数控加工中心刀具和切削用量的选择探讨

数控机床加工生（shēng）产中，在加工工艺确定（dìng）的情况下（xià），加（jiā）工刀具和切削用量的（de）合理选择是（shì）数控加工生产的重要环节，是（shì）保证数控加工生产效率和表面加工质量的重要保（bǎo）证。合理选择切削用量是切削刀具充分（fèn）发挥（huī）性能的保障，合理（lǐ）选择切（qiē）削刀具是切削用量最有效的保（bǎo）证，只有将两者有机地（dì）结（jié）合起来，才能充分发挥数控机床的加（jiā）工效率和加（jiā）工质量。

 刀具是机床实现切削加工的直接执行者，刀具的选择和切削用量的选择合理与否，不仅影响到被加工零件的（de）质量，甚至可以决定机床功效的发挥和安全生产的顺（shùn）利进行。所以，在编（biān）加工程序时（shí），要选择合理的刀具和切削用量，不但可以有效提高切削（xuē）效率（lǜ）和加工质量（liàng），还可降低成本以获得最佳经济（jì）效益。

 1、加工中心用刀具（jù）的基本特征

 为了适应数控机床（chuáng）加（jiā）工精度、加工（gōng）效率、加工工序集（jí）中及零（líng）件（jiàn）装夹次数少等要求，数（shù）控机床对所用的刀具（jù）有（yǒu）许多性能（néng）的要求，加工中心（xīn）用刀具及刀具系（xì）统有（yǒu）以下特点（diǎn）：（1）刀片和刀柄高度的通用化、规则化、系统化；（2）刀片和刀具参数及切削参数的规范化、典型化；（3）刀片或刀具（jù）材料及切削参数（shù）与被加工工件材料相匹配；（4）刀片或刀具的使用寿命长，加工刚（gāng）性好；（5）刀片及刀（dāo）柄的定位精度高，刀柄对机床（chuáng）主轴的相对位置要求较高；（6）刀柄须有较高的强度、刚度和耐（nài）磨性，刀柄及刀具系（xì）统的重量不能超标；（7）刀柄（bǐng）的转位、重装和重复定位精度要（yào）求高。

 2、加工中心用刀具材料

 2.1 常用刀具材（cái）料（liào）

 常用数控刀具材料有高（gāo）速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶（táo）瓷、立方氮化硼（péng）、金刚石等，其中高速钢（gāng）、硬质合金、涂层硬质合金在数控加工中的应用（yòng）最广泛（fàn）。

 2.2 刀具（jù）性能的比较

 在常用的刀具中，高速钢、涂层高速钢的（de）韧性最（zuì）好，涂层硬质（zhì）合（hé）金的硬度较高（gāo），硬质合金刀具层中，陶瓷刀具、立方氮化硼、金刚石刀具（jù）的硬（yìng）度更（gèng）高。除特殊材料外，一般不用这几种材料的刀具（由于其硬度较高刃磨难（nán）度大，而成型刀具切削刃不易锋利（lì），容易崩刃，通常用于较硬的材料加工）。

 2.3 刀具种类

 数控加工中心常用刀具种类较多，根据刀具用途，可分（fèn）为轮廓（kuò）类（lèi）加（jiā）工刀具和（hé）孔类加工刀具等。

 2.3.1 轮（lún）廓类加工刀具。

 第一，面铣刀。刀（dāo）片（piàn）和刀齿与刀体的安装方式有整体焊接式，机夹焊接式和可转位式三种，运用（yòng）较多的是可转位式（shì）。当刀片（piàn）切削刃磨钝或报废时，可直接在机床上转位或者更换刀片，从而大大提高加（jiā）工效率和产品质量，根据不（bú）同的工件外（wài）形不同的机床性能（néng），选择适当（dāng）直径大小的（de）刀具型号使用方便快（kuài）捷。面铣刀直径一般为40～400mm。

 第二，立铣刀。立铣刀是数控机床运（yùn）用的较广泛的一种刀具，有（yǒu）整体式和镶刀片式两种。一般直径在Φ20mm以下用整体式。直径在Φ20mm以上多用（yòng）于（yú）镶齿式，还有刀尖圆弧式铣刀（dāo），多用于模具加工，适用于曲面（miàn）的（de）大（dà）量加工，现在的硬质合金立铣刀也可取代（dài）键槽铣刀作垂直（zhí）进给。

 第三，球（qiú）头刀。圆柱形球（qiú）头铣刀，主要（yào）用于模具加工，精加工使用，也有成形（xíng）和（hé）镶齿两种。主要用于曲面加工，其加工表面质量较高，球头刀中心切削速度为（wéi）零。球头刀具不适用于平面铣削。

 2.3.2 孔类（lèi）加工刀具。

 第一，钻头（tóu）。加工中心常用（yòng）钻头有中心钻（zuàn）、标准麻花钻。刀具材料有高速钢、硬质合金和涂层硬质合金等。

 第二，铰刀。有标（biāo）准高速钢铰刀、焊接硬质合金刀（dāo）（一般用于定做尺寸，深（shēn）孔铰（jiǎo）刀）、浮动铰刀。

 第三，镗刀（dāo）。镗（táng）刀分为粗镗刀、精镗刀、浮（fú）动镗刀等（děng）。精镗刀采用螺丝调节式，每格（gé）精度不同，有0.002mm每格直径，也有0.01mm每格直径方向（xiàng）等。

 2.3.3 一些（xiē）特殊加工刀具。如T形刀具，开槽（cáo）和切（qiē）断用锯片（piàn）刀具，燕（yàn）尾槽成型刀具等，使用频率较低。

 3、加工中心（xīn）刀具选择原则

 应根据机床的加（jiā）工能力、加工材料的性能、加工（gōng）工序、切削用量以及其他因素合理地选择刀具。刀（dāo）具选择的总原则是：刀具选用（yòng）最重（chóng）要的一点就是看性（xìng）价比，在机（jī）床确定的条件下，首先考虑加（jiā）工工件材料的（de）切削性能，参照加工材料的性能选用价格最低的刀具，提高效益，降低成本，同时也要安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短（duǎn）的刀柄，以提高刀具加工刚（gāng）性。

 在选取刀具时，要使（shǐ）刀具的直径与加工工件的去除量相适应，平面周（zhōu）边轮廓（kuò）的铣削，用立铣刀；铣削平面用硬质合金盘铣刀；加工凹凸台时使用高速（sù）钢立铣刀；加（jiā）工（gōng）毛坯面或孔粗加工（gōng）时，选用镶齿硬质合金玉米铣刀；立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球（qiú）头刀、环形铣刀、锥形铣刀和（hé）盘铣（xǐ）刀。

 有时候刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须注意的（de）是，在有些情况（kuàng）下，选择价格（gé）较高的好刀具（jù），但是好的（de）刀具带来加工效率和加工质量的提（tí）高，则可以使整个加工成本大大降低。

 4、切削用量选择

 在数控加工中，切削用量的选用是最为关键的（de）环（huán）节，它直接影响（xiǎng）加工（gōng）效率（lǜ）和加工质（zhì）量（liàng）的提高。合理地选择（zé）切削用量需要理论和实践相结合，在实践中不断摸索实验，才能更好地总（zǒng）结、归（guī）纳出比较合适的切削（xuē）用量。

 切削用量主要包括背吃刀量和侧吃刀量、进给速度和切（qiē）削速度（dù）。从刀具的耐用（yòng）度考虑，切削用量的选择方法是先选背吃刀量（liàng），其次是进给（gěi）速度，最后确定切削速度。下面就笔（bǐ）者在平时的工作中遇到的加工参数进行分析：

 第一，在机床型号为DMC635V的机床，加工厚度为20mm，材料为12Cr2Mo的工件上钻Φ1.2mm的通孔。刀具选择：Φ1.2mm的高速钢钻头，注意钻头切（qiē）削刃是否均匀对称。

 背（bèi）吃刀量：每钻深0.5mm提刀排屑法。

 进（jìn）给（gěi）速度（dù）：Vf＝5mm/min。

 切削速（sù）度：n＝5000mm/min。

 实现加工工（gōng）艺要求，顺利完（wán）成加工任务。

 第二，在VMC1250型号机床上，加工材（cái）料（liào）为5CrNiMo热锻模具，调质（zhì）硬度为（wéi）500HBW的狭长槽（cáo），深度为170mm的工件精加工，加工余量为（wéi）单边0.1～0.15mm。刀具选择：Φ20mmR5的牛鼻刀，刀具长度为（wéi）250mm镶（xiāng）齿硬质合金刀。

 背吃刀量（liàng）：0.1mm

 进给速度：Vf＝1800mm。

 切削（xuē）速度：n＝3000mm/min，采（cǎi）用顺铣的（de）加工方法。

 程序开头加G64连续加工指令，顺利完成加工生产任务（wù），并保证较好的加工光洁度，得到用户（hù）的肯定。

 第三，在VMC1250型号机床在685钢板调质硬（yìng）度在460HBW，厚（hòu）度8mm的钢板上钻（zuàn）672个Φ10的阵列通孔，考虑加工成本核算和加工效率。

 方案1：刀具（jù）选择：Φ10mm优质高速钢钻头，每支46元。

 背吃刀量：一次钻通。

 进给速度：Vf＝10mm/min。

 切削速度：n＝180r/min。

 钻（zuàn）头在刃磨较好的情况下，一次（cì）最多钻20多个孔。方案2：刀具选择：Φ10mm硬质合金钻头，每支（zhī）360元。

 背吃（chī）刀量：一次钻通。

 进给速度：Vf＝30mm/min。

 切削速度：n＝600r/min。

 钻头一次最多钻500左右个孔。

 方案3：刀（dāo）具选择：Φ10mm硬质合（hé）金涂层钻（zuàn）头，每支630元。

 背吃刀量（liàng）：一次（cì）钻通。

 进（jìn）给速度：Vf＝90mm/min。

 切削速度：n＝1200r/min。

 钻头一次最多钻约2000个孔。这也充（chōng）分（fèn）地（dì）说明，使用价格高的好刀具，不一（yī）定就提（tí）高加工成本，效（xiào）率（lǜ）的提高和数量的增加，恰恰是效益的增加。

 5、结语

 随着数控加工中心机床的发展，加工工艺要求的不断提高，数控加工（gōng）的方法也更加多样化（huà），从简（jiǎn）单的手工编程到复杂的曲面软件编程，同时对（duì）切削（xuē）刀具的要求也更加精确、多样。在某（mǒu）些加工环节，实现了加工工艺的要求就是任务完成，而有些加工生产任务，是讲质量、讲效益、讲效率的。只有合理地选择切削刀具（jù）和切削用量，才能保证任务的顺（shùn）利完成，同时也使效益最大化。