如何选择夹具和刀具？确定切削用量的方法？

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：所谓“刀位点”，是指刀具的定位基准点。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其他部件为准。

1.夹具的选择、工件装夹方法的确定

（1）夹具的选择数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度，二是夹具应有可靠的定位基准。

选用夹具时，通常应考虑以下几点：

1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其他通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。

2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。

4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。

（2）车床夹具的类型在车床上用来装夹工件的装置称为车床夹具。车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的同一夹具，例如，车床上的自定心卡盘、单动卡盘、弹簧卡套和通用心轴等，专用夹具是专门为加工某一指定工件的某一工序而设计的夹具。

数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带有可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾座顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。

（3）零件的安装数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，并注意以下两点：

1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。

2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。

2.刀具的选择及对刀点、换刀点的设置

（1）刀具的选择与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高，断屑和排屑性能好；同时要求安装调整方便，以满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。

数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀及成形车刀三类。

1）尖形车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主、副切削刃构成。如内外圆车刀、左右端面车刀、车槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和镗孔车刀。

尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行综合考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。

2）圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。

圆弧形车刀可用于车削内、外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点：一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉；二是该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

3）成形车刀。成形车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。

数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀。

对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数控系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。

（2）对刀点、换刀点的设置工件装夹方式在机床上确定后，通过确定工件原点来确定工件坐标系，加工程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如，某程序开始第一个程序段为的N0010 G90 G00 X100 Z20，是指刀具快速移动到工件坐标（X=100mm，Z=20mm）处。究竟刀具从什么位置开始移动到上述位置的呢？所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点（也称程序起始点或起刀点）。此起始点一般通过对刀来确定，因此该点又称对刀点。

在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置的原则是：

1）便于数值处理和简化程序编制。

2）易于找正并在加工过程中便于检查。

3）引起的加工误差小。

对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。

实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”，是指刀具的定位基准点。车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心，平底立铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点，球头铣刀的刀位点是球头的球心，钻头的刀位点是钻尖等。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”，是指刀架转动换刀时的位置。换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其他部件为准。

3.切削用量的确定

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、进给速度及背吃刀量等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具寿命；充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

（1）主轴转速的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为

n=1000v/πd （4-1）

式中 v——切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；

n——主轴转速，单位为r/min；

d——工件直径或刀具直径，单位为mm。

计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床具有的或较接近的转速。

（2）进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面质量要求及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。

确定进给速度的原则：

1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可选择较高的进给速度，一般在100～200mm/min范围内选取。

2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。

3）当加工精度、表面质量要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。

4）刀具空行程时，特别是远距离回零时，可以选取该机床数控系统设定的最高进给速度。