概述
數控刀具的選擇和切削用量的确定是數控加工工藝中的重要内容，它不僅影響數控機床的加工效率，而且直接影響加工質量。
CAD/CAM技術的發展，使得在數控加工中直接利用CAD的設計數據成為可能，特别是DNC系統微機與數控機床的聯接，使得設計、工藝規劃及編程的整個過程全部在計算機上完成，一般不需要輸出專門的工藝文件。
數控技術是指用數字、文字和符号組成的數字指令來實現一台或多台機械設備動作控制的技術。數控一般是采用通用或專用計算機實現數字程序控制，因此數控也稱為計算機數控（Computerized Numerical Control），簡稱CNC。
數控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都由計算機的系統程序進行合理地組織，使整個系統協調地進行工作。
目前，許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規劃的有關問題，如，刀具選擇、加工路徑規劃、切削用量設定等，編程人員隻要設置了有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。
因此，數控加工中的刀具選擇和切削用量确定是在人機交互狀态下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量确定的基本原則，在編程時充分考慮數控加工的特點，能夠正确選擇刀刃具及切削用量。
常用刀具的種類及特點
數控加工刀具必須适應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸标準化和系列化。數控刀具的分類有多種方法。
根據刀具結構可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機夾式聯接，機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種；③特殊型式，如複合式刀具、減震式刀具等。
根據制造刀具所用的材料可分為；：①高速鋼刀具；②硬質合金刀具；③金剛石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。
從切削工藝上可分為：①車削刀具，分外圓、内孔、螺紋、切割刀具等多種；②鑽削刀具，包括鑽頭、鉸刀、絲錐等；③镗削刀具；④銑削刀具等。為了适應數控機床對刀具耐用、穩定、易調、可換等的要求，機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用，在數量上達到整個數控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數的80%～90%。
數控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：①剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小；②互換性好，便于快速換刀；③壽命高，切削性能穩定、可靠；④刀具的尺寸便于調整，以減少換刀調整時間；⑤刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；⑥系列化、标準化，以利于編程和刀具管理。
刀具的選擇
刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀态下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正确選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。
選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相适應。生産中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀；加工凸台、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。
在進行自由曲面加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般采用頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優于球頭刀，因此，隻要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關系極大，必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。
在加工中心上，各種刀具分别裝在刀庫上，按程序規定随時進行選刀和換刀動作。因此必須采用标準刀柄，以便使鑽、镗、擴、銑削等工序用的标準刀具迅速、準确地裝到機床主軸或刀庫上去。
編程人員應了解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整範圍，以便在編程時确定刀具的徑向和軸向尺寸。目前中國的加工中心采用TSG工具系統，其刀柄有直柄（3種規格）和錐柄（4種規格）2種，共包括16種不同用途的刀柄。
在經濟型數控機床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：①盡量減少刀具數量；②一把刀具裝夾後，應完成其所能進行的所有加工步驟；③粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規格的刀具；④先銑後鑽；⑤先進行曲面精加工，後進行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生産效率等。
加工過程中切削用量的确定
合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生産率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。具體要考慮以下幾個因素：
①切削深度t。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，t就等于加工餘量，這是提高生産率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的餘量進行精加工。數控機床的精加工餘量可略小于普通機床。
②切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經濟型數控機床的加工過程中，一般L的取值範圍為：L=（0.6～0.9）d。
③切削速度v。提高v也是提高生産率的一個措施，但v與刀具耐用度的關系比較密切。随着v的增大，刀具耐用度急劇下降，故v的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時，v可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，v可選200m/min以上。
④主軸轉速n(r/min)。主軸轉速一般根據切削速度v來選定。計算公式為：v=∏nd/1000。數控機床的控制面闆上一般備有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數調整。
⑤進給速度vF。vF應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。vF的增加也可以提高生産效率。加工表面粗糙度要求低時，vF可選擇得大些。在加工過程中，vF也可通過機床控制面闆上的修調開關進行人工調整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統性能等的限制。
随着數控機床在生産實際中的廣泛應用，量化生産線的形成，數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中，要在人機交互狀态下即時選擇刀具和确定切削用量。因此，編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的确定原則，從而保證零件的加工質量和加工效率，充分發揮數控機床的優點，提高企業的經濟效益和生産水平。
編程
通常數控編程可分為兩種情況：手動編程與自動編程。
對于外形比較簡單的（例如數控車床車簡單内外輪廓，數控銑床銑平面等）可用手動編程，這種方式比較簡單，很容易掌握，适應性較大。适用于中等複雜程度程序、計算量不大的零件編程，對機床操作人員來講必須掌握。而自動編程就比較複雜了，一般用于幾何形狀比較複雜的零件，計算量比較大，人力難以完成的零件。常用的自動編程軟件有：UG、Master、CAM、catia等。
發展趨勢
數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且随着數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，對國際民生的一些重要行業國防、汽車等的發展起着越來越重要的作用，這些行業裝備數字化已是現代發展的大趨勢，如：橋式三、五坐标高速數控龍門銑床、龍門移動式五坐标AC擺角數控龍門銑床、龍門移動式三坐标數控龍門銑床等。
高速化發展
随着數控系統核心處理器性能的進步，目前高速加工中心進給速度最高可達80m/min，空運行速度可達100m/min左右。世界上許多汽車廠，包括中國的上海通用汽車公司，已經采用以高速加工中心組成的生産線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，隻用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3小時，在普通銑床加工需8小時。n
由于機構各組件分工的專業化，在專業主軸廠的開發下，主軸高速化日益普及。過去隻用于汽車工業高速化的機種（每分鐘1．5萬轉以上的機種），已成為必備的機械産品要件。
精密化發展
随着伺服控制技術和傳感器技術的進步，在數控系統的控制下，機床可以執行亞微米級的精确運動。在加工精度方面，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
開放化發展
由于計算機硬件的标準化和模塊化，以及軟件模塊化，開放化技術的日益成熟，數控技術開始進入開放化的階段。開放式數控系統有更好的通用性、柔性、适應性、擴展性。美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰略發展計劃，并進行開放式體系結構數控系統規範(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期内進行了幾乎相同的科學計劃和技術規範的制定，預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。中國在2000年也開始進行中國的ONC數控系統的規範框架的研究和制定。
複合化發展
随着産品外觀曲線的複雜化緻使模具加工技術必須不斷升級，對數控系統提出了新的需求。機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的複合化已是不可避免的發展趨勢。
新日本工機的5面加工機床采用複合主軸頭，可實現4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一台機床上實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯動加工，可由CNC系統控制或CAD/CAM直接或間接控制。
數控車床的選用數控車床又稱為CNC車床，即計算機數字控制車床。數控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化産品。是機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化，加工質量穩定可靠等優點的工作母機。
數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床産量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經濟發展和工業制造整體水平的重要标志之一。數控車床是數控機床的主要品種之一，它在數控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發展。
數控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在複雜零件的批量生産中發揮了良好的經濟效果。
發展情況
硬件技術
随着集成電路及計算機技術的迅猛發展，給數控硬件技術的更新換代注入新的活力，現代數控系統普遍采用超大規模集成電路（VLSI）、專用芯片（ASIC）及數字信号處理（DSP）技術。
在電氣裝聯上廣泛采用表面安裝（SMT）、三維高密度（three dimensional high density）技術，極大地提高系統的可靠性。高速高性能存儲技術，比如閃爍存儲（flash memory），移動存儲（PCMCIA card）等極大地方便用戶。薄膜晶體管液晶顯示器（TFTLCD）技術使得顯示裝置趨于平闆化，更便于機電一體化安裝并改善人機界面。作為數控系統核心的處理器廣泛采用“位以上的高速RISC CPU，保證高速、高精度的數控加工。
開放式發展
對于開放式結構至今沒有一緻性的定義。
某些用戶認為開放式表示能夠接受當地使用的通信協議；而另一些用戶認為開放式意味着所有控制器操作界面完全一緻；對機床應用工程師而言，開放式意味着對刀架移動、傳感器和邏輯控制有标準的輸入/輸出接口；對大公司和大學的研究工程師來說，開放式意味着以上這些均來自随即拿來就用的積木塊。由于來自最終用戶和集成商（機床廠）的壓力，開放式結構的開發工作正在向前發展并将持續下去。一個積極成果即是基于PC的CNC，即PC-based。
實時操作
嚴格意義上說，數控控制軟件中包含着實時操作系統的思想，例如任務調度、存儲器管理、中斷處理等，但這種技術是隐含的，是和數控應用程序比如插補，伺服、譯碼等混合的。每一個數控系統都是獨特的，不透明的。
這種情況對于最終用戶和系統集成商而言帶來諸多不便。在開放式數控呼聲日益高漲的今天，研究實時操作系統在CNC軟件中的應用是順理成章的事。特别是嵌入式實時操作系統的技術發展迅猛，這對于數控控制軟件的開發将産生革命性的影響。選擇一個合适的商用嵌入式實時操作系統，将插補、伺服、譯碼、數據處理等數控應用軟件往上“挂”，最終移植到一個硬件環境中去，形成最終使用戶滿意的數控系統，也就是個性化的CNC系統，這将是開放式數控的主要方向。
