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發布時間：2021-01-08 15:45
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刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。CAD/ CAM技術的發展，使得在數控加工中直接利用CAD的設計數據成為可能。特別是微機與數控機床的聯接，使得設計、工藝規劃及編程的整個過程全部在計算機上完成成為可能。
現在，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，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。因此，數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的，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控加工的特點。本文對數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、數控加工常用刀具的種類及性能
數控加工刀具必須適應數控機床高速、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。數控刀具的分類有多種方法。根據刀具結構可分為：①整體式；②鑲嵌式。根據制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼 刃具；②硬質合金刀具；③金剛石刀具；④陶瓷刃具等。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：
（1）高硬度刀具材料的硬度應高于工件的硬度
（2）足夠的韌性承受切削力、振動和沖擊；
（3）高耐磨性耐磨性是材料抵抗磨損的能力；
（4）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；
（5）良好的工藝性
二、數控加工刀具的選擇
刀具的選擇應根據機床的加工能力、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。生產中，平面輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選鑲硬質合金刀片面銑刀；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，而平頭刃具在表面加工質量和切削效率方面都優于球頭刀，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，都應優先選擇平。
在數控加工中，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，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。
三、數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，一般以提高生產率為主。半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床性能、切削用量手冊，并結合經驗面定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者相互適應，以形成切削用量。
（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，提高生產效率。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。
（2）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。數控加工中，一般L的取值范圍為：L= （0.6- 0.9）d。
（3）切削速度切削速度也是提高生產率的一個措施，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/ mi左右：而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，切削速度可選129m/ mi以上。
（4）主軸轉速n（r/mi）主軸轉速一般根據切削速度來選定。計算公式為：n= 1000/ d，式中d為刀具直徑（mm）。數控機床的控制面板上一般配有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行倍率調整。
（5）進給速度F進給速度應根據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：
一、當工件的質量要求能夠保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100 - 200mm/ mi范圍內選取。
第二、在刀斷、加工深孔或用高速鋼具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20- 50mm/ mi范圍內選取。
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范圍內選取。
在數控加工過程中，進給速度也可通過機床控制面板上的進給倍率修調開關進行人工調整，但是進給速度要受到設備剛度和進給系統性能等的限制。
隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用，數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中，要在人機交互狀態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量和加工效率，充分發揮數控機床的優點。
機械加工開展的總趨勢是高功率、、高柔性和強化環境意識。在機械加工范疇，切（磨）削加工是運用廣泛的加工辦法。
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高速切削是切削加工的開展方向，已成為切削加工的干流。它是先進制造技能的重要共性關鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進出產功率和加工質量并降低成本。
高速切削技能的開展和運用決定于機床和刀具技能的前進，其間刀具資料的前進起決定性的效果。研討表明，高速切削時，跟著切削速度的前進，切削力減小，切削溫度上升很高，達到必定值后上升逐步趨緩。
造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機械摩擦、粘結、化學磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時的力學功能、熱物理功能、抗粘結功能、化學穩定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。
根據這一要求，近20多年來，開展了一批適于高速切削的刀具資料，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以確保刀具的耐磨性，又有高的耐性來防止刀具的碎裂，但現在的技能開展還沒有找到如此優越功能的刀具資料，魚于熊掌無法兼得。
因而，咱們會在實踐中按照需求選用更合適的刀具材科，粗加工時優先考慮刀具資料的耐性，精加工時優先考慮刀具資料的硬度。當然人們還期待著以超高切削速度進行加工而取得更好的效果。下面僅就常見的工件資料及刀具的相關情況做如下簡單介紹。
鋁合金
01
1.1 易切削鋁合金
該資料在航空航天工業運用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達25°。
1.2 鑄鋁合金
鑄鋁合金根據其Si含量的不同，選用的刀具也不同。
對Si含量小于12%的鑄鋁合金可選用K10、Si3N4刀具，當Si含量大于12%時，可選用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。
關于Si含量達16%～18%的過硅呂合金，蕞好選用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進給量為0.125mm/r。
鑄 鐵
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對鑄件，切削速度大于350m/min時，稱為高速加工，切削速度對刀具的選用有較大影響。當切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時，可選用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可運用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有必定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可運用CBN或Si3N4，當以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴峻，不宜運用CBN，而應選用淘瓷刀具。
如粘結相為金屬Co，晶粒尺度平均為3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結相為陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均為10?m、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時，在切削速度小于1100m/min時，隨切削速度的增加，刀具壽數也增加。
一般鋼
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切削速度對鋼的表面質量有較大的影響，據研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min?，F在，涂層硬質合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產的涂層刀具要好，因為前者可很好地堅持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面質量。
金屬淘瓷刀具現在占市場份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學穩定性好，但抗彎強度及導熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結合起來，用TiN來增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達2～3mm。
高硬度鋼
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高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為TiC增加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質合金大致相當，而導熱系數不到硬質合金的1/1O，并具有優異的耐氧化性、抗粘結性和耐磨性。
別的其高溫下機械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達63HRC的工件資料，如進行工件淬火后再切削，實現“以切代磨”。切削淬火硬度達48～58HRC的45鋼時，切削速度可取150～18Om/min，進給量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度為100m/min左右時，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當切削速度高于1000m/min時，PCBN是蕞佳刀具資料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如55HRC的H13工具鋼）。
高溫鎳基合金
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Inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強度、動態剪切強度，熱分散系數較小，切削時易產生加工硬化，這將導致刀具切削區溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時，主要運用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100～300m/min時可取得較長的刀具壽數，切削速度高于500m/min時，增加TiC氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般認為，SiC晶須增強陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進給量為O.1～0.18mm/z。氦氧化硅呂（Sialon）陶瓷耐性很高，適合于切削過固溶處理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。
鈦合金
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鈦合金強度、沖擊耐性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分嚴峻，故在切削加工時出現溫度高、刀具磨損嚴峻的現象。實驗得出，用直徑10mm的硬質合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達到滿意的刀具壽數，切削速度可高達628m/min，每齒進給量可取O.06～0.12mm/z，連續高速車削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。
復合資料
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航天用的先進復合資料，以往用硬質合金和PCD，硬質合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現300m/min左右的高速切削。
高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運用，將會發明巨大經濟效益。高速切削刀具資料對開展和運用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料（PCD與CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬質合金刀具（金屬陶瓷）和涂層刀具等四大類高速切削刀具資料各有其特性和運用范圍，它們相互配合，彼此競爭，推進高速切削技能的開展和運用。
機夾式螺紋車刀切削用量的選用
1. 進給量 進給量的巨細和走刀次數，對螺紋的加工質量和切削功率有決定性影響。
在螺紋加工過程中，為了取得蕞佳刀具壽數，工件直徑不得超越螺紋外徑的0.14mm，進給量應防止小于0.05mm/r。加工辦法一般采用進給量遞減的辦法，終一刀走刀可所以不進刀的空走刀，以消除切削過程中的彈性變形影響。實踐進給量的巨細和走刀次數應通過實驗或根據實踐情況而定，也可參照不同刀具廠商供給的切削參數進行選用。
2．進給辦法選擇 螺紋車削共有三種進刀辦法：徑向、側向和替換式。在實踐運用中，工件資料、刀片槽形和螺距決定了進刀辦法的選擇。 
（1）徑向進刀：常運用的進刀辦法，切屑成形柔和、刀片磨損均勻，適用于小螺距螺紋。加工大螺距螺紋時，切屑操控不良，振動較大。是加工硬化資料（如不銹鋼等）的手選。
（2）側向進刀：該進刀辦法可將切屑引向一個方向，能夠較好地操控切屑。適用于切削大螺距螺紋和易發作排屑問題的內螺紋的加工。為了防止因后邊緣摩擦而導致表面質量差或后刀面過度磨損，進刀角應比螺紋角小1°～5°。側向進刀的軸向進刀量可簡略地按0.5×徑向進刀量計算。
（3）替換式進刀：首要用于切削大牙形。這種辦法刀具磨損均勻，刀具壽數長。
