数控刀具及其选用

二、刀具的选择 1.刀具的选择原则
（1）尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸提高刀具的强度和刚度，减小刀具振动； （2）选择较大主偏角（大于 75°，接近 90°）；粗加工时选用负刃倾角刀具，精加工时选用正 刃倾角刀具； （3）精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径； （4）尽可能选择标准化、系统化刀具； （5）选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。 2.选择车削刀具的考虑要点 数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料 采用硬质合金、涂层硬质合金等。
刃倾角。增大刃倾角有利于承受冲击。刃倾角为正值时，切屑向待加工方向流动；刃倾角为负 值时，切屑向已加工面方向流动。通常，精车时取 0~4°；粗加工时取－10°～－5°。
1.3 刀具常用材料
刀具切削部分的材料应具备如下性能：高的硬度，足够的强度和韧性，高的耐磨性，高的耐热 性，良好的加工工艺性。
刀具材料：高速钢(俗称白钢刀条)，硬质合金，陶瓷，立方氮化硼(CBN)，聚晶金刚石(PCD)。 数控机床上常用高速钢刀具和硬质合金刀具。 材料越硬就越脆，越耐磨，在使用时需要高速平稳，防止冲击和振动。 碳素工具钢和合金工具钢的红硬性较差，已很少使用。 一、高速钢 高合金工具钢，具有良好的工艺性，能制成复杂的刀具。 高速钢刀具使用前需要使用者自行刃磨，因此，适合于特殊需要的非标准刀具。 二、硬质合金 比高速钢硬得多。允许的切削速度比高速钢高 4~10 倍，切削速度可达 100m/min 以上。 国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：K 类、P 类、和 M 类，类似于国家标准中的 YG 类、YT 类、和 YW 类。根据被加工材料及适用的加工条件， 每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中组号数字越大，其耐磨性越低、韧性越高， 因此，组号数字越大，可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。从另一个方面讲， 组号数字越小，硬度越高，韧性越差，适用于精加工；反之，组号数字越大，适用于粗加工。 硬质合金的常见类型： 1.钨钴类 钨钴类（WC+Co）硬质合金由碳化钨和钴组成。 ISO 标准代号是 K 类，常用牌号有国内代号为 YG。常用牌号有 YG3、YG6、YG8 等。 适合加工短切屑黑色金属（铸铁），有色金属以及非金属。 2.钨钛钴类 钨钛钴类（WC+TiC+Co）硬质合金由碳化钨、碳化钛和钴组成。 ISO 标准代号是 P 类，国内代号为 YT。常用牌号有 YT5、YT14、YT15、YT30 等。 适合加工长切屑黑色金属（塑性好的材料低碳钢），常用于加工钢材。我们经常使用 YT15。 3.钨钛钴钽（铌）类 钨钛钴钽（铌）类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）硬质合金由碳化钨、碳化钛、碳化钽（碳化铌） 和钴组成。 ISO 标准代号是 M 类，国内代号为 YW。常用牌号有 YW1、YW2 等。 综合性能好，既可加工铸铁又可加工钢材及有色金属，常用于不锈钢。
K、P、M 类合金切削用量的选择规律
K类
K01 K10 K20 K30 K40
P类
P01 P05 Biblioteka 10 P15 P20 P25 P30 P40 P50
M类
M10 M20 M30 M40
进给量
背吃刀量
切削速度
三、陶瓷
陶瓷特耐高温，在 2000 度条件下，仍具有高的硬度，非常耐磨，耐磨性是硬质合金的 5 倍，但 是，韧性很低，不能承受冲击，适用于精加工和高速切削。 四、立方氮化硼
数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀、端面车刀、外螺纹刀、切断刀具、内圆刀具、内螺纹 刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。
首先根据加工内容确定刀具类型，根据工件轮廓形状和走刀方向来选择刀片形状(如图所示)。主 要考虑主偏角，副偏角(刀尖角)和刀尖半径值。
可转位刀片的选择： (1)刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石。 (2)刀片尺寸选择：有效切削刃长度、主偏角等。 (3)刀片形状选择：依据表面形状、切削方式、刀具寿命等。 (4)刀片的刀尖半径选择 1)粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖半径值。 2)精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖半径值。 3.选择铣削刀具的考虑要点 在数控铣床上使用的刀具主要立 铣 刀 、 面 铣 刀 、 球 头 刀 、 环 形 刀 、 鼓 形 刀 和 锥 形 刀 等 。 如 图所示。常用到面铣刀、立铣刀、球头铣刀和环形铣刀。除此以外还有各种孔加工刀具，如钻头（锪 钻、铰刀、丝锥等）镗刀等。 面铣刀（也叫端铣刀）如图所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃。面铣刀多制成套式 镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为 40Cr。 立铣刀如图所示，立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有 切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金 是铣刀工作部分的常用材料。 模具铣刀如图所示，模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆 锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄 部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面 上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进 给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。 首先根据加工内容和工件轮廓形状确定刀具类型，再根据加 工部分大小选择刀具大小。 (1)铣刀类型的选择： 1)加工较大平面选择面铣刀， 2)加工凸台、凹槽、平面轮廓选择立铣刀， 3)加工曲面较平坦的部位常采用环形（牛鼻刀）铣刀， 4)曲面加工选择球头铣刀， 5)加工空间曲面模具型腔与凸模表面选择模具铣刀， 6)加工封闭键槽选键槽铣刀，等等
数控刀具及选用
1.1 数控机床刀具的特点
数控机床刀具的特点是标准化、系列化、规格化、模块化和通用化。 为了达到高效、多能、快换、经济的目的，对数控机床使用的刀具有如下要求： （1）具有较高的强度、较好的刚度和抗振性能； （2）高精度、高可靠性和较强的适应性； （3）能够满足高切削速度和大进给量的要求； （4）刀具耐磨性及刀具的使用寿命长，刀具材料和切削参数与被加工件材料之间要适宜； （5）刀片与刀柄要通用化、规格化、系列化、标准化，相对主轴要有较高位置精度，转位、拆 装时要求重复定位精度高，安装调整方便。
1.5 常用数控刀具结构
一、整体式刀具结构 整体式刀具是指刀具切削部分和夹持部分为一体式结构的刀具。 制造工艺简单，刀具磨损后可以重新修磨。
二、机夹式刀具结构 机夹式刀具是指刀片在刀体上的定位形式。 机夹式刀具分为机夹可转位刀具和机夹不可转
位刀具。数控机床一般使用标准的机夹可转位刀具。 机夹可转位刀具一般由刀片、刀垫、刀体和刀
(2)铣刀参数的选择 z 面铣刀主要参数选择 a)标准可转位面铣刀直径在Φ16－Φ630）：粗铣时直径选小 的，精铣时铣刀直径选大些，最好能包容待加工表面的整个宽度 （多 20%）。 b)依据工件材料和刀具材料以及加工性质确定其几何参数： 铣削加工通常选前角小的铣刀，强度硬度高的材料选负前角， 工件材料硬度不大选大后角、硬的选小后角，粗齿铣刀选小后角， 细齿铣刀取大后角，铣刀的刃倾角通常在-５－-１５度，主偏角 在４５－９０度 z 立铣刀主要参数选择 a)、刀具半径 r 应小于零件内轮廓最小曲率半径ρ b)、零件的加工高度 H≤（1/4－1/6）r c)、不通孔或深槽选取 l=H+(5~10)mm d)、加工外形及通槽时选取 l=H+rε+(5~10)mm e)、加工肋时刀具直径为 D=(5~10)b f)、粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径 D D=d+2[δsin(φ/2)-δ1]/[1-sin(φ/2)] z 球头刀主要参数选择 曲面精加工时采用球头铣刀。球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以增加刀具刚度，提高 散热性，降低表面粗糙度值。加工凹圆弧时的铣刀球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。 (3)孔加工刀具类型的选择 钻孔前先钻中心孔。 加工盲孔时，刀刃长度比也深多 5~10mm。
1.4 数控机床刀具分类
按照刀具材料可分为：高速钢刀具，硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀具和金刚石刀具。 按照刀具结构可分为：整体式，焊接式，机夹式(可转位和不转位)，内冷式和减振式。 按照切削工艺分为：车削刀具，孔加工刀具（如钻头，丝锥和镗刀等），铣削刀具等。 按照数控工具系统的发展可分为：由整体式工具系统向模块式工具系统发展。有利于提高劳动 生产率，提高加工效率，提高产品质量。 标准化数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。
有极好的耐磨性，极高的热稳定性和优良的化学稳定性。 是在高温、高压条件下人工合成的新型刀具材料，其性能与金刚石相似，能高速切削淬火钢和 耐热钢，是高速切削的首选刀具材料。 立方氮化硼刀具适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢 件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。 五、聚晶金刚石 即人工合成的金刚石，是在高温、高压下合成的新型刀具材料。 硬度很高，耐磨性好(硬质合金的 60～80 倍)，有锋利的刀刃。 缺点是耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。 它与铁系材料有很强的亲和力，易使碳元素扩散而磨损，只适用于加工有色金属、非金属如陶 瓷等极硬的材料。因此，金刚石刀具主要用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料， 能实现超精密微量加工和镜面加工。 在以车代磨加工淬火钢时，可用陶瓷、立方氮化硼刀具；加工有色金属和非金属材料，砂轮修 磨时，可用聚晶金刚石刀片。 六、表面涂层材料 涂层材料是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化 合物而制成。 高速钢基体涂层刀具耐用度可提高 2～10 倍，硬质合金基体刀具提高 1～3 倍。加工材料硬度愈 高，涂层效果愈好。在刀具寿命相同的前提下，可提高切削速度 25%～30%。 涂层刀具经过钝化处理，切削刃锋利程度减小，不适合进给量很小的精密切削。
1.6 数控机床刀具的选择