数控切削中刀具的选择与应用分析

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【摘要】在数控机床的切削加工工艺中，切削刀具的选择是其中重要一环，它直接影响机床的加工效率和零件的加工质量。本文针对数控切削中刀具的类型，选择方案及技巧进行分析，从而解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题。

【关键词】加工工艺；刀具选择；数控切削

引言

在现代化的制造企业中数控切削起着举足轻重的作用，制造型企业不断引进现代化的数控切削设备，以提高产品的生产效率与加工质量。在数控切削中，产品的加工质量不仅取决于数控机床自身的精度，还与数控切削中的刀具选择密切相关，与传统加工方法相比数控切削机床本身的主轴输出功率较大，转速范围及切削能力远高于普通机床，因此对数控切削刀具的选择提出了更高的要求。因此在数控切削进行产品及零部件的加工中，要按照数控刀具选择原则，对切削用量进行科学的分析，充分考虑零部件的材质与刀具的匹配参数，从而采取适当的工艺措施，利用数控机床加工精度高的特点有效地保证数控机床加工质量，适应现阶段零件高精度多品种小批量订制加工的特点。

1数控刀具分类与选用原则分析

数控刀具根据相应的刀刃形状与切削方式与工艺的不同可分为三大类，包括系列化通用刀具，如车刀类、铣刀类、刨刀类、镗刀类、钻头类、铰刀类和锯类等；成形刀具，这类刀具具有与被加工工件预加工截面相同或接近相同的形状的刀刃，如成形车刀类、成形铣刀类、成形刨刀类、拉刀类、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似形状的工件，如滚齿刀类、剃齿刀类、插齿刀类、锥齿轮刨刀类和锥齿轮铣刀盘等。

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

数控刀具按工件加工表面形式的不同可分为如下五类：

（1）表面轮廓类加工刀具：包括车刀、铣刀、刨刀、锉刀外和表面拉刀等；

（2）内孔类加工刀具：包括镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和内表面拉刀等；

（3）螺纹类加工刀具：包括板牙、丝锥、螺纹车刀、螺纹铣刀和自动开合螺纹切头等；

（4）齿轮类加工刀具：包括滚齿刀、剃齿刀、插齿刀、锥齿轮加工刀具等；

（5）切槽切断类刀具，包括切断车刀、锯片铣刀、镶齿圆锯片、弓锯带锯等等。此外，还有组合刀具。

现阶段数控机床选用的系列化标准化的数控刀具互换性强便于调整，而且普遍具有刚性好，精度高，切削性能稳定等特点，利于各种粗精加工的选择并可进行科学的刀具管理。针对不同加工材质与加工方案，应选用不同的切削用量，在粗加工中，以提高生产率为主要原则，兼顾经济性和加工成本；在半精加工和精加工时，以保证加工质量为主要原则，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

2数控刀具选择方法与技巧

刀具的选择是数控切削工艺中的重要内容之一，也是提高加工效率的先决条件之一，根据被加工零件的加工区域特性，切削材料特性，加工阶段工区别以及刀具的自身特性确定刀具选择的主要条件，从以下几个方面进行分析：

根据零件加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。

根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

根据零件相应的加工阶段选择刀具。在零件的粗加工阶段应以去除余量为主，适合选择刚性较好、精度较低的刀具，在半精加工与精加工阶段，零件以保证其加工精度和产品质量为主，适合选择耐用度高、精度较高的刀具。粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高，如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。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，毛坯表面或粗加工孔通常选用镶有硬质合金刀片的玉米铣刀；平面零件的铣削选用硬质合金刀片铣刀，其周边轮廓的加工通常选用立铣刀；在凹槽与凸台的加工中，通常选用高速钢立铣刀；而对于加工变斜角轮廓与复杂立体型面的外形时通常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。刀具选择中值得注意的一点是，选择较好的刀具尽管增加了刀具成本，但因此带来的加工效率与质量的提升，则可大大降低整体的加工成本。切削用量包括主轴转速n（r/min）、背吃刀量及进给速度vF等，具体数值应根据机床说明书、刀具切削手册，并结合加工经验而定，本文不做详细介绍，应使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

在数控加工中心的刀具管理中，所有的切削刀具都预先装在刀库中，刀具更换过程是通过抓刀和更换指令在数控程序中实现相应的换刀动作，因此应一次性选用成套的刀柄与刀具，并保证他们适合加工中心刀具库系统规格，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。

3结语

随着数控机床在制造型企业生产实际中的广泛应用，数控刀具的应用已经成为数控加工中的关键问题之一。在使用数控刀具过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，切削人员必须熟悉刀具种类，选择方法和切削用量的制定原则，从而满足产品及零部件的加工效率与加工质量，充分发挥数控机床的优势，提高企业的生产水平与经济效益。

参考文献：

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[2]王爱玲，白恩远.现代数控机床[M].北京：国防工业出版社，2003

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