沈陽第一機床廠 李欣 楊祥東

隨著數(shù)控機床行業(yè)的快速發(fā)展，金屬切削加工的條件復(fù)雜多變，所需刀具的種類繁多。在刀具選取過程中，我們需要根據(jù)加工設(shè)備、加工種類、工件材料、工件結(jié)構(gòu)、加工精度、工藝要求等方面來確定刀具種類、材料、幾何角度等一系列刀具參數(shù)。此外，在實際加工過程中，也要根據(jù)機床、工件、切削液等加工情況綜合考慮背吃刀量、切削速度和進給量等切削參數(shù)。

一、刀具材料的選擇

刀具材料的切削性能關(guān)系到刀具的耐用度和生產(chǎn)效率。如刀具材料的紅硬性越高，則刀具耐用度就越大。但是在沖擊切削、重型切削和難加工材料的切削時，影響刀具耐用度的主要因素為沖擊韌性和抗彎強度。除此之外，刀具材料的工藝性還影響著刀具本身的制造和刃磨質(zhì)量，合理的選擇刀具材料，既可以保證產(chǎn)品質(zhì)量又可以降低刀具成本。一般應(yīng)采用如下原則[1]。

（1）普通材料工件加工時，一般選用普通高速鋼和硬質(zhì)合金；加工難加工材料時可選用高性能和新型材料牌號。只有在加工高硬度材料或精密加工中常規(guī)刀具材料不能滿足加工精度要求時，才考慮用CBN（立方氮化硼）和PCD（聚晶金剛石）刀片。

（2）任何刀具材料在強度、韌性和硬度、耐磨性之間總是難以完全兼顧的，在選取刀具材料牌號時，可根據(jù)工件材料切削加工性和加工條件，通常先考慮耐磨性，崩刃問題盡可能用刀具合理的幾何參數(shù)解決。如果因刀具材料脆性太大造成崩刃，才考慮降低耐磨性的要求，選用強度和韌性較好的牌號。一般情況下，低速切削時，切削過程不平穩(wěn)，容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，宜選用強度和韌性好的刀具材料牌號；高速切削時，切削溫度對數(shù)控刀具材料的磨損影響最大，應(yīng)選擇耐磨性好的刀具材料牌號。

二、刀具幾何參數(shù)的選擇

刀具幾何角度是刀具幾何參數(shù)的重要組成部分，它直接影響著切削過程中切削力的大小、切削溫度和切削功率，影響刀刃和刀頭的強度、散熱體積，以及切削刃和后刀面的磨損，影響刃形及切削圖形，影響切屑的流出方向和切削刃的鋒利程度，以及切入切出時的平穩(wěn)性。不同切削條件下，最適宜的刀具幾何角度就會不同。

以前角為例，選擇前角時首先應(yīng)保證切削刃鋒利，同時又要兼顧足夠的切削刃強度。在保證加工質(zhì)量的前提下，一般以達到最高的刀具壽命為目的。切削刃強度是否足夠，是個相對的概念，它與被加工材料和刀具材料的力學(xué)物理性能，以及加工條件有著密切的關(guān)系。因此，前角的合理選取有如下原則[2]。

（1）加工塑性材料取較大前角；加工脆性材料取較小前角。

（2）粗加工時取較小的前角甚至負前角，精加工時應(yīng)取較大的前角。

（3）當(dāng)工件材料的強度和硬度低時，可取較大前角；當(dāng)工件材料的強度和硬度高時，可以取較小的前角。

（4）當(dāng)?shù)毒卟牧系目箯潖姸群蜎_擊韌性較低時，取較小的前角；高速鋼刀具的合理前角比硬質(zhì)合金刀具的大，陶瓷刀具的合理前角比硬質(zhì)合金刀具的要小。

（5）工藝系統(tǒng)剛性差和機床功率小時，宜選取較大的前角，以減小切削力和振動。

（6）數(shù)控機床、自動線上用的刀具，為保證刀具工作的穩(wěn)定性，一般選用較小的前角。

本站點VOCs在線檢測儀可檢測56個VOCs物種，包括29種烷烴化合物、10種烯烴化合物、16種芳香烴化合物和乙炔。圖8為春節(jié)期間站點的VOCs小時濃度變化情況及平均物種組成情況。期間TVOC濃度范圍在9.3～61.8ppbv，平均濃度為22.0ppbv。在所有VOCs中，烷烴占比最高為64%，其次為芳香烴(15%)、烯烴(14%)和乙炔(7%)。具體來看，排名前十位的VOCs物種分別為乙烷、丙烷、乙烯、正丁烷、異戊烷、乙炔、甲苯、苯、正戊烷以及丙烯。

三、刀具結(jié)構(gòu)形式的選擇

刀具結(jié)構(gòu)是組成刀具的基本因素之一，與刀具類型相對應(yīng)，刀具的結(jié)構(gòu)形式分為整體式、焊接式、機夾式等。不同的加工方法所對應(yīng)的刀具結(jié)構(gòu)形式是不同的。相同的加工方法，由于加工要求的不同也需選用不同的刀具結(jié)構(gòu)，即使相同的加工方法、相同的加工條件也可以選用不同的刀具結(jié)構(gòu)。刀具結(jié)構(gòu)良好，不僅能滿足一般的加工要求，防止加工過程的振動，降低切削力，還有助于提高刀具耐用度，加快換刀速度，從而提高加工效率。

在數(shù)控加工中一般選用可轉(zhuǎn)位刀具。轉(zhuǎn)位刀具是使用可轉(zhuǎn)位刀片的機夾刀具。機夾可轉(zhuǎn)位刀具是將壓制有合理的幾何參數(shù)、斷屑槽形、裝夾孔和具有數(shù)個切削刃的多邊形刀片，用夾緊元件、刀墊，以機械夾固方法，將刀片夾緊在刀體上。可轉(zhuǎn)位銑刀就是利用可轉(zhuǎn)位刀片組合而制成的各種銑刀。刀片直接夾固在銑刀刀體上，如果在加工中一個切削刃磨鈍后，可直接在機床上轉(zhuǎn)換切削刃或更換刀片，而不必拆卸銑刀刀體。可轉(zhuǎn)位銑刀的尺寸和精度，不會因為更換刀片而變化，刀體可多次使用?？赊D(zhuǎn)位刀具的這一特點對于自動化機床極為重要，因此可以節(jié)約許多輔助時間，并提高加工質(zhì)量，降低刀具費用?？赊D(zhuǎn)位刀具技術(shù)的廣泛使用，是現(xiàn)代化切削加工發(fā)展的方向。

四、刀具切削用量的選擇

切削用量的大小對切削力、切削功率、刀具磨損、加工質(zhì)量和加工成本均有顯著的影響。數(shù)控加工中選擇切削用量時，就是在保證加工質(zhì)量和刀具耐用度的前提下，充分發(fā)揮機床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。

自動換刀數(shù)控機床往往在主軸或刀庫上裝刀所費時間較長，所以選擇切削用量要保證刀具加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于半個工作班。對易損刀具可采用姊妹刀形式，以保證加工的連續(xù)性[3]。

粗、精加工時切削用量的選擇原則如下：

（1）粗加工時切削用量的選擇，首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據(jù)機床動力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進給量；最后根據(jù)刀具耐用度確定最佳的切削速度。

（2）精加工時切削用量的限制，首先根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據(jù)已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，盡可能地選取較高的切削速度。

應(yīng)用以上選用原則，在背吃刀量的選取上，根據(jù)加工余量確定， 粗加工（Ra＝10～80μm） 時， 一次進給量盡可能切除全部余量。在中等功率機床上， 背吃刀量可達8～10mm。半精加工（Ra＝1.25～10μm） 時， 背吃刀量取為0.5～2mm。 精加工（Ra＝0.32～1.25μm） 時，背吃刀量一般取為0.2～0.4mm。

在切削速度的選擇方面，根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量、進給量等，用經(jīng)驗公式計算，也可根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗在機床說明書允許的切削速度范圍內(nèi)查表選取或者參考有關(guān)切削用量手冊選用[4]。

五、刀具切削液的選擇

在金屬切削過程中，合理選擇切削液，可以改善工件與刀具之間的摩擦狀況，降低切削力和切削溫度，減輕刀具磨損，減小工件的熱變形，從而可以提高刀具耐用度，提高加工效率和加工質(zhì)量。其選用原則如下：

（1）粗加工時，加工余量大，所用切削用量大，產(chǎn)生大量的切削熱。采用高速鋼刀具切削時，使用切削液的主要目的是降低切削溫度，減少刀具磨損。硬質(zhì)合金刀具耐熱性好，一般不用切削液，必要時可采用低濃度乳化液或水溶液，但必須連續(xù)、充分地澆注，以免處于高溫狀態(tài)的硬質(zhì)合金刀片產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。

（2）精加工時，要求表面粗糙度值較小，一般選用潤滑性能較好的切削液，如高濃度的乳化液或含極壓添加劑的切削油。

（3）根據(jù)工件材料的性質(zhì)選用切削液。切削塑性材料用切削液，切削鑄鐵、黃銅等脆性材料時，一般不用切削液，以免崩碎切屑黏附在機床的運動部件上。加工高強度鋼、高溫合金等難加工材料時，由于切削加工處于極壓潤滑摩擦狀態(tài)，故應(yīng)選用含極壓添加劑的切削液。切削有色金屬和銅、鋁合金時，為了得到較高的表面質(zhì)量和精度，可采用10%～20%乳化液、煤油或者煤油與礦物油的混合物。但不能用含硫的切削液，因為硫?qū)τ猩饘儆懈g作用。切削鎂合金時，不能有水溶液，以免燃燒。

六、結(jié)束語

在實際生產(chǎn)過程中，運用本文所提出的選用原則，合理選擇數(shù)控加工的刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刀具結(jié)構(gòu)形式、切削用量和切削液，可以充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)點，保證工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

[1]深圳三工數(shù)控工具有限公司.刀具材料選用的基本原則 [EB/OL].(2011-08-04) [2011-08-25].http://foree.cn.gongchang.com/news/382950.html.

[2]吳明友.數(shù)控加工技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3]秦云.數(shù)控車削中切削用量的選擇 [J].科技資訊，2009， （15）： 119.

[4]張在新.淺談數(shù)控機床刀具的分類特點及選擇 [J].硅谷，2009， （13）： 129.