数控机床刀具的正确使用.doc

数控机床刀具的正确使用数控机床刀具的正确使用宋德禄摘要：现代数控刀具科普性知识和近几年来在刀具材料、结构科技领域里的现状及发展趋势。指出拉削、滚压、搓挤刀具和复合(组合)孔加工数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革，再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果，会产生巨大的社会效益和经济效益。关键词：刀具数控机床材料近年来，数控机床(CNC)、加工中心(MC)、柔性制造单元(FMC)和柔性制造(FMS)得到日益广泛的应用，使机械制造面貌发生了很大变化。作为加工系统的一个重要组成部分，自动化加工用刀具的正确设计与合理使用，对机床及自动线的正常工作、提高生产效率及加工质量均具有重要意义。一、数控加工刀具的种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。(一)从结构上可分为整体式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；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；内冷式切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部；特殊型式如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。(二)从制造所采用的材料上可分为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。高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。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。硬质合金刀片按国际标准分为三大类：P类，M类，K类。P类-适于加工钢、长屑可锻铸铁(相当于我国的YT类)M类-适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等(相当于我国的YW类)M-S类-适于加工耐热合金和钛合金K类-适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金(相当于我国的YG类)K-N类-适于加工铝、非铁合金K-H类-适于加工淬硬材料陶瓷刀具立方氮化硼刀具金刚石(三)从切削工艺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。常规车削刀具为长条形方刀体或圆柱刀杆。方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定。圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定。它们与机床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的。在模块化车削工具系统中，刀盘的联接以齿条式柄体联接为多，而刀头与刀体的联接是插入快换式系统。它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削，也适用于车削中心的自动换刀系统。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。钻削刀具分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等。钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数控镗铣床和加工中心。因此它的结构和联接形式有多种。有直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹联接、模块式联接(圆锥或圆柱联接)等多种。镗削刀具分粗镗、精镗等刀具。镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄、模块式镗刀柄和镗头类。从加工工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀。铣削刀具分面铣、立铣、三面刃铣等刀具。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，端部切削刃为副切削刃。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。键槽铣刀鼓形铣刀成形铣刀(四)特殊型刀具特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式(自动反向)攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。二、刀具的选用与其使用刀具的选用与其使用条件，式件材料和尺寸，断屑及刀具和刀片的生产供应等许多因素有关。如选用适当不但能使机床发挥出应有的效率，同时能提高加工质量，降低生产成本。而且，刀具的结构形式有时对工艺方案的拟定也起着决定性影响，因此必须慎重对待，综合考虑。一般选择原则如下：为了提高刀具的耐用度和可靠性。应尽量选用各种高性能，高效率，长寿命的刀具材料制成的刀具，如使用各种超硬材料人造聚晶金刚石，金刚石压层刀片，立方氮化硼cNB，cNB硬质合金复合片等，高性能复合陶瓷，涂层刀具，硬质合金层压刀片是一种耐磨性，强度及冲击韧性等综合性能较好的硬质合金刀片，它是在韧性较好的YG8合金基础上，再压一层厚度为0.20.5mm含Tic和Tac等稀有金属碳化物的刀片和各种超硬高速钢等。必须指出，基于目前我国现实防情况，有些新型刀片还处于过渡试制阶段，性能不够稳定，所以通用型高速钢w18Cr4V和W6M05Cr4V2与硬质合金仍是我国制造数控刀具与自动线刀具的主要材料，但应尽量选用涂层牌号。而且使用之前刀片须经过严格检验，以避免一把刀具损坏而造成停机，甚至使整条自动线不能工作。应选用机夹可转位刀具的结构。现行的可转位车刀国家标准GB5343-85中的规定的刀具品种，因其刀尖位置精度要求较低刀尖到侧基面允差和刀尖高度允差为一O.33-0.39mm，刀尖到后基面允差为一2.5-2.9mm，因此只适用于普通车床及带有快换刀夹的数控车床。这是因为刀具上刀尖位置过大的制造误差，可通过快换刀夹和刀具一起在机外预调时得到补偿。如要求刀具不经过预调使用如使用圆盘形或圆锥形刀架，则应选用精密级可转位车刀的刀尖位置精度可达0.08mmX方向和Y方向，换刀后经过试切补偿修正，可满足一般车削加下精度的要求。由于带沉孔和后角刀片的刀具结构简单，通常只需用一个沉头螺钉就可直接将刀片3压紧在车刀刀杆上。它具有夹紧元件少，制造方便断屑可靠，刀头部分尺寸小，刀头上无凸出部分，切屑流出不受阻碍等优点，因此应优先采用，这可广泛用于制造各种小尺寸的外圆车刀和端面车刀、内孔镗刀和镗刀头、可转位钻头、叫转位铣刀和三面铣刀等刀具上。为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具。其中以孔加工复合刀具的使用最为普遍。精加工孔时可采用镗孔或铰孔工艺。由于镗刀结构简单，刃磨和调整方便，因此只要在镗杆刚性足够的条件下，应尽量采用镗刀。尤其是孔径在大于80cm的孔，过小的孔不宜用镗刀加工，不然由于镗杆过细，会引起振动而影响加工精度和表面粗糙度。应尽量采用各种高效刀具。如高刚性麻花钻，钻扩四刃钻，硬质合金单刃铰刀，精密微调镗刀，波形刃立铣刀和热管式刀具等。3几种高效率数控自动线刀具在数控机床和自动线上，为提高钻头耐用度和生产率，国外大量使用高刚性麻花钻。这种钻头在如下特点：螺旋角大，可增大到35。一45。以降低切削力。钻芯厚度厚。可将钻芯厚度由标准钻的0.125-0.15D提高到0.3D，D为钻头直径，以提高钻头的强度与刚性。采用新的容屑槽形状。钻头的刚性与容屑是两个相互矛盾的问题，如用增加钻芯厚度的方法来提高刚性，容屑的断面就要减小，这样会使排屑困难。所以必须采用新的容屑槽形状。由于铰孔比镗钻孔更能保证孔的位置和形状精度。所以数控机床和自动线上广泛使用尺寸可微调和镶装刃头的各种镗刀杆。三、刀具安全使用(一)、请不要在不合适的切削条件下使用。请将产品目录中所记载的切削条件表内的参数作为新的加工工作开始时的大致标准。因为切削而出现异常的震动或响声时，请调整切削条件。(二)、请不要使用磨损严重，有缺口的刀具。连续地使用磨损严重、有缺口的刀具，会引起破损，在装上刀具之前请先确认刀具的损伤情况，并在合适的时候更换刀具或重新研磨。(三)、请不要进行反向使用刀具通常是在向右旋转的状态下使用。如为向左旋转，则会在包装上加以提示，故请予确认。结束语：近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在安全使用与高速(超高速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精)数控机加工技术领域。高速、高效、复合、高精度、高可靠性及环保是先进切削技术的发展趋势，也是对数控刀具提出的要求。数控刀具制造技术的发展主要集中在如下几个方面：刀具材料制造技术、刀具涂层制造技术、刀具结构设计制造技术、连接数控刀具和数控机床的工具系统制造技术以及切削数据库等相关软件技术。将测量技术和装备集成于数控刀具的机械加工制造过程中，推动了数控刀具数字化制造技术的发展。系统通过计算机通讯，可实现从CAD、CAM、CAI到CAM再加工直至质量达到要求，实现数控刀具零废品制造。数控刀具整个制造系统信息实现了集成和融合。数控刀具切削数据库集成于数控机床，也是数控切削技术发展的一个重要内容。我国已开始探索起步