数控加工的刀具选择

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摘要：近些年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研及新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床所用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱，不得要领。现将有关数控刀具知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域就其精要，在此简要分析，以便利用先进刀具技术为加工服务。

Abstract: In recent years, rapid development of processing technology of CNC Machining improves the basic research and new product development of CNC Machining cutlery structure. The CNC machine cutlery of world's major manufacturers has a large number of type and specifications and which often make people dazzle and have no avail. The related knowledge of CNC cutlery and the material, structure, application fields and others of CNC cutlery in recent years are briefly analyzed, in order to use the advanced cutlery technology service for the processing.

关键词：数控刀具的分类；数控刀具的特点；数控刀具的选择

Key words: CNC cutlery classification；CNC cutlery features；CNC cutlery selection

中图分类号：TG71文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）13-0072-01

1 数控刀具的分类

数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。

1.1 从结构上可分为：①整体式。②镶嵌式可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，分为可转位和不转位。③减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。

1.2 从制造所采用的材料上分 ①高速钢刀具。高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。②硬质合金刀具。硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。硬质合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。③金刚石刀具。金刚石（钎焊聚晶、单晶）各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工及有色金属切削加工行业中。

1.3 从切削工序上可分为：车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断等。数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。

2 数控加工刀具的特点

2.1 刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性 当前在生产上一般使用刀具耐用度来测定刀具的质量。然而，切削一批一样的零时，在刀具的材料以及工件材质上不可能完全的一样，别且存在一些不可以完全控制的因素，例如：刃磨质量，因此，即使在一样的环境下，刀具的耐用度还会随机的发生改变。在数控上，除了要有刀具耐用度的平均值指标以外，还要有刀具的可靠指标Tp。一般是规定可靠度P≥0.9。

2.2 刀具或刀片便于切削控制 由于数控机床上各个设备之中有很多刀具，有很大的切削量，所以，在对塑性金属进行切削的时候，一定要控制切屑没有缠绕在刀具上，以及在工件和工艺的装备上，要控制好切屑不乱溅，确保操作人员的安全，使零件的定位与输送，以及切削液喷注不受到影响，已经加工的表面不被划坏，因此，我们要使用断屑块（或卷屑槽）的刀具，或者使用振动切削（或间隙切削）措施，以此使得断削效果得到提高。

2.3 刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化 刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。

2.4 刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化 刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化，使刀具应能快速或自动更换，并需有控制和调整尺寸的功能或具有刀具磨损的自动补偿装置，以减少换刀调整的停机时间。

3 数控刀具的选择

在数控加工工艺中，其主要内容之一就是刀具的选择，它不但对机床加工效率产生影响，同时也对零件的加工质量有直接的影响。刀具的选择的操作是在数控编程的人机交互的情况之下，要依据一些与之有关的因素，例如：工件材料的性能和加工工序等确定刀具和刀柄的选用。因为在转速和范围方面，数控机床在很大程度上高于一般的机床，加之主轴的输出功率相对很大，所以，同传统的加工方法来比较，应将数控加工刀具做出更高的要求，一方面表现在由较高的精度和耐用度以及良好的刚性，另一方面，还应有合理的尺寸，以便安装调整。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面：①根据零件材料的切削性能选择刀具。综合考虑金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。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。②根据零件的加工阶段选择刀具。也就是在粗加工的阶段，我们主要的是除去余量，要选用有良好的刚性和相对低的精度；在半精加工和精加工的阶段，我们主要确保零件的质量以及加工的精度，要选用有较高耐用度和精度的刀具。假如粗加工和精加工阶段选用一样的刀具，我们建议在粗加工的时候，做好使用精加工淘汰下来的刀具。（因为这些刀具的磨损状况大部分是在刃部有轻微的磨损，对于粗加工来说，有相对较小的影响）③根据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；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。④根据工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标选择刀具。正前角刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负前角刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片；在考虑到刀具能承受的切削用量前提下综合机床刚性、功率等条件，加工大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。