数控加工刀具的选择及切削用量的确定.docx

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数控加工刀具的选择及切削用量的确定

摘要

在数控机床加工中，数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

现在，如Pro/ENGINEER、UG、Cimatron、MasterCAM等许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。

因此，随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一在数控程序的编制过程中，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。

众所周知，在借助CAM软件进行数控编程的过程中，刀具的选择和切削用量的确定是十分重要，它不仅对被加工零件的质量影响巨大，甚至可以决定着机床功效的发挥和安全生产的顺利进行。

所以无论是手工编程或计算机辅助编程，在编制加工程序时，选择合理的刀具和切削用量，是编制高质量加工程序的前提。

关键词：

刀具；切削用量；数控加工。

目录

摘要2

引言4

1.数控车床刀具的选择及切削用量的确定5

1.1数控车床类刀具知识5

1.1.1刀具材料性能5

1.1.2常用刀具材料6

1.1.3如何选择车床刀具12

1.2数控车床切削用量的选择及其如何确定13

2数控铣加工中的刀具和切削用量合理选择15

2.1刀具的选择15

2.1.1一般应遵循以下原则：

18

2.2数控铣床切削用量的选择18

2.2.1如何选择切削用量18

2.2.2切削用量的选择原则19

3CNC加工中心刀具的选择与切削用量的确定22

3.1数控加工刀具的选择22

3.2数控加工切削用量的确定23

4图样设计（4-1）及程序编程24

结论28

致谢29

参考文献30

引言

刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，不仅影响数控机床的加工效率，而且影响工件加工质量。

随着CAD\CAM软件技术的发展，使得数控加工中直接利用CAD或PRO/E软件设计的数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划、编程的整个过程全在计算机上完成。

例如选择刀具、确定加工路线、设定切削用量等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成CNC程序，并传输至数控机床完成加工。

因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，一般不需要输出专门的工艺文件。

因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。

铣床的出口量下降比较严重，部分产品出口转内销，进一步加剧了国内市场竞争。

而对于产品档次比较高的企业来说，受到的冲击就不是很明显，特别是高精尖的高档机床依旧是供不应求。

这些都在说明，国内机床市场转型已迫在眉睫。

1.数控车床刀具的选择及切削用量的确定

1.1数控车床类刀具知识

由于机床、刀具、夹具、工件等组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的成员。

刀具性能的好坏取决于其材料和结构。

其中，刀具材料起决定作用，它直接影响切削生产率、刀具寿命、加工成本、加工精度和表面质量等高低。

刀具材料包括刀体材料和刀具切削部分材料两部分，但通常刀具材料是指刀具切削部分材料。

1.1.1刀具材料性能

刀具材料性能刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。

因此，在机械加工过程中，不数控车床但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。

切削时，刀具在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切削断续表面时，加工中心刀具还将受到冲击，产生振动。

为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。

刀具材料性能：

刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。

因此，在机械加工过程中，不但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。

大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切削断续表面时，刀具还将受到冲击，产生振动。

为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。

1.硬度和耐磨性：

刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度，一般情况下，要求其常温硬度在60HRC以上。

通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。

耐磨性还取决于材料的化学成分、显微组织。

刀具材料组织中硬质点的硬度越高，数量越多，晶粒越细，分布越均匀，则耐磨性越好。

此外，刀具材料对工件材料的抗黏附能力越强，耐磨性也越好。

2.强度和韧性：

由于切削力、冲击和振动等作用，数控车床刀具材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，以避免刀具材料在切削过程中产生断裂和崩刃。

3.耐热性与化学稳定性：

耐热性是指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。

耐热性越好，则允许的切削速度越高，同时抵抗切削刃塑性变形的能力也越强。

化学稳定性是指刀具材料在高温下不易和工件材料、周围介质发生化学反应的能力。

化学稳定性越好，刀具的磨损越慢。

4.工艺性能：

刀具材料应具备好的制造性能、热处理性能、焊接性能、磨削加工性能等。

5.经济性能：

在具有上述性能的同时，刀具材料尽可能满足资源充足、价格低廉的要求。

6.适应性能：

随着科学的发展，各种高强度、高硬质、耐腐蚀和抗拉工程材料越来越多的被采用，刀具材料应能适应新型难加工材料的需要。

1.1.2常用刀具材料

1.刀体材料

一般刀体军用普通碳钢或合金钢制作。

如焊接车、镗刀的刀柄，钻头、铰刀的刀体常用45钢或40Cr制造。

尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜用合金钢或高速钢整体制成，如螺纹刀具、成型铣刀、拉刀等；尺寸较小的精密刀具（如小镗刀、小铰刀）也可用硬质合金整体制成。

机夹、可转位硬质合金刀具、镶硬质合金钻头、可转位铣刀等可用合金工具钢，如9SiCr或GCr15等制成刀体。

2.切削部分材料

目前刀具材料分四大类：

工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）、硬质合金、陶瓷及超硬刀具材料等。

刀具材料的硬度按照由大到小的顺序为：

金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具、高速钢刀具。

刀具材料的抗弯强度按照由大到小的顺序为：

高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、合金石刀具和立方氮化硼刀具。

各种刀具材料的物理力学性能见以下表格。

下面分别介绍各种刀具材料的组成、性能、使用等

各种刀具材料的物理力学性能

材料种类

相对密度或密度/（g/cm3）

硬度/HRC（HRA）［HV］

抗弯强度σbb/GPa

冲击韧度αk/（MJ/m2）

热导率λ/［W/（m·K）］

耐热性/°C

切削速度大致比值

工具钢

碳素工具钢

7.6～7.8

60～65（81.2～84）

2.16

－

≈41.87

200～250

0.32～0.4

合金工具钢

7.7～7.9

60～65（81.2～84）

2.35

－

≈41.87

300～400

0.48～0.6

高速钢

8.0～8.8

63～70

（83～86.6）

1.96～4.41

0.098～0.588

16.75～25.1

600～700

1～1.2

硬质合金

钨钴类

14.3～15.3

（89～91.5）

1.08～2.16

0.019～0.059

75.4～87.9

800

3.2～4.8

钨钛钴类

9.35～13.2

（89～92.5）

0.882～1.37

0.0029～0.0068

20.9～62.8

900

4～4.8

含有碳化钼、铌类

—

（≈92）

≈1.47

—

—

1000～1100

6～10

碳化钛基类

5.56～6.3

（92～93.3）

0.78～1.08

—

—

1100

6～10

陶瓷

氧化铝陶瓷

3.6～4.7

（91～95）

0.44～0.686

0.0049～0.0117

4.19～20.93

1200

8～12

氧化铝碳化物混合陶瓷

0.71～0.88

1100

6～10

氮化硅陶瓷

3.26

［5000］

0.735～0.83

—

37.68

1300

—

超硬材料

立方氮化硼

3.44～3.49

［800～9000］

≈0.294

—

75.55

1400～1500

—

人造金刚石

3.47～3.56

［10000］

0.21～8

—

146.54

700～800

≈25

3.高速钢

高速钢（HighSpeedSteel，简称HSS）是一种加入较多的钨（W）、锰（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性，切削温度达500～650℃时仍能进行切削，有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性。

其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、数控车床拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。

高速钢刀具在强度、韧性及工艺性等方面具有优良的综合性能，在复杂大局，尤其是制造孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形复杂刀具时，高速钢占据着重要的地位。

由于钨（W）、钴（Co）等主要元素的资源紧缺，高速钢刀具在所有刀具材料的比重逐渐下降，今后高速钢的使用比例还将逐渐减少。

高速钢刀具的发展方向包括：

发展各种少钨（W）的通用型高速钢，扩大使用各种无钴（Co）、少钴（Co）的高性能高速钢，目前，推广使用粉末冶金高速钢（PMHSS）和涂层高速钢。

高速钢的品种繁多：

按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢：

按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

⑴普通高速钢

通用型高速钢约占高速钢总产量的75%～80%。

按钨钼的含量可分为钨系、钨钼系两类。

这类高速钢碳（C）的质量分数为0.7%～0.9%，钨钼钢中钨（W）的质量分数的不同，可分为12%或18%的钨钢、钨（W）的质量分数为6%或8%的钨钼钢、钨（W）的质量分数为2%或不含钨（W）的钼钢。

普通型高速钢具有一定的硬度（63～66HRC）和耐磨性、搞的强度和韧性、良好的塑性和加工工艺性，因此广泛用于制造各种复杂刀具。

①钨钢我国长期使用的通用型高速钢中的钨钢，其典型牌号为W18Cr4V，具有较好的综合性能，在600℃时的高温硬度为48.5HRC，可用于制造各种复杂刀具。

它具有可磨削性好、脱碳敏感性小等优点，但由于碳化物含量较高、分布较不均匀、颗粒较大、强度和韧性不高，特别是热塑性差，不宜做大截面的刀具。

钨钢已很少采用，逐渐淘汰，而由钨钼系高速钢取代。

②钨钼钢钨钼钢是指将钨钢中的一部分钨用钼代替所获得的一种高速钢。

钨钼钢的典型牌号是W6Mo5Cr4V2（简称M2）。

W6Mo5Cr4V2的碳化物颗粒细小均匀，强度、韧性和高温塑性都比W18Cr4V好。

其主要缺点是含钒量稍多，磨削加工性比W18Cr4V差，脱碳敏感性大、淬火温度范围