数控机床刀具的特点及选用

李野 王硕 沈阳机床成套设备有限责任公司



数控机床刀具的特点及选用

李野 王硕 沈阳机床成套设备有限责任公司

摘 要：随着数控机床的应用越来越广，数控加工技术代表了现代切削加工技术的发展方向，而切削加工技术的进步是数控机床和数控刀具的发展和应用密不可分的。只有把数控机床和数控刀具结合起来，才能充分发挥数控加工技术潜力，也是推动企业技术进步及提高市场竞争实力的有效手段。

关键词：数控机床 刀具 数控切削

数控刀具是指与这些先进高效的数控机床相配套使用的各种刀具的总称。是数控机床不可缺少的关键配套产品，数控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、长寿命和良好的综合切削性能取代了传统的刀具。随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快。多品种，中小批量生产的比重明显增加，同时随着航空工业、装备制造业和汽车工业的高速发展复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高，传统的加工设备和加工方法已经难以适应这种多样化，柔性与复杂形状的高效、高质量的加工要求，因此，数控加工技术得到了迅速发展。但是在数控加工过程中影响加工精度的因素有很多，其中数控刀具是数控加工关键技术之一。

一、数控加工刀具的种类

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。根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；③特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；③镗削刀具；④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：⑴刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；⑵互换性好，便于快速换刀；⑶寿命高，切削性能稳定、可靠；⑷刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；⑸刀具应能可靠地断屑，以利于切屑的排除；⑹系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。

二、数控机床刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具或刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，车削曲轴平衡铁侧面的加工，常采用双刃立装刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工曲轴特殊的沉割槽时，为节省时间可选成型刀；当加工毛坯表面油孔时，一般可选取镶硬质合金铣刀粗铣平面，然后在选取合适钻头进行钻孔；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面加工时，由于球头刀具为点接触式加工，刀刃为S型刃并且切削刃上没有尖角部分，因此，为保证加工精度，常用球头铣刀对复杂曲面或模具内腔型面进行精加工。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

三、数控机床刀具切削用量的确定

刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。在选择刀具时，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化等，在刀具的使用寿命中扮演着不同的角色，以车刀几何角度为例，前角，车削时采用负前角加工时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动。车削时采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧，若采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。所谓合理的切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。在切削过程中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提高。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它两参数必然会减小。因此，在确定刀具切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为v、f、ap，因此从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，首先应采用尽可能大的背吃刀量，然后再选用大的进给量，最后求出切削速度。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。

四、结束语

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

参考文献：

[1]赵长明,数控加工工艺与设备[J],高等教育出版社，2013

[2]刘杰华,金属切削与刀具实用技术[J],企业文化，2015