刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/ CAM技術的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設計數(shù)據(jù)成為可能。特別是微機與數(shù)控機床的聯(lián)接，使得設計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全部在計算機上完成成為可能。

　　現(xiàn)在，許多CAD/ CAM軟件包括提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關問題，比如，刀具選擇、加工路徑、切削用量設定等，編程人員只要設置了有關的參數(shù)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。因此，數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也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)控加工的特點。本文對數(shù)控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了分析。

　　一、數(shù)控加工常用刀具的種類及性能

　　數(shù)控加工刀具必須適應數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。根據(jù)刀具結構可分為：①整體式；②鑲嵌式。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；③金剛石刀具；④陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：①銑削刀具；②鉆削刀具；③鏜削刀具；④車削刀具等。

　　刀具材料應具備的性能：

　?。?）高硬度刀具材料的硬度應高于工件的硬度

　?。?）足夠的韌性承受切削力、振動和沖擊；

　?。?）高耐磨性耐磨性是材料抵抗磨損的能力；

　?。?）高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的能力；

　?。?）良好的工藝性

　　二、數(shù)控加工刀具的選擇

　　刀具的選擇應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。

　　選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產(chǎn)中，平面輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選鑲硬質(zhì)合金刀片面銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和梯形銑刀等。在進行曲面加工時，應選用球頭刀具，并且球頭刀具半徑應小于曲面的最小曲率半徑。由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很密，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，只要在保證精度的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優(yōu)先選擇平頭刀。

　　在數(shù)控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：①盡量減少刀具數(shù)量；②一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；④先面后孔；⑤先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。

　　三、數(shù)控加工切削用量的確定

　　合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主。半精加工和精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床性能、切削用量手冊，并結合經(jīng)驗面定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者相互適應，以形成最佳切削用量。切削用量的選擇可參考表1

　　表1切削用量的選取（高速鋼立銑刀）
工件材料
 鑄鐵
 鋁
 鋼
 
刀具直徑（mm）
 刀刃數(shù)
 切削速度（m/min）
 進給速度（m/min）
 切削速度（m/min）
 進給速度（m/min）
 切削速度（m/min）
 進給速度（m/min）
 
8
 2
 28
 115
 126
 500
 25
 100
 
10
 2
 28
 110
 129
 490
 26
 82
 
12
 2
 29
 105
 130
 470
 26
 84
 
14
 2
 29
 100
 132
 440
 26
 80
 
16
 2
 30
 94
 133
 420
 27
 76
 

（1）背吃刀量 在機床，工件和刀具的剛度允許的情況下，應盡可能使背吃刀量等于加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，應留少量精加工余量，一般留0.2 -0.5mm。

　?。?）切削寬度L一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。數(shù)控加工中，一般L的取值范圍為：L= （0.6- 0.9）d。

　?。?）切削速度切削速度也是提高生產(chǎn)率的一個措施，但切削速度與刀具耐用度的關系比較密切。隨著切削速度的增大，刀具耐用度急劇下降，故切削速度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系，例如用立銑刀銑削45鋼時，切削速度可采用26m/ min左右：而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，切削速度可選129m/ min以上。

　?。?）主軸轉速n（r/min）主軸轉速一般根據(jù)切削速度來選定。計算公式為：n= 1000/ d，式中d為刀具直徑（mm）。數(shù)控機床的控制面板上一般配有主軸轉速修調(diào)（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行倍率調(diào)整。

　?。?）進給速度F進給速度應根據(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。

　　確定進給速度的原則：

　　第一、當工件的質(zhì)量要求能夠保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。一般在100 - 200mm/ min范圍內(nèi)選取。

　　第二、在刀斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20- 50mm/ min范圍內(nèi)選取。

　　第三、當加工精度、表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20- 5Omm/ min范圍內(nèi)選取。

　　在數(shù)控加工過程中，進給速度也可通過機床控制面板上的進給倍率修調(diào)開關進行人工調(diào)整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統(tǒng)性能等的限制。

　　隨著數(shù)控機床在生產(chǎn)實際中的廣泛應用，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要在人機交互狀態(tài)下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點。