金 属 切 削 原 理 与 刀 具第11章

1、11.1 数控刀具的种类 数控刀具是指与数控机床相配套使用的各种刀具的总称，是数控机床不可缺少的关键配套产品。 数控刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括刀具及连接刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床的动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具一般可按下列方法进行分类。1按刀具切削部分的材料分 可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具和涂层刀具等。 第十一章 数 控 刀 具 第十一章 数控刀具2按刀具的结构形式分（1）整体式。整体式包括钻头和立铣刀等。（2）镶嵌式。镶嵌式包括刀片采用焊接和机夹式等。（3）特殊形式。特殊形式包括复合式和减振式等。3

2、按切削加工工艺分（1）车削刀具。车削刀具包括外圆车刀、内孔车刀、切槽（断）刀、端面车刀、螺纹车刀等。（2）铣削刀具。铣削刀具包括面铣刀、立铣刀和螺纹铣刀等。（3）钻削刀具。钻削刀具包括钻头、铰刀和丝锥等。（4）镗削刀具。镗削刀具包括粗镗刀和精镗刀等。 第十一章 数控刀具112 数控刀具的特点 11.2.1 数控刀具与传统刀具的特征比较 随着高刚度整体铸造床身、高速运算数控系统和主轴动平衡等新技术的采用，以及刀具材料的不断发展，现代切削加工朝着高速、高精度和强力切削方向发展，因此现代切削刀具与传统的刀具有着本质的区别。“数控刀具”特指与加工中心、数控车床、数控镗铣床、数控钻床等先进高效的数控机床

3、相配套使用的整体合金刀具、超硬刀具、可转位刀片、工具系统和可转位刀具等，数控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、长寿命和良好的综合切削性能取代了传统的刀具。数控刀具与传统刀具的特征比较如表11.1所示。 第十一章 数控刀具 第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具11.2.2 数控刀具的特点（1）刀片及刀柄高度的通用化、规格化和系列化。（2）刀片或刀具的耐用度及其经济寿命指标的合理性。（3）刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。（4）刀片或刀具材料及切削参数与被加工零件材料之间应相匹配。（5）刀具应具有较高的精度。（6）刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。（7）刀柄的强度要高，刚性及耐磨性要好。

4、（8）刀柄或工具系统的装机重量有限制。（9）刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。（10）刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。 第十一章 数控刀具113 数控车削刀具 11.3.1 数控车削刀具的类型 数控车削刀具是指数控车床上所用的各种刀具的统称。其一般分类如下。1按加工功能分 分为内外端面车刀、内外轮廓车刀、内外切槽刀、内外螺纹车刀、外圆车刀及内孔车刀，如图11.1所示。2按切削刃形状分（1）尖形车刀。是指以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主、副切削刃构成。用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。第十一章 数控刀具 1外

5、（内）端面车刀 2外（内）轮廓车刀 3外（内）切槽刀 4外圆（内孔）车刀 5外（内）螺纹车刀图11.1 数控车刀的主要类型 尖形车刀几何参数的选择方法与普通车削时基本相同，但应以是否适合数控加工的特点进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。第十一章 数控刀具（2）圆弧形车刀。如图11.2所示，它是以一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃上每一点都是刀尖，刀位点在该圆弧的圆心上，编程时要进行刀具半径补偿。当某些车刀的刀尖具有一定的圆弧形状时，也可作为这类车刀使用。 圆弧形车刀可用于车削内、外表面，特别适宜于车削精度要求较高的凹曲面或大外圆弧面，以及尖形车刀所不能完成的

6、加工。选择车刀圆弧半径大小时应考虑两点：一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹轮廓上的最小曲率半径，图11.2 圆弧形车刀第十一章 数控刀具以免发生加工干涉；二是该半径不宜选择太小，否则既难于制造，还会使车刀容易受到损坏。（3）成形车刀。俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形槽车刀和螺纹车刀等。在数控车削加工中，应尽量少用或不用成形车刀，当确有必要选用时，则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明。11.3.2 机夹可转位式外圆车刀的ISO代码1代码表示方法 其代码用字母和数字表示。代码共有10个号位，前9个号位必须使用，

7、第10号位仅用于符合标准规定的精密级车刀。各号位代号所表示的内容如表11.2所示。 第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具11.3.3 机夹可转位式内孔车刀的ISO代码 机夹可转位式内孔车刀的ISO代码如表11.7所示。其代码用一组给定意义的字母和数字表示。代码共有10个号位，前9个号位必须使用，第10号位为制造商选择代码。第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具 11.3.4 机夹可转位式螺纹车刀 可转位式螺纹车刀有整体式内外螺纹车刀和模块式内外螺纹车刀。前者由可转位螺纹刀片和整体刀杆组成；后者则由可转位螺纹刀片、可快换的模块

8、式刀头及专用刀杆组成。刀片的夹紧方式主要有上压式、压孔式和杠杆式夹紧等。与焊接式螺纹车刀相比，可转位螺纹车刀具有齿形精度高、使用寿命长、装卸转位省时方便、生产效率高、经济性好等优点。1可转位螺纹车刀刀片 可转位螺纹刀片的形状有很多种，有条形、菱形和三角形等，如图11.3所示。刀片在刀杆上的安装方式有平装和立装式。平装刀片多为单面有切削刃的菱形刀片和三角第十一章 数控刀具形刀片，刀片每一切削刃上的齿数可制成单齿或多齿。螺纹车刀的可转位立装刀片有条形和三角形的，刀片双面有切削刃，一般都制成单齿刀片。 图11.3 可转位螺纹刀片的形状第十一章 数控刀具 目前除少数通用性较广且需求量较多的螺纹刀片型号

9、按ISO国际标准统一编号外，绝大部分可转位螺纹刀片都是由生产厂自行规定编号。按ISO国际标准编号的螺纹刀片，其编号方法与一般可转位刀片相同。以下是有代表性的厂家生产的非标准螺纹刀片的编号方法。（1）成都工具研究所可转位螺纹刀片。成都工具研究所主要有硬质合金可转位螺纹刀片和硬质合金石油管螺纹刀片。其硬质合金可转位螺纹刀片型号用6位代号表示，示例如下。各位代号表示的内容如表11.8所示。 第十一章 数控刀具（2）瑞典Sandvik公司可转位螺纹刀片。该公司生产的刀片有两类：一是带断屑槽的T-MAX U-LOCK刀片；二是不带切屑槽的T-MAX刀片。第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具2可转位式螺纹

10、车刀 其须具有较高的精度、强度和刚性，满足刀具安装方便、刀片更换或转位迅速、刀片夹紧可靠、使用性能稳定等要求。刀杆的结构有整体式和模块式两种。 目前，机夹可转位式螺纹车刀还没有统一的ISO代码，但不同刀具制造商采用的代码大同小异，主要包括刀片的压紧方式、螺纹形式、切削方向和刀具长度等。以下是有代表性的厂家生产的螺纹车刀编号方法。（1）成都英格数控刀具模具有限公司的机夹可转位式螺纹车刀。其代码用8位代号表示，如示例。各位代号表示的内容如表11.10所示。 第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具（2）瑞典Sandvik公司的机夹可转位式螺纹车刀。瑞典Sandvik公司的机夹可转位式螺纹车刀的刀杆有整

11、体式和模块式两种。整体式刀杆截面为圆形或矩形，模块式为BT形（BLOCK TOOL SYSTEM）。两种刀杆分别与T-MAX、T-MAX U-LOCK可转位螺纹刀片配用，构成各种可转位内、外螺纹车刀。Sandvik可转位式螺纹车刀的型号表示规则用多位代号表示，如示例。各位代号表示的内容如表11.11所示。 第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具第十一章 数控刀具114 数控铣削刀具 11.4.1 数控铣刀的种类及适用范围1数控铣床对刀具的要求（1）铣刀刚性要好。（2）铣刀的耐用度要高。 应根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀。2数控铣刀的分类（1）按铣刀

12、切削部分的材料不同。分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具和陶瓷刀具等（2）按铣刀结构形式不同分。分为整体式、镶嵌式、减振式、内冷式和特殊形式等。第十一章 数控刀具 整体式。 镶嵌式。 减振式。 内冷式。 特殊形式。（3）按铣刀的用途不同分类。 面铣刀。其圆周面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃，可用于立式或卧式铣床上加工台阶面和平面，生产效率高。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。 如图11.4所示为常用的硬质合金面铣刀的种类。第十一章 数控刀具图11.4 常用硬质合金面铣刀的种类第十一章 数控刀具 立铣刀。结构如

13、图11.5所示。其圆柱表面和端面上都有切削刃，可同时进行切削，也可单独进行切削。主要用于加工凹槽、台阶面和小的平面。结构有整体式和机夹式等。 立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿。不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。 图11.5 立铣刀结构第十一章 数控刀具 模具铣刀。可分为圆锥形、圆柱形球头和圆锥形球头立铣刀3种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。可作径向和轴向进给，主要用于加工模具型腔和凸模成形面。 图11.6所示为高速钢模具铣刀。图11.7所示为硬质合金模具铣刀，小规格的硬质合金铣刀多制成整体结构，16以上直径的，制成焊接

14、式或机夹可转位刀片结构。 图11.6 高速钢模具铣刀第十一章 数控刀具 键槽铣刀。如图11.8所示。在它圆周上只有两个螺旋刀齿，其端面刀齿的刀刃延伸至中心，既像立铣刀，又像钻头。因此在铣两端不通的键槽时，可以作适量的轴向进给。它主要用于加工圆头封闭键槽，使用它加工时，要作多次垂直进给和纵向进给才能完成键槽加工。图11.7 硬质合金模具铣刀第十一章 数控刀具 键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，磨后直径不变 鼓形铣刀。图11.9所示为一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位

15、，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。所以，鼓形铣刀主要用于对变斜角类零件的变斜角面的近似加工。 鼓形铣刀的特点是刃磨困难，切削条件较差。 图11.8 键槽铣刀 图11.9 鼓形铣刀第十一章 数控刀具 成形铣刀。成形铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状（如角度面、凹槽面等），也适用于特形孔或台。图11.10所示为几种常用的成形铣刀。 图11.10 几种常用的成形铣刀第十一章 数控刀具11.4.2 数控铣刀刀片ISO代码1可转位铣刀刀片的夹紧（1）螺钉楔块式。图11.11a、b所示为螺钉楔块式。它具有结构简单、夹紧可靠、工艺性好等优点，目前使用最多。（2）拉杆楔块式。图11.11（c）所示为螺钉拉杆楔块式。该结构所占空间小，结构紧凑，可增加铣刀齿数，有利于提高切削效果。图11.11（d）所示为弹簧拉杆楔块式，更换刀片非常方便，主要用于细齿可转位面铣刀。（3）上压式。刀片通过蘑菇头螺钉，如图11.11e所示，或通过螺钉压板，如图11.11f所示，夹紧在刀体上。该结构具有结构简单、紧凑，制造容易特点。适用于小直径面铣刀第十一章 数控刀具图11.11 可转位刀片的夹紧方式第十一章 数控刀具 2可转位铣刀刀