数控刀具技术在航空领域的应用

4 数控高速切削对刀体的要求

　　（1）高连接强度的镶嵌式刀具。数控高速切削中，大量应用镀层、压层刀具技术和镶嵌式刀具。对于镶嵌式刀具，嵌入刀体的刀片如果没有足够的连接强度，就会在很大的离心力作用下与刀体分离，转速在10000r/min以上的刀具都有这种危险。因此，在高转速下只靠一个夹紧螺钉来压紧刀片是不安全的。高速切削使用的嵌入式刀具同普通刀具不一样，刀片要安全地嵌入刀体中，即紧嵌入刀体的卡槽里，并且在与离心力垂直的方向上用螺钉把刀片紧固在刀体上。

　　（2）刀具和刀柄的连接方法。对于数控高速切削使用的刀柄和刀具夹头的要求是：夹紧精度高；传递扭矩大；结构对称性好，有利于刀具的动平衡；外形尺寸小，但应适当加大刀具的悬伸量，以扩大加工范围。5数控高速切削对刀具动平衡的要求和其他要求在数控高速切削中，应考虑动平衡问题。影响数控高速切削的动平衡主要表现在刀具与刀柄的不平衡和机床主轴不平衡2个方面。高速旋转刀具安全标准ISO15641 中规定的刀具动平衡精度等级应在G40以内。因此，用于数控高速切削的刀具，对刀具的每一个方面都应进行全面考虑，如在立铣刀的设计中，尽量采用对称性好的整体式刀具，刀柄采用直柄，齿数选用偶数，刀具材料选用材质较好的进口材料。严格控制切削跳动量、切削刃与刀柄的同轴度、切削刃和刀柄的尺寸精度，以保证刀具的动平衡要求。在数控高速切削刀具的实际应用中，除了正确选择刀具材料、切削参数和刀具动平衡外，还要考虑与刀具有关的其他问题，主要包括：提高切削系统的刚度；考虑刀具承受的离心力；需要增加特殊的安全设施。

数控刀具工艺参数的优化设计和刀具制造

数控刀具工艺参数优化设计

　　（1）数控立铣刀的前角和后角。

　　　　研究表明，刀具前角是影响零件材料加工质量的主要因素，过大或过小对加工质量都会产生很大的影响，并且使刀具的耐用度降低。而刀具后角的选择会影响刀具刚度，增大后角有利于提高刀具寿命，但会降低刀刃刚度。经过多年对航空材料的加工实践，刀具前角和后角应根据被加工材料的不同做不同的选择。

　　（2）螺旋角。

　　根据切削原理，增大螺旋角可以增加同时工作的齿数，即实际增大了工作前角，使切削锋利，工作平稳。但是，当螺旋角增大到一定程度后会破坏刀齿强度，降低整体刚性，增加了切削过程中的振动，加剧了刀齿磨损，从而会降低刀具的使用寿命。考虑到数控加工的高速切削特点，可以将加工铝合金时的螺旋角取为25°～30°；加工高强度钢、高温合钢时的螺旋角取为35°～40°加工钛合金时的螺旋角取为30°～40°。为了切削锋利，可适当增大螺旋角，例如在加工钛合金时，刀具材料为KMG405的φ25mm 整体硬质合金立铣刀的螺旋角可增大到45°，效果比较理想。

　　（3）刀齿横截面形状。

　　加工铝合金用二、三齿的立铣刀，加工钢件用四、六齿，刀齿背后是凸台刃带，齿背型面为圆弧曲线。这种结构制造工艺性好，外形美观、切削加工振动小，切削平稳，排屑顺利，提高了刀具寿命。齿数少的立铣刀虽然容屑槽大，切屑排出性好，但横截面小、刚性低，切削加工中易产生弯曲变形，影响被加工面的垂直度和表面质量。为了增强刀具刚性，我们在航标铣刀基础上加大了刀具芯部直径。增大芯部直径以后虽然容屑槽变小，但高速切削时切屑被高速旋转的刀具飞快甩出，不存在切屑排不出去的问题。

　　（4）刃长。

　　刃长越短，刀具的刚性和切削性能越好。当横截面积相同时，立铣刀的刃长增加一倍，其刚度仅为原刚度的1/8。试验表明，当立铣刀刃长增加一倍时，其刀具寿命仅为原寿命的1/10以下，所以在数控刀具设计中要尽可能设计符合加工要求的短刃型刀具。