第三章：數(shù)控刀具的選用

1、1 1 美、德、日等世界制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家無(wú)一例外都是刀具工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家。先進(jìn)刀具不但是推動(dòng)制造技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的重要?jiǎng)恿?，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(jī)床一直是互相制約又相互促進(jìn)的。今天先進(jìn)的數(shù)控機(jī)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(lái)的先進(jìn)刀具一起共同推動(dòng)了加工技術(shù)的進(jìn)步，使制造技術(shù)進(jìn)入了數(shù)控加工的新時(shí)代。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握正確選用數(shù)控刀具所必備的基礎(chǔ)知識(shí)。2 2數(shù)控刀具的基本特點(diǎn)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3 3數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)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(jī)床高速、高效和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，一般

2、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(jī)床動(dòng)力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類有多種方法。4 4數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)5 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(jī)夾式數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)特殊形式：復(fù)合式、減振式等 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛應(yīng)用，數(shù)量上已達(dá)到整個(gè)數(shù)控刀具的30%40%，金屬切除率占總數(shù)的80%90%6 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(diǎn)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

3、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(diǎn)常用車刀8 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(diǎn)常用銑刀9 9鉸刀鉆頭絲錐數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)鉆削刀具1010粗鏜刀精鏜刀數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)鏜削刀具1111數(shù)控刀具的材料高速鋼刀具 高速鋼(HSS)刀具過(guò)去曾經(jīng)是切削工具的主流，隨著數(shù)控機(jī)床等現(xiàn)代制造設(shè)備的廣泛應(yīng)用，大力開(kāi)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(qiáng)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(guò)市場(chǎng)探索一些高端產(chǎn)品逐步已被硬質(zhì)合金工

4、具代替。1212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(xì)晶粒硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金金屬陶瓷 粒徑在1m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(jī)體的強(qiáng)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(shí)例1313新型硬質(zhì)合金刀具加工實(shí)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(jìn)給速度(mm/min)背吃刀量(mm)加工深度(mm)100X80X50（HRC50）8，4齒（超細(xì)晶硬質(zhì)合金）1000030000.2101414數(shù)控刀具的材料陶瓷刀具n不

5、僅能對(duì)高硬度材料進(jìn)行粗、精加工，也可進(jìn)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；n可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料；n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)；n可進(jìn)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。 1515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：?jiǎn)尉Ы饎偸⒕劬Ы饎偸?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(dǎo)地位。許多切削加工概念，如綠色加工、以車代磨

6、、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(shí)例1616超硬刀具加工實(shí)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(jìn)給速度(mm/min)背吃刀量(mm)加工時(shí)間(min)60X60X50（HRC60）R1X8（CBN）2000020000.0250.31717硬質(zhì)合金的分類和標(biāo)志P類數(shù)控刀具的材料 藍(lán)色（包括P01P50),系高合金化的硬質(zhì)合金牌號(hào)。這類合金主要用于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬 M類，黃色（包括M10M40），系中合化的硬質(zhì)合金牌號(hào)。這類合金為通用型，適于加

7、工長(zhǎng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO分類，把所有牌號(hào)分成用顏色標(biāo)志的三大類，分別用P、M、K表示 M類K類紅色（包括K10K40），系單純WC的硬質(zhì)合金牌號(hào)。主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬及非金屬材料 1818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(jì)的。為了幫助您選擇具體工序的最佳刀具，按照適合性對(duì)它們分類，適合性有1-3個(gè)等級(jí)，3為最佳選擇。山特維克可樂(lè)滿車刀的夾緊方式選擇1919可轉(zhuǎn)位車刀的選用刀片形狀的選擇正型（前角）刀片：正型（前角）刀片：對(duì)于內(nèi)輪廓加工，小型機(jī)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

8、選擇正型刀片。負(fù)型（前角）刀片：負(fù)型（前角）刀片：對(duì)于外圓加工，金屬切除率高和加工條件較差時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇負(fù)型刀片。 2020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(jī)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。2121刀具前角的作用大負(fù)前角用于大負(fù)前角用于切削硬材料 需切削刃強(qiáng)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(jī)床剛性差時(shí) 前角前角對(duì)切削力、切屑排出、切削、刀具耐用度

9、影響都很大前角的影響前角的影響1.正前角大，切削刃鋒利。2.前角每增加1，切削功率減少1。 3.正前角大，刀刃強(qiáng)度下降；負(fù)前角過(guò)大，切削力增加。 2222刀具后角的作用后角的影響后角的影響1.后角大，后刀面磨損小。 2.后角大，刀尖強(qiáng)度下降。 小后角用于小后角用于切削硬材料 需切削刃強(qiáng)度高時(shí) 大后角用于大后角用于切削軟材料 切削易加工硬化的材料 2323主偏角的作用主偏角的影響1。進(jìn)給量相同時(shí)，余偏角大，刀片與切屑接觸的長(zhǎng)度增加，切削厚度變薄，使切削力分散作用在長(zhǎng)的刀刃上，刀具耐用度得以提高。2。主偏角小，分力a也隨之增加，加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，易發(fā)生撓曲。3。主偏角小，切屑處力性能變差。4。主偏角銷

10、，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(xì)而長(zhǎng)的工件 機(jī)床剛性差時(shí) 小主偏角用于工件硬度高，切削溫度大時(shí) 大直徑零件的粗加工 機(jī)床剛性高時(shí) 余偏角余偏角等于90減主偏主偏角角，其作用是緩和沖擊力，對(duì)進(jìn)給力，背向力，切削厚度都有影響2424副偏角的作用副偏角副偏角具有減少已加工表面與刀具摩擦的功能。一般為515。副偏角的影響1.副偏角小，切削刃強(qiáng)度增加，但刀尖易發(fā)熱。 2.副偏角小，背向力增加，切削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)。 3.粗加工時(shí)副偏角宜小些 ；而精加工時(shí)副偏角則宜大些。2525刃傾角的作用刃傾角的影響1.刃傾角為負(fù)時(shí)，切屑流向工件；為正時(shí)，反向排出。 2.

11、刃傾角為負(fù)時(shí)，切削刃強(qiáng)度增大，但切削背向力也增加，易產(chǎn)生振動(dòng)。刃傾角刃傾角是前刀面傾斜的角度。重切削時(shí)，切削開(kāi)始點(diǎn)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(shí)為35；銑削時(shí)1015 2626刀尖圓弧半徑的作用刀尖圓弧半徑的影響刀尖圓弧半徑的影響1.刀尖圓弧半徑大，表面粗糙度下降。 2.刀尖圓弧半徑大，刀刃強(qiáng)度增加。 3.刀尖圓弧半徑過(guò)大，切削力增加，易產(chǎn)生振動(dòng)。 4.刀尖圓弧半徑大，刀具前、后面磨損減小。 5.刀尖圓弧半徑過(guò)大，切屑處理性能惡化。 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑對(duì)刀尖的強(qiáng)度及加工表面粗糙度影響很大，一般適宜值選進(jìn)給量的23倍。 刀尖圓弧小用于刀

12、尖圓弧小用于切深削的精加工。 細(xì)長(zhǎng)軸加工。 機(jī)床剛性差時(shí)。 刀尖圓弧大用于刀尖圓弧大用于需要刀刃強(qiáng)度高的黑皮切削，斷續(xù)切削。大直徑工件的粗加工。 機(jī)床剛性好時(shí)。 2727可轉(zhuǎn)位銑刀可轉(zhuǎn)位銑刀的選用特點(diǎn)的選用特點(diǎn)可轉(zhuǎn)位銑可轉(zhuǎn)位銑刀的選用刀的選用類型的選擇類型的選擇可轉(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(hào)和斷刀片牌號(hào)和斷屑槽形的選擇屑槽形的選擇可轉(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)的選擇齒數(shù)的

13、選擇角度的選擇角度的選擇直徑的選擇直徑的選擇合理選擇刀片硬質(zhì)合金牌號(hào)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2828可轉(zhuǎn)位銑刀類型的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀類型的選擇可轉(zhuǎn)位銑可轉(zhuǎn)位銑刀的類型刀的類型可轉(zhuǎn)位面銑刀：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?？赊D(zhuǎn)位槽銑刀：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：可轉(zhuǎn)位立銑刀：主要用于加工凸臺(tái)、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

14、銑刀等。 可轉(zhuǎn)位專用銑刀：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(jī)床和零件的加工要求。2929可轉(zhuǎn)位銑刀齒數(shù)（齒距）的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀齒數(shù)（齒距）的選擇可轉(zhuǎn)位銑可轉(zhuǎn)位銑刀的齒數(shù)刀的齒數(shù)粗齒銑刀：粗齒銑刀：大余量粗加工、軟材料、切削寬度較大、機(jī)床功率較小。 中齒銑刀：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：密齒銑刀：用于鑄鐵、鋁合金和有色金屬的大進(jìn)給速度切削加工。 旋轉(zhuǎn)刀具的選擇不等分齒距銑刀不等分齒距銑刀：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。 3030可轉(zhuǎn)位銑刀角度的選擇可轉(zhuǎn)

15、位銑刀角度的選擇可轉(zhuǎn)位銑可轉(zhuǎn)位銑刀的角度刀的角度主偏角：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：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如下：雙負(fù)前角、雙正前角、正負(fù)前角(軸向正前角、徑向負(fù)前角)三種。旋轉(zhuǎn)刀具的選擇各種角度中最主要的是主偏角和前角(制造廠的產(chǎn)品樣本中對(duì)刀具的主偏角和前角一般都有明確說(shuō)明) 。銑刀角度銑刀角度的功能的功能3131旋轉(zhuǎn)刀具的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀可轉(zhuǎn)位銑刀直徑的選擇直徑的選擇立銑刀直徑選擇：立銑刀直徑選擇：主要考慮工件加工尺寸的要求，并保證刀具所需功率在機(jī)床額定功率范圍以內(nèi)。如系小直徑立銑刀，則應(yīng)主要考慮機(jī)床的最高

16、轉(zhuǎn)速能否達(dá)到刀具的最低切削速度要求。 面銑刀直徑選擇：面銑刀直徑選擇：主要是根據(jù)工件寬度選擇，同時(shí)要考慮機(jī)床的功率、刀具的位置和刀齒與工件接觸形式等，也可將機(jī)床主軸直徑作為選取的依據(jù)，面銑刀直徑可按D1.5d（d為主軸直徑）選取。一般來(lái)說(shuō)，面銑刀的直徑應(yīng)比切寬大20%50%。面銑刀的直徑應(yīng)比切寬大20%50%兩次走刀銑削平面，軌跡之間須有重疊部分3232刀片牌號(hào)和斷刀片牌號(hào)和斷屑槽形的選擇屑槽形的選擇可轉(zhuǎn)位銑刀可轉(zhuǎn)位銑刀刀片牌號(hào)和刀片牌號(hào)和斷屑槽形斷屑槽形一般用戶選用可一般用戶選用可轉(zhuǎn)位銑刀時(shí)，均轉(zhuǎn)位銑刀時(shí)，均由刀具制造廠根由刀具制造廠根據(jù)用戶加工的材據(jù)用戶加工的材料及加工條件配料及加工條件配

17、備相應(yīng)牌號(hào)的硬備相應(yīng)牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀片質(zhì)合金刀片P類合金（含金屬陶瓷）類合金（含金屬陶瓷）：P01P05P10P15P20P25P30P40P50 M類合金：類合金：M10M20M30M40K類合金：類合金：K01 K10K20K30K40斷屑槽形的選擇斷屑槽形的選擇旋轉(zhuǎn)刀具的選擇3333旋轉(zhuǎn)刀具的選擇面銑刀切削刃面銑刀切削刃各角度的功能各角度的功能 3434旋轉(zhuǎn)刀具的選擇基本刃形基本刃形 前角的正負(fù)基本刃形的組合3535旋轉(zhuǎn)刀具的選擇45面銑刀為一般加工首選，背向力大，約等于進(jìn)給力。加工薄壁零件時(shí)，工件會(huì)發(fā)生撓曲，導(dǎo)致加工精度下降。切削鑄鐵時(shí)，有利于防止工件邊緣產(chǎn)生崩落。3636旋轉(zhuǎn)刀具的選

18、擇面銑加工視頻90面銑刀適用于薄壁零件、裝夾較差的零件和要求準(zhǔn)確90 成形場(chǎng)合，進(jìn)給力等于切削力，進(jìn)給抗力大，易振動(dòng)，要求機(jī)床具有較大功率和剛性。3737旋轉(zhuǎn)刀具的選擇方肩銑加工視頻方肩銑刀銑削開(kāi)放或封閉的槽、面或孔時(shí)均有上佳表現(xiàn)。3838旋轉(zhuǎn)刀具的選擇各種高效銑削方法視頻：插銑3939旋轉(zhuǎn)刀具的選擇多功能圓刀片銑刀刀片可多次轉(zhuǎn)位，切削刃強(qiáng)度高，切削刃強(qiáng)度高；隨切深不同，其主偏角和切屑負(fù)載均會(huì)變化，切屑很薄，最適合加工耐熱合金。4040旋轉(zhuǎn)刀具的選擇視頻：插銑球頭立銑刀通用性：通用性：仿形銑和曲面銑，以坡走銑或螺旋插補(bǔ)銑加工型腔適用于高速加工4141旋轉(zhuǎn)刀具的選擇加工視頻各種整體硬質(zhì)合金銑刀4

19、242旋轉(zhuǎn)刀具的選擇螺紋銑刀分類螺紋銑刀螺紋銑削的優(yōu)點(diǎn)：l螺紋銑削免去了采用大量不同類型絲錐的必要性；l加工具有相同螺距的任意螺紋直徑；l加工始終產(chǎn)生的是短切屑，因此不存在切屑處置方面的問(wèn)題。l刀具破損的部分可以很容易地從零件中去除。l不受加工材料限制，那些無(wú)法用傳統(tǒng)方法加工的材料可以用螺紋銑刀進(jìn)行加工。l采用螺紋銑刀，可以按所需公差要求加工，螺紋尺寸是由加工循環(huán)控制的。l與傳統(tǒng)HSS(高速鋼)攻絲相比，采用硬質(zhì)合金螺紋銑削可以提高生產(chǎn)率。 。 4343旋轉(zhuǎn)刀具的選擇螺紋銑刀分類 圓柱螺紋銑刀：圓柱螺紋銑刀： l它的螺紋切削刃與絲錐不同，刀具上無(wú)螺旋升程，加工中的螺旋升程靠機(jī)床運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；l該刀

20、具既可加工右旋螺紋，也可加工左旋螺紋；l適用于鋼、鑄鐵和有色金屬材料的中小直徑螺紋銑削，切削平穩(wěn)，耐用度高。缺點(diǎn)是刀具制造成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。 機(jī)夾螺紋銑刀：機(jī)夾螺紋銑刀： l適用于較大直徑(如D25mm)的內(nèi)、外l螺紋加工；l刀片易于制造，價(jià)格較低，有的螺紋l刀片可雙面切削；l抗沖擊性能較整體螺紋銑刀稍差。 4444旋轉(zhuǎn)刀具的選擇絲錐的選擇：絲錐的選擇：l工件材料的可加工性是攻螺紋難易的關(guān)鍵，對(duì)于高強(qiáng)度的工件材料，絲錐的前角和下凹量（前面的下凹程度）通常較小，以增加切削刃強(qiáng)度。下凹量較大的絲錐則用在切削扭矩較大的場(chǎng)合，長(zhǎng)屑材料需較大的前角和下凹量，以便卷屑和斷屑；l加工較硬的工件材料需要較大的后角，以減小磨擦和便于冷卻液到達(dá)切削刃，加工軟材料時(shí)，太大的后角會(huì)導(dǎo)致螺孔擴(kuò)大；l螺旋槽絲錐主要用于盲孔的螺紋加工。加工硬度、強(qiáng)