数控刀具选择与刀具系统的设计优化

3 刀具选择

　　3.1 数控刀具型号

　　国内外刀具厂商统一标准为ISO。若编号不同，其代表的刀具参数亦不同，则数控刀具选择时，应以其具体几何参数为参考依据。

　　3.2 刀片形状选择

　　3.2.1 数控车刀片形状主要由加工部位形状所决定，且其也为刀具选择的重要参考依据之一。数控车刀片形状主要包括刀尖角、刀具主偏角、刀具有效刃数等，通常情况下，刀尖强度随着刀尖角的增大而逐渐增强，若刀尖角小，其也不会对任何方面造成干涉。针对刀尖角小的刀具，其最佳使用范围为复杂型面，即沟槽或下坡型面开挖。表1列出了刀片形状选择所涉及的相关内容：

　　3.2.2 刀片类型。刀片类型主要是指刀具是否存在中心孔或断屑槽，选定刀体之后，可用刀片可适当确定为一类或几类。通常情况下，A、G、N等正反面均设置有刀刃的类型更容易被选中，理由是这三类刀片类型有助于刀片利用率的提高。

　　3.2.3 刀尖半径。刀尖圆弧半径事关数控刀具切削效率、被加工工件精度及其表面粗糙度等。就刀尖最大进给量与其圆弧半径间的关系而言，最大进给量应该≤80%刀尖圆弧半径，不然，其势必会导致刀具切削条件恶化或出现打刀及螺纹状问题。所以，在选择刀具时，一定要确保刀具的刀尖圆弧半径应该≥1.25倍最大进给量。

　　3.2.4 就小余量而言，若车削为小进给量，则其刀尖圆弧半径也应该足够小；若车削为大进给量，则其刀尖圆弧半径应该足够大。通常情况下，就精加工而言，刀具刀尖圆弧半径被设定为0.2、0.4或0.8；就半精加工而言，刀具刀尖圆弧半径被设定为0.4、0.8或1.2；就粗加工而言，刀具刀尖圆弧半径被设定为0.8、1.2、1.6或2.4。 　　3.3 车刀类型选择

　　3.3.1 选择刀具时，其要求刀具强度应该达到一定标准，且严禁与工件间发生冲突。就刀具刀杆头部形式而言，其应该以直头及主偏角为主要指标。偏头形式多样，则在刀具使用过程中，应该协调好刀片类型与工件形状间的关系。

　　3.3.2 选择车刀类型时，应该以刀具主偏角为依据。通常情况下，若工件存在直角台阶，其刀杆主偏角应该≥90°。就粗车而言，工件刀杆主偏角应为45°～90°；就精车而言，工件刀杆主偏角应为45°～75°。若工艺系统刚度足够，则工件主偏角应该足够小；若工艺系统刚度较弱，则工件主偏角应该足够大。

　　3.3.3 选择刀片卡紧方式。目前，刀具刀片卡紧方式主要分为C、D、M、P、S，具体选择何种刀片卡紧方式应以刀片形状及切削强度为参考依据。

　　3.4 刀杆尺寸选择

　　3.4.1 刀杆基本尺寸包括刀杆长度及宽度、刀尖高度，就标准系统尺寸内，刀杆长度、宽度及高度间均为一一对应的关系。刀杆尺寸应该与机床匹配，且

　　刀尖高度应该在刀夹及刀垫的协助下方能与机床匹配。

　　3.4.2 刀杆长度确定依据应为夹持悬伸量及长度。就外圆刀杆而言，通常情况下，其悬伸量应为1.5倍刀尖高度。此外，刀具加工部位位置及孔深应由内孔刀悬伸量为参考依据。

4 刀具系统的设计优化

　　4.1 工位刀具系统

　　就工位刀具系统而言，应该尤其关注机床与卡具、工件与刀具间的碰撞及干涉问题，其主要表现为：

　　4.1.1 若刀具安装方向为径向，其长度如果过长，则势必会导致机床内壁与刀具于刀位转换过程中发生碰撞现象。

　　4.1.2 若刀具处于邻刀位位置，则其对工件的干涉将发生在大直径带小孔工件加工过程中，尤其是在孔加工刀具时，此种干涉现象尤其普遍。此外，刀具与卡具间相互干涉现象也易发生于小直径内孔加工过程中，若工件直径较大，则加工部位与中心位置间的间距应该足够大。

　　4.1.3 刀具系统调试过程中，如果机床内壁与刀具间相互干涉与否不能被准确判定，则应该合理绘制刀具干涉图。因刀架工位数量较多，则刀夹相邻角度会相应变小，并最终致使无干涉区范围缩小。若加工工件直径较大，则其无干涉区应该相应扩大，这样便可有效改变装刀位置及减小刀具长度，例如尽量隔开孔加工刀具等。

　　4.2 刀架最大转动惯量

　　就刀架最大转动惯量而言，若刀夹重量较大、镗杆直径加大及其长度过长，则应该精确计算出刀架转动惯量，以确保最大转动惯量被控制在允许值范围内。

5 结语

　　数控加工刀具可简单划分为两大类，即模块化刀具及常规刀具。模块化刀具是数控加工刀具未来的发展方向，相对于常规刀具，模块化刀具具备众多独特的优势，即换刀停机时间相对缩短，从而实现了数控生产加工效率的提高；换刀速度相对加快及刀具安装时间大大缩短，从而实现了小批量数控产品生产经济性的提高；刀具合理化及标准化程度相对更高；刀具管理水平及数控柔性加工水平等相对更高；刀具的利用率得到了扩大，且刀具的性能实现了最大化发挥；刀具测量工作中断现象被消除，从而实现了线外预调的目的。

　　综上，刀具选择及刀具系统设计优化过程中，应该综合考虑刀具使用数量的减少、刀具使用成本的降低、工件产品加工质量及效率的提高等，并基于分析的基础上，选择高层次刀具等。