Автоматизация выбора режущего инструмента для станков с ЧПУ

Аверченков В.И., Аверченков А.В.,  
Терехов М.В., Кукло Е.Ю. 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫБОРА  
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 
ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ 

Монография 

4-е издание, стереотипное

Москва 
Издательство «ФЛИНТА» 
2021

УДК 67.05
ББК  34.5-5-05 
        А19 

Р е ц е н з е н т ы: 

кафедра «Технология машиностроения»  
Белгородского государственного технологического университета, 
д-р техн. наук, проф. В.П. Федоров 

           Аверченков В.И. 
А19       Автоматизация выбора режущего инструмента для станков с ЧПУ : 
монография / В.И. Аверченков, А.В. Аверченков, М.В. Терехов, Е.Ю. 
Кукло. – 4-е изд., стер. – Москва : ФЛИНТА, 2021. – 149 с. – ISBN 
978-5-9765-1250-4. – Текст : электронный.

Рассматриваются 
прогрессивный 
режущий 
инструмент, 
применяемый 
для 
механической 
обработки, 
основные 
средства 
автоматизации выбора инструмента для обработки и расчета режимов 
резания.  
Монография 
предназначена 
для 
руководителей 
предприятий, преподавателей, аспирантов и студентов технических 
университетов, а также может быть полезна инженерно-техническим 
работникам, занимающимся повышением квалификации. 
Монография издана на основе исследований по гранту 
президента Российской Федерации для государственной поддержки 
молодых российских ученых МК-417.2010.8. 

УДК 67.05
ББК  34.5-5-05  

ISBN 978-5-9765-1250-4 
© Аверченков В.И., 2016 
© Издательство «ФЛИНТА», 2016 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................. 5

1.
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ.. 6

1.1. 
Режущий инструмент для точения .......................................................... 11

1.1.1.
Сменные режущие пластины............................................................. 16

1.1.2.
Формы сменных режущих пластин................................................... 17

1.1.3.
Виды геометрий сменных режущих пластин................................... 19

1.1.4.
Системы крепления сменных режущих пластин............................. 21

1.1.5.
Материалы режущей части современного инструмента на примере 
материалов фирмы «Sandvik».......................................................................... 22

1.2. 
Режущий инструмент для фрезерной обработки ................................... 27

1.3. 
Режущий инструмент для сверлильной обработки ............................... 31

1.4. 
Процедуры выбора режущего инструмента для станков с ЧПУ.......... 36

1.4.1. 
Процедура выбора режущего  инструмента для токарной 
обработки ........................................................................................................... 36

1.4.2. 
Процедура выбора режущего  инструмента для обработки 
поверхностей фрезерованием. ......................................................................... 45

1.4.3. 
Процедура выбора режущего инструмента для обработки 
отверстий............................................................................................................ 49

1.5. 
Режимы обработки на станках с ЧПУ..................................................... 53

1.6. 
Применяемые методики подбора режущего инструмента на 
промышленных предприятиях............................................................................. 54

2.
СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ПО ПОДБОРУ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И РАСЧЕТУ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ............... 56

2.1.
Программный комплекс Sandvik CoroGuide........................................... 56

2.2.
Программный комплекс Secocut.............................................................. 59

2.3.
Программный комплекс Iscar Electronic Catalog.................................... 62

2.4.
Программный комплекс Omega Production ............................................ 66

2.5.
Программный комплекс KONCUT.......................................................... 68

2.6.
Система расчета режимов резания САПР ТП «Вертикаль» фирмы 
«АСКОН»............................................................................................................... 71

2.7.
Общие особенности программных комплексов по подбору режущего 
инструмента и расчета режимов резания............................................................ 73

3.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕДУР ВЫБОРА
ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ............................................ 74

3.1. 
Представление информации о режущем инструменте для токарной 
обработки ............................................................................................................... 75 

3.2. 
Определение формы режущей пластины................................................ 80 

3.3. 
Выбор типа державки................................................................................ 86 

3.4. 
Выбор заднего угла пластины.................................................................. 90 

3.5. 
Выбор радиуса при вершине.................................................................... 93 

4. 
СИСТЕМА A-CUT ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ВЫБОРА РЕЖУЩЕГО  
ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ И РАСЧЕТА РЕЖИМОВ 
РЕЗАНИЯ................................................................................................................... 96 

4.1. 
Структура и возможности системы A-Cut.............................................. 96 

4.2. 
База данных инструмента и режимов резания системы A-Cut............. 99 

4.3. 
Настройка системы A-Cut....................................................................... 107 

4.4. 
Процедура  подбора инструмента и режимов резания в системе A-Cut
 
…………………………………………………………………………...122 

4.4.1. 
Подбор инструмента и режимов резания по чертежу в формате 
IGES…… .......................................................................................................... 122 

4.4.2. 
Подбор инструмента и режимов резания по модели детали, 
созданной в Pro/E ............................................................................................ 129 

4.5. 
Возможности развития системы A-Cut................................................. 134 

4.6. 
Требования к аппаратному и  программному обеспечению, 
предъявляемые системой A-Cut......................................................................... 134 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 136 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................... 137 

Приложение А ......................................................................................................... 144 

Приложение Б.......................................................................................................... 148 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Конструкции современных режущих инструментов одного на
значения различаются способами установки и крепления режущих 
элементов – пластин, т.е. структурной компоновкой и параметрами – 
размерами пластин, корпусных элементов или элементов крепежа. 
Количество возможных вариантов в ряде случаев исчисляется тысячами. Выбор подходящей конструкции инженером является регулярной технической задачей и осуществляется в основном на основании 
необъективных рекламных материалов, личного или коллективного 
производственного опыта. Наибольшие проблемы в подборе оптимального инструмента могут испытывать малые машиностроительные предприятия в связи с отсутствием коллективного опыта. 

Производителями режущего инструмента разработаны базы 

данных и экспертные системы выбора инструмента. Однако все они 
созданы для конкретных производственных условий, с применением 
различных подходов и достаточно сложны в их использовании. Такие 
системы не позволяют сравнить между собой однотипные конструкции различных производителей или конструкции, укомплектованные 
из сборочных элементов различных производителей, а также изменить критерии выбора оптимальных вариантов конструкций инструментов. 

Таким образом, задача подбора оптимального режущего инст
румента для обработки изделий на многофункциональном технологическом оборудовании с ЧПУ является актуальной задачей, требующей решения. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. 
РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ 
НА СТАНКАХ С ЧПУ 

Режущий инструмент является составной частью комплексной 

автоматизированной системы станка с ЧПУ. Тщательному выбору и 
подготовке инструмента для станков с ЧПУ должно уделяться особое 
внимание. Это связано с высокой стоимостью этого оборудования и 
необходимостью достижения максимальной производительности и 
более высокой точности обработки. Для обеспечения автоматического цикла работы станков требуется более высокая степень надежности работы инструмента. 

Современное металлорежущие оборудование обеспечивает тре
буемую экономическую эффективность при условии использования 
прогрессивного инструмента. 

Режущий инструмент для станков с ЧПУ должен удовлетворять 

следующим требованиям [1]: 
• оснащенность сменными пластинами из режущих материалов 
современных марок; 
• применение унифицированных вставок и насадок для создания 
переналаживаемого комбинированного инструмента; 
• универсальность применения для типовых обрабатываемых поверхностей различных деталей на разных моделях станков; 
• надежность и длительный срок службы; 
• обеспечение высоких и стабильных режущих характеристик; 
• удовлетворительное формирование и отвод стружки; 
• обеспечение заданных условий по точности обработки; 
• универсальность применения для типовых обрабатываемых поверхностей различных деталей на разных моделях станков; 
• быстросменность при переналадке на другую обрабатываемую 
деталь или замене затупившегося инструмента; 
• удобство обслуживания и эксплуатации. 

Этими характеристиками вполне обладает инструмент, предла
гаемый российскими фирмами «ИНТЕХНО-ИЗТО, «СКИФ-М», 
«Томский инструмент», "Георгиевский инструментальный завод», а 
также представительствами таких известных фирм, как Sandvik 
Coromani. Mitsubishi Carbide, KENNAMETAL, ISCAR, Walter, Seco 
Tools и ряд других. 

Следует учесть, что эффективное применение станков с ЧПУ 

может быть достигнуто лишь при использовании режущего инструмента, отвечающего повышенным требованиям по стойкости и надежности, жесткости и другим показателям. В противном случае 
нельзя обеспечить стабильности размеров и высокого качества работы по установленной программе. Если, например, резец будет быстро 
изнашиваться и его понадобится часто подналаживать, эффект автоматизации, связанный с применением программного управления, значительно снизится, а то и вовсе будет сведен к нулю. Также, если развертка не обладает достаточной жесткостью, обеспечить высокую 
точность позиционирования при использовании развертки невозможно.  

Высокие качества инструмента для работы на станках с ЧПУ за
кладываются начиная с разработки его конструкции. 

При создании резцов для станков с ЧПУ были определены сле
дующие условия: 

– использовать наиболее рациональные формы пластин, обеспе
чивающих универсальность инструмента (возможность обработки 
одним резцом максимального числа поверхностей деталей); 

– резцы должны иметь одни и те же основные координаты для 

удобства программирования технологических операций независимо 
от углов в плане; 

– инструмент должен иметь повышенную геометрическую точ
ность по сравнению с инструментом для обычных станков; 

– необходимо обеспечить рациональное формообразование и 

отвод стружки (канавки, стружколомающие уступы и т. п.) в процессе резания; 

– должно быть высокое качество доводки режущих кромок; 
– режущая часть резца должна иметь повышенную жесткость и 

прочность, износостойкость и размерную долговечность. 

Подобные технические требования предъявляются и к другим 

режущим инструментам, предназначенным для работы на станках с 
ЧПУ. 

Так, торцовые насадные фрезы со вставными ножами, оснащен
ными пластинками из твердого сплава, должны в отличие от стандартных обладать: 

– более высокой точностью поверхностей посадочного отвер
стия и опорного торца; биение режущих кромок не должно превы

шать 0,03 мм для двух смежных зубьев и 0,06 мм для двух противоположных зубьев (по стандарту соответственно 0,04 и 0,08 мм); 

– разность расстояний любой точки режущих кромок от опор
ной торцевой поверхности должна быть не более 0,04 мм (вместо 0,05 
мм) и т. д. 

На станках с ЧПУ наибольшее распространение получил сбор
ный инструмент со сменными многогранными пластинами (СМП). 
Широкое применение СМП обусловлено следующими факторами: 

– обеспечивает значительную экономию дефицитных режущих 

материалов; 

– существенно сокращается время подналадки инструмента 

(СМП могут быть замены без снятия корпуса инструмента из револьверной головки, в ряде случаев не требуется после замены СМП привязка инструмента); 

– возможность быстрого подбора режимов резания путем заме
ны пластин; 

– стабильное получение одинаковой величины шероховатости 

при прочих равных условиях; 

– надежное дробление стружки; 
– исключается необходимость в заточке инструмента. 
В сборном режущем инструменте от правильного выбора спосо
ба крепления пластин в значительной степени зависят его надежность, долговечность и стойкость. 

Крепление должно обеспечивать: 
– надежность (не допускать микросмещений пластины в процес
се резания);  

– плотный контакт опорной поверхности пластины с опорной 

поверхностью паза в державке;  

– точность позиционирования и взаимозаменяемость режущих 

кромок при повороте и смене пластин;  

– стабильность геометрии; 
– дробление, завивание и надежный отвод стружки; 
– минимальное время для смены лезвий.  
Крепление должно быть компактным и технологичным. 
Конструкции креплений зависят от конструкций самих СМП и  

от вида инструмента, величины и направления нагрузки на пластину 
в процессе резания, от условий размещения элементов крепления и 
других факторов. 

В качестве режущего материала для инструмента станков с ЧПУ 

используют твердые сплавы, керамику, сверхтвердые синтетические 
материалы и быстрорежущие стали. 

Твердые сплавы подразделяют на четыре группы: вольфрамо
вые, танталовольфрамовые, титанотанталовольфрамовые и безвольфрамовые. Они различаются по химическому составу, физикомеханическим и эксплуатационным свойствам [36]. 

По классификации ISO твердые сплавы независимо от химиче
ского состава подразделяются, в зависимости от их пригодности для 
обработки определенных материалов, на три группы. Каждая группа 
обозначается буквой и цветом (синим, желтым или красным) и разделена на подгруппы, характеризующие конкретное назначение твердых сплавов: Р (синий) - сплавы для обработки углеродистой, легированной, высоколегированной и инструментальной сталей; М (желтый) – сплавы для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей, 
титановых сплавов; К (красный) – сплавы для обработки чугунов, 
цветных металлов, закаленной стали, пластмасс и древесины. 

Основным направлением повышения работоспособности твер
дых сплавов является нанесение на поверхность инструмента износостойких покрытий, повышающих его стойкость в 3–4 раза. В качестве 
покрытий применяют в основном карбид титана и нитрид титана. 

За последние два-три года расширилось применение покрытий 

инструмента из быстрорежущей стали нитридом титана с целью повышения стойкости. 

Поскольку различие в стойкости покрытого и непокрытого ин
струментов возрастает с повышением скорости резания, следует работать на более высоких скоростях резания для повышения производительности труда и увеличения суммарного числа деталей, обработанных одним инструментом. 

Конструктивное отличие сверл для станков с ЧПУ от обычных 

заключается в уменьшении размеров по длине их рабочей части (l <= 
4 D), более жестких допусках на нецилиндричность сердцевины и 
осевое биение режущих кромок, радиальное биение по ленточкам и 
другим геометрическим параметрам. Не допускается наличия обратного конуса на цилиндрических хвостовиках. 

Для обработки сравнительно больших отверстий (диаметром 

25—80 мм) в чугунных и стальных деталях рекомендуются перовые 

сверла, отличающиеся повышенной (по сравнению со спиральными 
сверлами) жесткостью и прочностью конструкции. 

Развертки, применяемые на станках с ЧПУ, должны быть тща
тельно доведены. Для отверстий 3-го класса точности рекомендуются 
регулируемые твердосплавные, а для отверстий 1—2-го классов точности твердосплавные однолезвийные нерегулируемые развертки. 

Для получистового и чистового растачивания на станках с ЧПУ, 

включая многооперационные станки, целесообразно применять расточные головки (оправки) с точной (микрометрической) регулировкой вылета резца. 

При подрезке торцов и обработке ступенчатых отверстий при
меняют оправки с пластинчатыми двусторонними резцами, которые 
могут обеспечить перпендикулярность до 0,01 мм. 

В качестве вспомогательного инструмента, предназначенного 

для крепления режущего инструмента, применяемого на станках с 
ЧПУ, используются: 

– точные оправки к насадным торцевым фрезам; 
– прецизионные цанговые патроны для крепления инструмента с 

цилиндрическими хвостовиками; 

– переходные втулки для инструмента с конусным хвостовиком 

или специальные переходные державки для крепления инструмента с 
цилиндрическими регулируемыми хвостовиками; 

– жесткие расточные оправки; 
– сверлильные трехкулачковые патроны (для крепления сверл с 

хвостовиками диаметром 1—13 мм) и др. 

Для станков с ЧПУ рекомендуется применять стандартные или 

специальные режущие инструменты, крепежные элементы, которые 
унифицированы с этой оснасткой. 

Созданы типовые конструкции приспособлений для крепления 

деталей на различных станках с ЧПУ. Опыт эксплуатации станков с 
ЧПУ свидетельствует о целесообразности использования на них для 
закрепления заготовок быстропереналаживаемой оснастки, в том 
числе универсально-силовых устройств и универсально-сборных 
приспособлений (УСП), отличающихся повышенной точностью.