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[摘要]：数控机床在运行数控加工程序前，都要对刀操作。加工的精度与效率，都直接影響到对刀的尺寸精度与对刀速度，而这也直接影响到零件的加工精度，所以探讨数控机床中刀具与切削用量的选择有着重要的现实意义。
[关键词]：数控架式 刀具 切削用量选择技巧
中图分类号：TG519.1 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X(2012)26- 0595-01
随着科学技术的快速发展，产品质量的不断提升，对机械产品的结构、零件的形状、加工精度的要求也日益提高。在实践加工生产中，加工精度除了受机床自身的几何精度、刚性、夹持力的大小、方向以及安装精度等因素影响外，它也受刀具的选择、安装误差、刀片的磨损、几何参数（如刀尖圆弧半径、后角）等的影响[1]。据此，为了适应市场发展需求，提高加工精度，合理选择刀具以及切削用量，将更助于保证加工的质量。
1 正确选择刀具与切削用量的重要性
数控机床是一种高效率的自动化设备，依托CAD/CAM 技术，尤其是数控机床与微机的联接，数控加工中可直接利用CAD的设计数据，有关整个工艺流程所涉及到的设计、工艺规划及编程增多以在计算机上得以实现。随着科学技术的不断发展，当前不少CAD/CAM 软件包都提供自动编程功能，如在刀具选择、切削用量设定等操作中，编程人员只要设置相关参数，NC程序便可以自动生成，并传输至数控机床完成加工。可见，与普通机床加工相比，在微机的联接下，数控加工中的刀具选择与切削用量，是由人机交互状态下得以实现的。所以，编程人员需要熟悉选择刀具与切削用量的基本原则与数控加工的特殊性。
2 刀具与切削用量的选择
2.1 数控加工中刀具的选择
数控加工中可转位车刀片种类多，常见的有切槽刀片、圆形刀片、三角形刀片以及菱形刀片；其中，菱形刀片是应用最广泛的一种[2]。总的来说，广泛应用数控车削中的机夹可转位刀具，是提升产品质量的一种重要手段，更是提高数控加工生产率的方法；其中，根据菱形锐角的大小分类，菱形刀片一般包括三类，即80°、55°和 35；其中，80°这种刀尖角大小适中，能装配成主偏角略大于90°的刀具，其耐用度、散热性以及强度较好，可夹固性好，适用于台阶、内孔、外圆以及端面的加工，且转位精度较高，，适合数控车削。
在此结合实践，总结归纳刀具选择过程应注意的要点：（1）选取刀具时，要使刀具的尺寸适应于被加工工件的表面尺寸。如在实际生产中，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；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；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；平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；（2）切削行距一般取得很密，为保证加工精度，所以一般的曲面精加工常用球头刀。不过，在加工自由曲面时，在表面加工质量和切削效率方面，由于球头刀具的端部切削速度为零，平头刀具都优于球头刀。所以，无论是曲面的粗加工还是精加工，在保证不过切的前提下，宜优先选择平头刀；（3）基于刀具的精度与耐用度与刀具价格存在较明显的相互影响作用，一般来说，好的刀具固然增加了刀具成本，但从整个工艺流程来看，它却提高加工效率与加工质量，所以实际上整个加工成本还是得到降低。总之，基于刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的，在选择刀具及刀柄时，笔者认为刀具选择应基于以下这原则出发：即刚性好，特别是粗加工刀具；互换性好，方便快速换刀[3]；抗振，精度要求高以及热变形要小；刀具应尽可能地有利于切屑的排除，如能可靠地卷屑或断屑；寿命高，以稳定切削性能，保证加工过程的可靠性；刀具的尺寸，应考虑减少换刀调整时间，以提高生产效率；为了方便编程与刀具管理，刀具应标准化、系列化。数控机床上所应用的刀具，一般选用适应调整切削诸如超细粒合金、高速钢等刀具材料，同时使用可转位刀片。
2.2 数控加工中切削用量的选择
切削用量（ap、f、v）的合理选择，对刀具切削的性能充分发挥、安全操作、低成本、优质、高产都有着十分重要的作用。由于实际加工中涉及到的加工刀具、材料及加工精度要求变化大，所以在选择切削用量时，可考虑选择切削用量的一般原则：半精加工和精加工时，在加工质量得以保证的情况下，兼顾切削效率、加工成本以及经济性；粗加工时，一般是重点考虑生产率的提高，适当考虑加工成本与经济性。实际中具体切削用量数值，还要结合以往经验，参考机床说明书、切削用量手册来设定。探讨设定加工切削参数的几种情况：（1）进给量f，它的选定，应相适应于主轴转速与背吃刀量。在车削深孔、切断、或精车时，进给速度选择以较低为宜；同时，工件加工质量得以保证的情况下，可选择较高的进给速度。一般情况下，在精车时，常取 f=0.1～0.3㎜ /r，在粗车时， 一般取f=0.3～0.8 ㎜ /r，切断时 f=0.05～0.2 ㎜ /r；（2）背吃刀量ap的设定。为了减少进给次数，在机床功率与工艺系统刚度允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量；若零件精度提出较高要求时，则应适当留出精车余量，其数值一般比比普通车削时所留余量小，通常情况下取 0.1～0.5 ㎜；（3）主轴转速的设定。主要涉及两方面，①光车外圆时主轴转速的设定，一般是应根据零件上被加工部位的直径，以及加工性质、零件与刀具材料等条件所允许的切削速度而选取；当然也不排除根据实践经验选取。在此，值得提醒的是，切削速度不能设定太低，这是基于交流变频调速的数控车床低速输出力矩小考虑。当选定切削速度后，主轴转速 n(r/min)可通过公式 n=1000 vc/ π d 计算得出；②车螺纹时主轴的转速，在车削螺纹时，螺纹的螺距（如驱动电机的升降频特性）等涉及的相关性质与参数将影响到车床的主轴转速，所以，在此对于那些经济型数控车床，建议在车螺纹时，主轴转速 n(r/min)设定为：n ≤(1200/P)－ k；其中式中为被加工螺纹螺距；k为保险系数，一般取为 80。
以上对于切削用量的选择原则为：先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap,接着选择一个较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度v。理论上，增大进给量f有助于断屑，增大背吃刀量ap可减少走刀次数。所以根据以上原则与理论推测，选择粗车切削用量有助于减少刀具消耗，提高生产效率，更有助于降低加工成本。同时，在安排粗、精车削用量时，还要重视参考机床说明书设定的允许切削用量范围。此外，精车时，由于加工表面粗糙度与精度要求较高，加工余量均匀，所以在此情况下，为了尽可能提高切削速度v,宜选择应选用较小的进给量f与背吃刀量ap，同时刀具材料应选择切削性能高，几何参数合理。
3 结语
综上所述，在生产中数控机床日益得到广泛应用，正确选择刀具与切削用量为数控加工中一个重要环节；同时切削用量参数具体大小的设定，应根据工件材料、工件要求精度、大小而定。尤其是作为数控编程工作人员，应熟悉刀具的特点及其性能，越来越多的数控机床在生产中得到广泛的应用，选用好的刀具可以达到事半功倍的效果。基于数控加工是在人机交互状态下实现，操作者与机床本身可以说是影响加工精度的主要因素，所以编程人员必须熟悉刀具的特点及其性能，这样才能结合以往的工作经验，正确的、合理的选择刀具，确保与提高机床的加工精度，最终提高生产的效率和质量，为企业生产和实践教学提供重要参考依据。
参考文献
[1]张党飞等.浅谈数控加工中刀具的特点及选择.制造业自动化[J],2011,(10)
[2]王毅等.基于冷挤压模具的FMEA研究.机床与液压[J],2007,(03)
[3]淡书桥.浅谈数控车床优选刀具及切削用量.湖南农机学术版，2011，（01）
[关键词]：数控架式 刀具 切削用量选择技巧
中图分类号：TG519.1 文献标识码：TG 文章编号：1009-914X(2012)26- 0595-01
随着科学技术的快速发展，产品质量的不断提升，对机械产品的结构、零件的形状、加工精度的要求也日益提高。在实践加工生产中，加工精度除了受机床自身的几何精度、刚性、夹持力的大小、方向以及安装精度等因素影响外，它也受刀具的选择、安装误差、刀片的磨损、几何参数（如刀尖圆弧半径、后角）等的影响[1]。据此，为了适应市场发展需求，提高加工精度，合理选择刀具以及切削用量，将更助于保证加工的质量。
1 正确选择刀具与切削用量的重要性
数控机床是一种高效率的自动化设备，依托CAD/CAM 技术，尤其是数控机床与微机的联接，数控加工中可直接利用CAD的设计数据，有关整个工艺流程所涉及到的设计、工艺规划及编程增多以在计算机上得以实现。随着科学技术的不断发展，当前不少CAD/CAM 软件包都提供自动编程功能，如在刀具选择、切削用量设定等操作中，编程人员只要设置相关参数，NC程序便可以自动生成，并传输至数控机床完成加工。可见，与普通机床加工相比，在微机的联接下，数控加工中的刀具选择与切削用量，是由人机交互状态下得以实现的。所以，编程人员需要熟悉选择刀具与切削用量的基本原则与数控加工的特殊性。
2 刀具与切削用量的选择
2.1 数控加工中刀具的选择
数控加工中可转位车刀片种类多，常见的有切槽刀片、圆形刀片、三角形刀片以及菱形刀片；其中，菱形刀片是应用最广泛的一种[2]。总的来说，广泛应用数控车削中的机夹可转位刀具，是提升产品质量的一种重要手段，更是提高数控加工生产率的方法；其中，根据菱形锐角的大小分类，菱形刀片一般包括三类，即80°、55°和 35；其中，80°这种刀尖角大小适中，能装配成主偏角略大于90°的刀具，其耐用度、散热性以及强度较好，可夹固性好，适用于台阶、内孔、外圆以及端面的加工，且转位精度较高，，适合数控车削。
在此结合实践，总结归纳刀具选择过程应注意的要点：（1）选取刀具时，要使刀具的尺寸适应于被加工工件的表面尺寸。如在实际生产中，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；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；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；平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；（2）切削行距一般取得很密，为保证加工精度，所以一般的曲面精加工常用球头刀。不过，在加工自由曲面时，在表面加工质量和切削效率方面，由于球头刀具的端部切削速度为零，平头刀具都优于球头刀。所以，无论是曲面的粗加工还是精加工，在保证不过切的前提下，宜优先选择平头刀；（3）基于刀具的精度与耐用度与刀具价格存在较明显的相互影响作用，一般来说，好的刀具固然增加了刀具成本，但从整个工艺流程来看，它却提高加工效率与加工质量，所以实际上整个加工成本还是得到降低。总之，基于刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的，在选择刀具及刀柄时，笔者认为刀具选择应基于以下这原则出发：即刚性好，特别是粗加工刀具；互换性好，方便快速换刀[3]；抗振，精度要求高以及热变形要小；刀具应尽可能地有利于切屑的排除，如能可靠地卷屑或断屑；寿命高，以稳定切削性能，保证加工过程的可靠性；刀具的尺寸，应考虑减少换刀调整时间，以提高生产效率；为了方便编程与刀具管理，刀具应标准化、系列化。数控机床上所应用的刀具，一般选用适应调整切削诸如超细粒合金、高速钢等刀具材料，同时使用可转位刀片。
2.2 数控加工中切削用量的选择
切削用量（ap、f、v）的合理选择，对刀具切削的性能充分发挥、安全操作、低成本、优质、高产都有着十分重要的作用。由于实际加工中涉及到的加工刀具、材料及加工精度要求变化大，所以在选择切削用量时，可考虑选择切削用量的一般原则：半精加工和精加工时，在加工质量得以保证的情况下，兼顾切削效率、加工成本以及经济性；粗加工时，一般是重点考虑生产率的提高，适当考虑加工成本与经济性。实际中具体切削用量数值，还要结合以往经验，参考机床说明书、切削用量手册来设定。探讨设定加工切削参数的几种情况：（1）进给量f，它的选定，应相适应于主轴转速与背吃刀量。在车削深孔、切断、或精车时，进给速度选择以较低为宜；同时，工件加工质量得以保证的情况下，可选择较高的进给速度。一般情况下，在精车时，常取 f=0.1～0.3㎜ /r，在粗车时， 一般取f=0.3～0.8 ㎜ /r，切断时 f=0.05～0.2 ㎜ /r；（2）背吃刀量ap的设定。为了减少进给次数，在机床功率与工艺系统刚度允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量；若零件精度提出较高要求时，则应适当留出精车余量，其数值一般比比普通车削时所留余量小，通常情况下取 0.1～0.5 ㎜；（3）主轴转速的设定。主要涉及两方面，①光车外圆时主轴转速的设定，一般是应根据零件上被加工部位的直径，以及加工性质、零件与刀具材料等条件所允许的切削速度而选取；当然也不排除根据实践经验选取。在此，值得提醒的是，切削速度不能设定太低，这是基于交流变频调速的数控车床低速输出力矩小考虑。当选定切削速度后，主轴转速 n(r/min)可通过公式 n=1000 vc/ π d 计算得出；②车螺纹时主轴的转速，在车削螺纹时，螺纹的螺距（如驱动电机的升降频特性）等涉及的相关性质与参数将影响到车床的主轴转速，所以，在此对于那些经济型数控车床，建议在车螺纹时，主轴转速 n(r/min)设定为：n ≤(1200/P)－ k；其中式中为被加工螺纹螺距；k为保险系数，一般取为 80。
以上对于切削用量的选择原则为：先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap,接着选择一个较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度v。理论上，增大进给量f有助于断屑，增大背吃刀量ap可减少走刀次数。所以根据以上原则与理论推测，选择粗车切削用量有助于减少刀具消耗，提高生产效率，更有助于降低加工成本。同时，在安排粗、精车削用量时，还要重视参考机床说明书设定的允许切削用量范围。此外，精车时，由于加工表面粗糙度与精度要求较高，加工余量均匀，所以在此情况下，为了尽可能提高切削速度v,宜选择应选用较小的进给量f与背吃刀量ap，同时刀具材料应选择切削性能高，几何参数合理。
3 结语
综上所述，在生产中数控机床日益得到广泛应用，正确选择刀具与切削用量为数控加工中一个重要环节；同时切削用量参数具体大小的设定，应根据工件材料、工件要求精度、大小而定。尤其是作为数控编程工作人员，应熟悉刀具的特点及其性能，越来越多的数控机床在生产中得到广泛的应用，选用好的刀具可以达到事半功倍的效果。基于数控加工是在人机交互状态下实现，操作者与机床本身可以说是影响加工精度的主要因素，所以编程人员必须熟悉刀具的特点及其性能，这样才能结合以往的工作经验，正确的、合理的选择刀具，确保与提高机床的加工精度，最终提高生产的效率和质量，为企业生产和实践教学提供重要参考依据。
参考文献
[1]张党飞等.浅谈数控加工中刀具的特点及选择.制造业自动化[J],2011,(10)
[2]王毅等.基于冷挤压模具的FMEA研究.机床与液压[J],2007,(03)
[3]淡书桥.浅谈数控车床优选刀具及切削用量.湖南农机学术版，2011，（01）