数控加工中刀具的选用

　　金属切削刀具是实现机械加工，得到一个合格零件的最主要的因素，老师傅就常说“三分功夫七分刀”，在加工时如何选刀、磨刀是保证产品质量，提高生产效率的主要因素。传统的机械加工主要采用焊接式刀具，现在随着数控机床的大量使用，使用越来越多的是机夹刀具和组合刀具，这些刀具的刀片和刀杆已经标准化，由一些专业的生产厂家生产，使用时技术人员和操作者根据具体的加工条件、工件材料，查询刀具样本选择合适的刀片、刀杆和刀具主柄，组装成一把刀具，安装在机床的刀架上进行加工。这时对工人的技能要求主要是如何选刀、装刀、调刀、对刀，而不是磨刀了。一般在选择刀具时，首先要根据工件形状、材料、加工条件及相关的工艺情况选择刀片的形状和材质，然后根据刀片及机床的要求，并考虑组合后刀具的各个角度要求，选择相应的刀杆或刀柄，进行组装，安装在机床的刀架进行加工。

　　数控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。

1 数控加工常用刀具的种类及特点

　　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。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％。

　　数控刀具与浮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。

2 数控加工刀具的选择

　　尽管数控加工刀具具有许多普通刀具不能比拟的优点，但只有在加工中合理的选用才能充分发挥其效能，面对种类繁多的刀具，内容复杂的刀具样本，许多操作者都觉得无从下手，不知道如何去选择，笔者经过这几年的教学积累，以及和操作者、技术人员请教，觉得选择刀具时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片及刀柄。一般选择时首先要选择刀片，然后根据刀片及加工条件选择刀杆或刀柄，所以刀片的选择是刀具选择的关键和前提。而刀片的选择又有材质选择和形状选择两个方面，材质选择主要是根据被加工零件的材料特点、加工条件选择什么材质的刀片，如要加工不锈钢材料的零件，首先要选择涂层硬质合金(GC)材料的刀片，加工条件是精加工，要求得到较高的表面质量，可以选择GCl025牌号的刀片，这些知识点在各种刀具样本上介绍的比较详细，操作者也易于掌握，在本论文中不再赘述了。刀片选择的重点是刀片形状和槽型的选择，根据工序类型及加工部位选择刀片的形状、角度、刀尖圆弧半径，选择时要考虑组合后刀具所需的主偏角、可接近性及通用性要求，如刀具副切削刃是否和已加工表面干涉、刀尖的强度、加工后可达到的表面粗糙度等。现在就来介绍一下刀具(刀片)形状的选择方法及要点。

　　(1)数控车削用刀具的选用

　　数控车床在加工过程中主要通过程序控制刀具的各种插补运动实现各种型面的加工，因此刀具切削刃的形状并不是保证加工精度的主要因素，为了便于选用和管理，常用的数控车刀(刀片)的种类比较单一，一般常用有三种外圆车刀、三种内孔车刀，加工时根据工件材料的不同配以不同材质的刀片。就形成了适应不同加工条件的车刀。因而车刀的选用主要是这三种车刀的选用。

　　数控车削主要加工一些成型的表面，这时主要考虑刀具角度是否会和工件加工部位干涉。如图1加工外圆和内孔时刀具和工件的相对位置关系。

　　现将常用的三种外圆车刀刀片应用特点介绍如下，为介绍方便，我按组成刀具的角度和特点进行分类，

　　1)80°菱形刀片外圆车刀

　　这种刀片选用的刀柄的主偏角多为93°，组合成刀具后其刀具的副偏角为70°刀具的刚性非常好，主要适合加工圆柱面、台阶面等阶梯轴类零件，可实现大切深加工。多用于粗加工，采用不同材质的刀片也可用于半精加工和精加工。

　　2)35°菱形刀片外圆车刀

　　该种刀片选用的刀柄多为93°，组合成刀具后其刀具的副偏角为52°。刀具的刚性较差，但大的副偏角可避免和已加工的表面干涉，主要适合加工一些成形表面及内凹的轮廓。每刀的切深较小。进给量也应选择小些，否则表面粗糙度较大，采用不同的刀片可用于粗加工、半精加工和精加工，但一般多用于精加工。该种刀具最适合加工图2所示的零件。

图2 35 o菱形刀片车外圆

　　3)55°菱形刀片外圆车刀

　　该种刀片选用的刀柄主偏角为93°，组合成刀具后其刀具的副偏角为32。。刀具的刚性一般，较大的副偏角即可避免和已加工的表面干涉，可以加工一些成形表面及内凹程度不大的轮廓。也能保持较好的刚性，实现快速切削。其切削性能和应用范围介于80°菱形刀片外圆车刀和35°菱形刀片外圆车刀之间。采用不同的刀片可用于粗加工、半精加工和精加工。一般多用于半精加工和精加工。

　　内孔车刀的选择方法与要求和外圆车刀基本一致，也要注意刀具副切削刃是否和加工表面干涉。刀尖的强度是否满足要求。另外在选用时尽量选用刀尖角大的刀具，这样刀具的刚性好，一般刀具副偏角比工件轮廓最大切角大2°左右即可。

　　一般刀片对应的刀柄型号是固定的，即使形状相同也不能进行互换，否则刀具的中心高将不能满足要求，刀片的形状选择完成以后，应考虑刀片的槽型的选择，刀片的常见的槽型如图3。

　　合理的选择刀片的槽型可以提高生产效率。图3中的三种刀片是一种用于半精加工和精加工的创新性的高生产率刀片，已逐渐广泛用于各种工业。通过刀尖半径的微小变化，在保证表面质量的前提下．可以将进给量增加一倍。选择时建议参照刀具样本推荐值。