数控技术第3章

第3章数控加工刀具3.1数控刀具的特点及分类

3.1.1数控刀具的特点（1）高切削速度，硬质合金刀具切削速度可达500～600m/min，陶瓷刀具可达800～1000m/min；（2）高精度和重复定位精度，一般为3～5μm或者更高；

（3）较高的强度、刚度及抗震性；

（4）高可靠性和耐磨性，使用寿命长；

（5）刀具高度通用化、规格化、系列化。3.1.2数控刀具的种类1．从结构上可分为：

（1）整体式刀具，由整块材料磨制而成，使用时可根据不同用途将切削部分修磨成所需形状。

（2）镶嵌式刀具，有焊接式和机夹式两种。

（3）特殊型刀具，如减振式刀具。

各种刀具均是由工作部分和夹持部分组成。

2．从加工工艺上可分为：

车刀、铣刀、钻头、扩孔刀、铰刀、镗刀、丝锥等，分别用于机加工的车削、铣削、镗削、钻削、攻丝等。这是最常用的分类方法。

3．从刀具材料上可分为：

高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金钢石等。3.2刀具材料刀具材料的性能主要是耐磨性、韧性和热硬性。

耐磨性反映在刀具后刀面的磨损及其它形式的磨损，韧性是指刀具整体的抗弯性和抗横向断裂能力，热硬性是指刀具在高速度下与高温材料加工时的硬度保持性能。

天然金刚石聚晶人造金刚石Al2o3陶瓷CBN刀具金属陶瓷（TiC类硬质合金）涂层刀具WC系硬质合金非铁铸造合金高速钢硬度韧性

1．高速钢

含较多钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢，刀具使用前需生产者自行刃磨，适于各种非标准刀具。

2．硬质合金

是一种由硬的碳化物形成的硬点和金属粘结剂组成的粉末烧结制品。

3．超硬刀具

超硬刀具材料是金刚石和立方氮化硼（cubicboronnitride,CBN）的统称，用于超精加工及硬脆材料加工，切削速度比硬质合金刀具提高10~20倍。3.3数控车削刀具

3.3.1车削刀具类型与结构车削刀具用于对回转体工件的加工，大致分为三大类：

1．圆表面切削刀具，如：外圆车刀、内圆车刀、螺纹车刀、切槽车刀；

2．端面切削刀具，如：端面车刀、切断车刀；

3．中心孔加工刀具，如：中心孔钻头、镗刀、丝锥等。

图3-2车刀的种类3.3.3车削刀具的选用1．数控车削刀具的一般性要求

（1）刀体要求制造精度较高。

（2）刀片一般有断屑槽。

（3）刀片有高的耐用度。

2．工序对刀具的要求

（1）粗车：要求粗车刀具强度高、耐用度好。

（2）精车：要求精车刀具的精度高、耐用度好。3．刀片形状的选择加工的零件形状是选择刀片形状的第一依据。刀具主、副切削刃不得与工件的已加工表面或待加工表面发生干涉。

4．刀尖半径的选择（1）选择尽可能大的刀尖圆弧，以获得坚固的切削刃；（2）大刀尖半径时允许使用大的进给量；（3）有振动时，宜选择小的刀尖半径；（4）从断屑可靠性考虑，小余量、小进给量的车削加工，刀尖圆弧半径宜小，反之则宜用较大的刀尖圆弧半径。

刀尖圆弧半径、进给速度是影响表面粗糙度的两个因素。3.4数控铣削刀具

3.4.1铣刀的类型按形状与用途大致可分为以下几种：

1．圆柱铣刀

用于卧式铣床上加工平面，主要用高速钢制造，为侧刃切削刀具，也可镶焊螺旋形硬质合金刀片。

2．端铣刀（也叫面铣刀）

用于立式铣床上加工平面。端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。端铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料主要采用效硬质合金，率较高。

面铣刀球头铣刀三面刃铣刀仿形铣刀

图3-7部分铣刀样式

3．立铣刀

用于立式铣床加工。可加工平面、台阶、槽，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。

4．球头铣刀

它的结构特点是球头上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给，多用于模具曲面加工。

5．键槽铣刀键槽铣刀主要用于加工圆头平键键槽，也可用于加工开口槽。键槽铣刀适用于铣削对槽宽有相应要求的槽类加工，采用仅有两个刀刃的螺旋齿结构，既像立铣刀又像钻头。6．三面刃铣刀

用于卧式铣床切槽和加工台阶面，其在两侧端面上都有切削刃。

3.4.3铣削刀具的选用1．数控铣削刀具的一般性要求

刀具的刚性要好、耐用度要高。2．铣削用刀具的选择加工较大的平面应选择端面铣刀；

加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；

加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面多选用球头铣刀；

加工键槽选择键槽铣刀；

加工各种直凹槽或圆弧形凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成型铣刀；

3.5孔加工用刀具

3.5.1钻孔刀具

钻孔用刀具有普通麻花钻、可转位浅孔钻、喷吸钻及扁钻等，最常采用的是普通麻花钻。

1.可转位浅孔钻：用于钻削直径为30～60mm、孔的深径比小于或等于3的中等浅孔，具有切削效率高、加工质量好的特点，最适用于箱体零件的钻孔加工。

2.喷吸钻：对深径比大于5而小于100的深孔，因其加工中散热差，排屑困难，钻杆刚性差，易使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜，多用喷吸钻。

3.硬质合金扁钻：刚性较好，适用于钻削大直径孔。中心钻麻花钻

可转位浅孔钻喷吸钻硬质合金扁钻

图3-11数控钻孔刀具3.5.2扩孔刀具标准的扩孔钻一般有3～4条主切削刃。

扩孔钻加工时要求的余量较小，主切削刃较短，因而容屑槽浅，刀体的强度和刚度较好。另外，扩孔钻的刀齿多，导向性好，切削平稳，加工质量和生产效率都比较高。可转位扩孔钻扩孔刀

图3-12扩孔、镗孔与铰孔刀具3.5.3镗孔刀具按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。

单刃镗刀刚性差，切削时易引起振动，所以镗刀的主偏角选得较大；镗孔径的大小要靠调整刀具的悬伸长度来保证，调整麻烦，效率低，只能用于单件小批生产。但单刃镗刀结构简单，适应性较广，粗、精加工都适用。

镗削大直径的孔时，可选用双刃镗刀。

3.5.4铰孔刀具

加工精度为IT7~IT10级，表面粗糙度Ra为0.8~1.6μm的孔时，多选用通用标准铰刀。

铰刀工作部分包括切削部分与校准部分。切削部分为锥形，担负主要切削工作。校准部分的作用是校正孔径、修光孔壁和导向。校准部分包括圆柱部分和倒锥部分，圆柱部分保证铰刀直径和便于测量，倒锥部分可减少铰刀与孔壁的摩擦，减小孔径扩大量。

3.6数控机床工具系统

3.6.1工具系统简介数控机床工具系统主要由两部分组成：一是刀具部分，二是工具柄部(刀柄)、接杆(接柄)和夹头等装夹工具部分。

1．整体式工具系统

整体式工具系统（TSG）组成如图3-13所示，它把工具柄部和装夹刀具的工作部分做成一体，要求不同工作部分都具有同样结构的刀柄，以便与机床的主轴相连，所以具有可靠性强、使用方便、结构简单、调换迅速及刀柄的种类较多等特点。图3-13整体式刀具系统图3-14模块式刀具系统2．模块式数控刀具系统

所谓“模块式”（图3-14），是指将整体式刀杆分解成柄部(主柄模块)、中间连接块(中间连接模块)、工作头部(工作模块)三个主要部分，使用者可根据加工要求，将这三部分模块，任意组合成钻、铣、镗、铰及攻螺纹的各种工具，以进行切削加工。

模块式工具系统可分为镗铣类模块式工具系统（适合在数控镗铣床、加工中心上使用）和车削模块式工具系统（适合在数控车床、车削中心上使用）。

模块式工具克服了整体式工具功能单一、加工尺寸不易变动的不足，显示出其经济、灵活、快速、可靠的特点。目前世界上模块式工具系统有几十种结构，其区别主要在于