数控加工刀具及参数选择

【摘 要】 数控刀具的选择和切削切削参数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。一般说来，我们考评加工效率，主要是从加工时间考虑，但某些情况下，刀具寿命也是加工要素之一。

【关键词】 数控；刀具；参数

中图分类号：TP27文献标识码：A文章编号：1006-0278(2012)04-125-01

数控加工具有高速、高效和自动化程度高的特点，数控刀具一般分为通用刀具、专用刀具及某些特殊刀具。刀具通过刀柄连接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特殊形式，如复合式刀具、减振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（涂层和非涂层）。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。随着数控技术的发展，要求我们换刀迅速，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％一90％。

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。

由于数控刀具具有以上特点，以及数控技术发展需要，市面上各类辅导书花样翻新，层出不穷，其质量参差不齐，有的作者只是为了赚取稿费，其中设置参数很是随意，直接造成的后果就是很多学生拿到书籍，不知道应该相信哪本书，也给我们日常教学带来很多的麻烦，经常出现的事情就是，学生拿着书怀疑我们教学内容的准确性。

这里有一个我经历的例子，某次全国性质的金工实习培训项目，有数十位相关人员参加，我们单位负责数控铣床实习操作，我们准备的材料为易切削刚，45#钢，使用的刀具为16高速钢键槽铣刀，刀具为新刀具，倒角大小为0.5mm。机床种类为自贡数控加工中心，X轴行程1050mm,机床的刚性良好。无冷却液状态加工。我们指导人员设置的加工参数分别为：S=400n/min，t=1mm.f=150mm/min。按照这一组参数加工，机床加工状态良好，噪音很小，机床没有什么明显的抖动。操作工程中，其中一位年轻老师反对我们设置的参数，要求更改S=600n/min，及t=2mm，我们分别做了实验：

采取S=600n/min时，刀具很快磨损，铁屑形状有片状变为碎末，铁屑颜色由淡黄色变为蓝色，直至加工过程中产生刺耳的摩擦声音，说明S=600mm/min参数设置不合适分析原因是刀具线速度过快，刀具与工件剧烈摩擦，产生的热量来不及排除，造成刀具硬度下降，从而快速磨损。

t=2mm时，加工样式为一封闭槽，刀具加工工件时，机床剧烈抖动，刀具崩裂且主轴停转，报警显示为，扭矩过大。造成原因我们分析为加工深度过大，刀具受力变大，超过主轴扭矩要求，造成刀具损坏，从而使机床主轴停转。这只是其中一个简单的例子，如果按照某些参考书设置，问题更大，他们无论加工什么材料，刀具直径多大，都能设置相同参数，这是令人值得深思。

下面是我就依照我做加工，以及针对特定材料刀具做的破坏性试验，得到的一些参数，日常加工的到的参数设置关系，与大家交换一下意见。加工材料同样是45#钢，刀具为16高速钢键槽铣刀，采取无冷却液加工方式。

可以按照这个规律选择:

（1）刀具的线速度满足f=15~25M/min,一般选取f=17~20M/min，这个可以根据加工条件进行上下浮动，我习惯选择线速度为19mm/min，因为数控车床加工过程是连续切削，所以数控车选择速度可以略慢一些。其受限制因素有如下几点：1、刀具类型材料及待加工工件材料;2、机床性能;3、加工工时限制;4.冷却条件。

（2）线速度的计算式：v=2%ir/T , v=2%irf, v=r %r。按照线速度公式，我们可以得出，线速度选取19~20M/min时，?16高速钢刀具，其转速选择400n/min还是符合要求的。当然随着工件材料硬度变化，速度需要适当调整。

（3）切削深度条件。一般情况下加工选择：“宜宽不宜深”，也就是说加工过程中优先选择宽度方向加大，而深度方向需要减小。过大的加工深度直接影响加工质量，及刀具寿命，通过破坏性试验得出，粗加工深度一般为直径的0.05~0.2，半精加工0.5~0.8mm，精加工一般小于0.5mm。

（4）进给量选择，一般按照每齿进给量计算，推荐选取范围为0.03~0.15mm/齿.然后每齿进给量与转速、齿数相乘，的到位们需要的进给量。

当然所有的参数选择都是要根据实际情况来选取，尽信书不如无书，这个道理大家都需要明白的，比如说加工铝合金材料进不能完全按照某些经验值来选择，因为铝合金材料具有较大的粘性，加工铝合金材料是，铝合金碎末经常是粘接在刀具上，如果不能够及时清理，刀具就很容易损坏。另外就是不锈钢材料，因为不锈钢材料的加工硬化特性，每一刀加工深度的选择，就不能完全依照“宜宽不宜深”的原则，这时候加工深度就需要采取跨过加工硬化层的方式，否则很难加工。当然这种类似的例子还有很多，就不一一列举了。

另外，刀具材料不仅仅包括高速钢刀具，还有硬质合金钢刀具，各种涂层刀具。以合金钢刀具为例，我们进过实验，认为刀具线速度取89~92M/min，比较合适，其余带涂层类刀具参数，不能完全按照刀具生产厂家给的参数执行，因为他们得到的参数是最理想状态下的到的参数，具体执行建议取50~70%。当然，具体加工效果还是需要读者自行试验，因为理论知识往往受现实因素影响很大。

参考文献：

[1]宇海英,宇虹儒,马光全.数控加工工艺与编程实践教学模式的研究[J].科技资讯,2007,19(6):168～170.