数控刀具选用

美、德、日等世界制造业发达的国家无一例外都是刀具工业先进的国家。先进刀具不但是推动制造技术发展进步的重要动力，还是提高产品质量、降低加工成本的重要手段。刀具与机床一直是互相制约又相互促进的。今天先进的数控机床已经成为现代制造业的主要装备，它与同步发展起来的先进刀具一起共同推动了加工技术的进步，使制造技术进入了数控加工的新时代。通过本章的学习使学生掌握正确选用数控刀具所必备的基础知识。

1数控刀具的基本特点数控刀具的材料数控刀具合理选用可转位车刀的选用旋转刀具的选择工具系统选择2切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提高了切削加工的效率。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高级阶段的飞跃，成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴。切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入“三高一专（高效率、高精度、高可靠性和专用化）”的数控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃；成为现代数控加工技术的关键技术；与现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。数控刀具的类型与特点3数控刀具的类型与特点数控刀具的基本特征数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。4数控刀具的类型与特点5按照刀具结构分：整体式：钻头、立铣刀等镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式数控刀具的类型与特点特殊形式：复合式、减振式等机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%~40%，金属切除率占总数的80%~90%6按照切削工艺分：车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等数控刀具的类型与特点钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等车削刀具图片铣削刀具图片钻削刀具图片镗削刀具图片7外圆车刀内孔车刀螺纹车刀数控刀具的类型与特点常用车刀8面铣刀方肩铣刀仿形铣刀三面刃和螺纹铣刀整体硬质合金铣刀数控刀具的类型与特点常用铣刀9铰刀钻头丝锥数控刀具的类型与特点钻削刀具10粗镗刀精镗刀数控刀具的类型与特点镗削刀具11数控刀具的材料切削刀具材料的硬度和韧性

1923年发明的硬质合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年开发了CVD技术，使涂层硬质合金快速普及。自1974年起，开发了TiC-TiN系金属陶瓷12数控刀具的材料高速钢刀具

高速钢(HSS)刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢凭藉其在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面优良的综合性能，在切削某些难加工材料以及在复杂刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀造中仍有较大的比重。但经过市场探索一些高端产品逐步已被硬质合金工具代替。13硬质合金刀具普通硬质合金数控刀具的材料新型硬质合金超细晶粒硬质合金涂层硬质合金金属陶瓷

粒径在1μm以下，这种材料具有硬度高、韧性好、切削刀可靠性高等优异性能保持了普通硬质合金机体的强度和韧性，又使表面有很高的硬度和耐磨性TiC(N)基硬质合金，其性能介于陶瓷和硬质合金之间新型硬质合金刀具加工实例14新型硬质合金刀具加工实例数控刀具的材料加工示意图加工切削参数毛坯尺寸和材料使用刀具主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)侧吃刀量(mm)背吃刀量(mm)100X80X50（HRC50）Φ8，4齿（超细晶硬质合金）1000030000.21015数控刀具的材料陶瓷刀具不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工；可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数；可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高3-10倍。16数控刀具的材料超硬刀具是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。

超硬刀具加工实例17超硬刀具加工实例数控刀具的材料加工模具示意图高速加工切削参数毛坯尺寸和材料使用刀具主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)背吃刀量(mm)加工时间(min)60X60X50（HRC60）R1X8（CBN）2000020000.0250.318硬质合金的分类和标志P类数控刀具的材料

蓝色（包括P01~P50),系高合金化的硬质合金牌号。这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属

M类，黄色（包括M10~M40），系中合化的硬质合金牌号。这类合金为通用型，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属及有色金属

切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标志的三大类，分别用P、M、K表示M类K类红色（包括K10~K40），系单纯WC的硬质合金牌号。主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料19数控刀具的材料

课堂讨论根据国际标准ISO分类的硬质合金牌号P、M、K，分别相当于我国国家标准的哪一类硬质合金？20

市场经济不断地推进，现代企业在高目标和低成本的追求过程中，已逐渐改变了传统的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力获得最大效益的“主题”生产。体现在金属切削刀具领域，成本已不再是简单的购买刀具的费用，一方面，采用什么样的刀具会影响到产品工艺、机床的选型和配置、生产效率、产品质量等，因而受到越来越多的重视；另一方面，自制刀具是否划算？人力物力的投入也成为企业考虑的问题。企业内部的成本核算推进了生产过程的专业化服务。因此，对一般机械加工企业来说，刀具的配置，更多的是如何选、如何用，而不是在如何设计与制造上。

数控刀具合理选用21数控刀具合理选用22可转位车刀的选用刀片的夹紧方式

各种夹紧方式是为适用于不同的应用范围设计的。为了帮助您选择具体工序的最佳刀具，按照适合性对它们分类，适合性有1-3个等级，3为最佳选择。

山特维克可乐满车刀的夹紧方式选择23可转位车刀的选用刀片形状的选择正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型（前角）刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。24可转位车刀的选用刀片形状的选择根据加工轮廓选择刀片形状一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。25刀具前角的作用大负前角用于切削硬材料需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件大正前角用于切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时前角对切削力、切屑排出、切削、刀具耐用度影响都很大前角的影响正前角大，切削刃锋利前角每增加1°，切削功率减少1％正前角大，刀刃强度下降；负前角过大，切削力增加26刀具后角的作用后角的影响后角大，后刀面磨损小后角大，刀尖强度下降小后角用于切削硬材料需切削刃强度高时大后角用于切削软材料切削易加工硬化的材料27主偏角的作用主偏角的影响进给量相同时，余偏角大，刀片与切屑接触的长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长的刀刃上，刀具耐用度得以提高主偏角小，分力a’也随之增加，加工细长轴时，易发生挠曲主偏角小，切屑处力性能变差主偏角小，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使切屑难以碎断大主偏角用于切深小的精加工切削细而长的工件机床刚性差时小主偏角用于工件硬度高，切削温度大时大直径零件的粗加工机床刚性高时余偏角等于90°减主偏角，其作用是缓和冲击力，对进给力，背向力，切削厚度都有影响28副偏角的作用副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为5°～15°副偏角的影响副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易发热副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动粗加工时副偏角宜小些；而精加工时副偏角则宜大些29刃倾角的作用刃倾角的影响刃倾角为负时，切屑流向工件；为正时，反向排出刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切削背向力也增加，易产生振动刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为3°～5°；铣削时10°～15°30刀尖圆弧半径的作用刀尖圆弧半径的影响刀尖圆弧半径大，表面粗糙度下降刀尖圆弧半径大，刀刃强度增加刀尖圆弧半径过大，切削力增加，易产生振动刀尖圆弧半径大，刀具前、后面磨损减小刀尖圆弧半径过大，切屑处理性能恶化刀尖圆弧半径对刀尖的强度及加工表面粗糙度影响很大，

一般适宜值选进给量的2～3倍刀尖圆弧小用于切深削的精加工细长轴加工机床刚性差时刀尖圆弧大用于需要刀刃强度高的黑皮切削，断续切削大直径工件的粗加工机床刚性好时31可转位车刀的选用切削范围代号断屑槽形状特点精加工切削FH

精加工专用断屑槽轻切削SH

适合用于小切深,大进给大的前角刃口锋利中切削MV

适用于仿形向上切削加工正角刀棱锋利准重切削GH

大进给粗加工断续、黑皮切削两面均有断屑槽重切削HX

不等棱边刀刃不仅刀刃锋利且强度也好连续或继续加工均适合断屑槽的参数直接影响到切削的卷曲和折断，目前刀片的断屑槽形式较多，各种断屑槽刀片的使用情况不尽相同，选用时一般参照具体的产品样本MITSUBISHI推荐的适用于加工钢材的断屑槽形32可转位铣刀的选用特点可转位铣刀的选用类型的选择可转位面铣刀、立铣刀、槽铣刀、专用铣刀等可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式刀片牌号和断屑槽形的选择可转位铣刀直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸为满足不同用户的需要，同一直径的可转位铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型齿数的选择角度的选择直径的选择合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能。用于铣削的刀片槽形一般有轻型、中型和重型旋转刀具的选择33可转位铣刀类型的选择可转位铣刀的类型可转位面铣刀：主要用于加工较大平面选择，主要有平面粗铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种

可转位槽铣刀：主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀旋转刀具的选择可转位立铣刀：主要用于加工凸台、凹槽、小平面、曲面等。主要有立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、R立铣刀、T型槽铣刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等可转位专用铣刀：用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取决于所用机床和零件的加工要求34可转位铣刀齿数（齿距）的选择可转位铣刀的齿数粗齿铣刀：大余量粗加工、软材料、切削宽度较大、机床功率较小

中齿铣刀：通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性密齿铣刀：用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工旋转刀具的选择不等分齿距铣刀：防止工艺系统出现共振，使切削平稳，在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀35可转位铣刀角度的选择可转位铣刀的角度主偏角：可转位铣刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等几种前角：铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角。常用的前角组合形式