第三节 数控刀具的选用本节内容：本节内容： 一一. .数控数控刀具的基本特点刀具的基本特点 二二. .数控刀具的材料数控刀具的材料 三三. .数控数控刀具合理选用刀具合理选用 四四. .可可转位车刀的选用转位车刀的选用 五五. .旋转旋转刀具的选择刀具的选择 六六. .工具工具系统选择系统选择一一. .数控刀具的基本特征数控刀具的基本特征1.1.数控刀具应具有以下特点数控刀具应具有以下特点： 1 1）刀具有很高的切削，效率；）刀具有很高的切削，效率； 2 2）数控刀具有高的精度和重复定位精度；）数控刀具有高的精度和重复定位精度； 3 3）要求刀具有很高的可靠性和耐用度；）要求刀具有很高的可靠性和耐用度； 4 4）实现刀具尺寸的预调和快速换刀）实现刀具尺寸的预调和快速换刀 ； 5 5）具有一个比较完善的工具系统）具有一个比较完善的工具系统 ； 6 6）建立刀具管理系统）建立刀具管理系统 ； 7 7）应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。）应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。2.2.数控刀具分类：数控刀具分类：1）按照刀具结构分：整体式：整体式：钻头、立铣刀等钻头、立铣刀等镶嵌式：镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式包括刀片采用焊接和机夹式特殊形式：特殊形式：复合式、减振式等复合式、减振式等机夹可转机夹可转位刀具得到广位刀具得到广泛应用，数量泛应用，数量上已达到整个上已达到整个数控刀具的数控刀具的30%40%30%40%，金，金属切除率占总属切除率占总数数80%90%80%90%。2 2）按照切削工艺分：）按照切削工艺分：车削刀具：车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等外圆、内孔、螺纹、成形车刀等铣削刀具：铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等钻削刀具：钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等钻头、铰刀、丝锥等镗削刀具：镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等粗镗刀、精镗刀等车削刀具：外圆车刀外圆车刀内孔车刀内孔车刀螺纹车刀螺纹车刀铣削刀具：铣削刀具：面铣面铣刀刀方肩方肩铣铣刀刀仿形仿形铣铣刀刀三面刃和三面刃和螺纹铣螺纹铣刀刀整体硬质整体硬质合金铣合金铣刀刀钻削刀具：铰刀铰刀钻头钻头丝锥丝锥镗削刀具镗削刀具：粗粗镗刀镗刀精精镗刀镗刀切削刀具材料的硬度和韧性 1923年发年发明的硬质合金明的硬质合金(WC-Co)，其，其后因添加了后因添加了TiC、TaC而而改善了耐磨性，改善了耐磨性，1969年开发年开发了了CVD技术，技术，使涂层硬质合使涂层硬质合金快速普及。金快速普及。自自1974年起，年起，开发了开发了 TiC-TiN系金属陶系金属陶瓷瓷二二. .数控刀具的材料数控刀具的材料1.1.高速钢刀具高速钢刀具高速钢高速钢(HSS)(HSS)刀具过去曾经是切削工具的主流，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，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合金工具代替。2.2.硬质合金刀具硬质合金刀具普通硬质合金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1m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3.3.硬质合金的分类和标志硬质合金的分类和标志P类蓝色（包括P01P50),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M10M40），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类红色（包括K10K40），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K类4.4.陶瓷刀具陶瓷刀具n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；毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工；n可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；n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；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；n可进行高速切削或实现可进行高速切削或实现“以车、铣代磨以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高，切削效率比传统刀具高3-10倍。倍。5.5.超硬刀具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、聚晶金刚石刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼、聚晶立方氮化硼(PCBN)和和CVD金刚石等。超硬刀具主金刚石等。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复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。许刀具占主导地位。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、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。为切削加工中不可缺少的重要手段。 市场经济不断地推进，现代企业在高目标和低成本的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追求过程中，已逐渐改变了传统的“大而全大而全”、“小而全小而全”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大效益的“主题主题”生产。体现在金属切削刀具领域，成本生产。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、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。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，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、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。如何用，而不是在如何设计与制造上。 三三. .可转位车刀的选用可转位车刀的选用1.1.刀片的夹紧方式刀片的夹紧方式山特维克可乐满车刀的夹紧方式选择 各种夹紧方式是各种夹紧方式是为适用于不同的应为适用于不同的应用范围设计的。为用范围设计的。为了帮助您选择具体了帮助您选择具体工序的最佳刀具，工序的最佳刀具，按照适合性对它们按照适合性对它们分类，适合性有分类，适合性有1-31-3个等级，个等级，3 3为最佳为最佳选择。选择。2.2.刀片形状的选择刀片形状的选择正型（前角）刀片：正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，小对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先构形状较复杂应优先选择正型刀片。选择正型刀片。负型（前角）刀片：负型（前角）刀片：对于外圆加工，金属对于外圆加工，金属切除率高和加工条件切除率高和加工条件较差时应优先选择负较差时应优先选择负型刀片。型刀片。3.3.刀片形状的选择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一般外圆车削常用80凸三角形、四方形和凸三角形、四方形和80 菱形刀片；仿形菱形刀片；仿形加工常用加工常用55 、35 菱形和圆形刀片；菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。择刀尖角较小的刀片。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 MITSUBISHI推荐的适用于加工钢材的断屑槽形4.4.断屑槽断屑槽 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。四四. .旋转旋转刀具的选择刀具的选择可转位铣刀可转位铣刀的选用特点的选用特点可转位铣可转位铣刀的选用刀的选用类型的选择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。倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。刀片牌号和断刀片牌号和断屑槽形的选择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。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。粗齿、中齿、密齿三种类型。齿数的选择齿数的选择角度的选择角度的选择直径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。型、中型和重型。可转位铣刀类型的选择可转位铣刀类型的选择可转位铣可转位铣刀的类型刀的类型可转位面铣刀：可转位面铣刀：主要用于加工主要用于加工较大平面选择，主要有平面粗较大平面选择，主要有平面粗铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种。铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种。可转位槽铣刀：可转位槽铣刀：主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀。主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀。 可转位立铣刀：可转位立铣刀：主要用于加工凸台、凹槽、小平面、曲面等。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、主要有立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、R立铣刀、立铣刀、T型槽铣型槽铣刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等。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。于所用机床和零件的加工要求。可转位铣刀齿数（齿距）的选择可转位铣刀齿数（齿距）的选择可转位铣可转位铣刀的齿数刀的齿数粗齿铣刀：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：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：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。 不等分齿距铣刀不等分齿距铣刀：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。可转位铣刀角度的选择可转位铣刀角度的选择可转位铣可转位铣刀的角度刀的角度主偏角：主偏角：可转位铣刀的主偏角有90、88、75、70、60、45等几种。前角：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如下：双负前角、双正前角、正负前角(轴向正前角、径向负前角)三种。各种角度中最主要的是主偏角和前角各种角度中最主要的是主偏角和前角(制造厂的产品样本中对刀具的主偏角制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明和前角一般都有明确说明) 。铣刀角度铣刀角度的功能的功能可转位铣刀可转位铣刀直径的选择直径的选择立铣刀直径选择：立铣刀直径选择：主要考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转速能否达到刀具的最低切削速度要求。 面铣刀直径选择：面铣刀直径选择：主要是根据工件宽度选择，同时要考虑机床的功率、刀具的位置和刀齿与工件接触形式等，也可将机床主轴直径作为选取的依据，面铣刀直径可按D1.5d（d为主轴直径）选取。一般来说，面铣刀的直径应比切宽大20%50%。面铣刀的直径应比切宽大20%50%两次走刀铣削平面，轨迹之间须有重叠部分刀片牌号和断刀片牌号和断屑槽形的选择屑槽形的选择可转位铣刀可转位铣刀刀片牌号和刀片牌号和断屑槽形断屑槽形一般用户选用可一般用户选用可转位铣刀时，均转位铣刀时，均由刀具制造厂根由刀具制造厂根据用户加工的材据用户加工的材料及加工条件配料及加工条件配备相应牌号的硬备相应牌号的硬质合金刀片质合金刀片P类合金（含金属陶瓷）类合金（含金属陶瓷）：P01P05P10P15P20P25P30P40P50M类合金：类合金：M10M20M30M40K类合金：类合金：K01 K10K20K30K40断屑槽形的选择断屑槽形的选择螺纹铣刀螺纹铣削的优点：l螺纹铣削免去了采用大量不同类型丝锥的必要性；l加工具有相同螺距的任意螺纹直径；l加工始终产生的是短切屑，因此不存在切屑处置方面的问题。l刀具破损的部分可以很容易地从零件中去除。l不受加工材料限制，那些无法用传统方法加工的材料可以用螺纹铣刀进行加工。l采用螺纹铣刀，可以按所需公差要求加工，螺纹尺寸是由加工循环控制的。l与传统HSS(高速钢)攻丝相比，采用硬质合金螺纹铣削可以提高生产率。螺纹铣刀分类圆柱螺纹铣刀：圆柱螺纹铣刀：l它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀具上无螺旋升程，加工中的螺旋升程靠机床运动实现；l该刀具既可加工右旋螺纹，也可加工左旋螺纹；l适用于钢、铸铁和有色金属材料的中小直径螺纹铣削，切削平稳，耐用度高。缺点是刀具制造成本较高，结构复杂，价格昂贵。机夹螺纹铣刀：机夹螺纹铣刀：l适用于较大直径(如D25mm)的内、外l螺纹加工；l刀片易于制造，价格较低，有的螺纹l刀片可双面切削；l抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差。丝锥的选择：丝锥的选择：l工件材料的可加工性是攻螺纹难易的关键，对于高强度的工件材料，丝锥的前角和下凹量（前面的下凹程度）通常较小，以增加切削刃强度。下凹量较大的丝锥则用在切削扭矩较大的场合，长屑材料需较大的前角和下凹量，以便卷屑和断屑；l加工较硬的工件材料需要较大的后角，以减小磨擦和便于冷却液到达切削刃，加工软材料时，太大的后角会导致螺孔扩大；l螺旋槽丝锥主要用于盲孔的螺纹加工。加工硬度、强度高的工件材料，所用的螺旋槽丝锥螺旋角较小，这可改善其结构强度。攻螺纹攻螺纹是在数控铣床和加工中心上加工小螺纹孔最常用的方法。五五. .工具系统选择工具系统选择数控车床工具系统镗铣类整体式工具系统工具系统工具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。工具系统分类工具系统分类镗式铣工类具模系块统模块式刀柄模块式刀柄通过将基本刀柄、接杆和加长杆（如需要）进行组合，可以用很少的组件组装成非常多种类的刀柄。整体式刀柄整体式刀柄用于刀具装配中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。JT(BT)40-XS16-75123工具系统型号表示方法工具系统型号表示方法1.柄部型式及尺寸柄部型式及尺寸JT：表示采用国际标准ISO7388号加工中心机床用锥柄柄部；BT：表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部；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。2.刀柄用途及主参数刀柄用途及主参数XD装三面铣刀刀柄MW-无扁尾氏锥柄刀柄XS装三面刃铣刀刀柄M有扁尾氏锥柄刀柄Z（J）-装钻夹头刀柄（贾式锥度加J）XP装削平柄铣刀刀柄用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异。 3.工作长度工作长度常用刀柄面铣刀刀柄整体钻夹头刀柄镗刀柄莫式锥度刀柄快换式丝锥刀柄钻夹头刀柄ER弹簧夹头刀柄ER弹簧夹头侧压式立铣刀柄ISO 7388及及DIN 69871的的A型拉钉型拉钉ISO 7388及及DIN 69871的的B型拉钉型拉钉MAS BT的拉钉的拉钉拉钉拉钉是带螺纹的零件，常固定在各种工具柄的尾端。机床主轴内的拉紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。数控机床刀柄有不同的标准，机床刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有多种型号和规格。拉钉的选择：拉钉的选择：l根据数控机床说明书选择；l对机床自带的拉钉进行测量后来确定。注意：注意：如果拉钉选择不当，装在刀柄上使用可能会造成事故。拉钉的种类及选择