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發布時間：2020-08-16 11:22
刀具的選擇和切削用量的確定是數控加工工藝中的重要內容，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。CAD/ CAM技術的發展，使得在數控加工中直接利用CAD的設計數據成為可能。特別是微機與數控機床的聯接，使得設計、工藝規劃及編程的整個過程全部在計算機上完成成為可能。
現在，許多CAD/ CAM軟件包括提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規劃的有關問題，比如，刀具選擇、加工路徑、切削用量設定等，編程人員只要設置了有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。因此，數控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數控加工的特點。本文對數控編程中必須面對的刀具選擇和切削用量確定問題進行了分析。
一、數控加工常用刀具的種類及性能
數控加工刀具必須適應數控機床高速、和自動化程度高的特點，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄。刀柄要聯接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數控刀具的分類有多種方法。根據刀具結構可分為：①整體式；②鑲嵌式。根據制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼 刃具；②硬質合金刀具；③金剛石刀具；④陶瓷刃具等。從切削工藝上可分為：①銑削刀具；②鉆削刀具；③鏜削刀具；④車削刀具等。
刀具材料應具備的性能：
（1）高硬度刀具材料的硬度應高于工件的硬度
（2）足夠的韌性承受切削力、振動和沖擊；
（3）高耐磨性耐磨性是材料抵抗磨損的能力；
（4）高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的能力；
（5）良好的工藝性
二、數控加工刀具的選擇
刀具的選擇應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。
選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選鑲硬質合金刀片面銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和梯形銑刀等。在進行曲面加工時，應選用球頭刀具，并且球頭刀具半徑應小于曲面的曲率半徑。由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般取得很密，而平頭刃具在表面加工質量和切削效率方面都優于球頭刀，因此，只要在保證精度的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優先選擇平。
在數控加工中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：①盡量減少刀具數量；②一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規格的刀具；④先面后孔；⑤先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。
三、數控加工切削用量的確定
合理選擇切削用量的原則是，粗加工時，一般以提高生產率為主。半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床性能、切削用量手冊，并結合經驗面定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者相互適應，以形成切削用量。
（1）背吃刀量 在機床，工件和刀具的剛度允許的情況下，應盡可能使背吃刀量等于加工余量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，應留少量精加工余量，一般留0.2 -0.5mm。
（2）切削寬度L一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。數控加工中，一般L的取值范圍為：L= （0.6- 0.9）d。
（3）切削速度切削速度也是提高生產率的一個措施，但切削速度與刀具耐用度的關系比較密切。隨著切削速度的增大，刀具耐用度急劇下降，故切削速度的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關系，例如用立銑刀銑削45鋼時，切削速度可采用26m/ mi左右：而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，切削速度可選129m/ mi以上。
（4）主軸轉速n（r/mi）主軸轉速一般根據切削速度來選定。計算公式為：n= 1000/ d，式中d為刀具直徑（mm）。數控機床的控制面板上一般配有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行倍率調整。
（5）進給速度F進給速度應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。
確定進給速度的原則：
一、當工件的質量要求能夠保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100 - 200mm/ mi范圍內選取。
第二、在刀斷、加工深孔或用高速鋼具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20- 50mm/ mi范圍內選取。
第三、當加工精度、表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20- 5Omm/ min范圍內選取。
在數控加工過程中，進給速度也可通過機床控制面板上的進給倍率修調開關進行人工調整，但是進給速度要受到設備剛度和進給系統性能等的限制。
隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用，數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中，要在人機交互狀態下即時選擇刀具和確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，從而保證零件的加工質量和加工效率，充分發揮數控機床的優點。
刀具涂層技術
刀具涂層技術，為你的運用技術加冕
切削刀具表面涂層技術是近幾十年應市場需求展開起來的材料表面改性技術。選用涂層技術可有用前進切削刀具運用壽數，使刀具獲得尤秀的歸納機械功用，然后大幅度前進機械加工功率。
涂層的效果
1、前進硬質合金的耐磨性功用；
2、前進抗癢化功用；
3、減小抵觸；
4、前進抗金屬疲勞功用；
5、添加抗熱沖擊性。
涂層的特色
1、力學和切削功用好。
涂層刀具將基體材料和涂層材料的尤秀功用結合起來，既堅持了基體出色的耐性和較高的強度，又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低抵觸系數。因而，涂層刀具的切削速度與未涂層的比較，切削速度可前進2~5倍，運用涂層刀具可以獲得明顯的經濟效益。
2、通用性強。
涂層刀具通用性廣，加工規模明顯擴展，一種涂層刀具可以代替數種非涂層刀具運用，因而可以大大減少刀具的種類和庫存量，簡化刀具處理，下降刀具和設備本錢。
涂層的分類
依據涂層方法不同，涂層刀具可分為化學氣相堆積,涂層刀具、物理氣相堆積,涂層刀具及混合工藝及組合技術。CVD涂層原理如圖a所示，PVD涂層原理如圖b所示?；旌瞎に囀堑入x子輔助CVD技術與傳統的PVD技術進行有用的結合。比方先堆積傳統的CrN硬質涂層，再在上面堆積一層用于減少抵觸的DLC涂層。組合技術是涂層前對東西或零部件的表面層進行氮化，可以前進涂層的成效。
CVD涂層，堆積溫度在1 000℃左右，可以涂覆耐磨損性優異的TiCN、耐熱性非常優異的Al2O3厚膜，因而在發生高溫的高速、高功率切削加工中能顯示出長壽數，CVD涂層如圖a所示。
PVD涂層，堆積溫度在500℃左右，一般用在與無涂層硬質合金、高速鋼相同或較高速的切削速度條件下，以延伸刀具壽數為政策。對基體限制少、損害小，因而特別合適用于要求耐磨損性、耐崩刃性的刀具，也適用于要求尖銳刃口的低進給加工與精加工或螺紋加工東西等，PVD涂層如圖b所示。
金剛石涂層選用CVD（化學蒸鍍法）在硬質合金基體上組成。組成的涂層具有與天然金剛石相匹敵的硬度與導熱系數，在非鐵材料的加工中發揮著優異的功用。金剛石涂層刀具因為其出色的切削功用，在切削加工范疇具有寬廣的運用前景，是加工石墨、金屬基復合材料、高硅呂合金及許多其他耐磨蝕材料的志向刀具，目前其主要運用范疇是轎車和航空航天工業。金剛石涂層刀具的安排如下圖所示。
金剛石涂層刀具安排
依據涂層材料的性質，涂層刀具又可分為兩大類，即“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具?！坝病蓖繉拥毒邔で蟮闹饕呤歉叩挠捕群湍湍バ?，其主要長處是硬度高、耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂層?！败洝蓖繉拥毒呤沁x用固體潤滑劑如MoS2、WS2等制備的刀具，“軟”涂層尋求的政策是低抵觸系數，也稱為自潤滑刀具，它與工件材料的抵觸系數很低，只要0.1左右，可減小粘、減輕抵觸、下降切削力和切削溫度。
涂層的結構
經過多年的展開，涂層的結構已經發生了許多改動，有了很大的改進。在涂層技術中，通常有以下五種不同的結構：
1、單層結構
望文生義，這種結構只要一層涂層。當我們在顯微鏡下觀察這種結構時，可以看見一些長柱形涂層結構。這種涂層很簡單涂覆，但也很簡單發生裂紋和破損。想象一下，當一個球擊中一束柱體時，這些柱體就會開始倒下，而裂紋簡單就能貫穿涂層，抵達基體。
2、多層結構
多層結構是由許多不同的單層結構互相堆疊在一起構成的。表面花紋鋼就是歷使上此類結構的一個比如。多層結構涂層可將幾種涂層材料的特性結合在一起，形成耐性與硬度俱佳的表面。
3、納米多層結構
納米多層結構與多層結構本質上相同，但其層厚卻要薄得多：涂層厚度僅為原子級水平。
4、納米復合涂層結構
納米復合涂層選用了與硬質合金刀具相似的技術。這種納米結構將粘結相（例如硬質合金中的鈷）的耐性與納米復合涂層的硬度結合在一起。
5、梯度結構
該結構的涂層功用具有漸變性：涂層中心部分較軟而賦有彈性，而在接近表層時則變得堅固而耐磨。
涂層的選用
為了更好地挑選和展開刀具及零部件的蕞佳成效，需求區分其主要及特定的磨損性和失效機理。磨損、粘附、腐蝕和疲勞都視為磨損機理，而且都取決于實踐的運用。經歷指出，材料的抵觸和磨損都不是材料的原因，而是整個體系的原因。因而，在挑選涂層前就必須剖析整個抵觸體系，包含零部件的技術功用、抗壓力規模以及磨損機理的類型。
硬質合金涂層的運用舉例
1、切削東西：鉆頭、刀片等。
2、耐磨東西，包含各種金屬模具、沖頭、軋輥、切開刀具等
涂層展開前景
其時切削工業依然面臨著各種問題，其間用戶要求越來越高以及要切削的材料特性這兩方面問題尤為杰出。
來歷：《硬質合金刀具涂層的現狀及展開方向》
涂層是處理這些新難題的有用手段，涂層對硬質合金壽數的影響程度遠超過基體本身對壽數的影響程度，涂層技術的展開方向將是：
1、下降涂層工藝溫度
2、增強?；Y合力
3、研發更強韌的涂層材料
4、更加簡單易控的涂層工藝裝備
一、閥門的挑選及設置部位：
（一）給水管道上運用的閥門，一般按下列準則挑選：
1、管徑不大于50mm時，宜選用截止閥，管徑大于50mm時選用閘閥、蝶閥
2、需調理流量、水壓時宜選用調理閥、截止閥
3、要求水流阻力小的部位（如水泵吸水管上），宜選用閘板閥
4、水流需雙向活動的管段上應選用閘閥、蝶閥，不得運用截止閥
5、設備空間小的部位宜選用蝶閥、球閥
6、在常常啟閉的管段上，宜選用截止閥
7、口徑較大的水泵出水管上宜選用多功能閥
（二）給水管道上的下列部位應設置閥門：
1、居住小區給水管道從市政給水管道的引進管段上
2、居住小區室外環狀管網的節點處，應按分隔要求設置。環狀管段過長時，宜設置分段閥門
3、從居住小區給水干管上接出的支管起端或接戶管起端
4、管、水表和各分支立管（立管底部、筆直環形管網立管的上、下端部）
5、環狀管網的分干管、貫通枝狀管網的連接收
6、室內給水管道向住戶、公用衛生間等接出的配水管起端，配水支管上配水點在3個及3個以上時設置
7、水泵的出水管，自灌式水泵的吸水泵
8、水箱的進、出水管、泄水管
9、設備（如加熱器、冷卻塔等）的進水補水管
10、衛生器具（如大、小便器、洗臉盆、淋浴器等）的配水管
11、某些附件，如主動排氣閥、泄壓閥、水錘消除器、壓力表、灑水栓等前、減壓閥與倒流避免器的前后等
12、給水管網的蕞低處宜設置泄水閥
（三）止回閥一般應按其設備部位、閥前水壓、封閉后的密閉功能要求和封閉時引發的水錘大小等因素來挑選
1、閥前水壓小時，宜選用旋啟式、球式和梭式止回閥
2、封閉后的密閉功能要求緊密時，宜選用有封閉彈簧的止回閥
3、要求削弱封閉水錘時，宜選用速閉消聲止回閥或有阻尼設備的緩閉止回閥
4、止回閥的閥掰或閥芯，應能在重力或彈簧力作用下自行封閉
（四）給水管道的下列管段上應設置止回閥：
引進管上；密閉的水加熱器或用水設備的進水管上；水泵出水管上；進出水管合用一條管道的水箱、水塔、高地水池的出水管段上。
注：裝有管道倒流避免器的管段，不需在裝止回閥。
(五)給水管道的下列部位應設置排氣設備：
1、間歇性運用的給水管網，其管網末端和蕞高點應設置主動排氣閥
2、給水管網有顯著崎嶇積累空氣的管段，已在該段的峰點設主動排氣閥或手動閥門排氣
3、氣壓給水設備，當選用主動卜氣式氣壓水罐時，其配水管網的蕞高點應設主動排氣閥
二、各種閥門的優缺陷：
1、閘閥：閘閥是指封閉件（閘板）沿通道軸線的筆直方向移動的閥門，在管路上首要作為堵截介質用，即全開或全關運用。一般，閘閥不可作為調理流量運用。它能夠適用低溫壓也能夠適用于高溫高壓，并可依據閥門的不同原料。但閘閥一般不用于運送泥漿等介質的管路中
優點：
①流體阻力??；
②啟、閉所需力矩較??；
③能夠運用在介質向兩方向活動的環網管路上，也就是說介質的流向不受約束；
④全開時，密封面受作業介質的沖蝕比截止閥??；
⑤形體結構比較簡單，制作工藝性較好；
⑥結構長度比較短。
缺陷：
①外形尺寸和敞開高度較大，所需設備的空間亦較大；
②在啟閉過程中，密封面人相對沖突，摩損較大，乃至要在高溫時容易引起擦傷現象；
③一般閘閥都有兩個密封面，給給加工、研磨和維修增加了一些困難；
④啟閉時刻長。
2、蝶閥：蝶閥是用圓盤式啟閉件往復回轉90°左右來敞開、封閉和調理流體通道的一種閥門。
①結構簡單，體積小，重量輕，耗材省，別用于大口徑閥門中；
②啟閉敏捷，流阻小；
③可用于帶懸浮固體顆粒的介質，依據密封面的強度也可用于粉狀和顆粒狀介質?？蛇m用于通風除塵管路的雙向啟閉及調理，廣泛用于冶金、輕工、電力、石油化工體系的煤氣管道及水道等。
①流量調理規模不大，當敞開達30%時，流量就將進95%以上；
②因為蝶閥的結構和密封資料的約束，不宜用于高溫、高壓的管路體系中。一般作業溫度在300℃以下，PN40以下；
③密封功能相對于球閥、截止閥較差，故用于密封要求不是很高的當地。
3、球閥：是由旋塞閥演化而來，它的啟閉件是一個球體，利用球體繞閥桿的軸線旋轉90°完成敞開和封閉的意圖。球閥在管道上首要用于堵截、分配和改動介質活動方向，規劃成V形開口的球閥還具有良好的流量調理功能。
①具有蕞低的流阻（實踐為0）；
②因在作業時不會卡住（在無潤滑劑時），故能牢靠地應用于腐蝕性介質和低沸點液體中；
③在較大的壓力和溫度規模內，能完成完全密封；
④可完成快速啟閉，某些結構的啟閉時刻僅為0.05~0.1s，以確保能用于試驗臺的主動化體系中?？焖賳㈤]閥門時，操作無沖擊；
⑤球形封閉件能在邊界方位上主動定位；
降低本錢！數控刀具的重磨與再涂層技能
硬質合金和高速剛刀具的重磨和再涂層是現在常見的工藝。雖然刀具重磨或再涂層的價格僅為新刀具制作本錢的一小部分，但卻能延伸刀具壽數。重磨工藝是特別刀具或價格昂貴刀具的典型處理辦法。可進行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。
刀具的重磨
在鉆頭或銑刀的重磨過程中，需要磨削切削刃以除掉原涂層，因而所用砂輪有必要具有足夠的 硬度。重磨對切削刃的預處理是十分要害的，不僅要保證刀具重磨后原始切削刃的幾何形狀 能被完全準確地保留，并且要求重磨對PVD涂層刀具有必要是“安全”的。因而，有必要防止不合理的磨削工藝（例如：高溫導致刀具表層受損的粗磨或干磨）。
涂層之前，可用化學辦法去除原有的悉數涂層。化學去除法常用于復雜刀具（如滾刀、拉刀），或屢次復涂的刀具以及因涂層厚度而發生問題的刀具?；瘜W去除涂層的辦法通常僅限于高速剛刀具，由于該辦法會危害硬質合金基體：選用化學去除涂層法將從硬質合金 基體上濾除鈷，導致基體外表疏松、發生氣孔以至難以進行再涂層。
“化學去除法手選用于高速鋼硬涂層的腐蝕去除”巴爾查斯涂層公司的技能主管Dennis Quinto先生指出。“由于硬質合金基體中含有與涂層中類似的化學成分，因而化學去除溶劑更簡單危害硬質合金基體而不是高速鋼基體”。
“刀具在涂層去除溶液中逗留的時間是至關重要的”金星涂層公司的副總裁Bill
Langendor fer先生指出。“把刀具留在溶液中的時間越長，對刀具的腐蝕就越嚴重。雖然對高速鋼而言，腐蝕率要低得多，但當刀具上的原涂層被去除后仍應立即將刀具取出并進行清洗”。
此外，還有一些適用于去除PVD涂層的具有專利的化學辦法。在這些化學辦法中涂層去除溶液與硬質合金基體僅有微小的化學反應，但現在這些辦法沒有廣泛運用。別的，還有其它清洗涂
層的辦法，如激光加工、研磨噴砂等。化學去除法是常用的辦法，由于它能夠提供良好的 外表涂層去除一致性。
現在典型的再涂層工藝是通過重磨工藝去除刀具原有涂層。
再涂層的經濟性
常見的刀具涂層有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂層也有運用，但不太遍及。PVD金剛石涂層刀具也能夠進行重磨和再涂層。在再涂層過程中，刀具應被“維護”以防止臨界外表的損傷。
常常有這種狀況：用戶購買了未涂層的刀具后，在刀具需要重磨時再進行涂層，或在新刀具或重磨后的刀具上進行不同的涂層。
Bill Langendorfer先生說：“在許多狀況下，我們去除刀具上的TiN涂層，從頭涂上TiAlN 涂層。由于用戶期望進步刀具的生產功率，而TiAlN涂層東西比TiN涂層東西切削速度更高、也更耐高溫。用戶常常期望能夠從刀具制作商那里取得功能更好的新的涂層刀具，因而‘刀具制作商可能不得不從頭開發一種帶有TiAlN涂層的新刀具’。但與從頭開發這種新刀具相比，從舊刀具上去除TiN涂層并涂上TiAlN涂層所花的時間要短得多?！?
再涂層的約束像一把刀具能夠屢次重磨一樣，刀具的切削刃也能夠進行屢次涂層。而“在已經重磨過的刀具外表取得粘著功能良好的涂層是進步刀具功能的要害。”IonBond LLC公司國內出售總監Rob Bokram先生指出。
除切削刃以外，在刀具每次修磨時，刀具外表的其余部分或許并不需要去除涂層或再涂層，這取決于刀具的類型以及加工中所運用的切削參數。滾刀和拉刀是進行再涂層時需去除一切原涂層的刀具，否則刀具功能將會降低。在應力導致的粘附問題變得杰出之前，刀具可進行少數幾次再涂層而不需除掉舊涂層 。雖然PVD涂層具有有利于金屬切削的剩余壓應力，但這種壓力會隨涂層厚度的增加而增大，并且在超越某個固定的限值后涂層將開端出現分層現象。在未去除舊涂層而進行再涂層時，刀具的外徑上就增加了一個厚度。關于鉆頭而言，就意味著所鉆的孔徑在變大。因而有必要考慮涂層附加的厚度對刀具外徑的影響，同時還要考慮這二者對被加工孔徑尺度公役的影響。
一個鉆頭可在不去除舊涂層的狀況下再涂層5～10次 ，但在此之后將面對嚴重的差錯問題。Spec東西公司副總裁Dennis Klein則認為：在±1μm 的差錯范圍內，涂層厚度不會成為問題；但當差錯在0.5～0.1μm范圍內時，有必要考慮涂層厚度帶來的影響。只需涂層厚度不成為問題，那么再涂層、重磨的刀具完全可能比原來的功能更好。
