數(shù)控刀具選用

美、德、日等世界制造業(yè)發(fā)達的國家無一例外都是刀具工業(yè)先進的國家。先進刀具不但是推動制造技術(shù)發(fā)展進步的重要動力，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本的重要手段。刀具與機床一直是互相制約又相互促進的。今天先進的數(shù)控機床已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的主要裝備，它與同步發(fā)展起來的先進刀具一起共同推動了加工技術(shù)的進步，使制造技術(shù)進入了數(shù)控加工的新時代。通過本章的學習使學生掌握正確選用數(shù)控刀具所必備的基礎(chǔ)知識。

1數(shù)控刀具的基本特點數(shù)控刀具的材料數(shù)控刀具合理選用可轉(zhuǎn)位車刀的選用旋轉(zhuǎn)刀具的選擇工具系統(tǒng)選擇2切削刀具由傳統(tǒng)的機械工具實現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍，刀具的切削性能有顯著的提高。切削技術(shù)由傳統(tǒng)的切削工藝向創(chuàng)新制造工藝的飛躍，大大提高了切削加工的效率。刀具工業(yè)由脫離使用、脫離用戶的低級階段向面向用戶、面向使用的高級階段的飛躍，成為用戶可利用的專業(yè)化的社會資源和合作伙伴。切削刀具從低值易耗品過渡到全面進入“三高一專（高效率、高精度、高可靠性和專用化）”的數(shù)控刀具時代，實現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍；成為現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)；與現(xiàn)代科學的發(fā)展緊密相連，是應(yīng)用材料科學、制造科學、信息科學等領(lǐng)域的高科技成果的結(jié)晶。數(shù)控刀具的類型與特點3數(shù)控刀具的類型與特點數(shù)控刀具的基本特征數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，因此已逐漸標準化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。4數(shù)控刀具的類型與特點5按照刀具結(jié)構(gòu)分：整體式：鉆頭、立銑刀等鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機夾式數(shù)控刀具的類型與特點特殊形式：復(fù)合式、減振式等機夾可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛應(yīng)用，數(shù)量上已達到整個數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除率占總數(shù)的80%~90%6按照切削工藝分：車削刀具：外圓、內(nèi)孔、螺紋、成形車刀等銑削刀具：面銑刀、立銑刀、螺紋銑刀等數(shù)控刀具的類型與特點鉆削刀具：鉆頭、鉸刀、絲錐等鏜削刀具：粗鏜刀、精鏜刀等車削刀具圖片銑削刀具圖片鉆削刀具圖片鏜削刀具圖片7外圓車刀內(nèi)孔車刀螺紋車刀數(shù)控刀具的類型與特點常用車刀8面銑刀方肩銑刀仿形銑刀三面刃和螺紋銑刀整體硬質(zhì)合金銑刀數(shù)控刀具的類型與特點常用銑刀9鉸刀鉆頭絲錐數(shù)控刀具的類型與特點鉆削刀具10粗鏜刀精鏜刀數(shù)控刀具的類型與特點鏜削刀具11數(shù)控刀具的材料切削刀具材料的硬度和韌性

1923年發(fā)明的硬質(zhì)合金(WC-Co)，其后因添加了TiC、TaC而改善了耐磨性，1969年開發(fā)了CVD技術(shù)，使涂層硬質(zhì)合金快速普及。自1974年起，開發(fā)了TiC-TiN系金屬陶瓷12數(shù)控刀具的材料高速鋼刀具

高速鋼(HSS)刀具過去曾經(jīng)是切削工具的主流，隨著數(shù)控機床等現(xiàn)代制造設(shè)備的廣泛應(yīng)用，大力開發(fā)了各種涂層和不涂層的高性能、高效率的高速鋼刀具，高速鋼憑藉其在強度、韌性、熱硬性及工藝性等方面優(yōu)良的綜合性能，在切削某些難加工材料以及在復(fù)雜刀具，特別是切齒刀具、拉刀和立銑刀造中仍有較大的比重。但經(jīng)過市場探索一些高端產(chǎn)品逐步已被硬質(zhì)合金工具代替。13硬質(zhì)合金刀具普通硬質(zhì)合金數(shù)控刀具的材料新型硬質(zhì)合金超細晶粒硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金金屬陶瓷

粒徑在1μm以下，這種材料具有硬度高、韌性好、切削刀可靠性高等優(yōu)異性能保持了普通硬質(zhì)合金機體的強度和韌性，又使表面有很高的硬度和耐磨性TiC(N)基硬質(zhì)合金，其性能介于陶瓷和硬質(zhì)合金之間新型硬質(zhì)合金刀具加工實例14新型硬質(zhì)合金刀具加工實例數(shù)控刀具的材料加工示意圖加工切削參數(shù)毛坯尺寸和材料使用刀具主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進給速度(mm/min)側(cè)吃刀量(mm)背吃刀量(mm)100X80X50（HRC50）Φ8，4齒（超細晶硬質(zhì)合金）1000030000.21015數(shù)控刀具的材料陶瓷刀具不僅能對高硬度材料進行粗、精加工，也可進行銑削、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車等沖擊力很大的加工；可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料；刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工中的換刀次數(shù)；可進行高速切削或?qū)崿F(xiàn)“以車、銑代磨”，切削效率比傳統(tǒng)刀具高3-10倍。16數(shù)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：單晶金剛石、聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金剛石等。超硬刀具主要是以金剛石和立方氮化硼為材料制作的刀具，其中以人造金剛石復(fù)合片(PCD)刀具及立方氮化硼復(fù)合片(PCBN)刀具占主導地位。許多切削加工概念，如綠色加工、以車代磨、以銑代磨、硬態(tài)加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的應(yīng)用而起，故超硬刀具已成為切削加工中不可缺少的重要手段。

超硬刀具加工實例17超硬刀具加工實例數(shù)控刀具的材料加工模具示意圖高速加工切削參數(shù)毛坯尺寸和材料使用刀具主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進給速度(mm/min)背吃刀量(mm)加工時間(min)60X60X50（HRC60）R1X8（CBN）2000020000.0250.318硬質(zhì)合金的分類和標志P類數(shù)控刀具的材料

藍色（包括P01~P50),系高合金化的硬質(zhì)合金牌號。這類合金主要用于加工長切屑的黑色金屬

M類，黃色（包括M10~M40），系中合化的硬質(zhì)合金牌號。這類合金為通用型，適于加工長切屑或短切屑的黑色金屬及有色金屬

切削刀具用硬質(zhì)合金根據(jù)國際標準ISO分類，把所有牌號分成用顏色標志的三大類，分別用P、M、K表示M類K類紅色（包括K10~K40），系單純WC的硬質(zhì)合金牌號。主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬及非金屬材料19數(shù)控刀具的材料

課堂討論根據(jù)國際標準ISO分類的硬質(zhì)合金牌號P、M、K，分別相當于我國國家標準的哪一類硬質(zhì)合金？20

市場經(jīng)濟不斷地推進，現(xiàn)代企業(yè)在高目標和低成本的追求過程中，已逐漸改變了傳統(tǒng)的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力獲得最大效益的“主題”生產(chǎn)。體現(xiàn)在金屬切削刀具領(lǐng)域，成本已不再是簡單的購買刀具的費用，一方面，采用什么樣的刀具會影響到產(chǎn)品工藝、機床的選型和配置、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等，因而受到越來越多的重視；另一方面，自制刀具是否劃算？人力物力的投入也成為企業(yè)考慮的問題。企業(yè)內(nèi)部的成本核算推進了生產(chǎn)過程的專業(yè)化服務(wù)。因此，對一般機械加工企業(yè)來說，刀具的配置，更多的是如何選、如何用，而不是在如何設(shè)計與制造上。

數(shù)控刀具合理選用21數(shù)控刀具合理選用22可轉(zhuǎn)位車刀的選用刀片的夾緊方式

各種夾緊方式是為適用于不同的應(yīng)用范圍設(shè)計的。為了幫助您選擇具體工序的最佳刀具，按照適合性對它們分類，適合性有1-3個等級，3為最佳選擇。

山特維克可樂滿車刀的夾緊方式選擇23可轉(zhuǎn)位車刀的選用刀片形狀的選擇正型（前角）刀片：對于內(nèi)輪廓加工，小型機床加工，工藝系統(tǒng)剛性較差和工件結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜應(yīng)優(yōu)先選擇正型刀片。負型（前角）刀片：對于外圓加工，金屬切除率高和加工條件較差時應(yīng)優(yōu)先選擇負型刀片。24可轉(zhuǎn)位車刀的選用刀片形狀的選擇根據(jù)加工輪廓選擇刀片形狀一般外圓車削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圓形刀片；在機床剛性、功率允許的條件下，大余量、粗加工應(yīng)選擇刀尖角較大的刀片，反之選擇刀尖角較小的刀片。25刀具前角的作用大負前角用于切削硬材料需切削刃強度大，以適應(yīng)斷續(xù)切削、切削含黑皮表面層的加工條件大正前角用于切削軟質(zhì)材料易切削材料被加工材料及機床剛性差時前角對切削力、切屑排出、切削、刀具耐用度影響都很大前角的影響正前角大，切削刃鋒利前角每增加1°，切削功率減少1％正前角大，刀刃強度下降；負前角過大，切削力增加26刀具后角的作用后角的影響后角大，后刀面磨損小后角大，刀尖強度下降小后角用于切削硬材料需切削刃強度高時大后角用于切削軟材料切削易加工硬化的材料27主偏角的作用主偏角的影響進給量相同時，余偏角大，刀片與切屑接觸的長度增加，切削厚度變薄，使切削力分散作用在長的刀刃上，刀具耐用度得以提高主偏角小，分力a’也隨之增加，加工細長軸時，易發(fā)生撓曲主偏角小，切屑處力性能變差主偏角小，切削厚度變薄，切削寬度增加，將使切屑難以碎斷大主偏角用于切深小的精加工切削細而長的工件機床剛性差時小主偏角用于工件硬度高，切削溫度大時大直徑零件的粗加工機床剛性高時余偏角等于90°減主偏角，其作用是緩和沖擊力，對進給力，背向力，切削厚度都有影響28副偏角的作用副偏角具有減少已加工表面與刀具摩擦的功能。一般為5°～15°副偏角的影響副偏角小，切削刃強度增加，但刀尖易發(fā)熱副偏角小，背向力增加，切削時易產(chǎn)生振動粗加工時副偏角宜小些；而精加工時副偏角則宜大些29刃傾角的作用刃傾角的影響刃傾角為負時，切屑流向工件；為正時，反向排出刃傾角為負時，切削刃強度增大，但切削背向力也增加，易產(chǎn)生振動刃傾角是前刀面傾斜的角度。重切削時，切削開始點的刀尖上要承受很大的沖擊力，為防止刀尖受此力而發(fā)生脆性損傷，故需有刃傾角。推薦車削時為3°～5°；銑削時10°～15°30刀尖圓弧半徑的作用刀尖圓弧半徑的影響刀尖圓弧半徑大，表面粗糙度下降刀尖圓弧半徑大，刀刃強度增加刀尖圓弧半徑過大，切削力增加，易產(chǎn)生振動刀尖圓弧半徑大，刀具前、后面磨損減小刀尖圓弧半徑過大，切屑處理性能惡化刀尖圓弧半徑對刀尖的強度及加工表面粗糙度影響很大，

一般適宜值選進給量的2～3倍刀尖圓弧小用于切深削的精加工細長軸加工機床剛性差時刀尖圓弧大用于需要刀刃強度高的黑皮切削，斷續(xù)切削大直徑工件的粗加工機床剛性好時31可轉(zhuǎn)位車刀的選用切削范圍代號斷屑槽形狀特點精加工切削FH

精加工專用斷屑槽輕切削SH

適合用于小切深,大進給大的前角刃口鋒利中切削MV

適用于仿形向上切削加工正角刀棱鋒利準重切削GH

大進給粗加工斷續(xù)、黑皮切削兩面均有斷屑槽重切削HX

不等棱邊刀刃不僅刀刃鋒利且強度也好連續(xù)或繼續(xù)加工均適合斷屑槽的參數(shù)直接影響到切削的卷曲和折斷，目前刀片的斷屑槽形式較多，各種斷屑槽刀片的使用情況不盡相同，選用時一般參照具體的產(chǎn)品樣本MITSUBISHI推薦的適用于加工鋼材的斷屑槽形32可轉(zhuǎn)位銑刀的選用特點可轉(zhuǎn)位銑刀的選用類型的選擇可轉(zhuǎn)位面銑刀、立銑刀、槽銑刀、專用銑刀等可轉(zhuǎn)位銑刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角等。為滿足不同的加工需要，有多種角度組合型式刀片牌號和斷屑槽形的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀直徑的選用主要取決于設(shè)備的規(guī)格和工件的加工尺寸為滿足不同用戶的需要，同一直徑的可轉(zhuǎn)位銑刀一般有粗齒、中齒、密齒三種類型齒數(shù)的選擇角度的選擇直徑的選擇合理選擇刀片硬質(zhì)合金牌號的主要依據(jù)是被加工材料的性能和硬質(zhì)合金的性能。用于銑削的刀片槽形一般有輕型、中型和重型旋轉(zhuǎn)刀具的選擇33可轉(zhuǎn)位銑刀類型的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀的類型可轉(zhuǎn)位面銑刀：主要用于加工較大平面選擇，主要有平面粗銑刀、平面精銑刀、平面粗精復(fù)合銑刀三種

可轉(zhuǎn)位槽銑刀：主要有三面刃銑刀、兩面刃銑刀、精切槽銑刀旋轉(zhuǎn)刀具的選擇可轉(zhuǎn)位立銑刀：主要用于加工凸臺、凹槽、小平面、曲面等。主要有立銑刀、孔槽銑刀、球頭立銑刀、R立銑刀、T型槽銑刀、倒角銑刀、螺旋立銑刀、套式螺旋立銑刀等可轉(zhuǎn)位專用銑刀：用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取決于所用機床和零件的加工要求34可轉(zhuǎn)位銑刀齒數(shù)（齒距）的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀的齒數(shù)粗齒銑刀：大余量粗加工、軟材料、切削寬度較大、機床功率較小

中齒銑刀：通用系列，使用范圍廣泛，具有較高的金屬切除率和切削穩(wěn)定性密齒銑刀：用于鑄鐵、鋁合金和有色金屬的大進給速度切削加工旋轉(zhuǎn)刀具的選擇不等分齒距銑刀：防止工藝系統(tǒng)出現(xiàn)共振，使切削平穩(wěn)，在鑄鋼、鑄鐵件的大余量粗加工中建議優(yōu)先選用不等分齒距的銑刀35可轉(zhuǎn)位銑刀角度的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀的角度主偏角：可轉(zhuǎn)位銑刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等幾種前角：銑刀的前角可分解為徑向前角和軸向前角。常用的前角組合形式