教学材料《数控加工》-第二章

2.1概述2.1.1数控机床刀具的特点数控机床加工具有广泛的适应性和较高的灵活性，加工精度高、质量稳定、加工生产率高，能加工复杂型面等优点，使得数控机床刀具与普通机床上所使用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点:1.高效率性

2.高精度性

3.高可靠性

4.专用化2.1.2数控机床刀具的材料下-页

返回2.1概述1.高速钢(Highspeedsteel)

高速钢的抗弯强度、韧性较高，具有良好的工艺性，刃磨后切削刃锋利，所以又称锋钢。高速钢的耐腐蚀性好，所以又将高速钢刀条俗称白钢，如图2-1。常用高速钢的牌号与用途见表2-1。2.硬质合金(Cemen示edCarbide)

硬质合金是硬度很高的金属碳化物(WC‘、示iC、示aC等)与金属钻结剂(Co)用粉末冶金的方法制成的。它的常温硬度为89~93HRA，耐热温度为800~1000C，硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢高5~10倍，可达100~300m/min，其将在刀具材料中占主导地位。它可以加工包括淬硬钢在内的多种材料。上-页

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返回2.1概述

按照国际标准ISO，以硬质合金的硬度、抗弯强度等指标为依据，将硬质合金刀片材料分为K,P,M三大类，目前，我国常用的硬质合金可分为两大类，一类是碳化钨基硬质合金;另一类是碳化软基硬质合金。碳化钨基硬质合金。碳化钨基硬质合金又主要包括以下几种钨钴类硬质合金(WC+Co)，代号YG(属于K类)

钨软钻类硬质合金(WC+示iC十Co)，代号Y示(属于P类)。钨软(铌)类硬质合金(WC+示iC+示aC(NoC)+CLo，代号YW(属于M类)，常用硬质合金牌号及用途见表2-2上-页

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返回2.1概述3.超硬刀具材料

(1)陶瓷(Ceramics)(2)聚晶金刚石(PCD)(3)立方氮化硼(CBN)2.1.3刀具涂层技术刀具涂层技术目前可划分为两大类，即化学气相沉积技术和物理气相沉积(PVD)技术目前，刀具材料发展呈现以下特点:(1)整体硬质合金刀具逐渐代替高速钢刀具。如用超细颗粒硬质合金材料制造立铣刀、麻花钻、丝锥等刀具。上-页

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返回2.1概述(2)涂层刀具的应用越来越普遍，其中PVI涂层刀具增幅最大。

(3)聚晶金刚石、立方氮化硼和单晶金刚石涂层刀具增长迅速。数控刀具正是利用这些材料的特点，满足高速(超高速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精细)切削及高效率数控加工切削的技术要求。对于金属切削刀具材料一般有硬度、强度、红硬性、导热性等指标要求，其中硬度和强度是一对极其重要的指标，理想的刀具材料应当硬度、强度兼备，这是刀具界发展的目标，上-页

返回2.2数控机床刀具的选择2.2.1数控机床刀具的分类1.按刀具的结构分数控机床刀具按刀具的结构可分为:①整体式;②镶嵌式，包括焊接式、机夹式;③特殊形式，包括复合式、内冷式2.按制造刀具的材料分数控机床刀具按制造刀具的材料可分为:①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③超硬材料刀具，如立方氮化硼、陶瓷、金刚石3.按工艺内容分数控机床刀具按工艺的内容可分为:①车削刀具，如外圆刀、内孔刀、切断刀、螺纹刀等;②钻削刀具，如钻头、铰刀、丝锥等;③铣削刀具，下-页

返回2.2数控机床刀具的选择如圆柱立铣刀、端面铣刀、键槽铣刀、角度铣刀、圆弧铣刀等;①削刀具，如固定锁刀、可调锁刀、浮动锁刀等。2.2.2数控车刀(硬质合金车刀)

数控车工包括焊接式车刀和机夹可转位式车刀两大类

1.焊接式车刀焊接式车刀，即将硬质合金刀片用铜焊的方法固定在刀体上而形成，如图2-5所示。其优点是结构简单、制造方便、刚性较好、应用广泛;缺点是刀片磨钝后需取下刀具重新刃磨、或刀具整体报废，影响加工效率。上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择2.机夹可转位式车刀机夹可转位车刀，即把硬质合金刀片用机械夹持的方法固定在刀体上而形成。如图2-6所示，它由刀杆1、刀片2、刀垫3及夹紧兀件生组成。刀片由硬质合金模压成型，其上具有多个切削刃，当一个切削刃用钝之后，松开夹紧机构，将刀片转个位置便可以继续使用，加工效率高。机夹可转位刀片的材料主要有硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。在数控机床上应用最多的是硬质合金刀片和涂层硬质合金刀片。如图2-7所示的是EG-NC机夹可转位式车刀。上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择2.2.3硬质合金可转位刀片

1.硬质合金可转位刀具的主要优点

(1)刀具耐用度较高

(2)节省刀体材料，降低刀具费用。

(3)提高劳动生产效率。

(4)改善劳动环境，减少粉尘危。

(5)有利于在互联网上进行技术交流、刀具产品采购、订货。

(6)有利于企业面向实际的应用软件开发。2.可转位刀片型号的国家标准表示规则及其选择上-页

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掌握合理的刀片选择方法，包括正确选择刀片材料与几何形状的各构成部分，可以提高刀片的使用寿命、生产率和加工质量。下面就对硬质合金刀片的国家标准表示规则及其选择加以说明。硬质合金可转位刀片的国家标准采用ISO国际标准。产品型号的表示方法、品种规格、尺寸系列、制造公差等，都与ISO标准相同为适应我国的国情，我国的产品型号还在国际标准规定的9个号位之后，加一短横线，再用一个字母和一位数字分别表示刀片断屑槽形式和宽度。因此，我国可转位硬质合金刀片的型号，共用10个号位的内容来表示主要参数的特征。上-页

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按照规定，任何一个型号刀片都必须用前7个号位，后3个号位在必要时才使用。现对10个号位的具体内容进行说明一号位:表示刀片形状，用一个英文字母代表，见表2-3

二号位:表示刀片主切削刃法向后角，用一个英文字母代表，见表2-4

三号位:表示刀片尺寸精度。用一个英文字母代表，见表2-5。其中M级较经济，应优先选用，A~G级精度较高。四号位:表示刀片的夹固形式及有无断削槽，用一个英文字母代表，见表2-6

五号位:表示刀片主切削刃长度，用两位数字表示，见表2-7。刀片切削刃长度一般以加工时最大背吃刀量的值来选取。上-页

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六号位:表示刀片厚度，即主切削刃到刀片定位底面的距离。刀片厚度大，承受的切削负荷也大，见表2-8

七号位:表示刀尖圆角半径厂或刀尖转角形状。刀尖圆角半径厂小的用于吃刀量小的精加工、细长轴加工等工艺刚性差的情况。刀尖圆角半径厂大的用于需要刀刃强度大的黑皮加工、断续加工等粗加工。刀尖圆角半径的大小还影响加工表面粗糙度。刀尖圆角半径和刀尖转角形状见表2-9

八号位:表示刀片切削刃形状用一个英文字母代表，见表2-11

九号位:表示刀片切削方向用一个英文字母代表，见表2-12上-页

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十号位:国家标准中表示刀片断屑槽形式及槽宽，分别用一个英文字母及一个阿拉伯数字代表在ISO编码中，是留给刀片厂家备用号位，常用来标注刀片断屑型代码或代号。

3.可转位刀片转换及刀杆安装时应注意的问题

(1)刀片安装和转位时应注意的问题:

转位和更换刀片时应清理刀片、刀垫和刀杆各接触面，应保证接触面无铁屑和杂物，表面有凸起点应修平。已用过的刃口应转向切屑流向的定位面。转位刀片时应使其稳当地靠向定位面，夹紧时用力应适当，不宜过大。夹紧时，有些结构的车刀需用手按住刀片，使刀片贴紧底面。刀片、刀垫和刀杆三者的接触面应贴合无缝隙。上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择(2)刀杆安装时应注意的问题:

车刀安装时其底面应清洁、无钻着物;如果内侧和外侧面也须作安装的定位面，则也应擦净。若使用垫片调整刀尖高度，垫片应平直，最多不能超过3块。刀杆伸出长度在满足加工要求下应尽可能短一般伸出长度是刀杆高度的1.5倍。确要伸出较长才能满足加工需要，也不能超过刀杆高度的3倍。4.硬质合金可转位刀片的选用

(1）外圆车刀片的选择:①80°菱形刀片外圆车刀。如图2-8所示多用于粗加工或半精加工。上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择②35°菱形刀片外圆车刀。如图2-9所示，多用于半精加工和精加工。③55°菱形刀片外圆车刀。

(2)内孔车刀片的选择。内孔车刀的选择方法与要求和外圆车刀基本一致，也要注意刀具的副切削刃是否和被加工表面干涉，刀尖的强度是否满足要求。另外，在选用时尽量选用刀尖角大的刀具，以提高其刚性一般刀具的副偏角比工件轮廓最大切角大2°左右即可。一般刀片对应的刀柄型号是固定的，即使形状相同也不能互换;否则刀具的中心高度不能满足要求，刀片的形状选择完成后，应考虑刀片槽形的选择。

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返回2.2数控机床刀具的选择5.刀具使用中应注意的问题(见表2-13)。2.2.4铣刀1.面铣刀(盘铣刀)(见图2-11)

面铣刀既主要用于加工较大的平面，切削刃分布在圆周面和端面，圆周面上的切削刃为主切削刃，端面切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶丙结构，即刀丙和刀体分开的结构。硬质合金面铣刀的常用结构有:整体焊接式、机夹焊接式、可转位式。上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择2.立铣刀立铣刀结构形状如图2-12所示，分为高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀两种，立铣刀是数控加工中心用得最多的一种铣刀，主要用于加工凹槽，较小的台阶面、二维曲面(平面凸轮的轮廓)、三维中间曲面等。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们既可以同时进行切削，也可以单独进行切削，圆柱表面切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃分布在螺旋线上，硬质合金立铣采用大螺旋升角结构，这样有利于提高切削过程的平稳性，提高加工精度，端面刃主要用来加工与侧面垂直的底平面。上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择3.键槽铣刀键槽铣刀的结构形状如图2-12所示，主要用于加工封闭的槽。键槽铣刀的结构形状与立铣刀相近，圆周、端面都有切削刃，它有两个刀，端面刃延至中心，兼有钻头、立铣刀的功能加工时，先延轴向钻孔，加工到深度后，再延键槽方向铣出键槽全长。4.模具铣刀模具铣刀主要用于加工空间曲面、模具型腔或凸模成型表面。模具铣刀由立铣刀发展而来，通常有以下三种结构:圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀、圆锥形球头立铣刀。铣刀的工作部分用高速钢或硬质合金制造，如图2-15、图2-16上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择5.鼓形铣刀鼓形铣刀主要用于数控铣床和加工中心加工立体曲面，可以加工出由负到正的不同斜角的表面，如图2-17、图2-18。缺点是刃磨困难、切削条件差且不适合加工有底的轮廓。6，成型铣刀成型铣刀是特定的加工内容设计制造的，适用于加工平面零件的特定形状(槽面、台面、孔和角度面)，如图2-19

各种铣刀的典型应用情况可如图2-202.2.5数控孔加工刀具

1.硬质合金可转位浅孔钻上-页

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钻削直径20~60mm，孔的长度与直径比小于4，这种钻头刚性好，切削效率高，可保证钻孔的精度，适用于箱体零件的钻孔加工可转位浅孔钻的结构是:刀体上有内冷却通道及排屑槽，刀体头部装有一组硬质合金刀片(刀片可以是正多边形、四边形)，图2-21所示的是硬质合金可转位浅孔钻。

2.整体式钻头(见图2-22)3.机夹式钻头(见图2-23)4.扩孔钻(见图2-24)5.铰刀上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择数控机床常用的铰刀结构形状如图2-25。用于对预制孔进行精加工一般用于孔的最后加工，也可用于精细孔的初加工6.镗刀镗刀用于对孔进行精加工，加工精度可达IT7级，表面粗糙度Ra值为0.8，特别适用于箱体孔系及大直径孔的加工数控机床上常使用的微调锁刀结构形状如图2–287.复合孔加工刀具由两把或两把以上单个孔加工刀具组合成一体的刀具成为复合(组合)孔加工刀具。当批量加工生产时，为了集中工序、减少换刀时间、提高加工精度和生产效率，可使用复合孔加工刀具，如图2-29上-页

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返回2.2数控机床刀具的选择2.2.6选择数控刀具的一般原则选择数控刀具时应遵循以下一般原则:(1)选择刀具的种类和尺寸应与加工表面的形状和尺寸相适应

(2)尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具。

(3)尽量采用机夹或可转位式刀具。

(4)尽量采用高效刀具，如多功能车刀、铣刀、锁铣刀、钻铣刀等合金刀具。上-页

返回2.3数控加工中心的工具系统

数控加工中心的工具系统有卧式加工中心(见图2-30)、链轮式自动换刀装置(见图2-31)和转盘式自动换刀系统。2.3.1刀柄加工中心使用的刀具种类繁多，而每种刀具都有特定的结构及使用方法，要想实现刀具在主轴上的固定，主轴还必须要有相应不同的结构以适应刀具的结构，这显然不合理。因此必须有中间装置，该装置必须能够装夹刀具且能在主轴上准确定位，装夹刀具的部分(直接与刀具接触的部分)叫工作头，安装工作头且直接与主轴接触的标准定位部分叫刀柄，如图2-33下-页

返回2.3数控加工中心的工具系统

标准刀柄表示方法如图2-35所示。

(1)一号位表示柄部形式及尺寸:J—表示采用国际标准ISO7388号加工中心机床用锥柄柄部(带机械手夹持槽)，其后数字为相应的ISO锥度号:如50和40分别代表大端直径69，85和44，45的7:24锥度。

B—表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部(带机械手夹持槽)，其后数字为相应的ISO锥度号:如50和40分别代表大端直径69，85和44，45的7:24锥度。上-页

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返回2.3数控加工中心的工具系统(2)二号位表示刀柄用途及主参数。XD:装三面铣刀刀柄;MW:无扁尾莫氏锥柄刀柄;XS:装三面刃铣刀刀柄;M:有扁尾莫氏锥柄刀柄;Z(J):装钻夹头刀柄(贾式锥度加工);XP:装削平柄铣刀刀柄(3)三号位表示工作长度上-页

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返回2.3数控加工中心的工具系统2.3.2数控机床的工具系统1.整体式工具系统整体式工具系统把刀柄和工作头做成一体，使用时选用不同品种和规格的刀柄即可使用，优点是使用方便AJ靠;缺点是刀柄数量多，刀柄利用率较低。整体工具系统的刀柄系列如图2-37、图2-38，刀具的工作部分可与各种标准柄部相结合组成所需要的数控刀具上-页

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返回2.3数控加工中心的工具系统刀柄的适应能力和利用率，属于比较先进的工具系统，但并不是在机床上全部配备模块式刀柄就是最佳，这需要从技术和经济方面进行综合考虑。如图2-39、图2-40，该系统由主柄模块、中间模块和工作模块三个基本模块组成。模块之间借助圆锥(或圆柱)配合，通过适当组合三模块和刀具，可以组装成满足特定加工要求的各种成套刀具2.模块式工具系统模块式工具系统是指刀柄与工作头分开，做成模块式，然后通过不同的组合而达到使用目的，减少了刀柄的个数，提高了上-页

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返回2.3数控加工中心的工具系统2.3.3刀柄的选择1.刀柄结构的选择选择整体刀柄还是选择模块式刀柄，要根据具体情况认真分析。对长期反复使用，不需要拼装的简单刀柄，如在零件外轮廓上加工用的端面铣刀刀柄，弹簧夹头刀柄和钻夹头刀柄等以配备整体式刀柄为宜，使刀柄刚性好，价格便宜，刀具装卸方便。当加工孔径、孔深经常变化的多品种、小批量零件时，以选用模块式刀柄为宜，这样可以避免准备大量整体式刀柄;当数控机床台数较多，尤其是机床主轴部、机械手各不相同时，宜选用模块式刀柄。上-页

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返回2.3数控加工中心的工具系统2.刀柄数量的确定我国已实行标准化的整体式工具系统示SC82，共有12个类，朽个品种，672个规格。对一台或几台数控机床来说，买全整个示SC工具系统是没有必要的，用户要根据自己的加工情况来选取。3.刀柄与机床、机械手相适应数控机床主轴孔一般有7：22锥度，但刀柄与机床相配的柄部除锥角以外其他部分并没有完全统一如与机床主轴相配的刀柄，有采用ISO7388标准或采用日本MAS403B示标准等。规格有20,25,50,60等型号，因此选择刀柄时一定要仔细阅读机床说明书，以确定本机床所需配置的工具系统型号。上-页

返回2.4数控加工刀具选择实例

例在数控铣床上加工如图2-41所示的零件，材料H示200，毛坯尺寸为170mmX110mmX50mm，试选择加工该零件所需要的刀具