数控铣加工的刀具和切削用量的合理选择

弓灵芝 弓倩

[摘    要]在社会不断发展过程中，科学技术也在不断的提高，扩大了数控加工范围。在现代化制造系统中，数控技术属于制造加工核心技术，具有自动化、高精度与高效率等优势，被人们广泛使用。在实现数控铣加工过程中，对合适刀具选择并且确定切削用量尤为重要，和加工零件质量与数控机床工作安全性能具有密切关系。所以，选择数控铣加工刀具与切削用量，能够使工作质量得到提高，并且提高操作合理性。

[关键词]数控铣加工;刀具;切削用量

[中图分类号]TG547;TG714 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）12–000–03

[Abstract]In the process of the continuous development of society， science and technology are constantly improving， expanding the scope of CNC machining. In the modern manufacturing system， numerical control technology belongs to the core technology of manufacturing， with the advantages of automation， high precision and high efficiency， which is widely used. In the process of NC milling， it is very important to select the right tool and determine the cutting parameters， which is closely related to the quality of parts and the safety performance of NC machine tools. Therefore， the selection of NC milling tools and cutting parameters can improve the work quality and operation rationality.

[Keywords]NC milling; cutting tool; cutting parameter

數控线加工机床性能优良，比如加工零件具有较高的精度和效率，为现代化先进机械制造装备，并且占据了加工工艺主要地位。为了使数控铣正常加工零件，要对数控铣加工刀具合理选择，对切削量精准确定，从而充分发挥数控机床性能[1]。目前，在CAM/CAD不断发展的过程中，编程人员基于人机交互状态选择刀具与切削用量，使加工软件能够自动生成某零件特定的代码。编程相关软件比较多，所以普通加工机床与数控加工机床所选择切削用量与刀具各有不同，在编程过程中要对数控加工自身特点进行考虑。所以，对刀具与切削用量基本原理与方法进行掌握，是编程人员的基本要求[2]。

1 刀具选择

数控铣加工刀具的类别比较多，为了使数控机床高自动化、高速与高效的特点得到满足，使用刀具逐渐朝着模块化、通用化与标准化的方向发展，包括孔加工、铣削加工两种刀具类型，为了使特殊、高效的铣削要求得到满足，还要实现不同用途专用刀具的设计。数控铣刀具具有多种分类方法，根据刀具的具体结构划分，主要包括镶嵌式、特殊型式、整体式等;通过刀具制造的材料划分成高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具与其他材料的刀具等;利用切削工艺使其划分成圆角立铣刀、锥度铣刀、球头刀等。

为了有效保证数控机床的精度，进一步提高数控铣机床生产效率，使刀具材料消耗得到降低，在选择数控机床刀具和材料时，不仅要求能够满足普通机床条件，还要充分考虑数控铣机床刀具的工作材料，比如刀具快速调整和更换、切削端屑性能等，所以对材料与刀具的要求也越来越高[3]。

数控加工过程中选择刀具要求能够满足刚性需求，从而开展实时调整。一般在实现分层式铣削的设置之后，以设置好的编程进行加工。但是如果铣刀的余量比较大，那么要对更大直径刀具进行筛选。要求铣刀具有良好的耐久性，避免防控刀具出现损毁的问题。在对刀具更换过程中，要对原本刀具位置适时的调整。在选择铣刀的过程中，要满足新式数控加工总体需求。在选择加工过程中，要对机床特性、工件材质、切削用量、切削加工流程进行综合判断，优先选择精确且耐久的刀具，从而实时加工调整。具体来说，对于多类型刀具设置以下选择方式。

对于铣削工具实现曲面式零件的制作，在具体加工时使精度加工轮廊满足实际需求，避免工件轮廊与刀刃切割。一般都是利用球头刀实现设置，如果要实现粗加工的设置，可以通过双刃式铣刀实现。在精细式加工时，使用四刃式数控铣刀的设置。铣刀表层具有较大的面积，为了避免粗糙等问题的出现，可以利用盘状镶嵌式刀具使此问题得到解决。假如铣加工平面或者台阶面比较小，一般使用通用式铣刀。针对键槽位置，使用双刃加工铣刀[4]。

在选择孔加工类刀具的过程中，要求：数控式孔加工类并不会实现钻模配置，假如切削条不利，就会降低钻头的刚性，钻孔直径与深度的比为5。在开始钻孔前要确认中心钻的位置，使定位精度的需求得到满足。利用浮动式刀具实现铰孔，前期要对其进行倒角。在后期镗孔时利用镗刀对称性的刀头，使平衡性振动得到降低。导杆设置为短、粗的形态，避免因为切削导致振动的问题出现。

如果是其他的刀具，要对刀具精度进行保证。对耐久且精准的铣刀种类进行选择，避免刀具出现损毁问题。由于刀具表层损坏，切削过程中就会出现问题，使切削速度得到降低。在对刀具更换之后要再次进行调整。铣刀具有良好的可替换性，缩短换刀消耗的时间，避免浪费时间。利用分析数控机床表时，要设置标准式铣加工操作标准。

2 切削用量的确定

数控铣加工过程中切削用量是以加工的方法出现改变而不断变化，在对切削用量进行选择过程中，要充分考虑切削深度、进给量和速度。在一般粗加工时要使加工速度得到提升，从而在短时间内使产量得到提高，所以在此过程中选择较大的切削用量。在精加工的过程中，要对加工精细进行保证，使加工产品质量得到提高，所以要选择小切削用量[5]。

2.1 切削用量选择原则

粗车时要充分考虑零件的生产率，并且对工件加工成本进行全面考虑。精车时要全面考虑生产效率，还要对加工零件质量进行保证。切削用量并不是单一元素，主要包括刀具进给量、切削速度、背面吃刀量等。在对零件切削的过程中，零件品质与刀具寿命、生产成本、效率都和切削用量具有密切关系。所以，选择合适切削用量尤为重要[6]。

2.2 切削速度确定

在不改变转速时铣刀直径比较大，切削速度也就会越快。但是，切削速度快会提高刀具热量，使刀具的磨损加快，另外还会使切削深度加深，放慢切削速度。所以，工作人员要充分考虑不同情况。比如，在材料拐角处降低加工的速度，在拐角处过了之后加快加工速度。在加工曲线类材料的过程中，要充分考虑圆弧半径对加工速度影响，外圆弧切削速度小，内圆弧切削速度大，要求考虑实际情况使工作人员选择切削速度[7]。

2.3 进给量

进给量为数控铣加工过程中尤为重要的参数，选择进给量要以加工对象的精度、刀具、粗糙度要求、工件材料等因素进行确定。数控机床刚度和进给系统性能会对进给量造成直接影响。在实现工件轮廊加工的过程中，在工件拐角位置使进给量得到降低。保证工件质量，提高进给量的生产效率。在使用高速钢刀具与深孔加工的过程中，控制进给量为20～50 mm/min。工件表面精度和粗糙度具有较高要求的时候，要使用低进给量[8]。

2.4 背吃刀量

背吃刀量与侧吃刀量由被加工零件性质、数控车床性能与铣刀质量强度所决定，在数控铣加工过程中，要使铣刀强度得到满足，使背吃刀量和切削余量相同，从而降低铣刀运作的次数，使生产效率得到提高。另外，零件的粗糙程度不同，也会存在不同的背吃刀量。如果刚度允许，那么使工件加工余量和背吃刀量相同，降低走刀次数，提高生产效率。设置工件表面粗糙度为Ra3.2-12.5 μ，在加工过程中主要包括两个步骤，分别为粗铣和半精铣，粗铣后的流半精铣余量0.5～1.0 mm，设置工件表面粗糙度为Ra0.8-3.2 μm，包括半精铣、粗铣、精铣三个步骤开展铣削加工。精铣时端铣背吃刀量设置为0.5～1 mm，半精铣时设置圆周铣侧吃刀量与背吃刀量为1.5～2 mm，圆周铣侧吃刀量为0.3～0.5 mm[9]。

3 确定刀具加工直径

确定刀具直径和轮廊内圆相关，轮廊内圆角半径为50%，铣刀在加工圆角的时候，铣削圆角就会增加，切削过程会经常不稳定，导致刀具震颤，圆角根切，存在刀具切削刃崩碎的问题，导致刀具出现损坏。轮廊内圆角半径小于50%刀具直径，相对轮廊内圆角半径为50%刀具直径的情况，铣削圆角的增加幅度比较小，径向切削与吃刀弧度会降低，从而使振动趋势得到降低，允许更高进给率与切削深度，使生产效率得到提高，但是会产生大量的生产残料。轮廊内角圆半径小于100%刀具直径，使铣削圆角值得到降低。在实际加工过程中利用大直径刀具实现粗加工，利用小直径刀具实现精加工，使铣削圆角值得到降低。

轮廊内圆角最大半徑在粗加工过程中使用25 mm立铣刀，精加工过程中使用小直径，圆角铣刀可编程半径要大于刀具半径，选择刀具半径系数和可编程半径的比为0.85，精加工为25.5 mm。悬臂梁为立铣刀力学模型，不改变其他条件时，在刀杆悬伸程度增加一倍的时候，刀尖刀具变形是原本变形的八倍。所以，在刀具安装的过程中，立铣刀伸出的长度越短越好[10]。

4 结束语

总而言之，在数控铣加工过程中要想使加工质量得到提高，对加工效率进行保证，切削用量与刀具选择尤为重要，要从加工强度与精度两个方面进行考虑，以这两个因素选择自动切削刀具。切削用量在选择过程中要充分考虑进给量、深度与速度，以此合理选择合适的切削刀具，确定切削用量，使机床能够有效、安全地运行。

参考文献

[1] 李志忠.在车加工中刀具和切削用量的合理选择[J].经济技术协作信息，2018（20）：95.

[2] 尚辰.试析如何选择数控铣加工的刀具和切削用量[J].内燃机与配件，2019（3）：215-216.

[3] 李伟，郭涛.试析数控铣削加工刀具选择及进刀方式[J].科教导刊-电子版（中旬），2018（3）：290.

[4] 王晓明，韩江，张魁榜.基于UGNX的数控铣削刀具路径设计与优化[J].宿州学院学报，2018（4）：124-129.

[5] 唐大美，邓俊超.数控铣床薄壁件的加工分析[J].河北农机，2019（4）：62-63.

[6] 范仁杰，周唯靓.刀具优选和数控铣削用量优化[J].西安文理学院学报：自然科学版，2020（3）：48-51.

[7] 韦振玲.机械数控加工过程中刀具的合理使用控制与研究[J].南方农机，2019（1）：196.

[8] Zhang Nanyang. A Simulation Study on the Relationship between Cutting Parameters and Cutting Force in CNC Turning J]. Metallurgical Series ，2018（4）：118，157.

[9] Wang Xiaoming， Han Jiang， Zhang Kui Bang. Path Design and Optimization of CNC Milling Tool Based on UG NX J]. Journal of Suzhou University ，2018，33（4）：119-124.

[10] Cheng Xin. Parametric Analysis [J].] of Tool Radius Compensation System for CNC Milling FANUC 0i System China Equipment Engineering ，2018（2）：112-113.