01 机加工刀具选择原理
为了达到我们最终计算机加工工时的目的，让大家明白刀具选择的基本原理是不可缺少的一部分。本次实验室，我们将从铣削着手，简要呈上讨论出的关于机加工时的输出成果，供大家参考。
1.根据机床类型选择刀具
a.机床功率：
在讨论功率之前，首先引入金属切除率的概念，即在单位时间内所去除的材料体积。低功率若想要带动大刀盘，则转速会下降，切除率也会下降很多；而高性能的机床虽然可以轻松带动小刀盘，但是受到小刀盘中的刀具直径限制，其金属切除率同样会下降，也就是我们俗称的功率浪费。选择刀具时可以根据购进设备时手册上的推荐值使用加工刀具。
b.刀库尺寸：刀库的尺寸直接决定了刀库中刀具的尺寸范围，同时需要注意最大可选刀具的直径，通常来说该直径往往不超过机床主轴尺寸的两倍。
2. 优先择大：
在不干涉的情况下，应尽量选择直径大的刀盘，目的是降低走刀路线的长度，同时减少接刀次数，使得加工效率更高。
3.加工圆角:应选择满足“刀具直径＜内R角”情况下，直径最大的铣刀。刀具直径<R角除了可以加工出产品轮廓以外，还可以规避刀具的对圆角的冲击。
4.工件材料：除了硬度和加工特征之外，工件材料的合金元素、有无热处理等众多因素也会影响着我们对刀具的槽型、材质、切削参数的选择，基于此考虑，引入ISO标准来为大家简单概括金属切削的材料组。
ISO P - 钢是金属切削领域最大的材料组，涵盖了从非合金钢到高合金材料的整个范围。钢通常具有良好的切削加工性，但会因材料硬度、碳含量等的不同而有很大区别。
ISO M - 不锈钢指的是铬含量至少为12%的合金材料。这些合金材料的共同点是切削刃在切削时会产生大量的热量、容易出现沟槽磨损和积屑瘤。
ISO K - 与钢相反，铸铁是一种短切屑材料。灰口铸铁 (GCI) 和可锻铸铁 (MCI) 非常容易加工，而球墨铸铁 (NCI)、蠕墨铸铁 (CGI) 和等温淬火球墨铸铁 (ADI) 则较难加工。所有铸铁都含有碳化硅 (SiC)，对切削刃会造成很大的磨料磨损。
ISO N - 有色金属是材质较软的金属，例如铝、铜、黄铜等。硅 (Si) 含量达到13%的铝合金具有很强的磨料磨损性。通常情况下，具有锋利切削刃的刀片能够实现高切削速度和长刀具寿命。
ISO S - 高温合金，包括铁基、镍基、钴基和钛基材料。这类材料具有粘性，会产生积屑瘤，在加工过程中会变硬 (加工硬化)，并且会产生大量热量。它们与ISO M材料非常相似，但切削难度要高得多，并且会降低刀片切削刃的寿命。
ISO H - 该组材料包括硬度介于45-65 HRc之间的钢以及硬度约为400-600 HB的冷硬铸铁。由于硬度的原因，这组材料都难以加工。在切削过程中，这些材料会产生大量热量，对切削刃有很大的磨料磨损性。
O (其他)：非ISO。热塑性塑料、热固性塑料、GFRP (玻璃纤维增强聚合物/塑料)、CFRP (碳纤维增强塑料)、碳纤维复合材料、芳纶纤维增强塑料、硬橡胶、石墨 (技术)。目前，各行业都在广泛使用复合材料，特别是航空航天工业。
5.刀具材料
1）涂层硬质合金切削刀具材料
a.涂层 - CVD: CVD涂层具有较高的耐磨性，对硬质合金有出色的附着性，常见于钢件普通车削和镗削 (通过厚CVD涂层确保抗月牙洼磨损性能)、不锈钢普通车削以及用于ISO P、ISO M、ISO K材料的铣削材质。
b.涂层 - PVD: PVD涂层的高硬度使其能够增加材质的耐磨性。其残留压应力还能增加切削刃强度以及抗梳状裂纹能力，这类应用非常广泛，包括所有整体立铣刀和整体钻头，以及用于切槽、螺纹加工和铣削的大多数材质都是PVD材质。
c.硬质合金: 目前占切削刀具类型中约80%-90%，是加工工件类型多的首选刀具。
与硬质合金相比，金属陶瓷具有更高的耐磨性和更低的粘结趋势。另一方面，它具有较低的抗压强度和较差的抗热冲击性能。金属陶瓷材质经常用于易出现积屑瘤问题的粘性材料加工。
所有陶瓷切削刀具在高切削速度下都具有出色的耐磨性。陶瓷材质可用于范围广泛的应用和材料，最常用于高速车削工序，也用于切槽和铣削工序。其他还有无涂层硬质合金、聚晶金刚石等小范围应用的刀具材料，在此不多加赘述。
02 机加工工时快速估算法
根据作者经验，详细计算工时之前，应当明确以下内容：
然而如果想要搞清楚上面这么多的内容，需要具备很多知识，包括但不限于机加工艺知识、材料学知识、编程知识、机床知识和刀具知识。除了知识储备不完善的问题以外，日常工作中的时间压力，以及信息的匮乏都是导致一般人无法完成对工时的详细计算。
所以说本期的话题非常具有挑战性：我们将尝试建立一种快速估算工时的方法，可直接在日常工作中被大多数无机加工工艺知识的人员所使用，同时需要这种估算方法计算方便快速，但也要具备一定逻辑和准确度。
化繁为简，我们将影响铣削工艺切削工时的众多参数中抽离出我们认为最重要的4个参数：
1和2在上节已经详细描述，在此不多加赘述。3. 加工特征，常见的分类有平面，曲面，型腔，槽，孔等。4. 加工余量，此处简化为粗加工（0.3-3MM）和精加工(0.05-0.3)。
借助山特维克机加工计算器，通过改变以上四个参数进行快速模拟。在粗加工（加工余量3MM）硬度为175HB的低合金钢工件的平面特征（1000*800）时，选用同一台机床，通过改变刀具直径，我们得出以下数据：
从该数据可以看出， 在机床允许（功率，刀库）的情况下，选择高性能大功率机床配合大直径刀具可以大大提高加工效率，节省加工时间。在会上有细心的小伙伴指出，山特的切削参数偏高，远超实际数值。让我们以选用的40MM切削直径的刀具为例来探讨一下这个问题，下图为其详细切削参数：
可以看出该刀具线速度高达269米/分钟, 主轴转速1950转/分钟; 而小伙伴反馈在机加厂内，盘刀粗加工时常用的线速度基本在180米/分钟， 转速1300转/分钟。
基于此信息，我们得出初步使用建议, 即山特维克的金属去除率乘以0.7约为普通机加工厂的实际加工效率。在刀具直径不变，工件材料不变，机床不变情形下，通过改变产品特征，我们获得以下数据：
可见，在不同加工对象下，其金属材料去除率有几倍的差异（还仅仅限于我们的小范围取样）。最后每个讨论组成员领了不同特征的查询任务，将会根据不同的刀具直径在山特维克工时模拟器上对不同特征进行工时模拟，从而整理出关于铣削工艺金属去除率的小字典（见下表）有需要的朋友请联系我们。那么怎么使用这个去除率小字典对工时进行速算呢？
产品净切削工时=产品切削体积/对应刀具的金属去除率*0.7
假设选择6MM直径刀具，粗加工某P系列材料制成的块料产品的一个平面，待去除材料体积为90000mm³，则其净切削工时约为（90000/27300）*60=197秒。
表中数据存在非线性变化的情况，如用直径40mm的刀对P系列材料加工时，比用63mm的金属去除率要低的情况。原因可能有很多，例如刀盘过重，因此设备在额定功率下所能达到的转速下降，金属切除率也相应下降；工件材料和刀具材料并不是最佳的切削选择；63mm的刀具的切削面积不满等。
03 机加实验室总结
机加实验室在今天告一段落，议程从原本的4节变为7次，面对这个话题，组员们的感受出奇的一致：感觉越讨论知道的越少。我们在探索新事物的时候都有这种恐慌感，深入研究成本固然难，但是可贵的是，我们在保持思考。
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