA 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 200m/min 以上。主轴转速 n(r/min)。主轴转速一般根据切削速
9、度 v 来选定。计算公式为：v=nd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。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，vF 也可通过机床控制面板上的修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等的限制。 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
10、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。 刀具选择与切削用量在数控加工中的确定来源：中国机械网 时间：06-11-02 13:32:29 点击次数： 摘要:现代刀具显著的特点是结构的创新速走加快。随着计算机应用领域的不断扩大，机械加工也开始运用数拉技术，这时刀具选择与切削用量提出了更高的要求。本文就扣何确定数控加工中的刀具选择与切削用全进行了探讨。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
11、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 15-30min。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
12、开支 M 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。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。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 车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型
13、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 900 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。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。二是圆弧形车刀。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，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外
14、表面，特别适合于车削各种光滑连接(凹形) 的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。3、 选择数控铣削用刀具在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下:一是铣刀半径 RD 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径 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,以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，
15、而刀具底刃起作用的半径 Re=R-r,，即直径为d=2Re=2(R-r)，编程时取刀具半径为 Re=0.95 (Rr)。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标准代号为 TSG-JT，直柄刀具系统的标准代号为DSG-JZ,此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完
16、成加工过程，从而加工出合格的工件。二、设置刀点和换刀点刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，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置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查;引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对
17、刀点上，即“刀位点” 与“对刀点” 的重合。所谓“刀位点” 是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点;球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点” 是指刀架转动换刀时的位置，换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为准。三、确定切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方
18、法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。1、 确定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:n= 1 0 00 v/7 1D式 中: v 切削速度，单位为 m/m 动，由刀具的耐用度决定; n 一一主轴转速，单位为 r/min, D 工件直径或刀具直径，单位为 mm。计算的主轴转速 n，最后要选取机床有的或较接近的转速。2、 确定进给速度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、
19、工件的材料性质选取。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: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 一 200mm/min 范围内选取;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 一 50mm/min 范围内选取;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 20-50mm/min 范围内选取;刀具空行程时，特别是远距离 “回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3、确定背吃刀量背吃刀量根据机床、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
20、余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般 0.2 一 0.5m m,总之 ，切 削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。联高软件：数控刀具的选择上传时间：2006-9-8 22:20:00 被浏览
21、：602 次 发表/浏览本篇文章的评论 数控论坛新闻摘要:数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。刀具选择应考虑的主要因素、被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。、加工工艺类别。 数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。 刀具选择应考虑的主要因素 、被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。 、加工工艺类别；车削、钻削、铣削、镗削或粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。、工件的几何形状、加工余量、
22、零件的技术经济指标。 、刀具能承受的切削用量。 、辅助因数：操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。 车削系统（整体式工具系统） 、组成：由刀片（刀具） 、刀体、接柄（或柄体） 、刀盘等 、可转位刀片的代码及参数 、可转位刀片的断屑槽槽型：断屑自如、排屑流畅 、可转位刀片的夹紧方式：楔块上压式、杠杆式、螺钉上压式 要求：夹紧可靠、定位准确、排屑流畅、结构简单、操作方便 、可转位刀片的选择 ） 、刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石 ） 、刀片尺寸选择：有效切削韧长度、被吃刀量、主偏角等 ） 、刀片形状选择：依据表面形状、切削方式、刀具寿命、转位次数等 ） 、
23、刀片的刀尖半径选择： 、粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖圆弧 、精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖圆弧 刀具系统（模块式工具系统） 、组成；刀片（刀具） 、刀杆（或柄体） 、主轴或刀片（刀具） 、工作头、连接杆、主柄、主轴所组成 、数控铣削刀具的选择 ） 、铣刀类型的选择： 、加工较大平面选择面铣刀， 、加工凸台、凹槽、小平面立铣刀， 、加工毛坯面和粗加工孔选择镶硬质合金玉米铣刀， 、曲面加工选择球头铣刀， 、加工空间曲面模具型腔与凸模表面选择模具铣刀， 、加工封闭键槽选键槽铣刀，等等 ） 、铣刀参数的选择 、面铣刀主要参数选择 a)、标准可转位面铣刀直径在
24、 16630）：粗铣时直径选小的，精铣时铣刀直径选大的，b)、依据工件材料和刀具材料以及加工性质确定其几何参数： 铣削加工通常选前角小的铣刀，强度硬度高的材料选负前角，工件材料硬度不大选大后角、硬的选小后角，粗齿铣刀选小后角，细齿铣刀取大后角，铣刀的刃倾角通常在- 度，主偏角在度 、立铣刀主要参数选择 a)、刀具半径 r 应小于零件内轮廓最小曲率半径 b)、零件的加工高度 H（1/41/6）r c)、不通孔或深槽选取 l=H+(510)mm d)、加工外形及通槽时选取 l=H+r+(510)mm e)、加工肋时刀具直径为 D=(510)b f)、粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径 D D=d+2s
25、in(/2)-1/1-sin(/2) 、加工中心刀具的选择 加工中心刀具通常由刃具和刀柄两部分组成,刃具有面加工用的各种铣刀和孔加工用的各种钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀及丝锥等，刀柄要满足机床主轴自动松开和夹紧定位，并能准确地安装各种刃具和适应换刀机械手的夹持等要求。 ） 、对加工中心刀具的基本要求 、刀具应有较高的刚度 、重复定位精度高 、刀刃相对主轴的一个定位点的轴向和径向位置应能准确调整 ） 、孔加工刀具的选择 、钻孔刀具及其选择 、扩孔刀具及其选择 、镗孔刀具及其选择，应特别重视刀杆的刚度 ） 、刀具尺寸的确定 主要是刀具的长度和直径的选择，如加工孔依据其深度和孔径选择 、刀柄的选择 ）
26、、依据被加工零件的工艺选择刀柄 ） 、刀柄配备的数量：与被加工零件品种、规格、数量、难易程度、机床负荷有关 ） 、正确选择刀柄柄部形式 ） 、坚持选择加工效率高的刀柄 ） 、综合考虑合理选用模块式和复合式刀柄 工具系统 、工具系统发展趋势：向着柔性制造系统和模块化组合结构发展 、车削类工具系统 、镗铣类工具系统：分整体失和模块式工具系统 、刀具管理系统： ） 、是柔性制造系统中一个很重要、技术难度很大的系统 ） 、刀具管理系统的任务 ） 、刀具管理系统的基本功能 原始资料、系统计划、硬件配置和软件系统等等。 总结： 1、数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。 2、刀具选择应考虑的主要因素。 3、工具系统向着柔性制造系统和模块化组合结构发展。
