数控刀具介绍

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
积屑瘤
工件材料在刀具上的粘附物质。 积屑瘤的产生会大大降低工件表面的加工 质量，会改变切削刃的形状并最终导致切削刃 崩刃。 采取的对策有提高切削速度，选择涂层硬 质合金或金属陶瓷等刀具材料，并在加工过程 中使用冷却液。

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式

数控刀具的选择
数控车削刀具的选择 刀片尺寸选择

刀片尺寸的大小取决于有效切削刃 的长度L，有效切削刃长度L与背吃刀量 ap 和主偏角kr有关。使用时请根据有关 手册查阅选取。

L 与ap 和kr的关系

数控刀具的选择
数控车削刀具的选择 刀片形状选择

刀片形状主要依据被加工工件的 表面形状、切削方法、刀具寿命和刀 片的转位次数等因素来选择。

可靠的断屑和排屑措施
要有在线监控及尺寸补偿系统 实现刀具尺寸的预调和快速换刀 刀具标准化、模块化、通用化及复合化

数控刀具的要求与特点
特点

数控车床能兼作粗精车削，因此粗车时，要选强度高、 耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进 给量的要求。精车时，要选精度高、耐用度好的刀具， 以保证加工精度的要求。
刃口剥落
切削刃口上出现一些很小的缺口，非均匀 的磨损。 主要由断续切削、切屑排除不流畅等因素 造成。 应该在加工时降低进给速度、选择韧性好 的刀具材料和切削刃强度高的刀片，来避免刃 口剥落现象的产生。

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
崩刃
崩刃将损坏刀具和工件。 主要原因有刀具刃口的过度磨损和较高的 加工应力，也可由于刀具材料过硬、切削刃强 度不足以及进给量太大造成。 刀具应该选择韧性较好的合金材料，加工 时应减小进给量和切削深度，另外还可选择高 强度或刀尖圆角较大的刀片。

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
塑性变形
切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。 切削速度和进给速度太高以及工件材料中 硬点的作用，刀具材料太软和切削刃温度较高 等现象，都是产生塑性变形的主要原因。塑性 变形的产生会影响切屑的形成质量，并导致刀 具崩刃。 可以通过降低切削速度和进给速度，选择 耐磨性高和导热性能好的刀具材料等措施，达 到减少塑性变形的目的。

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
边界磨损
主切削刃上的边界磨损常发生于与工件的 接触面处。 主要原因是工件表面硬化、锯齿状切屑造 成的摩擦。 解决措施是降低切削速度和进给速度，同 时选择耐磨刀具材料，并增大刀具的前角使得 切削刃锋利。

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
前刀面磨损
在刀具的前刀面上由摩擦和扩散导致的磨 损。 前刀面磨损主要由切屑和工件材料的接触， 以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过 软，加工过程中切削速度较高，进给量较大， 也是前刀面磨损产生的原因。前刀面磨损会使 刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃的强度。 应该采用降低切削速度和进给速度，同时 选择涂层硬质合金材料，来达到减小前刀面磨 损的目的。
第2章 数控加工工艺 第3节 数控刀具

章

节

学习内容与知识点：

内容

知识点 数控刀具的要求与特点

学习要求 了解 掌握 了解 掌握 了解

建议学时

数控刀具的类型与特点 数控刀具的分类 数控刀具的材料 数控刀具的失效形式及可靠性 数控刀具的可靠度 数控刀具的材料 数控刀具的失效形式、影响与对策 2

选择数控刀具时应考虑的因素

数控可转位刀片
可转位刀具的组成
可转位刀具一般由刀片、刀垫、夹紧 元件和刀体组成，如右图所示。其中各部 分的作用为： 刀片：承担切削，形成被加工表面。 刀垫：保护刀体，确定刀片(切削刃)位 置。 夹紧元件：夹紧刀片和刀垫。 刀体：刀体及(或)刀垫的载体，承担和 传递切削力及切削扭矩，完成刀片与机床 的连接。
刀具可靠性分析
刀具可靠性 在规定的切削条件和时间内完成额定工作的能力 （具有统计特征和随机特征）

刀具耐用度

在规定的条件和时间内完成额定工作的概率 R（t）+F(t)=1

可靠耐用度

指刀具能达到规定的可靠度r时的耐用度，即 R(tr)=r 则tr=R¯ ¹ (t)

五、数控可转位刀片

数控可转位刀片
刀具材料方面，数控机床使用的刀 具材料主要是各类硬质合金。刀具结构 方面，数控机床主要采用机夹可转位刀 具。因此对硬质合金可转位刀片的运用 是数控机床操作者所必须了解和运用的 内容。
数控刀具切削部分的材料要求：
要有高的硬度和耐磨性 要有足够的强度和韧性

要有高耐热性
较好的导热性 良好的工艺性

数控刀具的材料
W系高速钢 高速钢 Mo系高速钢 钨钴类 硬质合金 钨钛钴类 钨钛钽（铌）钴类 纯氧化铝类（白色陶瓷） 陶瓷 SiN添加类（黑色陶瓷） 立方氮化硼 聚晶金刚石

数 控 刀 具 的 材 料

数控可转位刀片
刀片代码
例如：车刀可转位刀片TNUM160408ERA2的含义： T——60°三角形刀片形状； N——法后角为0°； U——内切圆直径d为6.35mm时：刀尖转位尺寸允差 ±0.13mm，内接圆允差±0.08mm，厚度允差±0.13mm； M——圆柱孔单面断屑槽； 16——刀刃长度16 mm； 04——刀片厚度4.76 mm； 08——刀尖圆弧半径0.8 mm； E——刀刃倒圆； R——向左方向切削； A2——直沟卷屑槽，槽宽2 mm。

数控可转位刀片
数控车刀

数控可转位刀片
刀片

数控可转位刀片
刀片代码
按照国际标准ISO 1832-1985中可转位刀片的代码表 示方法，代码由10位字符串组成，其排列如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 — 10
其中每一位字符串是代表刀片某种参数的意义，分述如下： （1）刀片的几何形状及其夹角。 （2）刀片主切削刃后角（法角）。 （3）刀片内接圆直径d与厚度s的精度级别。 （4）刀片型式、紧固方法或断屑槽。 （5）刀片边长、切削刃长度。 （6）刀片厚度。 （7）刀尖圆角半径rε或主偏角kr或修光刃后角αn。 （8）切削刃状态，刀尖切削刃或倒棱切削刃。 （9）进刀方向或倒刃宽度。 （10）厂商的补充符号或倒刃角度。

刀具材料的硬度与韧性的关系

四、数控刀具的失效形式及可靠性

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具失效的概念
在切削过程中，刀具磨损刀一定程度， 刀刃崩刃或破损，刀刃卷刃（塑变） 时，刀具丧失其切削能力或无法保证 加工质量。

车刀示意图

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
后刀面磨损
由机械交变应力引起的出现在刀具后刀 面上的磨擦磨损。 如果刀具材料较软，刀具的后角偏小， 加工过程中的切削速度偏高，进给量太小，都 会造成刃具后刀面的磨损过量，并由此使得加 工表面的尺寸和精度降低，增大切削中的磨擦 阻力。 因此应该选择耐磨性较高的刀具材料，同 时降低切削速度，加大进给量，增大刀具后角。 如此才能避避免或减少刀具后刀面磨损现象的 产生。

数控可转位刀片
刀片的夹紧

要求：
（1）夹紧可靠、不允许刀片松动和移动。 （2）定位准确、确保定位精度和重复精度。 （3）排屑流畅，有足够的排屑空间。 （4）结构简单，操作方使，制造成本低，转位动作快、缩短换刀 时间。

方式：
杠杆式、楔块上压式、螺钉上压式等。

刀片夹紧方式

数控可转位刀片
90°外圆加工用车刀

此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机 夹刀和机夹刀片。夹紧刀片的方式要选择得比较合理， 刀片最好选择涂层硬质合金刀片。目前，数控车床用
得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。

二、数控刀具的种类

数控刀具的种类
按结构来分

整体式

镶嵌式

内冷式

减振式

机夹可转位式

数控刀具的种类
按加工 按制造材料分 工艺来分

数控可转位刀片
端面加工用车刀

数控可转位刀片
93°外圆加工用车刀

数控可转位刀片
外圆、倒角加工用车刀

数控可转位刀片
切槽加工用车刀

切断加工用车刀

切圆弧槽加工用车刀

数控可转位刀片
外螺纹加工用车刀

内螺纹加工用车刀

数控可转位刀片
93°内孔加工用车刀

数控可转位刀片
内切槽加工ห้องสมุดไป่ตู้车刀

数控可转位刀片
内切槽、镗孔加工用车刀
数控车削刀具的选择 数控刀具的选择 数控铣削刀具的选择 常见的刀具库 了解 掌握 2

随着数控机床功能、结构的发展， 数控机床上所使用的数控刀具已经不 是普通机床“一机一刀”的模式，而 是多种不同类型的刀具同时在数控机 床上轮换使用，来达到自动换刀和快 速换刀的目的。因此，对“数控刀具” 的含义应该理解为“数控刀具系统”。

数控刀具系统除了包括机床的自动换刀机构外， 为了保证刀具的可互换性，还必须有刀柄和工具系统。 刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具，是 数控铣床、加工中心必备的辅具。 它的作用有：  准确地安装各种刀具；  满足在机床主轴上的自动松开和拉紧定位；  在刀库中的存储识别；  机械手的夹持。 刀柄的选用要和机床的主轴孔相对应。刀 柄已经标准化和系列化。数控铣床和加工中心上的刀 柄一般采用7∶24圆锥刀柄。

高速钢刀具

硬质合金刀具

陶瓷刀具

立方氮化硼刀具

聚晶金刚石刀具

数控刀具的种类
按加工 工艺来分

车刀

钻刀 （钻头）

镗刀

铣刀

三、数控刀具的材料

数控刀具的材料
刀具的选择是根据零件的材料种类、硬度、 加工表面粗糙度要求和加工余量等已知条件来 决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进给量、 切削速度和刀片牌号。

数控刀具的材料

链轮式自动换刀系统

转盘式自动换刀系统

机械手夹持

7∶24圆锥工具柄部简图

一、数控刀具的要求与特点

数控刀具的要求与特点
数控机床必须有与其相适应的切削 刀具配合，才能充分发挥作用。刀具， 尤其是刀片的选择是保证加工质量提高 加工效率的重要环节。

数控刀具的要求与特点
要求

要有高的切削效率 要有高的精度和重复定位精度 要有高的可靠性和耐用度

加工工件信息

刀具能承受的 切削用量

切削用量三要素，包括主轴转速、切削速度与切 削深度。

辅助因素

如操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。

数控刀具的选择
工具系统
由于在数控机床上要加工多种工件，并完 成工件上多道工序的加工，因此需要使用 的刀具品种、规格和数量较多。 为减少刀具的品种规格，有必要发展柔 性制造系统和加工中心使用的工具系统。

数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
热裂纹
由于断续切削时的温度变化而产生的垂直 于切削刃的裂纹。 热裂纹会降低工件表面的加工质量，并导 致刃口剥落。 刀具应该选择韧性好的合金材料，同时在 加工中减小进给量和切削深度，并进行干式切 削，或在湿式切削加工时有充足的冷却。

数控刀具的失效形式及可靠性

数控刀具的选择
工具系统
车削类工具系统
数控车床用工具系统主要由两部分组成：一部分是刀 具，另一部分是刀夹（夹刀器）。

数控刀具的选择
数控车削刀具的选择 刀片材料的选择

车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、 涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。 其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。 主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度 要求、切削载荷的大小以及切削加工过程中有无 冲击和振动等条件决定。

数控刀具的选择
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。它除了刀具本身外，还包括实 现刀具快换所必须的定位、 夹紧、 抓拿及刀具保护等机构。

数控刀具的选择
工具系统
70年代，工具系统以整体式结构为主。 80年代初，开发出了模块式结构的工具系 统(分车削、镗铣两大类)。 80年代末，开发出 了通用模块式结构(车、 铣、钻等万能接口)的工具系统。 模块式工具系统将工具的柄部和工作部分分 割开来，制成各种系统化的模块，然后经过 不 同规格的中间模块，组成一套套不同规格的工 具。 目前世界上模块式工具系统有几十种结构， 其区别主要在于模块之间的定位方式和锁紧方 式不同。

数控可转位刀片
内孔加工用车刀

六、 数控刀具的选择

数控刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中重 要内容之一。选择刀具通常要考虑机 床的加工能力、工序内容、工件材料 等因素。选取刀具时，要使刀具的尺 寸和形状相适应。

数控刀具的选择
刀具选择应考虑的主要因素有：
被加工工件的 材料、性能 如金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐 磨性等。 车削、钻削、铣削、镗削或粗加工、半精加工、 精加工和超精加工等。 工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指 标。 加工工艺类别