数控铣床刀具选择论文

数控铣床刀具选择论文（共8篇）

1.数控铣床刀具选择论文 篇一

摘 要：数铣加工是职业培训中重要的培训项目。本文就数控铣削加工中刀具补偿功能在实际使用中要注意的问题和精加工补偿值的确定，进行了总结和探讨。

关键词：数控铣 刀具 补偿 注意事项 精加工 公式

数控机床的操作能力是中职数控专业学生的专业能力，教学应围绕这一核心能力，夯实操作功底，提高学生操作能力。教师应该如何开展教学，让学生掌握好知识，并获得实际的操作能力呢?笔者感觉比较重要的是，要善于总结和归纳，把复杂的情况化成浅显易懂的规律。

下面就数控铣床加工中半径补偿的功能，展开一些总结和归纳。

一、数控铣床刀具补偿的原理

在数控铣床上进行加工，由于刀具有一定的半径，所以刀具中心(刀尖)轨迹和工件轮廓不重合，如不考虑刀具半径，直接按照工件轮廓编程是比较方便的，而加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈(加工外轮廓时)，或大了一圈(加工内轮廓时)，为此必须使刀具沿工件轮廓的法向偏移一个量。

运用刀具补偿功能可直接按照工件轮廓进行编程，不用考虑刀具半径。

而在刀补表中设置一定的合适数值，系统会自动计算刀具中心轨迹，进行刀具半径补偿，从而加工出符合要求的工件形状，当刀具半径发生变化时也无须更改加工程序，使编程工作大大简化。

刀具半径补偿是通过指令G41、G42来执行的。补偿有两个方向，即沿刀具切削进给方向垂直方向的左面和右面进行补偿，符合左右手定则：G41是左补偿，符合左手定则;G42是右补偿，符合右手定则。当取消刀具半径补偿时，使用G40指令。

二、刀具补偿功能使用应注意的问题

一是补偿建立指令G41，G42必须与G40成对使用。

二是G41、G42、G40指令应在G00或G01程序段中加入执行，不可在G02、G03等指令中加入执行。

三是加入G41、G42、G40指令的G00或G01程序段，移动的距离不能等于零，也不能小于铣刀的半径。否则无法实现刀具补偿的功能。

四是使用刀具补偿功能必须经过三个阶段：建立刀具补偿、刀具补偿执行、取消刀具补偿，缺一不可。

五是刀具补偿功能建立以后，加工平面不能改变。

六是在刀具半径偏置方式下，应在指定的偏置平面上进行连续的刀具运动轨迹描述，如果在偏置起始指令G41/G42和偏置结束指令G40之间，有连续两个以及两个以上的非指定的偏置平面上的移动指令或非移动指令，则刀具的轨迹就会发生偏离。例如：

G00 G90 G17 G42 Y-70.0 D01

G01 X120.0 F100

Y-30.0

G04 P500

G91 Z0.2

G90 X80.0 Y40.0

X0

Y-110.0

G00 G40 X-40.0

在本例中的程序段G04 P500 是非移动指令，程序段G91 Z0.2是非指定的偏置平面上的移动指令。这两个连续的程序段的指令，导致系统无法正确判断刀具下一个的偏置位置而发生过切现象。

三、精加工补偿值获得公式讨论

笔者所在学校使用的是华中HNC-21M数控铣床。运用G41/G42刀具补偿指令，可以实现对零件加工的粗精加工分离。

当放出余量，进行粗加工后，需要对零件进行测量，然后根据所获得的尺寸，对第二次的精加工补偿值进行修正，从而保证所加工的零件获得所要求的尺寸精度。由于零件的内外表面的加工，对补偿值的方向要求是不一样的，就很容易在精加工的时候弄错补偿方向。

如果可以分情况，把补偿值的计算总结成浅显易懂的公式，那么在加工实习的过程中，只要熟记公式，把测量的数据直接代入，就能获得精加工时所需要的补偿数据。

下面以一个简单零件的加工情况分析，如下图所示。

1.加工外轮廓六边形

选用18mm的键槽铣刀，不考虑加工精度，直接设置刀补值为使用刀具的半径值9mm即可。但是为保证加工精度，往往需要进行粗精加工两次切削。

粗加工时，刀具半径补偿值可放出一定的余量，然后进行粗加工的走刀。在精加工阶段中，理论上只需要把刀补值改为9mm，再一次走刀即可。

但是由于存在着大量的加工误差和不确定性，而且零件目标尺寸往往带有公差，在粗加工结束后，需要对六边形对边的尺寸进行测量，并通过测量值对精加工的刀补值进行修正。总结公式如下：

δ2=δ1-(A-B)/2 (1)

式中，δ2为精加工刀补值;δ1为粗加工刀补值;A为实际测量值;B为目标尺寸公差中间值。

实际加工中，选用18mm的键槽铣刀，假设粗加工刀补值选为10mm，粗加工后，对六边形尺寸进行测量，测得实际值为72.085mm，那么，在精加工时，只要把获得的数据代入公式(1)，即可获得需要的精加工刀补值。

δ2=10-(72.085-69.063)/2=8.489

(如图中所示，六边形尺寸为70-00.074，其尺寸公差中间值为69.063)。

2.加工内轮廓腰圆槽

同样选用18mm的键槽铣刀进行加工，假设粗加工刀补值选为10mm，粗加工后，对腰圆槽尺寸进行测量，测得实际值为24.012mm。那么，在精加工时同样可以利用公式(1)计算需要获得的精加工刀补值。只是由于内轮廓的余量方向与外轮廓相反，总结公式如下：

δ2=δ1-(B-A)/2 (2)

进一步计算可得：

δ2=10-(25.026-24.012)/2=9.493

(如图中所示，腰圆槽尺寸为25+00.052，其尺寸公差中间值为25.026)。

3.总结

由公式(1)和公式(2)可以进一步获得：

δ2=δ1-|(A-B)/2| (3)

由此我们可以获得，不管是外轮廓还是内轮廓的加工，粗加工时，先选择δ1值，令此值略大于我们选用的刀具半径0.5～1.0mm。然后对零件进行粗加工。

加工完毕后，根据零件图对所要求的尺寸进行测量，获得实际测量值A，然后计算目标尺寸公差中间值B，最后把所获得的值代入公式(3)，即可获得精加工所需要的刀补值δ2，对零件实现精加工。

当然，在实际使用过程中，绝大部分的数铣加工零件尺寸情况是上述的双边尺寸情况，但是也有很特殊的单边尺寸的情况。那么公式(3)只要变为

δ2=δ1-|(A-B)| (4)

也是完全适用的。

2.数控铣床刀具选择论文 篇二

1) 高硬度。刀具材料的硬度应高于工件材料的硬度, 一般认为至少应高于工件材料1.3~1.5倍, 以便切入工件。特别是刀具材料在高温下仍需保持足够的硬度 (称为热硬性或耐热性) , 以使刀具在切削加工的温度下, 仍能保持顺利加工的能力。

2) 高耐磨性。刀具材料必须具有高的耐磨性, 这样才能抵抗剧烈摩擦造成的损失。耐磨性是对刀具材料最基本的要求。

3) 足够的强度和韧性。刀具只有具备足够的强度和韧性, 才能承受切削时产生的巨大压力和振动, 防止刀具断裂或崩刃。

4) 化学稳定性或相对于工件材料的惰性。刀具材料具备此性能, 可以避免发生任何使刀具磨损的不利反应, 延长刀具的寿命。

5) 良好的工艺性。为了便于刀具本身的制造, 刀具材料还应具有一定的工艺性能, 如切割性能、焊接性能、磨削性能、热处理性能等。

2 数控刀具的分类

2.1 按照用途分类

车削刀具可以分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、内孔车刀、螺纹车刀和成形车刀等。

2.2 按照材料分类

1) 高速钢刀具。高速钢具有很高的强度和韧性, 而且具有很好的工艺性, 刃口容易磨得非常锋利。因此, 高速钢的应用非常广泛, 特别适合用于制作各种形状复杂的刀具, 如钻头、铰刀、拉刀、铣刀、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具等。

2) 硬质合金刀具。它在很宽的温度范围内仍然具有很高的硬度, 但其韧性和工艺性不如高速钢, 不能承受较大的冲击载荷, 因此, 硬质合金经常被做成各种形状的刀片, 经焊接或机夹固定在各种刀杆上使用。硬质合金刀片切削性能优异, 在数控车削中被广泛使用。

3) 金刚石刀具。金刚石是世界上目前所知的材料中最硬的, 而且金刚石具有低的摩擦系数、极高的耐磨性, 可以磨得非常锋利并可以长时间保持, 但这种材料的韧性和抗弯强度较差, 热稳定性也较差, 加之其价格昂贵, 一般用于精密和超精密加工, 特别是用于加工非铁族金属和难加工的非金属材料, 如有色金属及其合金、陶瓷、玻璃等。

2.3 按照结构分类

车削刀具可分为整体式、焊接式、机夹式、可转位式四种类型。

2.4 按切削方式分

圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。

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、涂层硬质合金以及高速钢。机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。

3 数控加工刀具的特点

数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求, 它们需具有以下特点。

3.1 合理的耐用度及经济寿命指标

目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。刀具耐用度愈大, 表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件, 由于使用的刀具材料及工件材质不可能完全相同, 再加上刃磨质量等一些不能完全严格控制的因素, 所以即使在相同条件下, 刀具耐用度仍随机变动。因此在数控加工上, 除应给出刀具耐用度的平均值指标外, 还应给出刀具的可靠指标Tp。它已成为选择刀具的关键性指标。通常是规定可靠度P≥0.9, 即9%时刀具切削时间为T0.9。

3.2 几何参数和切削参数的规范化、典型化

刀具应具有较高的精度, 包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。刀具切削部分的几何尺寸变化要小, 刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。

3.3 刀具或刀片便于切削控制

刀具必须能可靠地断屑或卷屑即切削控制。数控机床上每一工位设备上, 装置着许多刀具, 切削量大, 切屑多, 因此, 在切削塑性金属时, 必须控制切屑不缠绕在刀具、工件及工艺装备上, 控制切屑不飞溅, 保证操作者安全, 不影响切削液喷注, 不影响零件的定位和输送, 不划伤已加工表面, 使切屑易于清理, 为此, 采用卷屑槽或断屑块的刀具, 或用间隙切削或振动切削措施提高断屑效果。

3.4 定位基准及自动换刀系统要优化

刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化, 使刀具应能快速或自动更换, 并需有控制和调整尺寸的功能或具有刀具磨损的自动补偿装置, 以减少换刀调整的停机时间。

4 数控刀具的选择

刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一, 不仅影响机床的加工效率, 而且直接影响零件的加工质量。刀具的选择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及刀柄。由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床, 而且主轴输出功率较大, 因此与传统加工方法相比, 对数控加工刀具的提出了更高的要求, 包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高, 而且要求尺寸稳定, 安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一, 它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面。

4.1 按照零件材料的切削性能选择刀具

综合考虑金属、非金属, 其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件, 建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

4.2 按照零件的加工阶段选择刀具

即粗加工阶段以去除余量为主, 应选择刚性较好、精度较低的刀具, 半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主, 应选择耐用度高、精度较高的刀具, 粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具, 建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具, 因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损, 涂层磨损修光, 继续使用会影响精加工的加工质量, 但对粗加工的影响较小。

4.3 按照工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标选择刀具

正前角刀片:对于内轮廓加工, 小型机床加工, 工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负前角刀片:对于外圆加工, 金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片;仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片;在考虑到刀具能承受的切削用量前提下综合机床刚性、功率等条件, 加工大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片, 反之选择刀尖角较小的刀片。

4.4 按照加工区域的特点选择刀具和几何参数

在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;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。

5 结束语

通过对数控切削刀具的分类、特点、选择等方面的分析, 对数控加工刀具提出了更高的要求。合理科学的选择数控刀具对数控加工生产效率、加工质量和加工成本影响极大, 因此应高度重视数控刀具的正确选择和合理使用, 让其更好的为数控加工服务, 充分发挥数控加工的优点。

参考文献

[1]刘坚.机械加工设备[M].机械工业出版社, 2007.

[2]徐小国.机加工实训[M].北京理工大学出版社, 2009.

3.浅议数控机床刀具的选择与应用 篇三

【关键词】数控刀具；类型；选择；应用

1.数控刀具的分类

1.1数控刀具结构

（1）整体式：刀具为一体，由一个胚料制造而成，不分体。

（2）镶嵌式：采用焊接或机夹式联接，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。

1.2制造刀具所用的材料

（1）高速钢刀具：有足够的强度和韧性，有较好的工艺性。目前高速钢作为主要的刀具材料已经被较为广泛的的应用于各种铣刀、丝锥、钻头等刀具的加工。

（2）硬质合金刀具：与高速钢刀具相比硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许的切削速度比高速钢高5-10倍。因此常用于高速的切削加工，例如加工中心中的大进给、小切深、无切削液的精加工。

（3）金刚石刀具：耐磨性好摩擦系数是目前最小的。但由于其硬度较高，不能加工成任意的形状，因此主要用于磨削类刀具，如金刚石砂轮等。同时由于金刚石会与某些材料发生化学反应，在加工中需特别注意。

（4）其他材料刀具：如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

（5）涂层刀具：通过化学或物理方法在表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物。如 TiC涂层、TiN涂层、Al2O3，涂层、TiN和TiC复合涂层。

2.刀具选择应考虑的主要因素

（1）被加工工件的材料、性能：金属、非金属，强度、刚度、塑性、韧性及耐磨性能等。

（2）加工工艺的类别。车削、钻削、铣削、磨削等。

（3）加工阶段粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。

（4）加工的几何形状、加工余量、零件的技术指标。

（5）刀具能承受的切削用量。

3.数控加工刀具的选择

3.1数控加工中，由于铣床、加工中心类机床工艺能力强大，刀具种类繁多，因此铣刀类型的选择非常重要

常用的铣刀种类有平底立铣刀、端铣刀、球头刀、环形刀，鼓形刀和锥形刀等，功能也各不相同。选取铣刀时要求刀具的尺寸与劝口工工件的尺寸和形状相适应。在铣刀选择时应注意以下几点：

（1）毛坯面加工为防止因毛坯表面硬化层和夹沙现象而引起刀具快速磨损，应选用合适的硬质合金刀具进行铣削加工，以提高生产效率。

（2）平面加工铣削平面时，常采用锒齿可转位硬质合金刀片的面铣刀和立铣刀。精铣平面时因加工表面材质不均匀，选择直径小些的铣刀，以减小切削扭矩；精铣时，铣刀直径应大些，最好能包容加工面的宽度，以提高切削效率和保证加工精度。加工余量较小且表面质量要求较高时，可采用立方氮化硼刀片的面铣刀。

（3）平面零件周边的轮廓加工常采用立铣刀，铣刀半径应小于工件轮廓的最小凹圆弧半径，以免造成铣不净的“死角”。

（4）凸台或凹槽的加工加工只有凹槽时，通常采用键槽铣刀。精度要求较高的凹槽内表面可使用直径比槽宽略小的键槽铣刀，先铣削槽的中间部分再采用刀具补偿 （如G41、G42）功能，铣削槽的两側。

（5）特殊成型面的加工对于一些批量生产的特定工件或加工内容，为提高成产效率，可专制造成型铣刀，如圆弧面、内凹槽、特形孔或台阶。

3.2进行刀具选择的时候，需要对刀具的尺寸以及加工工件表面尺寸进行筛选

进行生产时，用立铣刀来对平面零件的周围轮廓进行加工；用合金刀片铣刀来对平面加工，凹台和凹槽则是用速钢立铣刀来进行；使用合金刀片的玉米铣刀对毛坯表面进行加工；立体型面及变斜角轮廓需要用球头铣刀、环形铣刀等。

3.3球头刀具一般是在曲面精工的时候使用，在进行自由曲面加工的时候，可以借助球头刀具顶部的零切削速度来确保加工的精度

平头刀具具有较好的切割质量和效率，所以只要不会过切，在曲面的粗加工和精加工中，使用平头刀是比较好的选择。此外，刀具价值影响着刀具的闹用度和精度，通常价格高昂的刀具，其成本也比较高，加工质量比较好，可以提升加工效率和质量，间接的降低了成本。

3.4不同的加工阶段使用不同的刀具

在粗加工的时候，主要是进行去除余量的工作，所以要求刀具的刚性、精度比较高；半精加工和精加工的时候，就是一质量为主要的保证前提，所以要求刀具的精度较高。粗加工使用低精度刀具，精加工使用高精度刀具。要是粗加工和精加工都选择同样的刀具，可以使用精加工使用后淘汰的刀具，粗加工对精度要求不高，精加工的刀具在使用后会有一定的磨损，精度有所降低，这样一来就能够减少加工成本。

3.5一般的经济型数控机床，部分工作都是有人工完成的，像是磨刀刃、测量、刀具更换等等，需要比较多的时间来完成，所以需要对刀具的安排合理化

（1）刀具数量要少。

（2）没把刀具在安装后，都应该将其需要使用的部位加工完成。

（3）粗加工和精加工刀具要分开。

（4）先铣后钻，先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工。

（5）尽量减少手工换刀的工序，这样可以保证生产效率。

3.6选择刀具的时候要依照其寿命来进行挑选

（1）考虑成本、刀具复杂度、工艺需求。

（2）高精度和复杂的刀具其使用期限应该要高于单刃刀具。

（3）机夹刀具的寿命可以选择短一些的，确保生产效率。

（4）对于装刀、换刀、凋刀比较复杂的多刀机床、组合床与自动化加工刀具，刀具寿命应选高些，尤其要保证刀具可靠性。

（5）对于大件的精加工要尽量减少加工途中换刀的情况，选择刀具的寿命要考虑到零件精度和表面粗糙度。

4.数控刀具的要求比普通机床刀具要求有所区别

第一，数控刀具要求刀具的刚性好、精度高、具有抗振和稳定的抗热性，能够在生产中快速的进行更换。第二，使用期限长，刀具的切割稳定。第三，刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。第四，系列化、标准化，方便对其进行管理和编程。

5.数控机床对刀具的主要要求

首先，刀具具有良好的切削性。可以适应高速切削以及大荷载切削，刀具性能好，刚性高。其次，刀具的精度高，可以准确的进行重复定位，刀具的刀形精度高。再者，刀具种类要多，规格齐全，以适应不同的加工要求，满足生产需求。最后，工具系统完善，可以进行多种零件生产。

6.结束语

数控机床是目前制造的核心和基础，其应用范围广，在我国有着良好的发展前景，对于其刀具的正确使用研究具有非常重要的意义。进行数控编程的时候，要能够让刀具即时切换，并且定量进行切削。所以进行数控机床刀具的研究，选择正确的刀具，对于生产来说都是比较有意义的事情。 [科]

【参考文献】

[1]肖庆中.金属切削原理与刀具[M].北京：中国劳动社会保障出版杜，2001.

4.数控车床刀具实习报告 篇四

一：刀具基本概述

刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。

二：刀具材料

制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。

硬质合金可转位刀片都已用化学气相沉积涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。

由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。

刀具材料大致分如下几类：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金刚石。

一般加工中心常用有以下几种材质刀具：碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，超硬材料。

1碳素工具钢

碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65%-1.35%的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A，常温硬度60-64HRC。当切削刃热至200-250度时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。2合金工具钢

为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢，常用牌号有9sicr,GCr15,CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢。3高速钢

高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬火性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为锋钢和白钢。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀，铣刀，钻头，铰刀。拉刀，齿轮刀具等。硬质合金

硬质合金是用粉末冶金方法制造的合金材料，它是由高硬度、高熔点的金属碳化物WC、TiC等粉末，用钴等金属粘结剂在高温下烧结而成。

硬质合金的硬度较高，常温下可达89-93HRA，耐磨性和耐热性均高于工具钢，在800-1000度时仍能正常切削，其切削速度是高速钢的几倍，刀具寿命也提高了几十倍，并能加工高速钢刀具难以切削加工的材料，因此被广泛应用。但是它也存在抗弯强度和冲击韧度比高速钢低，刃口不能磨得像高速钢刀具那样锋利等不足之处。4超硬材料

超硬材料主要是批金石、立凉席氮化硼和陶瓷。金刚石是自然界中最硬的材料，其硬度可达10000HV。天然金刚石价格昂贵。很少使用。人造金刚石以石墨为原料经高温烧结而成。主要用于高速精细车削、镗削有色金属及其合金和非金属材料。切削铜合金或铝合金时切削速度可达800-3800M/MIN。由于金刚石具有较高的耐磨性，加工尺寸和刀具使用寿命长。所以常应用在数控机床、组合机床和自动机床上，加工后的粗糙度可达0.1-0.025um.但金刚石刀具耐热性较差，切削温度不宜超过700-800度。强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削。刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。刀具是机械制造中用于切削加工的工具，中国是全球最具发展潜力的刀具市场，不少跨国刀具集团在自身发展战略中，把扩大在中国的刀具销售作为首选，各企业的亚太总部、研发中心、培训中心、物流中心纷纷落户中国，从而以中国为中心辐射亚洲，更加直接便捷地服务于客户，更好地满足亚太地区客户的需求。

数控机床对刀具材料的要求：

金属切削过程中，切削层金属在刀具的作用下承受剪切滑移而塑性变形，刀具与工件、切屑之间挤压与摩擦使刀具切削部分产生很高的温度，在断续切削加工中还会受到机械冲击及热冲击的影响。

加剧刀具的磨损，甚至使刀具破损，因此刀具切削部分的材料必须具备以下几个条件

1.较高的硬度和耐磨性

刀具切削部分的硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好刀具材料在常温下的硬度应在62HRC以上 2.足够的强度和韧性

刀具在切削过度中承受很大的压力，有时在冲击和振动条件下工作，要使刀具不崩刃和折断，刀具材料必须具有足够的强度和韧性

一般用抗弯强度表示刀具材料的强度，用冲击值表示刀具材料的韧性 3.较高的耐暖性

耐热性指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度及韧性的性能是衡量刀具材料切削性能的主要指标。这种性能也称刀具材料红硬性 4.较好的导热性

刀具材料的导热系数越大，刀具传出的热量越多，有利于降低刀具的切削温度和提高刀具的耐用度

三：刀具结构 1：结构要素

A:待加工表面----工件上有待切除的表面。

已加工表面----工件上经刀具切削后产生的表面。

过渡表面(同义词：加工表面)----工件上由切削刃形成的那部分表面，它将在下一个行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一个切削刃切除。前面(前刀面)----刀具上切屑流过的表面。它直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的B:刀面

后面(后刀面)----与工件上切削中产生的表面相对的表面。

主后面(同义词：主后刀面)----刀具上同前面相交形成主切削刃的后面。它对着过渡表面。

副后面副后刀面)----刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。它对着已加工表面。

主切削刃----起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。

副切削刃----切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸。

各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。角度参考系

切削平面----通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。

主切削平面Ps----通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。它切于过渡表面，也就是说它是由切削速度与切削刃切线组成的平面。

副切削平面----通过切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。

基面Pt----通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向。

假定工作平面----在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点并垂直于基面，一般说来其方位要平行于假定的主运动方向。

法平面Pn----通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。C:刀具角度

前角----前面与基面间的夹角。

后角----后面与切削平面间的夹角。楔角----前面与后面间的夹角。

主偏角----主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。副偏角----副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。刀尖角----主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量。刃倾角----主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。

2：装夹部分

有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。

带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。工作部分

就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种： 整体结构是在刀体上做出切削刃； 焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上； 机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。

硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。

在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。

四:数控机床的换刀系统

1回转形式的自动换刀装置：

a:刀架抬起b：刀架转位c：刀架加紧 2带刀库的自动换刀系统

刀库分类：盘式刀库，链式刀库，格子盒式刀库。换刀方式：直接在刀库与主轴直接换刀的自动换刀装置；用机械手在刀库与主轴之间的换刀装置；用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置。3刀具交换装置

利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具的交换装置；刀库机械手的刀具交换装置。

4机械手的形式

单臂单爪回转式机械手；单臂双爪式回转式机械手；双臂回转式机械手；双机械手；双臂往复交叉式机械手；双臂端面夹紧式机械手。5辅助装置等等

五：常见刀具的磨损和改进 1磨损原因

刀具材料

刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具，普通的涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的； 刀具的几何角度

石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；

1．前角，采用负前角加工石墨时，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，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具越锋利，但刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。一般粗加工应选择较小前角刀具或负前角刀具。

2．后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。后角越小，弹性恢复层同后刀面的摩擦接触长度越大，它是导致切削刃及后刀面磨损的直接原因之一。从这个意义上来看，增大后角能减小摩擦，可以提高已加工表面质量和刀具使用寿命。

3．螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大，刀具承受的切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角去较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择方面一定要多加注意。通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试，PARA刀具优化了相关刀具的几何角度，从而使得刀具的整体切削性能大大提高。刀具的涂层

金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石墨刀具优越的使用性能；金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性；但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本的投入都是很大的，所以金刚石涂层在不会有太大发展，不过我们可以在普通刀具的基础上，优化刀具的角度，选材等方面和改善普通涂层的结构，在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。

金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别，所以在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，其几何角度可适当放大，容削槽也变大，也不会降低其刀具锋口的耐磨性；对于普通的TiAlN涂层，虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高，但比起金刚石涂层来说，在加工石墨时它的几何角度应适当放小，以增加其耐磨性。[4]刀具表面处理技术又有了新发展，移动菠菜发布的国外最新消息：利用固态的纳米结构硼原子团对刀具表面进行改性处理，可较大幅度提高刀具寿命。对金刚石涂层来说，世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术，但是至今为止，国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲；PARA作为一款优秀的石墨加工刀具，同样采用世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理，以确保加工寿命的同时，保证刀具的经济实用。刀具刃口的强化

刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视，而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口，存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。加工条件

选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相当大的影响。1．切削方式（顺铣和逆铣），顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象，工艺系统的刚性好，切削振动小；逆铣时，刀 具的切入厚度从零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径，此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒，都将引起刀具的弹刀或颤振，因此逆铣的切削振动大；

2．吹气（或吸尘）和浸渍电火花液加工，及时清理工件表面的石墨粉尘，有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响；

3．选择合适的高转速及相应的大进给量。

综述以上几点，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件，在刀具的使用寿命中扮演者不同的角色，缺一不可，相辅相成的。一把好的石墨刀具，应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。

2改进办法

1刃口磨损 改进办法：提高进给量；降低切削速度；使用更耐磨的刀片材质；使用涂层刀片。2崩碎

改进办法：使用韧性更好的材质；使用刃口强化的刀片；检查工艺系统的刚性；加大主偏角。3热变形

改进办法：降低切削速度；减少进给；减少切深；使用更具热硬性的材质。4切深处破损

改进办法：改变主偏角；刃口强化；更换刀片材质。5热裂纹 改进办法：正确使用冷却液；降低切削速度；减少进给；使用涂层刀片。6积屑

改进办法：提高切削速度；提高进给；使用涂层刀片或金属陶瓷刀片；使用冷却液；使刃口更锋利。7月牙洼磨损

改进办法：降低切削速度；降低进给；使用涂层刀片或金属陶瓷刀片；使用冷却液。8断裂

改进办法：使用韧性更好的材质或槽型；减少进给；减少切深；检查工艺系统的刚性。

注意：通常当后刀面磨损达0.7毫米时，应更换刀片刃口；精加工时最大磨损量为0.04毫米。

六：总结（感想）

通过数控技术的学习，了解了机床加工零件的流程。绘制零件图（了解零件的加工类型，加工外形，加工基准和尺寸要求），编制加工工艺的程序并确定工位，在机床上装夹和分中（对刀），最后开启机床对零件进行加工。

5.基于数控机床系统的刀具补偿分析 篇五

摘要：数控机床的刀具补偿功能差异很大，我经过三年的一线车间教学实训经验，通过对不同数控机床的刀具补偿功能较全面的分析和计算，熟悉其各自特点，掌握其刀具补偿应用技能，从而在理论教学和实践操作中能顺利解决各种具体实际问题。

关键词：数控机床 刀具补偿 刀具轨迹计算 刀位点

一、刀具补偿功能简介

使用数控机床的人都知道，用立铣刀在数控铣床或数控加工中心上加工工件时，可以清楚看出刀具中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合，这是因为工件轮廓是立铣刀以运动包络的方式形成的。立铣刀的中心(底端面与轴线相交点)称为刀具的刀位点，刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。在数控加工中，是按工件轮廓尺寸编制程序，还是按刀位点的运动轨迹编制程序，显然是完全不一样的，需要根据具体情况来处理。

如图1所示，在数控铣床或数控加工中心中，由于数控系统有刀具补偿功能，可按工件轮廓尺寸进行程序编制。建立、执行刀补后，数控系统会自动计算，刀位点自动调整到刀具运动轨迹上。直接利用工件尺寸编制加工程序，刀具磨损时可重磨刀片(此时需根据实际情况适当调整刀具补偿值)或更换刀具，而加工程序不变，因此使用简单、方便。

目前，经济型数控机床(部分机床无刀具补偿功能)性能简化、结构简单、价格低廉，在企业和学校中有一定的拥有量。在经济型数控机床系统中，如果没有刀具补偿功能，只能按刀位点的运动轨迹尺寸编制加工程序，这就要求先根据工件轮廓尺寸和刀具直径及几何尺寸计算出刀位点的运动轨迹。因此计算量大、过程复杂，且刀具磨损、更换需重新计算刀位点的轨迹尺寸，全部调整或重新编制加工程序，费时费力费钱。

二、数控机床系统中的刀具补偿

(一)数控车床刀具补偿。数控车床刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿两方面。在加工程序中用T功能指定，TXXXX中前两个XX为刀具号，后两个XX为刀具补偿号，如T0202。如果刀具补偿号为00，则表示取消刀补。

1、刀具位置补偿。对于刀具磨损或重新安装刀具引起的刀具位置变化，建立、执行刀具位置补偿后，其加工程序不需要重新编制。办法是测出每把刀具的刀位点相对于某一理想位置的刀位偏差(X向与Z向)并输入到指定的存储器内，程序执行刀具补偿指令后，当前刀具的实际位置就到达理想位置。

如图2所示的加工情况，如果没有刀具补偿，刀具从0点移动到1点，对应程序段是N60 G00 X45 Z93 T0200，如果刀具补偿是X=+3，Z=+4，并存入对应补偿存储器中，执行刀补后，刀具将从0点移动到2点，而不是1点，对应程序段是N60 G00 X45 Z93 T0202。

2、刀尖圆弧半径补偿。编制数控车床加工程序时，车刀刀尖被看作是一个点(假想刀尖P点)，但实际上为了提高刀具的使用寿命和降低工件表面粗糙度，车刀刀尖被磨成半径不大的圆弧(刀尖AB圆弧)，如图3所示，这必将产生加工工件的形状误差。另一方面，由于刀尖圆弧所处的特殊位置，车刀的形状对工件加工也将产生影响，而这些可采用刀尖圆弧半径补偿来解决。车刀的形状和位置参数称为刀尖方位代码(T值)，如图4所示。

3、刀补参数。每一个刀具补偿号对应刀具位置补偿(X和Z值)和刀尖圆弧半径补偿(R和T值)共4个参数，在加工之前输入到对应的.存储器。在自动执行过程中，数控系统按该存储器中的X、Z、R、T的数值，自动修正刀具的位置误差和自动进行刀尖圆弧半径补偿。

6.数控铣床刀具选择论文 篇六

一、铝合金：

1、易切削铝合金

该材料在航空航天工业应用较多，适用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在～4000m/min，进给量在3～12m/min，刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°，

2、铸铝合金

铸铝合金根据其Si含量的不同，选用的刀具也不同，对Si含量小于12%的铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12%时，可采用 PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%～18%的过硅铝合金，最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可在1100m/min，进给量为0.125mm/r。

二、铸铁：

对铸件，切削速度大于350m/min时，称为高速加工，切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度在510～2000m/min时，可选用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000～4500m/min时，可使用CBN刀具。

铸件的金相组织对高速切削刀具的选用有一定影响，加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/min时，可使用CBN或Si3N4，当以铁素体为主时，由于扩散磨损的原因，使刀具磨损严重，不宜使用CBN，而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co，晶粒尺寸平均为3μm，CBN含量大于 90%～95%的BZN6000在V=700m/min时，宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均为10μm、 CBN含量为90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光体含量的灰铸铁时，在切削速度小于1100m/min时，随切削速度的增加，刀具寿命也增加。

普通钢

切削速度对钢的表面质量有较大的影响，根据德国Darmstadt大学PTW所的研究，其最佳切削速度为500～800m/min。

目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具材料。其中涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产的 TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产的涂层刀具要好，因为前者可很好地保持刃口形状，使加工零件获得较高的精度和表面质量。

金属陶瓷刀具占日本刀具市场的30%，以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好，但抗弯强度及导热性差，适于切削速度在 400～800m/min的小进给量、小切深的精加工;Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来，Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷的韧性，其加工钢或铸铁的切深可达2～3mm，

CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织的轴承钢或淬硬钢。

三、高硬度钢：

高硬度钢(HRC40～70)的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。

金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN的金属陶瓷，其硬度和断裂韧性与硬质合金大致相当，而导热系数不到硬质合金的1/10，并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。另外其高温下机械性能好，与钢的亲和力小，适合于中高速(在200m/min左右)的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。

采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63的工件材料，如进行工件淬火后再切削，实现“以切代磨”。切削淬火硬度达HRC48～58的45钢时，切削速度可取150～180m/min，进给量在0.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1μm，TiC含量在20%～30%的Al2O3-TiC 陶瓷刀具，在切削速度为100m/min左右时，可用于加工具有较高抗剥落性能的高硬度钢。

当切削速度高于1000m/min时，PCBN是最佳刀具材料，CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢(如HRC55的H13工具钢)。

四、高温镍基合金：

Inconel718镍基合金是典型的难加工材料，具有较高的高温强度、动态剪切强度，热扩散系数较小，切削时易产生加工硬化，这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时，主要使用陶瓷和CBN刀具。

碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在100～300m/min时可获得较长的刀具寿命，切削速度高于500m/min时，添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小，而在100～300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel718合金的加工。

加拿大学者M.A.Elbestawi认为，SiC晶须增强陶瓷加工Inconel718的最佳切削条件为：切削速度700m/min，切深为1～2mm，进给量为0.1～0.18mm/z。

氮氧化硅铝(Sialon)陶瓷韧性很高，适合于切削过固溶处理的Inconel718(HRC45)合金，Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金。

五、钛合金：(Ti6Al6V2Sn)

钛合金强度、冲击韧性大，硬度稍低于Inconel718，但其加工硬化非常严重，故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严重的现象。日本学者 T.Kitagawa等经过大量实验得出，用直径?10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀(螺旋角为30°)高速铣削钛合金，可达到满意的刀具寿命，切削速度可高达628m/min，每齿进给量可取0.06～0.12mm/z，连续高速车削钛合金的切削速度不宜超过200m/min。

六、复合材料：

7.数控铣床刀具选择论文 篇七

现在, 许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能, 这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题, 比如, 刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等, 编程人员只要设置了有关的参数, 就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。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。

(一) 数控加工常用刀具的种类及特点

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、涂层刀具, 陶瓷刀具等。数控刀具和普通机床上所用的刀具相比, 有许多不同的要求, 也有许多优点, 主要有以下特点: (1) 刚性好、精度高、抗振及热变形小; (2) 互换性好, 便于快速换刀; (3) 寿命高, 切削性能稳定、可靠; (4) 刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间; (5) 刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化; (6) 刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性; (7) 刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化; (8) 刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好; (9) 刀柄或工具系统的装机重量有限度; (10) 刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。

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:

(1) 刚性好 (尤其是粗加工刀具) , 精度高, 抗振及热变形小;

(2) 互换性好, 便于快速换刀;

(3) 寿命高, 切削性能稳定、可靠;

(4) 刀具的尺寸便于调整, 以减少换刀调整时间;

(5) 刀具应能可靠地断屑或卷屑, 以利于切屑的排除;

(6) 系列化, 标准化, 以利于编程和刀具管理。

(二) 数控加工常用刀具的要求

1. 切削性能要稳定可靠

要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行, 要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。刀具耐用度愈大, 表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件, 由于使用的刀具材料及工件材质不可能完全相同, 再加上刃磨质量等一些不能完全严格控制的因素, 所以即使在相同条件下刀具耐用度仍然是不相同的。因此在数控上, 除应给出刀具耐用度的平均值指标外, 还应给出刀具的可靠指标。它已成为选择刀具的关键性指标。

2. 精度高

为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求, 刀具必须要具有较高的精度, 刀具切削部分的几何尺寸变化要小, 刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、可换等的要求, 近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用。

现在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许多特点, 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。

3. 能自动换刀

可以减少换刀停机时间, 提高生产加工时间。在加工中心上, 各种数控刀具要分别装在刀库上, 按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄, 以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。刀柄与刀要相互配合。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围, 以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

4. 耐用度高

数控加工的刀具不论在粗加工或精加工中, 都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度, 以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数, 从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。应该采用切削性能好且耐磨性高的涂层刀片以及合理地选择切削用量。当刀加工的内容很多时, 如刀具不耐用而磨损较快, 就会影响工件的表面质量与加工精度, 而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数, 也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶, 降低了工件的表面质量。扩大刀具的利用率, 充分发挥刀具的性能。

5. 断屑及排屑性能好

数控加工中, 断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理, 切屑易缠绕在刀具和工件上, 会损坏刀具和划伤工件已加工表面, 甚至会发生伤人和设备事故, 影响加工质量和机床的安全运行。为了保证可靠地断屑卷屑和排屑, 可以采用以下方法:

(1) 合理选用可转位刀片的断屑槽槽形;

(2) 合理地调整切削用量;

(3) 在刀体中设置切削液通道, 将切削液直接送到切削处, 可以帮助清除切屑;

(4) 利用高压切削液强迫断屑。

(三) 数控加工刀具的选择

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及刀柄。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, 平面零件周边轮廓的加工, 常采用立铣刀;铣削平面时, 应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时, 选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时, 可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;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, 由于球头刀具的端部切削速度为零, 因此, 为保证加工精度, 切削行距一般取得很密, 故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀, 因此, 只要在保证不过切的前提下, 无论是曲面的粗加工还是精加工, 都应优先选择平头刀。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。

(四) 数控加工刀具排列顺序

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。

(五) 数控加工切削用量的确定

合理选择切削用量的原则是, 粗加工时, 一般以提高生产率为主, 但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时, 应在保证加工质量的前提下, 兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册, 并结合经验而定。

加工切削参数的设定也是一门学问, 由于实际加工条件, 如材料、刀具、加工精度要求等的不同, 加工切削参数的设定也千变万化。以下主要介绍一般情况下的加工切削参数的设定。

1. 外形加工

外形加工是加工中经常使用的一种加工方式, 一般选用平铣刀或圆鼻刀。加工时建议启用导引入/引出功能, 并注意不能与工件装夹位置发生冲突。粗加工时其平面进刀量可达刀具直径的75%;其深度进刀量与刀具直径有关, 如表l所示。

上表所列的深度进刀量只是一个大概范围, 在实际加工时应根据实际加工条件适当变动, 如加工铜、铝材料时, 深度进刀量可取大一些;加工钢料, 深度进刀量可取小一些。

2. 挖槽加工

挖槽加工也是经常使用的一种加工方式, 一般选用平铣刀或圆鼻刀, 加工时建议启用螺旋下刀或斜线下刀功能, 避免直接下刀 (即踩刀) 。螺旋下刀或斜线下刀高度一般设为每层切深的下刀量, 避免过多空走刀, 加工时建议每层都走一次精刀, 挖槽加工的进刀量与外形加工进刀量基本一致。

3. 曲面粗加工

现代产品均追求曲面流线设计, 因此曲面加工也是模具加工中频繁使用的一种加工方式, 并且是模具加工中的关键环节。曲面粗加工一般选用圆鼻刀或平铣刀。其平面进刀量同外形加工、挖槽加工基本一致, 常用加工公差为0.05~O.25, 粗加工预留量一般为O.2~O.5, 其转速、进给速度与所加工的材料和所使用的刀具大小有关。由于模具加工中经常要加工铜料来进行电火花加工, 因此表2给出的是加工铜料时的大概参数范围, 加工钢料时应适当变动。

4. 曲面精加工

曲面粗加工后, 接下来需要进行曲面精加工, 以便进一步提高其表面光洁度。曲面精加工一般选用球刀, 平铣刀或圆鼻刀的加工效果不理想。常用加工公差为0.005~0.025, 进刀量为0.1~0.5, 进给率为300~500, 参数具体大小应根据工件材料、大小及工件要求精度来确定。工件小、精度要求高, 则其公差、进刀量、进给率均应取小一些, 反之亦然。

(六) 结束语

越来越多的数控机床在生产中得到广泛的应用, 选用好的刀具可以达到事倍功半的效果。所以编程人员必须熟悉刀具的特点及其性能, 只有这样才能正确的、合理的选择刀具, 提高生产的效率和质量, 体现出现代的生产水平。

参考文献

[1]陆剑中.金属切削原理与刀具[M].机械工业出版社, 2005.

[2]肖诗纲.刀具材料及其合理选择[M].机械工业出版社, 1990.

8.高速数控切削加工中的刀具研究 篇八

关键词：高速切削；刀具；数控加工

中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0096-01

高速切削刀具是实现高速数控加工技术的关键。刀具技术是实现高速数控切削加工的关键技术之一，不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工线速度主要受刀具限制，因为在目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具的磨损越快。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷、涂层刀具、超细晶粒硬质合金等刀具材料。

1高速切削刀具材料

金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石价格昂贵，加工焊接非常困难，除少数特殊用途外，很少作为切削工具。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术，使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单，因此在超精密镜面切削的高技术应用领域，天然金刚石起到了重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼（CBN）是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石，但其氧化温度高达1360℃，且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料，是用于硬态切削、高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。

陶瓷刀具。与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差，制约了它的应用推广，而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具，目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

涂层刀具。涂层材料的发展，已由最初的单涂层，经历了复合涂层和多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。

硬质合金刀具材料。 细晶粒（1～0.5μm）和超细晶粒（<0.5μm）硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度大大提高，可替代高速钢用于制造小规格钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命远超过高速钢。整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢刀具的大部分应用领域的切削效率显著提高。细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利，尤其适于高速切削粘而韧的材料。

2高速切削旋转刀具的刀柄系统

在高速切削中，刀体结构和刀片夹紧结构都受到很大的离心力作用为使刀具保持足够的夹持力，刀具在结构设计上应充分考虑高速切削加工的特殊性，刀体材料重量要轻，要考虑刀具的动平衡性，刀具/刀片的夹紧应可靠。加工中心等NC 机床多年来一直采用7:24 实心锥柄工具系统，这种实心锥柄具有以下缺点：由于只靠锥面结合，刀柄与主轴的联接刚性较低，尤其当主轴转速超过10 000 r/min 时，联接刚性的不足更为明显；当采用ATC（ Automatic Tool Changing，自动换刀）方式安装刀具时，重复定位精度较低，难以实现高精度加工；当主轴高速回转时，主轴前端在离心力作用下会发生膨胀，易导致主轴与刀柄锥面脱离，使径向跳动急剧增大（可达15 ?滋m），从而降低刀柄接触刚度，且易发生安全事故。因此，传统的长锥刀柄不适宜用于高速切削加工。为解决这一问题，开发了采用锥部和主轴端面同时定位的双定位式刀柄（如德国的HSK空心刀柄、美国KM系列刀柄等）。此类刀柄通过锥部定心，并使机床主轴端面紧贴刀柄凸缘端面。这种刀柄安装时重复定位精度较高（轴向重复定位精度可达0.001 mm），在高速转动产生的离心力作用下，刀柄会牢固锁紧，其径向跳动不超过5 ?滋m，在整个转速范围内可保持较高的静态和动态刚性。因此，此类刀柄特别适合高速切削加工。

3高速切削刀具监测技术

刀具监测技术对于高速切削加工的安全性十分重要。刀具监测技术主要包括通过监测切削力以控制刀具磨损；通过监测机床功率以间接获得刀具磨损信息；监测刀具断裂（破损）等。目前国内外对高速切削刀具监测技术的研究及开发应用还不够充分。由于声发射信号对刀具载荷比较敏感，因此MyeonyChang Kang等利用声发射对高速切削中的刀具状况和刀具磨损进行监测，并取得了较好的效果。另外Jean-Ha Kim等利用数码照相机和专用夹具进行高速切削刀具磨损的研究。

4结语

随着先进制造技术及材料技术和纳米技术的发展，新的多元、复合、纳米级的硬质涂层及CVD金刚石薄膜等功能材料、超硬刀具材料、陶瓷刀具、涂层刀具等将得到广泛应用，高速切削刀具系统将日趋完善，成为推动高速数控切削加工的重要组成部分。

参考文献：

[1] 杨国权,李国和,蔡玉俊.模具高速切削刀具技术研究概况[J].锻压技术,2005,(2).

[2] 肖寿仁,高鸣智,邓晓春.高速切削刀具材料应用进展[J].有色金属,2008,(1).

[3] 李波.高速数控切削用刀柄工具系统[J].机床与液压,2010,(1).