数控加工工艺的设计方法论

数控加工工艺设计与普通加工工艺设计相似。首先需要选择定位基准；再确定所有加工表面的加工方法和加工方案；然后确定所有工步的加工顺序，合理划分数控加工工序，最后再将需要的其他工序（如普通加工工序、辅助工序、热处理工序等）插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了零件的数控加工工艺路线。

1.加工方法和加工方案的确定

1）加工方法的选择

加工方法的选择原则是首先保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合零件的结构形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均达到精度要求，但箱体上较大的孔一般采用镗削，较小的孔宜选择铰削，箱体上的孔不宜采用磨削。此外，还应考虑生产率和经济性的要求以及现有实际生产情况等。常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册。

表面轮廓可分为平面和曲面两大类，其中平面类中的斜面轮廓又分为有固定斜角的外轮廓面和有变斜角的外轮廓面。工件表面的轮廓不同，选择的数控机床和加工方法等也不同。在选择时应根据零件的尺寸精度、倾斜角的大小、刀具的形状、零件的装夹方法、编程的难易程度等因素，选择一个较合理的加工方案。

此外，还要考虑选择机床的合理性。例如，单纯铣轮廓表面或铣槽的中小型零件，选择数控镗铣床进行加工较好；而大型非圆曲线、曲面的加工或者是不仅需要铣削而且有孔加工的零件宜在加工中心上加工。

2）加工方案的确定

任何一种零件都是由平面、内外圆柱面、内外圆锥面和成形表面等简单几何表面组成的。因此，确定各种零件的加工方案，实际上就是依据零件要求的加工精度、表面粗糙度及零件的结构特点，把每一几何表面的加工方案确定下来，按合理的顺序排列起来，也就确定了零件加工工艺方案。

确定加工方案时，首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定其前面一系列的加工方法，即获得该表面的加工方案。例如，对于箱体上孔径不大的IT7级精度的孔，先确定最终加工方法为精铰，而精铰孔前则通常要经过钻孔、扩孔和粗铰等工序的加工。在确定表面的加工方案时，可查阅有关工艺手册。

2.工序的划分和加工顺序的安排

1）工序的划分

根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：

（1）以一次安装加工作为一道工序。这种方法适合加工内容较少的零件，加工完成后就能达到待检状态。

（2）用一同把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制、机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等，以及程序太长会增加出错率，查错与检索困难。

（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几部分，如内腔、外形、曲面或平面，将每一部分的加工作为一道工序。

（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于粗加工后可能发生变形而需进行校形，故需将粗、精加工分开。

2）加工顺序的安排

加工顺序安排合理与否，将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。在安排数控加工顺序时应遵循以下原则：

（1）工序集中。根据数控加工特点，合理进行工序组合，尽量采用工序集中，即将工件的加工集中到少数工序完成，每道工序的加工内容较多。

（2）基准先行。定位基准面应在工艺过程一开始就进行粗、精加工，然后再加工其余表面。

（3）先粗后精。先安排粗加工，再半精加工和精加工。

（4）先主后次。精度要求较高的主要表面的粗加工一般应安排在次要表面粗加工之前，这样有利于及时发现毛坯的内在缺陷。加工中容易损伤的表面（如螺纹等）应放在加工路线的后面。

（5）先面后孔。对箱体类零件，为提高孔的位置精度，应先加工面，后加工孔。

（6）尽量使工件的装夹次数、工作台转动次数、刀具更换次数及所有空行程时间减至最少，提高加工精度和生产率。例如：对于加工中心，若换刀时间较工作台转位时间长，在不影响加工精度的前提下，可按刀具集中工序，即在一次装夹中，用同一把刀具加工完该刀具能加工的所有部位，再换下一把刀具加工其他部位，这样可以减少换刀次数和时间。若换刀时间远短于工作台转位时间，则应采用相同工位集中加工的原则，即在不转动工作台的情况下尽可能加工完毕所有可以加工的待加工表面，然后再转动工作台去加工其他表面。

（7）为了提高机床的使用效率，在保证加工质量的前提下，可将粗加工和半精加工合为一道工序。

下面通过一个实例来说明这些原则的应用。

如图2-5所示，该零件可以先在普通机床上把底面和四个轮廓面加工好（“基准先行”），其余的顶面、孔及沟槽安排在立式加工中心上完成（工序集中原则），加工中心工序按“先面后孔”“先粗后精”“先主后次”等原则可以划分为如下15个工步：

（1）粗铣顶面。

（2）钻φ32、φ12孔的中心孔。

（3）钻φ32、φ12孔至φ11.5。

（4）扩φ32孔至φ30。

（5）钻3×φ6孔至尺寸。

（6）粗铣φ60沉孔及沟槽。

（7）钻4×M8底孔至φ6.8。

（8）镗φ32孔至φ31.7。

（9）精铣顶面。

（10）铰φ12孔至尺寸。

（11）精镗φ32孔至尺寸。

（12）精铣φ60沉孔及沟槽至尺寸。

（13）φ12孔口倒角。

（14）3×φ6、4×M8孔口倒角。

（15）攻4×M8螺纹。

图2-5　零件简图

此外，数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，因此在安排加工顺序时，还要注意数控加工工序与普通加工、热处理和检验等工序的衔接。如果衔接得不好就容易产生矛盾，最好的解决办法是建立工序间的相互状态联系，在工艺文件中做到互审会签。如是否预留加工余量，留多少；定位基准的要求；零件的热处理等，要做到前后兼顾，统筹衔接。

3.刀具进给路线的确定

刀具进给路线是指数控加工过程中刀具（刀位点）相对于被加工工件的运动轨迹，它不但包括工步内容，还反映了工步顺序。刀位点是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点。如图2-6所示，对于平头立铣刀、面铣刀类刀具，刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点；对球头铣刀，刀位点为球心；对于车刀、镗刀类刀具，刀位点为刀尖；钻头则取为钻尖等。设计好进给路线是编制合理加工程序的条件之一。

图2-6　刀位点

确定进给路线时应注意以下几点：

（1）保证被加工工件的精度和表面质量。

如图2-7所示，在铣削封闭的凹轮廓时，为了保证轮廓加工后的表面粗糙度，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。为保证表面质量，最好选择如图2-7（b）所示的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图2-7（c）也是一种较好的走刀路线，但走刀路线稍长，编程计算工作量大。

图2-7　铣削封闭凹轮廓的走刀路线

如图2-8所示，轮廓曲线允许外延时，刀具的切入或切出应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓的光滑，应避免在工件轮廓面上垂直上下刀而划伤工件表面。

图2-8　刀具切入和切出时的外延

此外，还应尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停，因为切削停顿时，切削力突然变化会改变系统的平衡状态而造成弹性变形，刀具会在进给停顿处的表面留下刀痕。

（2）尽量缩短进给路线，减少刀具的空行程，提高生产率。

如图2-9所示圆周均布孔的加工路线，采用图2-9（a）所示的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔，若改用图2-9（b）所示的走刀路线则可以缩短空行程时间，节省近一半的定位时间。

图2-9　圆周均布孔的加工路线

（3）应使数值计算简单，程序段少，以减少编程工作量。

在实际应用中，往往要根据具体的加工情况灵活应用以上原则选择合适的走刀路线。下面以数控车床上车削圆弧为例作简要分析。

数控车床上加工圆弧时，一般需要多次走刀，先粗车将大部分余量切除，最后精车成形。如图2-10所示，在车圆弧时，先粗车成阶梯形，最后一次走刀精车出圆弧。该方法在确定了每刀背吃刀量αp后，需精确计算出每次走刀的z向终点坐标，即求圆弧与直线的交点。因此，数值计算较繁，但刀具切削加工路线短。如图2-11（a）所示，先按不同半径的同心圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。该方法在确定了每刀背吃刀量αp后，对于90°圆弧的起点和终点坐标很容易确定，数值计算简单，编程方便，一般在圆弧R较小时常采用此方法。而按图2-11（b）所示进行加工时，空行程时间较长。

图2-10　阶梯走刀路线车圆弧

图2-11　同心圆弧走刀路线车圆弧

4.工件的定位与装夹

1）定位基准的选择

定位基准选择正确与否不仅直接影响数控加工零件的加工精度，还会影响到夹具结构的复杂程度和加工效率等。

（1）精基准的选择。

精基准的选择应从保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位置精度来考虑，同时也必须尽量使装夹方便及夹具结构简单可靠。精基准的选择应遵循如下原则：

①“基准重合”原则：即应尽可能选用设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合而引起的误差。

②“基准统一”原则：即在加工工件的多个表面时尽可能使用同一组定位基准作为精基准。这样便于保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并能简化夹具的设计与制造。

③“互为基准”原则：当两个加工表面的相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度要求很高时，可以采用互为基准的原则，反复多次进行加工。

④“自为基准”原则：有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准，而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证。

⑤便于装夹原则：所选精基准应保证定位准确、稳定及装夹方便可靠，夹具结构简单适用，操作方便灵活，有足够大的接触面积，以承受较大的切削力。

（2）粗基准的选择。

粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面之间的相互位置精度，以及加工表面的余量分配。粗基准的选择应遵循的原则是：

①不加工面原则：为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应以与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准。

②加工余量最小原则：以余量最小的表面作为粗基准，以保证各加工表面有足够的加工余量。

③重要表面原则：为保证重要表面的加工余量均匀，则应选择该表面作为粗基准。

④不重复使用原则：粗基准原则上只能使用一次。

⑤大而平原则：选作粗基准的表面应尽量平整光洁，不应有飞边、浇冒口等缺陷。

数控机床加工在选择定位基准时除了遵循以上原则外，还应考虑以下几点：

①应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都加工的定位方式。如对于箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，待工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式。

②如果用一次装夹完成工件上各个表面的加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求更高一些。

2）工件的装夹

在数控加工时，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会因此降低零件加工精度。要正确装夹工件，必须合理地选用数控夹具，才能保证加工出高质量的产品。

（1）工件装夹的基本原则。

数控加工时，工件装夹的基本原则与通用机床相同，都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控加工的生产率，在确定定位与夹紧方案时应注意以下几点：

①力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。

②尽量减少工件的装夹次数和辅助时间，即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面。

③避免采用占机人工调整方案，以充分发挥数控机床的效能。

④夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位。

如图2-12所示，薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。在夹紧薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上。

图2-12　夹紧力作用点与夹紧变形的关系

⑤对于加工中心，工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。如进行单工位单面加工，应将工件向工作台一侧放置；若是四工位四面加工，则应将工件放置在工作台的正中位置。这样可减少刀杆伸出长度，提高其刚度。(www.xing528.com)

（2）选择夹具的基本原则：

数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调工件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：

①在单件小批生产条件下，应优先采用通用夹具，尽量采用组合夹具、可调夹具及其他通用夹具以缩短生产准备时间，提高生产率。

②在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

③采用辅助时间短的夹具，即工件的装卸要迅速、方便、可靠。

④为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高。

⑤夹具上各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构的元件不能影响加工时刀具的进给（避免产生碰撞等）。

⑥便于清扫切屑。

5.确定刀具与工件的相对位置

对于数控机床来说，在加工时，工件可以在机床加工尺寸范围内任意装夹，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标系中的确切位置，因此确定刀具与工件的相对位置是很重要的。对刀点是数控机床上加工零件时，刀具相对零件运动的起始点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为程序起点或起刀点。对刀点通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设在被加工零件上；也可以设置在夹具上，但与零件的工作原点一定尺寸联系的某一位置，如图2-13所示的X1和Y1。对刀点既可以与工件原点（编程原点）重合，也可以不重合，主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点与编程原点重合时，X1＝0，Y1＝0。

图2-13　对刀点的设置

对刀点的选择尽可能选择在零件的设计基准或工艺基准上，以保证零件的精度要求。例如，加工以外圆定位的轴类零件，可以外圆的中心线与相互垂直的端面的交点作为对刀点。对刀点的选择大致原则如下：

（1）所选的对刀点应使程序编制简单。

（2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。

（3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。

（4）对刀点的选择应有利提高加工精度。

在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。所谓对刀，就是使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。对刀是数控机床操作中非常关键的一项工作，对刀的准确程度将直接影响零件加工精度。各类数控机床的对刀方法不完全一样的，要结合各类机床分别而论。

换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀，为了防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具等，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。

6.刀具的选择

刀具的合理选择和使用对于提高数控加工效率、降低生产成本、缩短交货期及加快新产品开发等方面有着十分重要的作用。国外有资料表明，刀具费用一般占制造成本的2.5%～4%，但它却直接影响占制造成本20%的机床费用和38%的人工费用。如果进给速度和切削速度提高15%～20%，则可降低制造成本10%～15%。这说明使用好刀具会增加成本，但效率提高则会使机床费用和人工费用有很大的降低，这正是工业发达国家制造业所采取的加工策略之一。

1）刀具材料及其合理选用

在数控加工中，刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度和表面质量、刀具消耗和加工成本。数控加工中除了使用各种高速钢和普通硬质合金刀具外，还广泛使用各种新型硬质合金（包括金属陶瓷、超细晶粒硬质合金和涂层硬质合金）、陶瓷和超硬刀具材料，其硬度及韧性的关系如图2-14所示。

图2-14　刀具材料的硬度及韧性的关系

（1）高速钢（high speed steel，HSS）：含有钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素，合金元素总量达10%～25%，在国内一般被称为白钢或锋钢。于1906年由Taylor和White发明以来，通过诸多改良至今被大量使用。它在高速切削产生高热的情况下（约600℃）仍能保持较高的硬度，这就是高速钢最主要的特性——红硬性，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧性高。HSS刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢凭借其在强度、韧性、红硬性及工艺性等方面的优良综合性能，在切削某些难加工材料以及在复杂刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀制造中仍占有较大的比重。但经过市场探索，一些高端产品逐步被硬质金工具代替。

（2）硬质合金（cemented carbide）：由WC、WC-TiC、wC-TiC-Ta等硬质碳化物以Co为结合剂烧结而成。硬质合金于1926年由德国Krupp公司发明，其后因添加了TiC、TaC而改善了其耐磨性；1969年又开发了化学气相沉积（CVD）涂层技术，使得涂层硬质合金快速普及；自1974年起，开发了TiC-TiN系金属陶瓷。目前，选择刀具材料时一般遵循“粗加工用涂层硬质合金、精加工用金属陶瓷”的规则。

①金属陶瓷：即TiC（N）基硬质合金，其性能介于陶瓷和硬质合金之间，有接近陶瓷的硬度和耐热性，加工时与钢的摩擦系数小，耐热性好，其抗弯强度和断裂韧性比陶瓷高。金属陶瓷的最大优点在于其材质与被加工材料的亲和性特低，故不易产生粘刀和积屑瘤现象，使加工表面平整光洁，可谓精加工刀具材料的佼佼者。用于精车时，切削速度可比普通硬质合金提高20%～50%。目前，日本的金属陶瓷刀具已经占硬质合金刀具总量的30%～40%。世界上，该类刀具应用范围也呈迅速扩大的趋势。

②超细晶粒硬质合金：这种材料与普通晶粒硬质合金相比的主要特点是：

a.提高了硬质合金的硬度和耐磨性，适合于加工高硬度难加工材料。试验表明，当WC晶粒的平均尺寸由5 μm减小到1 μm时，可使硬质合金的耐磨性提高10倍。

b.提高了抗弯强度和冲击韧度，部分超细晶粒硬质合金的强度已接近高速钢，有很高的切削刃强度，适合于做小尺寸整体式的铣刀、钻头和切断刀等。

c.超细晶粒硬质合金的晶粒极细，可以磨出非常锋利的刀刃和刀尖圆弧半径，适用于精细加工。

③涂层硬质合金：这种材料是在普通硬质合金刀片表面采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）的工艺方法，涂覆一薄层（5～12 μm）高硬度难熔金属化合物（TiC、TiN、Al2O3等），使刀片既保持了普通硬质合金基体的强度和韧性，又使表面有更高的硬度和耐磨性。实验证明，使用涂层刀片的刀具高速切削钢件和铸件时比未涂层刀片的刀具寿命提高2～5倍以上。另外，涂层刀片通用性好，一种涂层刀片可以代替几种未涂层刀片使用，大大简化了刀具管理和降低了刀具成本。

（3）陶瓷材料：陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点都很高的氧化铝（Al203）和氮化硅（Si3N4），为改善其强度、韧性及其他力学性能，细化晶粒，常添加一些氧化物、碳化物以及Ni、Cr、Ti、Co等金属添加剂。这种材料与硬质合金相比的主要特点是：

①有很高的硬度和耐磨，加工钢件时寿命可达硬质合金的10～20倍。

②有很好的高温性能，在1 200 ℃以上的高温下仍进行切削，适合于高速切削，允许的切削速度比硬质合金高3～10倍。

③摩擦系数低，减少了切屑、刀具和工件之间的摩擦，产生黏结和积屑瘤的可能性减小。这样，不但可减小刀具磨损、提高刀具寿命，而且使被加工工件的表面粗糙度值减小，有时可获得以车代磨或以铣代磨的效果。在高速精车和精密铣削时，可获得镜面效果。

④使用的主要原料氧化铝、氧化硅等在地壳中含量非常大，对节省贵重金属具有十分重要的意义。

⑤这种材料的最大缺点是脆性大，抗弯强度和冲击韧度比硬质合金低。

（4）超硬刀具材料：是指比陶瓷材料更硬的刀具材料，包括单晶金刚石、聚晶人造金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）和CVD金刚石等。超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料的刀具，其中以人造金刚石复合片刀具及立方氮化硼刀具占主导地位。许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。金刚石刀具与铁系金属有极强的亲和性，与其他材料的亲和性低，所以在铁系以外的材料加工中，能得到高精度、高光亮的表面。淬火硬度为60～70 HRC的钢等高硬度材料均可采用CBN刀具来进行切削，用CBN刀具加工普通灰铸铁的切削速度可达到500 m/min以上。最新研究表明，用CBN刀具加工普通灰铸铁工件时，当切削速度超过800 m/min时，刀具寿命随着切削速度的增加反而更长，其机理一般认为：在切削的过程中，刃口表面会形成保护膜。因此，CBN将是超高速加工刀具材料的首选。

2）切削刀具用硬质合金分类

对于不同的加工材料和切削条件，应选择适当的刀片材料，以便达到最佳的切削效果。一般在刀具制造商的产品目录中，都会给出根据加工工件材料选择刀片材料的推荐表，有的还要考虑刀片的几何角度等因素。对于硬质合金材料，ISO标准把所有牌号分成用颜色标志的三大类，分别用P、M和K表示。

（1）P类（蓝色）是高合金化的硬质合金牌号。这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属，如碳钢、铸钢等。

（2）M类（黄色）是中合金化的硬质合金牌号。这类合金为通用型，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属及有色金属，如碳钢、铸钢、铸铁、高锰钢等。

（3）K类（红色）是单纯WC的硬质合金牌号。这类合金主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如很硬的铸铁、淬火钢、铜合金、塑料等。

每一种类的各个牌号分别以一个01～50的数字表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用。例如，P01级刀片是属于精加工高速切削刀片，P50级则属于粗加工低速切削刀片。根据使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在P10和P20之间插入P15，K20和K30之间插入K25等，但不能多于一个。

我国将硬质合金分为以下三类：

（1）钨钴类（W-Co）：其代号为YG，相当于ISO标准的K类。它由碳化钨和钴组成，牌号中的数字为钴的质量百分数。常用牌号有YG8、YG6、YC3，它们分别适用于粗加工、半精加工和精加工。该类合金主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。

（2）钨钛钴类（WC-Ti-Co）：其代号为YT，相当于ISO标准的P类，代号后的数字为该牌号合金含TiC的质量百分数，该类合金适用于加工钢材。粗加工宜选用含钴量较多（含TiC较少）的牌号，精加工宜选用含钴量较少（含TiC较多）的牌号。常用牌号有YT5、YT15、YT30，它们分别适用于粗加工、半精加工和精加工。

（3）钨钛钽（铌）钴类［WC-TiC-TaC-（NbC）-Co］：其代号为YW，相当于ISO标准的M类。YW类合金兼有YG类和YT类合金的大部分优良性能，故被称为通用合金。它既可以加工铸铁、有色金属，也可用于加工钢。常用牌号有YW1、YW2。YW1扩展了YT类合金的使用性能，能承受一定的冲击载荷，通用性较好；YW2耐磨性稍次于YW1，但使用强度较高，能承受较大的冲击载荷。

3）数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。

根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，包括刀片采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③特殊形式，如复合式刀具、减振式刀具等。

根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③陶瓷刀具；④其他材料刀具，如金刚石刀具、立方氮化硼刀具等。

从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；②钻削刀具包括钻头、铰刀、丝锥等；③镗削刀具；④铣削刀具等。

为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：

（1）刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小。

（2）互换性好，便于快速换刀。

（3）寿命高，切削性能稳定、可靠。

（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间。

（5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。

（6）系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。

4）可转位刀具的种类和用途

可转位刀具是将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体上的一种刀具。在使用过程中，当一个切削刃磨钝了后，只要将刀片的夹紧松开，转位或更换刀片，使新的切削刃进入工作位置，再经夹紧就可以继续使用。

可转位刀片与焊接式刀具相比有以下特点：刀片成为独立的功能元件，其切削性能得到了扩展和提高；机械夹固式避免了焊接工艺的影响和限制，更利于根据加工对象选择各种材料的刀片，并充分地发挥了其切削性能，从而提高了切削效率；切削刃空间位置相对刀体固定不变，节省了换刀、对刀等所需的辅助时间，提高了机床的利用率。

由于可转位刀具切削效率高，辅助时间少，所以提高了工效，而且可转位刀具的刀体可重复使用，节约了钢材和制造费用，因此其经济性好。可转位刀具的发展极大地促进了刀具技术的进步，同时可转位刀体的专业化、标准化生产又促进了刀体制造工艺的发展。可转位刀具的种类和用途见表2-1。

表2-1　可转位刀具的种类和用途

续表

5）数控加工刀具的选择

应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，刀具寿命和精度高。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面工件周边轮廓的加工，常选用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选普通硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层或高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常选用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此为了保证加工精度，切削行距一般取得很小，故球头刀常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优选用平头刀。另外，刀具寿命和精度与刀具价格关系极大。选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可使整个加工成本大大降低。

在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、扩、镗、铣削等工序用的标准刀具可被迅速、准确地装到机床主轴或刀库中去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

7.切削用量的确定

切削用量包括切削速度、背吃刀量和进给量（或进给速度）。切削用量的合理选择将直接影响加工精度、表面质量、生产率和经济性，其确定原则与普通加工相似。

合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和生产成本，因此，在工艺系统刚度允许的情况下，充分利用机床功率，发挥刀具切削性能，选取较大的背吃刀量αp和进给量f，再选择一个合适的切削速度vc；半精加工和精加工时，应在保证加工质量（即加工精度和表面粗糙度）的前提下，兼顾切削效率、经济性和生产成本，一般应选取较小的背吃刀量αp和进给量f，尽可能选择较高的切削速度vc。具体数据应根据机床使用说明书、切削用量手册，并结合实际经验加以修正确定。

1）主轴转速n（r/min）

主轴转速n主要根据允许的切削速度vc（m/min）来选取。计算公式为

n＝1 000vc/πD

式中　vc——切削速度，m/min；

D——工件或刀具的直径，mm。

在确定主轴转速时，首先需要根据零件和刀具材料以及加工性质（如粗、精加工）等条件来确定其允许的切削速度。

切削速度为切削用量中对切削加工影响最大的因素，它对加工效率、刀具寿命、切削力、表面粗糙度、振动、安全等会产生很大的影响。增大切削速度，可提高切削效率，减小表面粗糙度值，但却使刀具寿命降低。因此，要综合考虑切削条件和要求，选择适当的切削速度。通常以经济切削速度切削工件，经济切削速度是指刀具寿命确定为60～100 min的切削速度。

切削速度可根据刀具产品目录或切削手册，并结合实际经验加以修正确定。需要注意的是，一般刀具目录中提供的切削速度推荐值是按刀具寿命为30 min给出的，假如加工中要使刀具寿命延长到60 min，则切削速度应取推荐值的70%～80%；反之，如果采用高速切削，刀具寿命选15 min，则切削速度可取推荐值的1.2～1.3倍。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金钢30CrNi2MoVA时，Vc可选8 m/min左右；而用同样的铣刀铣削铝合金时，可选200 m/min以上。表2-2列出了铣削时的切削速度，表2-3列出了车削常用金属材料的切削速度，可供参考。

表2-2　铣削加工时的切削速度

表2-3　车削加工时的切削速度

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备注：A——高速钢；B——硬质合金。

主轴转速n要根据计算值在编程中给予规定。数控机床的控制面板上一般备有“主轴转速调整率”旋钮，可在加工过程中对主轴转速进行倍率调整。

2）背吃刀量αp（mm）

背吃刀量αp主要根据机床、夹具、刀具和工件所组成的加工工艺系统的刚性来确定。粗加工时，在系统刚性允许的情况下，应以最少的进给次数切除余量，最好一次切除全部加工余量，以提高生产效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。一般车削和镗削的精加工余量为0.1～0.5 mm，铣削的精加工余量为0.2～0.8 mm。

3）进给量f（mm/r或mm/z）或进给速度vf（m/min）

前面已经指出，如果通过提高切削速度来提高切削效率，将会使刀具寿命降低，从而增加因刀具更换所需的辅助时间。由于受数控机床输出转矩的限制，用增大进给量的方法来提高切削效率更为有效。在刀具许可的范围内，增加进给量将使刀具寿命降低的情况减至最小但增加进给量会对表面粗糙度或切屑处理产生影响。粗加工时，影响进给量选择的主要因素是工艺系统的刚性和高生产率的要求；精加工时，影响进给量选择的主要因素是加工精度和表面粗糙度的要求。因此，粗加工时应选较大的进给量，精加工时应选较小的进给量。在加工过程中也可通过机床控制面板上的“切削进给率”旋钮进行调整，但是最大进给速度要受到设备刚性和进给系统性能等的限制。