探析数控切削中刀具选择及应用.doc

目录前言 1摘要 1一、 数控刀具材料的概述 1二、 数控加工刀具的特点 1三、 对刀具材料的基本要求 2四、 数控刀具的分类 3五、 常用数控刀具材料 31. 高速钢 3 2. 硬质合金 4 3. 陶瓷 5 4. 金刚石 5 5. 氮化硼 5六、 数控机床刀具的选择 5(1) 选择刀具时应考虑的因素 .5(2) 刀具的选择 . .5 1. 刀具选择的原则 .5 2. 选择车削刀具的考虑要点 .6 3. 孔加工刀具类型的选择 7结束语 8致谢语 8参考文献 8探析数控切削中刀具选择及应用前言：数控机床是制造机器的机器被人们称为工业母机。数控加工技术在机械制造技术中是至关重要的，它广泛应用于造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业等众多领域，在国民经济发展中扮演着十分重要的角色。数控技术发展水平的高低决定着国家科技实力的高低。而在数控技术的大力发展的同时，各类数控加工用的刀具材料也在性能和特征上不断地完善和改进，在适应着高速发展的机械加工技术的要求。因此对于数控加工来讲，刀具材料的正确选择，合理应用直接影响着零件成品的加工质量，精度，所以刀具的选择和应用是极为重要的。摘要 本文分析了最近几年来数控刀具的特点、刀具材料，刀具的种类及结构，未来数控刀具的发展趋势。 在文中重点介绍了刀具材料的正确选择，合理应用。关键词 数控刀具； 刀具特性；性能；选择；应用。一、数控刀具材料的概述刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的优劣，直接影响着生产效率、加工质量和生产成本。而刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料；其次是几何形状及刀具结构的选择和设计是否合理。二、数控加工刀具的特点数控刀具与普通机床上用的刀具实际没有多大区别，它们需具有以下特点： (1)刀具的切削性能必须稳定可靠高。 目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。刀具耐用度愈大，表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件，由于使用的刀具材料及工件材质不可能完全相同，再加上刃磨质量等一些不能完全严格控制的因素，所以即使在相同条件下，刀具耐用度仍随机变动。因此在数控上，除应给出刀具耐用度的平均值指标外，还应给出刀具的可靠指标tp。它已成为选择刀具的关键性指标。通常是规定可靠度p0.9，即9时刀具切削时间为t0.9。研究表明，当耐用度的随机变量接近于正态分布时，如以耐用度的平均值t作为标准，刀具的可靠性只有50。 (2)可靠地断屑、排屑。 刀具必须能可靠地断屑或卷屑即切削控制。数控机床上每一工位设备上。装置着许多刀具，切削量大，切屑多，因此，在切削塑性金属时，必须控制切屑不缠绕在刀具，工件及工艺装备上，控制切屑不飞溅，保证操作者安全，不影响切削液喷注，不影响零件的定位和输送，不划伤已加工表面，使切屑易于清理，为此，采用卷屑槽或断屑块的刀具，或用间隙切削或振动切削措施提高断屑效果。 (3)应具有高的精度。 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。 (4)快速更换及尺寸预调。 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。 （5）刀片及刀柄高度的通用化、标准化、系列化。（6）刀片或刀具的寿命及经济寿命指标的合理性。（7）刀片、刀柄切入的位置和方向有很严格的要求，刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。（8)刀片或刀具的几何参数和切削参数的规范化、典型化。三、对刀具材料的基本要求在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切屑变形和摩擦产生的高温，要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的切削性能。（1）良好的力学性能 对刀具力学性能的要求首先是硬度，刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。常温下一般应在hrc60以上。一般说来，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好。此外，刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。（2）良好的耐热性和导热性 刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度，耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。刀具材料的导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。（3）良好的经济性在满足加工要求的前提下应考虑刀具选择的经济性，对于车刀来讲，一般情况下国产刀具价格低于进口刀具，焊接式车刀价格低于机夹可转位的车刀。（4）良好的工艺性：如段造性、热处理性、磨加工性等，以便于刀具的制造。（5）精度和材料性能的适应性。四、数控刀具的的分类 (1)根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式：采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式：如复合式刀具，减震式刀具等。 (2)根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化氮化硼刀具，陶瓷刀具等。 (3)从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切断、切槽刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。 五、常用数控刀具的材料 用制作数控车刀的材料的种类很多，常用包括：高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。其中最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金；尤其是硬质合金刀具符合数控车削加工需要已经占到数控车削用刀具的60%左右；陶瓷、金刚石和立方氮化硼，由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，仅在较小的范围内使用。1高速钢 是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。因刃磨时易获得锋利的刃口，又称“锋钢”。高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性能高速钢。1）普通高速钢 普通高速钢具有一定的硬度（6267 hrc）和耐磨性、较高的强度和韧性，切削钢料时切削速度一般不高于5060m/min，不适合高速切削和硬材料的切削。常用牌号有w18cr4v、w6mo5cr4v2。2）高性能高速钢 在普通高速钢中增加碳、钒的含量或加入一些其它合金元素而得到耐热性、耐磨性更高的新钢种。但这类钢的综合性能不如普通高速钢。常用牌号有9w18cr4v 、9w6mo5cr4v2、 w6mo5cr4v3等。2硬质合金 硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物，用co、mo、ni作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达7882 hrc，能耐8501000的高温，切削速度可比高速钢高410倍。但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，因此很少做成整体式刀具。实际使用中，常将硬质合金刀片焊接或用机械夹固的方式固定在刀体上。我国目前生产的硬质合金主要分为三类：1） k类（yg） 即钨钴类，由碳化钨和钴组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有：yg8、yg6、yg3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。数字表示co含量的百分数，yg6即含co为6%，含co越多，则韧性越好。2） p类（yt） 即钨钴钛类，由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于加工钢料等韧性材料。常用的牌号有：yt5、yt15、 yt30等，其中的数字表示碳化钛含量的百分数，碳化钛的含量越高，则耐磨性较好、韧性越低。这三种牌号的硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。3） m类（yw） 即钨钴钛钽铌类。由在钨钴钛类硬质合金中加入少量的稀有金属碳化物（tac或nbc）组成。它具有前两类硬质合金的优点，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韧性材料。同时还能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用牌号有yw1、yw2。3.陶瓷 其主要成分是al2o3，刀片硬度可达78 hrc以上，能耐12001450的高温，故能承受较高的切削速度。但抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃。主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。4.金刚石金刚石分人造和天然两种，做切削刀具的材料，大多数是人造金刚石，其硬度极高，可达10000 hv（硬质合金仅为13001800 hv）。其耐磨性是硬质合金的80120倍。但刃性差，对铁族材料亲和力大。因此一般不宜加工黑色金属，主要用于硬质合金、玻璃纤维塑料、硬橡胶、石墨、陶瓷、有色金属等材料的高速精加工。5.氮化硼（cnb） 这是人工合成的超硬刀具材料，其硬度可达73009000hv，仅次于金刚石的硬度。但热稳定性好，可耐13001500高温，与铁族材料亲和力小。但强度低，焊接性差。目前主要用于加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。六、数控机床刀具的选择（1）选择刀具时应考虑的因素1、被加工工件的材料类别（黑色金属，有色金属或合金）；2、工件毛坯的成形方法（铸造，锻造，型材等）；3、切削加工工艺方法（车，铣，钻，扩，铰，镗，粗加工，半精加工，精加工等）；4、工件的结构与几何形状，精度，加工余量以及刀具能承受的切削用量等因素；5、其他因数包括生产条件和生产类型。（2）刀具的选择1.刀具的选择原则（1）尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸提高刀具的强度和刚度，减小刀具振动；（2）选择较大主偏角（大于75，接近90）；粗加工时选用负刃倾角刀具，精加工时选用正刃倾角刀具；（3）精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径；（4）尽可能选择标准化、系统化刀具；（5）选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。2.选择车削刀具的考虑要点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、涂层硬质合金等。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀、端面车刀、外螺纹刀、切断刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。首先根据加工内容确定刀具类型，根据工件轮廓形状和走刀方向来选择刀片形状(如图所示)。主要考虑主偏角，副偏角(刀尖角)和刀尖半径值。可转位刀片的选择：(1)刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石。(2)刀片尺寸选择：有效切削刃长度、主偏角等。(3)刀片形状选择：依据表面形状、切削方式、刀具寿命等。(4)刀片的刀尖半径选择1)粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖半径值。2)精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖半径值。在数控铣床上使用的刀具主要立铣刀、面铣刀、球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等。如图所示。常用到面铣刀、立铣刀、球头铣刀和环形铣刀。除此以外还有各种孔加工刀具，如钻头（锪钻、铰刀、丝锥等）镗刀等。面铣刀（也叫端铣刀），面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40cr。立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。首先根据加工内容和工件轮廓形状确定刀具类型，再根据加工部分大小选择刀具大小。(1)铣刀类型的选择：1)加工较大平面选择面铣刀，2)加工凸台、凹槽、平面轮廓选择立铣刀，3)加工曲面较平坦的部位常采用环形（牛鼻刀）铣刀，4)曲面加工选择球头铣刀，5)加工空间曲面模具型腔与凸模表面选择模具铣刀，6)加工封闭键槽选键槽铣刀，等等(2)铣刀参数的选择1、 面铣刀主要参数选择a)标准可转位面铣刀直径在16630）：粗铣时直径选小的，精铣时铣刀直径选大些，最好能包容待加工表面的整个宽度（多20%）。b)依据工件材料和刀具材料以及加工性质确定其几何参数：铣削加工通常选前角小的铣刀，强度硬度高的材料选负前角，工件材料硬度不大选大后角、硬的选小后角，粗齿铣刀选小后角，细齿铣刀取大后角，铣刀的刃倾角通常在-度，主偏角在度2、 立铣刀主要参数选择a)、刀具半径r应小于零件内轮廓最小曲率半径b)、零件的加工高度h（1/41/6）rc)、不通孔或深槽选取l=h+(510)mmd)、加工外形及通槽时选取l=h+r+(510)mme)、加工肋时刀具直径为d=(510)bf)、粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径dd=d+2sin(/2)-1/1-sin(/2)3、 球头刀主要参数选择曲面精加工时采用球头铣刀。球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以增加刀具刚度，提高散热性，降低表面粗糙度值。加工凹圆弧时的铣刀球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。3.孔加工刀具类型的选择钻孔前先钻中心孔。加工盲孔时，刀刃长度比也深多510mm。 数控刀具的正确选择和合理应用对于数控加工来说是很重要的，选择适合加工对象的刀具材料能更好的提高加工质量，提高加工精度，提高加工效率。结束语：从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，重点解决数控刀具的材料，提高生产效率及加工质量，赢得市场。最后衷心的希望我国数控技术和刀具材料技术的发展不断完善，不断提高更加有效合理的适应于生产实际的需求，更高效地提高生产效率。致谢语：时光匆匆如流水，春梦秋云，聚散真不容易。在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。 三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很