01第一章 常用刀具介绍.doc

第一章 常用刀具介绍第一章 常用刀具介绍CNC雕刻加工中，使用的刀具和以下这些要素直接相关：CNC雕刻机床、雕刻加工工艺、雕刻加工材料、雕刻加工的工件特点等等。如何选择和使用不同类型的刀具？如何磨制不同类型的刀具？这是CNC雕刻者最为关心的一些问题。为了学习刀具的磨制，我们首先要了解常用的刀具。在CNC雕刻加工中，常用的刀具从几何形状上来划分，类型有锥度平底刀、平底刀、牛鼻刀、球头刀、锥度球头刀、三棱锥刀等，这里我们对这几种刀具进行简单介绍。1.1 锥度平底刀锥度平底刀是最常见也是最常用的雕刻刀具，下面我们就来认识一下锥度平底刀。1.1.1 认识锥度平底刀锥度平底刀，又称锥度刀或锥刀，如图1-1所示：图1-1 锥刀的底刃俗称刀尖，它类似于平底刀的底刃，锥刀的侧刃倾斜一定的角度，锥刀看起来底刃部分细，上部粗，这就使得锥刀既可以有较小的底直径（最小可到0.1甚至0.05），又可以有较好的强度（原因是它有一定的锥度）。由于锥度平底刀具备的上述特点，使得它在整个雕刻行业的应用范围最广。同时，雕刻加工的最大的特色是锥度刀具的应用。在精雕雕刻软件JDPaint中，锥刀是按照这样的规则来命名的：刀具类型 JD-锥度-底直径，比如，锥度平底刀 JD-30-0.4，就表示是一把锥度为30度，底直径为0.4的锥度平底刀。1.1.2 锥度平底刀描述参数在生成刀具路径过程中，我们选择刀具时，要考虑该把刀具的哪些参数会影响最终的路径生成。对于锥刀我们考虑三个参数： 锥度：如图1-1中的a，即刃全角，也就是通常说的一把多少度的锥刀。刃全角的一半（半锥角）就决定了雕刻加工后产品的侧边斜度或拔模角度，锥度的误差将直接影响产品的加工精度； 底直径：如图1-1中的D2，一把多大的刀就是指底直径，底直径的误差将直径影响产品的加工精度； 刃高：如图1-1中的H，刀刃有多高，限定了一次最大吃刀的深度，刃高由锥度和底直径来决定，但是我们要在磨制过程中保证锥刀刃高要够用。精雕雕刻软件JDPaint在计算刀具路径时是按照上述三个参数进行的，如果实际有误差，将影响加工精度。1.1.3 锥度平底刀各部分及角度识别我们认识一下锥刀的各个部分及锥刀的几个角度，在磨制过程中，这些部位和角度都是需要我们磨制出来的。1、锥刀的三个刀面和两个刀刃如图1-2所示，锥刀的端部包括前刀面、后刀面、副后刀面，三个刀面是在刀具磨制过程中的三个不同步骤得到的。锥刀有两个切削刃，分别是底刃和侧刃，切削刃是锥刀参与切削的部分，其中底刃用于切削底面，侧刃用于切削侧面。图1-22、锥刀角度我们观察一把锥刀，它有四个需要我们认识的角度，即锥角、后角、副后角、副刃偏角，如图1-3所示，各个角度的作用及简要解释如下：图1-3（1）锥角锥角也称做锥度，即图1-3中的2倍，是锥度刀的刃全角。在加工时，其半锥角（半锥角又叫主刃偏角）就是工件的侧面角度。锥角的大小和刀具强度成正比。使用锥刀时，主要依据产品加工要求来确定锥角大小；（2） 后角即图1-3中的，后角是后刀面与切削平面间（刃尖外圆切平面）的夹角。后角的主要功用是减少切削过程中后刀面与加工表面之间的摩擦，后角的大小还影响作用在后刀面上的力、后刀面与工件接触长度以及后刀面的磨损强度，因而对刀具耐用度和加工表面质量有很大影响。后角大，相应的刀具也锋利；但后角越大，刀具的强度越低；（3）副后角即图1-3中的，与后角的作用相同，它是减少副后刀面与加工表面之间的摩擦。副后角大，刀具锋利；（4）副刃偏角即图1-2中的，副刃偏角影响排屑，同时副刃偏角太大（大于5度）将会导致加工的底面不平。由于刀具存在了副刃偏角，在下刀时避免了刀具中心首先接触材料造成的刀具磨损和对主轴电机的伤害（原因是刀具中心的切削线速度为0，不具有切削能力）。综上所述，一把后角、副后角、副刃偏角都较大的刀具比较锋利，适合于加工非金属类或轻金属材料，而且排屑效果较好，相反，如果一把后角、副后角、副刃偏角都较小的刀具强度相对较好，适合于加工硬金属材料，不易断刀。（5）锥刀的前角（以下内容有一定理解难度，可以作为选讲和选学内容）锥刀的前角是指在锥刀侧刃部分取一个横截面，刀刃与轴线的连线与前刀面的夹角。如图1-4右下示意图所示。锥刀为了提高刀具整体强度，一般开半尺寸要大于刀杆半径尺寸，因此，锥刀前角在侧刃各部位因直径尺寸不同而不同，开半径尺寸相同的情况下，刃部直径越小，其负前角度数越大（相当于前角小）；直径越大，其负前角度数越小（相当于前角大）。例如：1.63的开半尺寸，0.2直径处，前角为 -11度；3.175直径处时前角为 -1.4度。如果开半尺寸刚好是刀柄直径的一半，那在任何部位，前角都为0。前角计算公式如下： 其中为前角 B为开半尺寸 R为刀具柄部半径 r为垂直轴线截面切削刃半径图1-4前角的大小影响刀具的锋利程度，前角越大刀具越锋利。由于锥刀在开半径的时候，我们给出了经验的开半径尺寸，所以前角可以通过上述公式算出，已经对刀具锋利程度和强度做了考虑。1.1.4 锥度平底刀磨制基础在认识了锥刀之后，我们来了解一把锥刀是如何磨制出来的。锥刀的磨制过程可以分为三个部分：（1）开半径；（2）磨制后角和锥角；（3）点尖（得到刀具底直径、副后角和副刃偏角）。整个过程可以用图1-5表示如下：图1-5具体的磨制方法我们将在后边学习。1.2 平底刀平底刀也是一种常见刀具，其特点是刃部直径是相同的，下面来认识一下平底刀。1. 2.1 认识平底刀平底刀从形式上看，又分为螺纹铣刀（有单刃、双刃、多刃之分）和双刃直槽铣刀，如图1-6所示：图1-6平底刀的雕刻面积大，雕刻效率高，主要用于开粗加工和轮廓切割等场合。在JDPaint中，平底刀是按照这样的规则进行命名的：刀具类型 JD-底直径，比如，平底刀 JD-4.0，就表示是一把底直径为4.0的平底刀。1.2.2 平底刀描述参数对于平底刀我们仅考虑以下两个描述参数： 底直径：如图1-6中的D，我们通常说的一把多大的平底刀，这个数值就是指底直径的大小，底直径的误差将直接影响产品的加工精度； 刃高：如图1-6中的H，刀刃有多高，限定了一次最大吃刀的深度，我们要在磨制过程中保证平底刀刃高要够用。精雕雕刻软件JDPaint计算刀具路径时，是按照设定的刀具底直径来进行的，而刃高是在选择用刀时要考虑的。所以，用刀时要注意保证底刃大小与设置的一致，同时选择合适刃高的刀具，否则将会影响加工精度，甚至造成切废！1.2.3 平底刀角度识别螺纹铣刀需要使用专业的磨刀工具才能磨制出来，在刀具磨损后，可以使用万能磨刀机进行修磨。双刃直槽铣刀可以使用小型万能磨刀机磨制出来。我们重点了解双刃直槽铣刀的几个角度，如图1-7所示： 图1-7（1）前角前刀面（切屑沿其流出的表面）与中心线（两对称刃尖连线）的夹角。前角的大小决定刀刃的锋利程度和强固程度，它对切削过程有着重要影响。前角越大，刀刃则越锋利，切削越轻快，刀刃强度较弱；反之则正好相反。一般情况下，切削非金属材料时选用较大前角的刀具，切削金属材料选用较小前角的刀具。双刃直槽平底刀的前角一般为负值，我们希望它接近0，这样可以提高刀具的锋利程度。（2）后角后角是后刀面（与已加工表面相对的面）与切削平面间（刃尖外圆切平面）的夹角。后角的主要功用是减少切削过程中后刀面与加工表面之间的摩擦，同时，后角增大刀具变锋利。我们常用的双刃直槽平底刀后角多为30度。（3）副后角副后角避免副后刀面与加工面之间的摩擦，副后角越大刀具越锋利，但强度下降，副后角越小刀具越钝，但强度较好；我们常用的双刃直槽平底刀副后角多为15度。（4）副刃偏角副刃偏角影响排屑，同时副刃偏角太大（大于5度）将会导致加工的底面不平，由于刀具存在了副刃偏角，在下刀时避免了刀具中心首先接触材料造成的刀具磨损和对主轴电机的伤害（刀具中心的切削线速度为0，不具有切削能力）。我们常用的双刃直槽平底刀副刃偏角角多为1.5度（13度即可）。（5）螺纹铣刀的角度（以下内容为选讲选学内容）a. 前角前角增大时，刀具变锋利，但是同时刀具强度下降。反之，前角减小时，刀具比较钝，但强度较好；b. 后角后角增大时，刀具变锋利，但是同时刀具强度下降。反之，后角减小时，刀具比较钝，但强度较好；c. 螺旋角螺纹铣刀的螺旋角有左旋和右旋之分，也就是我们常说的正螺纹铣刀和反螺纹铣刀，我们常用正螺纹铣刀，它的螺旋角是右旋；d. 副刃偏角这个角度与锥刀的副刃偏角一样，可以减小底刃与加工面的摩擦，同时避免了刀具中心直接接触材料。这个角度一般在13。1.2.4 双刃直槽平底刀磨制基础双刃直槽平底刀的磨制过程可以分为四个部分：（1）开槽；（2）磨制侧刃（得到后角及底直径）；（3）磨制底刃（得到副后角及副刃偏角）；（4）铲背；整个过程可以用图1-8表示如下：图1-8具体的修磨方法我们将在后边学习。1.3 牛鼻刀牛鼻刀可以看做是在平底刀的基础上修磨了两个圆角，下面来认识一下牛鼻刀。1.3.1 认识牛鼻刀牛鼻刀从形式上看，又分为螺纹牛鼻刀和双刃直槽牛鼻刀，如图1-9所示：图1-9牛鼻刀可以认为是在平底刀的基础上在两个刀尖处倒了两个小圆角。由于有了这个圆角，与相同直径的平底刀相比，使得牛鼻刀在硬金属材料的加工中，大大提高了刀具寿命。牛鼻刀的雕刻面积大，雕刻效率高，主要用于开粗加工，有时也用与曲面和平面连接处的加工。在JDPaint中，牛鼻刀是按照这样的规则进行命名的：刀具类型 JD-底直径-角半径，比如，牛鼻刀 JD-4.0-0.2，就表示是一把底直径为4.0、角半径为0.2的牛鼻刀。1.3.2 牛鼻刀描述参数对于牛鼻刀我们仅考虑以下三个描述参数： 底直径：如图1-9中的D，我们通常说的一把多大的牛鼻刀，这个数值就是指底直径的大小，底直径的误差将直接影响产品的加工精度； 刃高：如图1-9中的H，刀刃有多高，限定了一次最大吃刀的深度，我们要在磨制过程中保证牛鼻刀刃高要够用。 角半径：如图1-9中的R，对于不同直径的牛鼻刀，角半径一般在0.21之间，角半径影响了牛鼻刀的有效底直径，比如一把牛鼻刀 JD-6.0-0.5的牛鼻刀，由于存在0.5的角半径，有效底直径变成了6-0.5*2=5，即5mm。精雕雕刻软件JDPaint计算刀具路径时，是按照设定的底直径和角半径进行的，我们在选用刀具时在保证上述两个参数合乎要求的同时，还要注意刃高要满足雕刻深度需要。1.3.3 牛鼻刀角度识别对于双刃直槽牛鼻刀，它的几个角度与双刃直槽平底刀完全一致，请参见上节相关内容。1.3.4 双刃直槽牛鼻刀磨制基础对于螺纹牛鼻刀，我们可以对一把磨损了的成品刀进行修磨，修磨的内容包括开半、修磨底刃、倒圆角。对于双刃直槽牛鼻刀，我们则可以按照磨制双刃直槽平底刀的方法磨制出来以后，再修磨两个圆角，则得到了一把双刃直槽牛鼻刀，当然也可以对磨损了的刀具进行底刃、圆角的修磨。双刃直槽牛鼻刀的磨制过程可以分为五个部分（仅比双刃直槽平底刀多了一个倒圆角的步骤）：（1）开槽；（2）磨制后角及底直径；（3）磨制底刃（得到副后角及副刃偏角）；（4）倒圆角；（5）铲背整个过程可以用图1-10表示如下：图1-10具体的修磨方法我们将在后边学习。1.4 球头刀球头刀属于一种成型刀具，我们来认识一下球头刀。1.4.1 认识球头刀球头刀又简称球刀，从形式上看，分为螺纹球头刀和双刃直槽球头刀，如图1-11所示：图1-11球头刀一般用于曲面半精加工和曲面精加工，不适合进行平面加工。在JDPaint中，球头刀是按照这样的规则进行命名的：刀具类型 JD-球头直径，比如，球头刀 JD-3.0，就表示是一把球头直径为3.0的球头刀。1.4.2 球头刀描述参数对于球头刀我们仅考虑以下二个描述参数： 球头直径：如图1-11中的D，一把多大的球头刀就是指球头直径，球头直径的误差将直接影响产品的加工精度； 刃高：如图1-11中的H，球头刀在加工中是点接触材料，刃高一般不对加工产生什么影响，但是要注意由于刃高不够而引起的干涉。精雕雕刻软件JDPaint在计算刀具路径时是按照球头直径进行的，如果实际有误差，将会影响加工精度。1.4.3 双刃直槽球头刀磨制基础对于双刃直槽球头刀，其磨制原理与双刃直槽牛鼻刀相似，而且对于磨刀机的调整还简单一些，磨制过程共分为五个部分：（1）开槽；（2）磨制后角及底直径；（3）磨制底刃（得到副后角及副刃偏角）；（4）磨球头；（5）铲背整个过程可以用图1-12表示如下：图1-121.5 锥度球头刀锥度球头刀兼具锥度刀和球头刀的特点，下面我们来认识一下锥度球头刀。1.5.1 认识锥度球头刀锥度球头刀又简称锥球刀，从形式上看，分为螺纹锥球刀和双刃直槽锥球刀，如图1-13所示：图1-13锥球刀是锥刀和球刀的混合体，它一方面具有锥刀的特点，具有很小的底直径，另一方面又有球刀的特点，可以雕刻比较精细的曲面。在JDPaint中，锥度球头刀是按照这样的规则进行命名的：刀具类型 JD-锥度-球头半径，比如，锥度球头刀 JD-30-0.15，就表示是一把锥度为30度，球头半径为0.15的锥度球头刀。1.5.2 锥度球头刀描述参数对于锥度球头刀我们仅考虑以下三个描述参数： 锥度：如图1-13中的a，也就是刃全角或者说锥度球头刀的锥度。锥度的误差将直接影响产品的加工精度； 球头半径：如图1-13中的R的一半，在锥球刀的名称中，是按照球头半径来标注的，球头半径的误差将直接影响产品的加工精度； 刃高：如图