曲面数控加工刀具选择及切削参数设置的探讨

李英亮 李秀方

摘要：近十几年来由于数控加工设备应用，数控加工技术及加工难度也相应提高，编程人员如何编制合理高效数控程序，如何选择刀具及切削参数设置，是降低生产成本提高生产效率的关键。

关键词：刀具；切削参数；主轴转速；进给速度；吃刀量

0引言

数控加工技术已广泛应用于机械制造业，其中数控铣削是复杂零件的主要加工方法。数控设备为精密复杂零件的加工提供了基本条件，但要达到预期的加工效果，编制高质量的数控程序是必不可少的。这是因为数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括刀具的形状和尺寸、切削用量、走刀路径等工艺信息。对于复杂的曲面零件，往往需要借助于软件编制加工程序，如Pro/E、UG等。编制加工程序时，选择合理的刀具及切削参数，是编制高质量加工程序的前提。

1刀具的选择

在数控铣削加工中，刀具的选择直接影响着零件的加工质量、加工效率和加工成本，因此正确选择刀具有着十分重要的意义。在数控曲面铣削加工中，常用的刀具有平端立铣刀、圆鼻立铣刀、球头刀和锥度铣刀等，在形状复杂的型腔加工时刀具的选择应遵循以下原则：

1.1根据被加工型面形状型面曲率的大小选择刀具类型

对于凹形表面，在半精加工和精加工时，应选择球头刀，以得到好的表面质量，但在粗加工时宜选择平端立铣刀或圆鼻立铣刀，这是因为球头刀切削条件较差；对凸形表面，粗加工时一般选择平端立铣刀或圆鼻立铣刀，但在精加工时宜选择圆鼻立铣刀，这是因为圆角铣刀的几何条件比平端立铣刀好。在精加工时，所用最小刀具的半径应小于或等于被加工零件上的内轮廓圆角半径，尤其是在拐角加工时，应选用半径小于拐角处圆角半径的刀具并以圆弧插补的方式进行加工，这样可以避免采用直线插补而出现过切现象。

1.2根据从大到小的原则选择刀具

复杂零件一般包含有多个类型的曲面，因此在加工时一般不能选择一把刀具完成整个零件的加工。无论是粗加工还是精加工，应尽可能选择大直径的刀具，因为刀具直径越小，加工路径越长，造成加工效率降低，同时刀具的磨损会造成加工质量的明显差异。

1.3粗加工时尽可能选择圆角铣刀

一方面圆鼻铣刀在切削中可以在刀刃与工件接触的0～90°范围内给出比较连续的切削力变化，这不仅对加工质量有利，而且会使刀具寿命大大延长；另一方面，在粗加工时选用圆鼻铣刀，与球头刀相比具有良好的切削条件，与平端立铣刀相比可以留下较为均匀的精加工余量，这对后续加工是十分有利的。

2切削参数的控制

切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。在CAM软件中与切削相关的参数主要有主轴转速、进给速率、刀具切入时的进给速率、步距宽度和切削深度等。/ q； J&

2.1主轴转速

主轴转速一般根据切削速度来计算，其计算公式为：n = 1 0 0 0 V c /πd，式中d为刀具直径（mm），Vc为切削速度（m/min）。切削速度的选择与刀具的耐用度密切相关，当工件材料、刀具材料和结构确定后，切削速度就成为影响刀具耐用度的最主要因素，过低或过高的切削速度都会使刀具耐用度急剧下降。在模具加工，尤其是模具的精加工时，应尽量避免中途换刀，以得到较高的加工质量，因此应结合刀具耐用度认真选择切削速度。

2.2进给速度与刀具切入进给速度

进给速度的选择直接影响着零件的加工精度和表面粗糙度，其计算公式为F=nzf，式中n为主轴转速（r/min），z为铣刀齿数，f为每齿进给量（mm/齿）。每齿进给量的选取取决于工件材料的力学性能、刀具材料和铣刀结构。工件的硬度和强度越高，每齿进给量越小；硬质合金铣刀比同类高速钢铣刀每齿进给量要高；当加工精度和表面粗糙度要求较高时，应选择较低的进给量；刀具切入进给速度应小于切削进给速度。

2.3吃刀量及步距宽度

在曲面数控加工中，由于曲面曲率半径的影响，一定要和平面铣削加工区分开。对方料毛坯进行粗加工多采用分层切削的方法，每层环形走刀或平行走刀，层间螺旋下刀。切削层间下刀的角度取值一般小于15°，深度取刀直径的5-10%为宜，每层的步距根据模具材料不同一般不大于刀具直径的70%。尽量做到"少拉快跑，活好刀好"，即取较小的切削量、较快的进给速度，保证了工件的加工质量和效益，保护了刀具。对于复杂的型腔，可以采用大、小几把刀具分别开粗，把上一道工序加工完的几何体作为下一道工序的毛坯来使用，以提高加工效率和连续进刀率。

3结论

总之，零件数控编程具有很大的灵活性，只有正确理解以上工艺参数，在实践中不断进行总结，才能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的零件。

参考文献

[1] 陈永涛，陈建文，陈建威.精通中文版UG NX6数控编程与加工[M].北京：清华大学出版社，2014.

[2] 赵正文.数控铣床/加工中心加工工艺与编程[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2013.

[3]王琦，郭非，王启义.圆弧样条逼近为机械零件几何轮廓的自动编程[J].机械工程学报，1998（02）.

[4]沈纪桂. 数控加工圆弧拟合的优化方法[J]. 机械工程学报，1997（06）.

[5]孙家昶，郑全琳.曲线的圆弧逼近与双圆弧逼近[J]. 计算数学，1981（02）.

[6]董光昌，梁友栋，何援军.样条曲线拟合与双圆弧逼近[J].应用数学学报，1978（04）.