数控机床如何正确选用刀具

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。今天小编就
给大家讲讲数控机床如何正确选用刀具，希望对大家有帮助。
  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：①整体式;②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：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。
  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。
  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。
  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：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：
  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。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。
  ④主轴转速 n(r/min)。转速一般根据切削速度 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。
  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， 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