CNC數(shù)控加工中刀具的選用

焦帥帥 賈凡

摘要：本文論述了各種數(shù)控刀具的種類、性能、特點、結(jié)構(gòu)及其選用方法和原則。

關(guān)鍵詞：編程;數(shù)控加工刀具;種類;特點;選用

伴隨著時代的發(fā)展，數(shù)控加工的使用越來越廣泛，批量生產(chǎn)線的逐步建成，合理、正確的選擇數(shù)控刀具已是數(shù)控加工的首要問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，要正確選用刀具以及刀具的切削參數(shù)。所以，程序編制人員要掌握各類數(shù)控刀具的加工特性以及各類刀具切削參數(shù)的選擇原則，從而保證企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點，提高企業(yè)的效益，使企業(yè)的利益達到最大化。

一、CNC數(shù)控加工常用刀具的種類

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、通用連接刀柄及少量專用刀柄。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(jié)構(gòu)可分為：①整體式;②鑲嵌式，采用焊接或機夾式連接，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種;③特殊型式，如復合式刀具、減震式刀具等。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其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具，等等。從切削工藝上可分為：①車削刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種;②鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等;③鏜削刀具;④銑削刀具等。為了適應數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應用，在數(shù)量上達到整個數(shù)控刀具的30%―40%，金屬切除量占總數(shù)的80%―90%。

二、CNC數(shù)控加工中刀具的優(yōu)化

1總體優(yōu)化目標

現(xiàn)代化進程的加快，各個行業(yè)之間的影響以及相互滲透程度越來越大，這就使得對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越嚴格，機械工業(yè)更是這樣。正確的刀具選擇就是在加工中能夠保證零件的質(zhì)量，滿足零件的各項技術(shù)要求并且在降低能耗的同時能夠提高生產(chǎn)效率。提高生產(chǎn)率的主要途徑有：提高切除效率，容易裝卡工件以及換刀方便;降低成本主要體現(xiàn)在刀具的磨損量小，能源的利用率高等等，因此對于刀具的選擇的優(yōu)化總體目標為：提高加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。所以正確合理的選擇刀具是實現(xiàn)以上目標的基本前提。保證加工質(zhì)量就要盡量使零件與刀具間不發(fā)生干涉;提高生產(chǎn)效率就在允許范圍內(nèi)盡量使用直徑較大的刀具;降低生產(chǎn)成本就是在滿足切削要求的基礎(chǔ)上盡量使用合理的刀具材料，不出現(xiàn)殺雞用牛刀的現(xiàn)象。在目前對于刀具優(yōu)化的研究中來看，由于優(yōu)化目標過于單一，所以優(yōu)化效果十分有限。雖然對于加工時間的優(yōu)化上取得了一些進展，但是在加工質(zhì)量以及加工效率方面的結(jié)合還需要繼續(xù)完善。

2加工特征特性

加工特征的種類的種類比較多，如表面、倒角、槽、孔、型腔等等，而這些大的特征類型又分很多子類型，不同特征需要的加工特性也不盡相同。以孔為例，某些孔對應的刀具有時候是唯一的，如平底盲孔加工時一般只選用銑刀加工，而不是鉆頭加工。一般來說對于這些加工特征特性的刀具的選擇都是有一定的規(guī)則以及規(guī)律的，如形狀、尺寸、精度等都是有固定要求的，因此對于此類加工特征的選刀是比較簡單的，無需進行優(yōu)化，當然了這些由于日積月累的經(jīng)驗總結(jié)出的選到規(guī)則也是對刀具進行優(yōu)化的結(jié)果。

在CNC數(shù)控車床加工中，加工中心的刀具種類十分繁雜，對于刀具的選擇除了加工工件的形狀裝夾方式的考慮外，還要充分考慮加工效率和加工精度等等。

另外，鉆頭的選擇主要是依據(jù)工件的材料鉆削工藝以及刀柄結(jié)構(gòu)形式。具有標準直徑的鉆頭根據(jù)實際的加工需要再對刀刃進行打磨，可以磨成N、s、x 等等各種形狀。當機床在在自動執(zhí)行鉆孔程序過程中，往往會出現(xiàn)機床切屑的纏繞導致堵塞的情況，嚴重時會導致鉆頭折斷，所以可以在鉆頭刃磨時在后刀面上磨分屑槽，深度設(shè)定為進給量的4-5 倍。

對于粗鏜刀的選擇主要考慮鏜桿剛性以及刀頭能承受的切削量，刀頭材料選用硬質(zhì)合金，若加工要求高，還可以選擇立方氮化硼或人造金剛石的刀頭，當然后者的造價也是相當可觀的。

在實際操作中對于小于12mm直徑的孔，可以使用稍加刃磨的鍵槽銑刀這樣可以使粗糙度和位置精度有所提高，當孔的加工直徑較大時，且鏜刀的可選擇性比較少，就可以選用立銑刀，缺點是這種道具對于機床的精度要求很高。

三、影響CNC數(shù)控加工中刀具選擇的因素

1機床類型 完成該工序所用的數(shù)控機床對選擇的刀具類型（鉆、車刀或銑刀）的影響。在能夠保證工件系統(tǒng)和刀具系統(tǒng)剛性好的條件下，允許采用高生產(chǎn)率的刀具，例如高速切削車刀和大進給量車刀。根據(jù)零件材料的切削性能選擇刀具。如車或銑高強度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議選擇耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

2根據(jù)零件加工方案不同的加工階段選擇刀具。不同的數(shù)控加工方案可以采用不同類型的刀具，例如孔的加工可以用鉆及擴孔鉆，也可用鉆和鏜刀來進行加工。即粗加工階段以去除余量為主，應選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應選擇耐用度高、精度較高的刀具，加工精度影響精加工刀具的類型和結(jié)構(gòu)形狀，例如孔的最后加工依據(jù)孔的精度可用鉆、擴孔鉆、鉸刀或鏜刀來加工。粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具，因為精加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續(xù)使用會影響精加工的加工質(zhì)量，但對粗加工的影響較小。

3根據(jù)加工區(qū)域的特點選擇刀具和幾何參數(shù)。

（1）工件的尺寸及外形影響刀具和規(guī)格的選擇，例如特型表面要采用特殊的刀具來加工。在零件結(jié)構(gòu)允許的情況下應選用大直徑、長徑比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應有足夠的向心角，以減少刀具和切削部位的切削力。

（2）主軸轉(zhuǎn)速影響切削速度進而影響刀具選用，在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。

（3）加工表面粗糙度影響刀具的結(jié)構(gòu)形狀和切削用量，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。加工表面粗糙度，例如毛坯粗銑加工時，可采用粗齒銑刀，精銑時最好用細齒銑刀。

四、CNC數(shù)控加工中刀具的選用

刀具的選用是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。我們應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量和其它相關(guān)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。在生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀;銑削平面時，應選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀;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、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進行自由曲面加工時，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，故球頭常用于曲面的精加工。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，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。

五、結(jié)語

隨著CNC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(guān)鍵問題之一。在數(shù)控程序的編制過程中，我們要在人機交互狀態(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，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)水平。

參考文獻

[1]劉鎮(zhèn)昌主編.制造工藝實訓教程[M].機械工業(yè)出版社.

[2]上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會編.金屬切削手冊第二版[S].

[3]CNC數(shù)控加工中加工工藝及裝備[M].機械工業(yè)出版社，2002.