第二章数控机床刀具的选择
机械加工自动化生产可分为以自动生产线为代表的刚性专用化自动生产和以数控机床为主的柔性通用化自动生产。就刀具而言，在刚性专用化自动生产中，是以提高刀具专用复合化程度来获得最佳经济效益的。而在柔性自动化生产中，为适应随机多变加工零件的需求，尽可能通过提高刀具及其工具系统的标准化、系列化和模块化程度来获得最佳经济效益。
本章简述对数控刀具的特殊要求：车削类、镗铣类数控刀具系统；刀具预调、磨损与破损的自动监测。
2.1 对数控刀具的要求
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响机床的加上效率，而是直接影响加上质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等多方面的因素。以数控机床为主的柔性自动化加工是按预先编好的程序指令自动地进行加工。应适应加工品种多、批量小的要求，刀具除应具备普通机床用刀具应有的性能外，还应满足下列要求：
1）刀具切削性能应稳定可靠，避免刀具过早地损坏，而造成频繁地停机。由于刀具和工件材料性能的分散性，以及刀具制造工艺和工作条件控制不言，有相当一部分刀具的切削性能远低于平均性能，使刀具切削性能稳定可靠性差。因此必须严格控制刀具材料的质量，严格贯彻刀具制造工艺，特别是热处理和刃磨工序。严格检查刀具质量，确保刀具切削性能稳定可靠。
2）刀具寿命应有较高的寿命。应选用切削性能好、耐磨性高的涂层刀片以及合理地选择切削用量。
3）保证可靠地断屑、卷屑和排屑。加工时，应不产生紊乱的带状切屑，缠绕在刀具、工件上；不易断屑的刀具应保证切屑顺利的卷曲和排出；避免形成细碎的切屑；精加工是切屑不划伤已加工表面；切屑流出时不妨碍切削液浇注。为了确保可靠地断屑、卷屑和排屑，可采取一下措施：合理选用可转位刀片的断屑槽槽形；合理地调整切削用量；在刀体中设置切削液通道，将切削液直接输送至切削区，有助于清除切屑；利用高压切削液强迫断屑。
4）能快速地换刀或自动换刀。
5）能迅速、精确地调整刀具尺寸。
6）必须从数控加工特点出发来制定数控刀具的标准化、系列化和通用化结构体系。数控工具系统应是一种模块式、层次化可分级更换、组合的体系。．7）对于刀具及其工具系统的信息，应建立完整的数据库及其管理系统。
8）应有完善的刀具组装、预调、编码标识与识别系统。
9）应建立切削数据库，以便合理利用机床与刀具。
2.2 刀具快换、自动更换和尺寸预调
2.2.1刀具快换或自动更换
1、刀片转位或更换刀片
为了减少换刀时间，数控机床加工时一般都使用可转位刀具。刀具磨损后只需将刀片转位或更换新刀片就可继续切削。它的换刀精度决定与刀片精度和定位精度。目前中等精度刀片适用于粗加工，精密级刀片只适用于半精加工。在精加
工时仍需尺寸调整。
2、更换刀头模块
生产中正在推广使用模块式车削类工具系统。它具有能完成车、镗、切断、攻螺纹和检测等刀头模块。刀头模块通过中心拉杆来实现快速夹紧或松开。在拉紧时，能使拉紧孔产生微小弹性变形而获得很高的精度和刚度，其径向、轴向精
度分别为2um和5um，自动换刀时间为2s。??3、更换刀夹
刀具与刀夹一起从数控车床上取下。刀片转位或更换后，在调刀仪上进行调刀。它的特点是可使用较低精度的刀片和刀杆，但刀夹精度要求较高。
4、手动更换刀柄
在数控铣床上需连续对工件进行钻、铰、镗、铣、攻螺纹等加工。此时，将各种刀具分别装在刀柄上，并在调刀仪上调整相应尺寸。加工时根据加工顺序连续手动更换刀柄。调刀时的安装基准和刀具在机床上的安装基准一致，均为7：24
锥柄，可减少安装误差。
5、自动换刀
图为带转塔刀架的加工中心。转塔刀架上配制了加工零件所需的刀具。加工时按加工指令转塔刀架转过一个或几个位置来进行自动换刀。换刀动作减少，换刀速度较快。如图所示，在加工中心的刀库中存储着加工所需的刀具。按指令，使机床和刀库的运动互相配合来实现自动换刀，也可通过机械手实现自动换刀，其过程如图所示，在生产批量大的柔性制造系统（FMS）中，为了提高生产率，还可采用更换机床主轴箱来自动换刀。
数控刀具尺寸预调2.2.2．
为了确保刀具快换后不经试切切就可获得合格的工件尺寸，数控刀具都在机外预先调整到预定的尺寸。
1、数控刀具尺寸的预调方法
刀具的轴向和径向尺寸的调整方法可根据刀具结构及其所配置工具系统。
2、数控刀具尺寸预调仪
数控刀具尺寸预调包括：轴向和径向尺寸、角度等调整和测量。以前用通用量具和夹具组成的预调装置来预调，其精度差又费时，目前已被性能完善的专用预调仪所取代。它具有下列特点：
1）能对静止和回转的刀具自动检测。
2）对长度、角度和半径尺寸的测量精度高。分辨率为0.5um;重复精度为2um；?分度台定位精度为0.01。?3）能确定回转型刀具的偏心和跳动误差。
4）能自动对焦、可实现自动标定循环。
5）配有刀具信息编码的集成读数头。
2.3 数控刀具的工具系统
数控刀具的工具系统是指用来联接机床主轴与刀具之间的辅助系统。它除了刀具本身之外，还包括实现刀具快换所必须的定位、夹持、拉紧、动力传递和刀具保护等部分。在柔性自动化生产中，使用刀具种类多，要求换刀迅速。为此，通过标准化、系列化和模块化来提高其通用化程度，且也便于刀具组装、预调、使用、
管理以及数据管理。因此研究用较少种类的刀具满足多种工件的加工需求，建立包括刀具、刀夹、刀杆和刀座等工具结构体系，是数控加工基础。为此不少国家和公司都已制定出自己的标准和体系。
数控刀具的工具系统按使用范围可分为镗铣类数控工具系统和车削类数控工具
系统；按系统的结构特点可分为整体式工具系统和模块式工具系统。
2.3.1车削类数控工具系统
车削类数控工具系统的构成和结构一般与下列因素有关。
1.机床刀架的形式
由于机床刀架形式不同，刀具与机床刀架之间刀夹、刀座也就不同。
2.刀具类型
刀具类型不同，所需的刀夹就不同。例如定尺寸的钻头和铰刀与非定尺寸的车刀等的刀夹就不同。．
3.工具系统中动力驱动
有动力驱动刀夹与无动力驱动刀夹的结构显然不同，例如图所示为动力驱动的钻夹头。
我国大多数数控车床上所使用车刀，除采用可转位车刀的比率和可转位车刀刀体、刀片的精度略高外，与卧式车床上使用的车刀区别不大。因此至今未能形成我国的车削类工具系统。现介绍目前在我国已较为普及、在国际上被广泛采用的一种整体式车削工具系统。按照国内行业命名方法，可称为CZG车削工具系统，它等同于德国标准DIN69880。
CZG车削工具系统与数控车床刀架联结的柄部是由一个有与其轴线垂直的齿条
的圆柱和法兰组成。在数控车床的刀架上，安装刀夹柄部圆柱孔的侧面，设有一个有螺栓带动的可移动楔形齿条，该齿条与刀夹柄部上的齿条相啮合，并有一定错位，由于存在这个错位，当旋转螺栓，楔形齿条径向压紧刀夹柄部的同时，使柄部的法兰紧密的贴紧在刀架的定位面上，并产生足够的拉紧力。
2.3.2 数控车刀的类型与选择
车床主要用于回转表面的加工，如内外圆柱面、圆锥棉、圆弧面、螺纹等切削加工。如图所示为常用车刀的种类、形状和用途。
图2-1车刀的分类与用途
1- 45o端面车刀；2-90o外圆车刀；外螺纹车刀；
4-70o外圆车刀；5-成型车刀；6-90o左切外圆车刀；
7-切断、车槽车刀；8内孔车槽车刀；9-内螺纹车刀
10o-95o内孔车刀；11o-95o内孔车刀；
1、尖形车刀、圆弧形车刀合成行车刀
类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。3数控车削常用的车刀一般分为（1）尖形车刀
A 尖形车刀的特征
以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖（同时
也称其为刀位点）由直线形的主、副切削刃构成，如90内、外圆车刀，左、?
右端面车刀，切断（车槽）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。
B、尖形车刀的几何参数选择
尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度，可根据不同的加工对象进行选择。在数控车削加工中，总希望能按照轮廓一刀连续车削出所需要的外形，这时就要对刀具进给路线及加工过程中可能出现的刀具干涉等进行全面考虑，工件形面与车刀的工作主偏角、副偏角应该认真核算
（2）圆弧形车刀
A 圆弧形车刀的特征
圆弧形车刀是较为特殊的数控加工使用车刀（如图所示）其特征是：构成主切削刃的刀刃形状为一段圆度误差或轮廓度误差很小的圆弧；该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。
圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适宜于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。对于某些精度要求较高的凹去面的车削或大外圆弧面的批量车削，以及尖形车刀所不能完成加工的过象限的圆弧面，宜选用圆弧形车刀进行加工，圆弧形车刀具有宽刃切削性能，能使精车余量保持均匀而改善切削性能，还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。
i.镗铣类数控刀具系统
椎柄与机床联接。它具有不自锁、换刀方便、24：7镗铣类数控工具系统采用
定心精度高等优点。它可分为整体式和模块式两大类。
1、整体式镗铣类工具系统
这类工具系统的柄部与夹持刀具的工作部分连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床主轴联接的柄部。
我国TSG82工具系统是整体式镗铣类工具系统简称，TSG是镗铣类数控工具系统汉语拼音首写字母的缩写。
TSG82工具系统中各种工具柄部形式和尺寸代号、工具的代号何以一见表2-1和2-2
表2-1 TSG82工具系统工具柄部的形式
代号的意义举例代代号号的意义50
JT
ISO锥度号加工中心机床用锥柄柄部，带机械手夹持槽40
ST
锥度号一般数控机床用锥柄柄部，无机械ISO 手夹持槽3 MTW 莫氏锥度号无扁尾莫氏锥柄1 MT 莫氏锥度号有扁尾莫氏锥柄
32 ZB 直柄接杆直径尺寸45
KH 247：锥度的锥柄接杆锥柄的锥度号
TSG822-2 表工具系统工具的代号和意义
代号代号的意义代号的意义代号代号代号的意义TZC
J
C
切内槽工具装接长杆用刀直角型粗镗刀柄TF KJ Q 弹簧夹头浮动镗刀用于装孔、绞刀
TK
BS
KH
锥度快换可调镗刀倍速夹头247：接头．H X 用于装铣削刀用于装钻夹头倒锪端面刀Z（J）
MWTXS装三面刃铣装无扁尾莫镗孔刀锥柄刀
MTZXM装面铣刀直角镗装带扁尾莫
锥柄刀GTQWXDZ装直角面铣倾斜式微调镗攻螺纹夹
2、模块式镗铣类工具系统
随着数控机床的推广使用，工具的需求量迅速增加。为了克服整体式工具系统规格品种繁多，给生产、使用和管理带来许多不便的缺点。20世纪80年代以来相继开发了模块式镗铣类工具系统。
镗铣类模块式工具系统的名称用汉语拼音词组的字头命名，简称TMG系统。为了区别不同结构的模块式工具系统，需在TMG之后加上两位数字，前位数字表示模块联接的定心方式，各种定心方式的数字代号见表2-3。后位数字表示模块联接的锁紧方式，各种锁紧方式的数字代号见表2-4。各工具模块型号以及拼装后刀柄型号编写方法见有关标准。
（1）圆柱定心径向销紧式工具系统（TMG21）我国目前生产的TMG21模块式工具系统的联接结构，它相当于德国KOMET公司开发的ABS工具系统，两个工具系统的产品可以互换阻接。TMG21工具系统的特点如下：
1）模块之间采用径向锁紧，使得工具拆装非常方便。更换刀具或工作模块时，不必卸下整套工具，特别适用于重型数控镗铣床。
2）紧固螺钉和固定螺钉的轴线与滑销的轴线不在同一轴线上。旋紧紧固螺钉，使滑销两端锥面分别与紧固螺钉和固定螺钉相应的锥面相互作用，产生的轴向力约为径向锁紧力的2倍，因而夹紧力大。
定心方式代号 2-3 表．
前位数字代号模块联接的定心方式
短圆锥定1
单圆柱面定2
双键定3
端齿啮合定4
双圆柱面定5
表2-4 锁紧方式代号
后位数字代号模块联接的锁紧方式
中心螺钉拉紧0
径向销钉锁紧1
径向楔块锁紧2
径向双头螺钉锁紧3
径向单侧螺钉锁紧4
径向两螺钉垂直方向锁紧5
螺纹联接锁紧6
3）轴向夹紧力使两模块紧密地接触，增加了刀柄刚性。
4）刀柄精度取决于圆柱配合间隙和结合端面的轴向跳动，这两项制造允差极小，因而制造困难。
5）在配合圆柱的前端设置了直径略小的鼓形导入部分，因而组装时插入较方便。（2）圆锥定心轴向螺栓拉紧式工具系统（TMG10）TMG10工具系统的联接结所示。目前国内可以生产。它有以下特点：2-5构如图
1）模块之间靠短锥定心，用轴向螺栓拉紧。拉紧后锥面和端面同时紧密接触。因而定心精度高，联接刚性好。
2）更换工作模块时必须把所有联接模块全部拆卸下来，因此拆卸、组装、调整工作量大。
3）这种模块结构在制造时，即使超差也可修复，因而废品率低。此外其结构比较简单，生产成本比TMG21工具系统要低些，特别适用于中小型数控铣床和加工中心。
3.高速铣削用的工具系统
高速铣削有许多优点，近年来国内外已使用转速达20000~60000r/min的高速加工中心。7：24锥度刀柄镗铣类工具系统存在某些缺点，远不能满足高速铣削要求。传统主轴7：24前端椎孔在高速时，由于离心力的作用会发生膨胀，膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大，主轴锥孔成喇叭扩张（见图2-5）。但7：24实心刀柄则膨胀较小，引起总的锥度联接刚度降低。在拉杆拉力作用下，
刀具的轴向位置发生变化。还会引起刀具及夹紧机构质量中心偏离，而影响主轴的动平衡。由上述可知，刀柄于主轴联接中存在的主要问题是联接刚度、精度、动平衡等性能变差。目前改进的最佳途径是将原来的仅靠锥面定位改为锥面与端面同时定位。这种方案最有代表的是德国HSK刀柄、美国的KM刀柄以及日本BIG-plus刀柄。在高速回转时产生径向扩张
高速运转中离心力使主轴锥椎孔扩张2-2图
德国HSK双面定位型空心刀柄是一种典型的1：10短锥面工具系统，主要优点：1) 采用锥面和端面过定位的结合方式，提高了结合刚度；2）锥短部，采用空心结构，质量轻，自动换刀块；3）采用1：10锥度，楔紧效果较好，故有较强的抗扭能力；4）有较高的安装精度。但这种结构存在的缺点是，与现在的主轴结构和刀柄不兼容；并且由于过定位安装时制造工艺难度大、制造成本高等优点。
高速铣削时，刀具的旋转速度高，无论从保证精度方面考虑，还是从操作安全方面考虑，对它的装夹技术有很高要求。原来工具系统的弹簧夹头、螺钉等传统的刀具装夹方法已不能满足高速加工需要。为此德国Schunk等公司开发了高精度液压夹头，通过使用内六角螺栓扳手拧紧加压螺栓，提高油腔内的油压，促使油腔的内壁均匀径向膨胀，从而起夹紧刀具作用。这种夹头具有精度高、传递转矩大、结构对称好、外形尺寸小等优点，是高速铣削不可缺少的辅助工具。
热装夹头是继液压夹头之后开发出的另一种新型夹头，它是一种无夹紧远见的夹头，夹紧力比液压夹头大，可传递更大的转矩，并结构对称，更适合模具的高速切削。
2.4 刀具尺寸的控制系统与刀具磨损、破损检
2.4.1刀具尺寸的控制系统
在自动化生产中，为了缩短调刀、换刀时间，保证加工精度，提高生产效率，已广泛采用尺寸控制系统。刀具尺寸控制系统是指加工时对工件已加工表面进行在线自动检测。当刀具因磨损等原因，使工件尺寸变化而达到某一预定值时，控制装置发出指令，操纵补偿装置，使刀具按指定值进行微量位移，以补偿工件尺寸变化，使工件尺寸控制在公差范围内。
尺寸控制系统由自动测量装置、控制装置和补偿装置组成。下图所示为典型镗孔尺寸控制系统。加工后的工件由测头2进行测量，其测量值传递给控制系统3，控制装置将测量值与规定尺寸进行比较，获得尺寸偏差值，然后将偏差值信号转换和放大，再传递给补偿装置4。补偿装置利用信号，使镗头的镗刀6产生微量
数控刀具的主要材料种类及用途 机床与刀具的发展是相辅相成、相互促进的。刀具是由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中最活跃的因素,刀具切削性能的好坏取决于刀具的材料和刀具结构。切削加工生产率和刀具寿命的高低加工成本的多少、加工精度和加工表面质量的优劣等,在很大程度上取决于刀具材料、刀具结构及切削参数的合理选择。近几十年来,作为切削加工最基本丰素的刀具材料得到了迅速发展,刀具的结构形式也得到了极大丰富。 数控刀具主要材料种类 (1)超硬刀具。所谓超硬材料是指人造金刚石和立方氮化硼(简称CBN),以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚晶金刚石(简称PCD)和聚晶立方氮化棚(简称PCBN)等。超硬材料具有优良的耐磨性,主要运用于高速切削及难切削材料的加工。 (2)陶瓷刀具。陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能,与金属的亲合力小,不易与金属产生粘结,并且化学稳定性好。陶瓷刀具主要应用于钢、铸铁及其合金和难加工材料的切削加工,可以用于超高速切削、高速切削和硬材料切削。 (3)涂层刀具。刀具涂层技术自问世以来,对刀具性能的改善和加工技术进步起着非常重要的作用,涂层技术将传统刀具涂覆一层薄膜后,刀具性能发生了巨大的变化。主要的涂层材料有:Tic、TiN、Ti(C,N)、TiALN、ALTiN等。涂层技术己应用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片,满足高速切削加工高强度、高硬度铸铁(钢)、锻钢、不锈钢、钛合金、镍合金、镁合金、铝合金、粉末冶金、非金属等材质工件的生产技术不同要求。 (4)硬质合金。硬质合刀具是数控加工刀具的主导产品,有的国家有90%以上的车刀和55%以上的铣刀都采用了硬质合金制造,而且这种趋势还在增加。硬质合金可分为普通硬质合金、细晶粒硬质合金和超晶粒硬质合金。按化学成分区
数控刀具种类_数控刀片型号 数控刀具是指与数控机床(包括加工中心、数控车床、数控镗铣床、数控钻床、自动线以及柔性制造系统)相配套使用的各种刀具的总称,是数控机床不可缺少的关键配套产品。在国外数控刀具发展很快,品种很多,已形成系列。在我国,由于对数控刀具的研究开发起步较晚,数控刀具成了工具行业中最薄弱的一个环节。数控刀具的落后已经成为影响我国国产和进口数控机床充分发挥作用的主要障碍。 数控刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括刀具及连接刀柄:刀柄要连接刀具并装在机床的动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。近年来,快速发展的数控加工技术促进了数控刀具的发展。每当一种新型数控刀具产品的面市,会使数控加工技术跃上一个新台阶,产生巨大的经济和社会效益。 数控刀具的分类方法很多。一般可按下列方法进行分类。 1.按刀具切削部分的材料分 按刀具切削部分的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、金 刚石刀具和涂层刀具等。 2.按刀具的结构形式分 按刀具的结构形式可分为整体式、镶嵌式和特殊形式等。 (1)整体式。整体式包括钻头和立铣刀等。
(2)镶嵌式。镶嵌式包括刀片采用焊接和机夹式等。 (3)特殊形式。特殊形式包括复合式和减振式等。 3。按切削加工工艺分 按切削加工工艺可分为车削刀具、铣削刀具、钻削刀具和镗削刀具等。 (1)车削刀具。车削刀具包括外圆车刀、内孔车刀、切槽(断)刀、端面车刀、螺纹车刀等: (2)铣削刀具。铣削刀具包括面铣刀、立铣刀和螺纹铣刀等。 (3)钻削刀具。钻削刀具包括钻头、铰刀和丝锥等。 (4)镗削刀具。镗削刀具包括粗镗刀和精镗刀等。 数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。 模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块刀具的发展，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。 （1）从结构上可分为 ② 体式 ②镶嵌式可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，分为 可转位和不转位； ③减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振
加工中心的刀具及参数选择 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。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。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。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。 一、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，采用焊接或机夹式连接，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： ⑴刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小； ⑵互换性好，便于快速换刀； ⑶寿命高，切削性能稳定、可靠； ⑷刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间； ⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； ⑹系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。 二、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
数控车床常用刀具及选择 1．数控刀具的结构数控车床刀具种类繁多，功能互不相同。根据不同的加工条件正确选择刀具是编制程序的重要环节，因此必须对车刀的种类及特点有一个基本的了解。在数控车床上使用的刀具有外圆车刀、钻头、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具等，其中以外圆车刀、镗刀、钻头最为常用。 数控车床使用的车刀、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具均有整体式和机夹式之分，除经济型数控车床 外，目前已广泛使用可转位机夹式车刀。 (1) 数控车床可转位刀具特点 数控车床所采用的可转位车刀，其几何参数是通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安装组合形成的，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具，具体要求和特点如下表所示。 表2-2 可转位车刀特点 (2) 可转位车刀的种类可转位车刀按其用途可分为外圆车刀、仿形车刀、端面车刀、内圆车刀、 切槽车刀、切断车刀和螺纹车刀等，见表2-3。 表2-3 可转位车刀的种类
端面车刀900、450、750 普通车床和数控车床 内圆车刀450、600、750、900、910、930、 950、107.50 普通车床和数控车床 切断车刀普通车床和数控车床 螺纹车刀普通车床和数控车床 切槽车刀普通车床和数控车床 (3) 可转位车刀的结构形式 ①杠杆式： 结构见图2-16，由杠杆、螺钉、刀垫、刀垫销、刀片所组成。这种方式依靠螺钉旋紧压靠杠杆，由杠杆的力压紧刀片达到夹固的目的。其特点适合各种正、负前角的刀片，有效的前角范围为-60°～ +180°；切屑可无阻碍地流过，切削热不影响螺孔和杠杆；两面槽壁给刀片有力的支撑，并确保转位精度。 ②楔块式： 其结构见图2-17，由紧定螺钉、刀垫、销、楔块、刀片所组成。这种方式依靠销与楔块的挤压力将刀片紧固。其特点适合各种负前角刀片，有效前角的变化范围为-60～+180。两面无槽壁，便于仿形切削 或倒转操作时留有间隙。 ③楔块夹紧式： 其结构见图2-18，由紧定螺钉、刀垫、销、压紧楔块、刀片所组成。这种方式依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧。其特点同楔块式，但切屑流畅不如楔块式。 此外还有螺栓上压式、压孔式、上压式等形式。 2、刀片材料 刀具材料切削性能的优劣直接影响切削加工的生产率和加工表面的质量。刀具新材料的出现，往往
数控铣床常用刀具的合理选用 数控铣床常用刀具的合理选用 一、前言 数控加工中刀具的选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成，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特点，正确选择刀刃具及切削用量。数控加工技术涉及的范围很广，就应用方面而言，其加工技术的特点 和难点仍在于如何高速、高效率地正确选用数控机床刀具编制出符合产品技术要求的数控加工工艺及程序。数控加工可以大幅度缩短产品的制造周期，有效的解决机 械产品中复杂、精密、单件小批量、形状多变的零件加工。 二、数控铣床刀具选择 1.刀具的特点及种类 数控铣床加工刀具种类很多，为了适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，所用刀具正朝着标准化、通用化和模块化的方向发展，主要分为铣削刀具和孔加工刀具两大类。为了满足高效和特殊的铣削要求，
又发展了各种特殊用途的专用刀具。 1)刀柄结构形式 数控铣床刀具刀柄的结构形式分为模块式与整体式两种。模块式刀具系统是一种较先进的刀具系统，其每把刀柄都可通过各种系列化的模块组装而成。针对不同的加工零件和机床，采取不同的组装方案，可获得多种刀柄系列，从而提高刀柄的适应能力和利用率。 整体式刀柄装夹刀具的工作部分与机床上安装定位用的柄部是一体的。这种刀柄对机床与零件的变换适应能力较差。为适应零件与机床的变换，用户必须储备各种规格的刀柄，因此刀柄的利用率较低。 数控铣床刀柄与主轴孔的配合锥面采用7：24圆锥柄，并采用相应型式的拉钉，与机床主轴相结合。锥柄具有不自锁，换刀方便等特点。刀柄常用的规格有40号、45号和50号。目前在我国应用较为广泛的有IS07388—1983.MAS403—1982.ANSI/ASME 135.50—1985等，选择时应考虑刀柄规格与机床主轴、机械手相适应。JT：表示采用国际标准IS07388号加工中心机床用锥柄柄部(带机械手夹持槽);其后数字为相应的ISO锥度号。BT：表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部(带机械手夹持槽);其后数字为相应的ISO锥度号。对于高速切削一般采用HSK系列刀柄。 为提高加工效率，应尽可能选用高效率的刀具和刀柄。选用强力铣夹头刀柄，夹持精度高，可以用来夹持直柄刀具，因卡簧自身夹紧变形小自锁性好，夹紧力大，可以用于强力铣削加工;还可以用于高精度铣铰孔加工，也可通过接杆夹持带孔类刀具。 选用弹簧卡头刀柄，卡簧弹性变形量为1mm，主要夹持小规格铣刀，
数控机床刀具的选择 数控机床刀具的选择 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。 数控机床选择刀具应考虑以下方面： (1)根据零件材料的切削性能选择刀具。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。 (2)根据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。 (3)根据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;切削薄壁、超薄壁零件 的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切 削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。 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，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。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。 在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。
单元二数控刀具与选用习题 一判断题 1.一般车削工件，欲得良好的精加工面，可选用正前角刀具。（） 2．刀具前角越大，切屑越不易流出，切削力越大，但刀具的强度越高。（） 3.粗车削应选用刀尖半径较小的车刀片。（） 4.主偏角增大，刀具刀尖部分强度与散热条件变差。（） 5.判断刀具磨损，可借助观察加工表面之粗糙度及切削的形状、颜色而定。（） 6.精车削应选用刀尖半径较大的车刀片。( ) 7.高速钢车刀的韧性虽然比硬质合金高，但不能用于高速切削。( ) 8.硬质合金是一种耐磨性好，耐热性高，抗弯强度和冲击韧性多较高的一种刀具材料。（） 9.在工具磨床上刃磨刀尖能保证切削部分具有正确的几何角度和尺寸精度及较小的表面粗糙度。( ) 10.YT类硬质合金中含钴量愈多，刀片硬度愈高，耐热性越好，但脆性越大。( ) 11.在切削过程中，刀具切削部分在高温时仍需保持其硬度，并能继续进行切削。这种具有高温硬度的性质称为红硬性。 ( ) 12.刀具的材料中，它们的耐热性由低到高次排列是碳素工具钢、合金工具钢，高速钢和硬质合金。（） 13.数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度、高的耐磨性、高的红硬性和足够的强度和韧性。（） 14.刀具规格化的优点之一为选用方便。（） 二填空题 1.常用的刀具材料有高速钢、、陶瓷材料和超硬材料四类。 2.加工的圆弧半径较小时，刀具半径应选。 3.铣刀按切削部分材料分类，可分为铣刀和刀。 4.当金属切削刀具的刃倾角为负值时，刃尖位于主刀刃的最高点，切屑排出时流向工件表面。 5.工件材料的强度和硬度较低时，前角可以选得些；强度和硬度较高时，前角选得些。刀具切削部分的材料应具备如下性能；高的硬度、、、。 6.常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、、四种。 7.影响刀具寿命的主要因素有；工件材料. 、、。 8.刀具磨钝标准有和两种料。
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。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。 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。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。 一、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，采用焊接或机夹式连接，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： ⑴刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小； ⑵互换性好，便于快速换刀； ⑶寿命高，切削性能稳定、可靠； ⑷刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间； ⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； ⑹系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。
数控机床刀具选择和合理使用 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。 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(模具)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，切削行距一般采用顶端密距，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。
数控刀具常用工具锥柄标准简介 随着数控金切机床的广泛使用，与之配套的数控刀具使用量也在不断增加。由于我国多年来从不同国家引进了大量数控机床，而这些机床采用的工具锥柄标准不尽相同，这就给用户（尤其是刚接触数控金切机床的新用户）选用数控刀具带来一些困难和问题。本文根据笔者手头收集到的一些相关标准作一简要介绍，希望有助于增加读者对数控刀具常用工具锥柄标准的了解和掌握。国际模具网 目前，数控铣床和镗铣加工中心使用最多的仍是7∶24工具锥柄。但在高速加工机床上，1∶10空心短锥柄的使用正日益增多。对于车削中心和车铣中心，则以1∶10短锥柄使用较多（车削中心使用的CZG圆柱柄工具系统不属本文讨论范围）。国际模具网 自动换刀机床常用的7∶24工具锥柄标准主要有：中国国家标准GB 10944－89《自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄》；国际标准ISO 7388/1：1983（40、45和50号工具锥柄）和ISO 7388/3：1986（30号工具锥柄）；德国标准分DIN 69871－1：1995（30、40、45、50和60号工具锥柄）和DIN 69871－2（40、45、50、55和60号工具锥柄）两种；日本现行标准为JIS B 6339：1998（30、35、40、45、50、55和60号工具锥柄），用于代替日本工作机械工业会标准MAS－403：1975（40、45、50和60号工具锥柄）；美国现行标准为AMSE B5.50－1994（30、40、45、50和60号工具锥柄），用于代替ANSI/AMSE B5.50－1985标准。 手动换刀用7∶24工具锥柄的常见标准有国家标准GB 3837.3－83和国际标准ISO 297－82，以及机械行业标准JB 3381.1－83。 1∶10空心工具锥柄目前已有国家标准GB 19449.1－2004《带有法兰接触面的空心圆锥接口第1部分：柄部—尺寸》。它等同采用了国际标准ISO 12164－1：2001的内容。原德国标准DIN 69893－1：1996已被新的标准DIN 69873－1：2003代替，新的德国标准也等同采用了国际标准ISO 12164－1：2001的内容。其它常见结构的1∶10工具锥柄基本采用企业标准，具有垄断性，如美国肯纳公司的KM型系列、瑞典山特维克公司的Capto系列、德国瓦尔特公司的NOVEX系列等。 一、7∶24工具锥柄及其拉钉 1）7∶24工具锥柄 ⑴自动换刀机床用7∶24工具锥柄 自动换刀机床用7∶24工具锥柄的中国国家标准GB 10944－89是参照采用国际标准ISO 7388/1：1983制定的，除对极个别项目数据进行了圆整（如尾部螺纹底孔深度13）或未规定数据（如法兰上的键槽根底倒角）外，其它数据完全相同。而国际标准ISO 7388/1：1983又是参照德国标准DIN 69871－1的A型工具锥柄制定的，所以这三个标准的外形尺寸相同。在国内，其工具
加工中心刀具選擇技巧 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。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。 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。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。 一、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，采用焊接或机夹式连接，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： ⑴刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小； ⑵互换性好，便于快速换刀； ⑶寿命高，切削性能稳定、可靠； ⑷刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间； ⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； ⑹系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。 二、数控加工刀具的选择
数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度、高的耐磨性、高的红硬性和足够的强度7和韧性。 -------------------------加工的刀具种类视加工对象而定 刀具材料应当具备的性能 切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务。刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。由此可见刀具材料的重要性，它对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。 在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求： 1．硬度 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度须在HRC62以上，并要求保持较高的高温硬度。 2．耐磨性 耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能（力学性能）、组织结构和化学性能的综合反映。例如，组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布对抗磨料磨损的能力有很大影响，而抗冷焊磨损(冷焊磨损即过去有些书上所称的粘结磨损、抗扩散磨损和抗氧化磨损的能力还与刀具材料的化学稳定性有关。3.强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀材料应具有足够的强度和韧性。一般，强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。刀具材料中强度高者，韧性也较好，但硬度和耐磨性常因此而下降，这两个方面的性能是互相矛盾的。一种好的刀具材料，应当根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，而有所侧重。 4．耐热性 刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。这就是刀具材料的耐热性。 5．导热性和膨胀系数 在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数(热导率)越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。对于焊接刀具和涂层刀具，还应考虑刀片与刀杆材料、涂层与基体材料线膨胀系数的匹配。 6．工艺性 为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性等。材料的高温塑性对热轧刀具十分重要。可磨削性可用磨削比——磨削量与砂轮磨损体积之比来表示，磨削比大，则可磨削性好。此外，在选用刀具材料时，还应考虑经济性。性能良好的刀具材料，如成本和价格较低，且立足于国内资源，则有利于推广应用。 刀具材料种类很多，常用的有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢)、硬质合金、陶瓷、金刚石(天然和人造)和立方氮化硼等。碳素工具钢(如T10A、T12A)和合金工具钢(如9CrSi、CrWMn)，因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前尚
数控机床刀柄系统选择 工具系统的选择是数控机床配置中的重要内容之一，因为工具系统不仅影响数控机床的生产效率，而且直接影响零件的加工质量。根据数控机床(或加工中心)的性能与数控加工工艺的特点优化刀具与刀柄系统，可以取得事半功倍的效果。 一数控机床常用刀柄的分类 与普通加工方法相比，数控加工对刀具的刚度、精度、耐用度及动平衡性能等方面要求更为严格。刀具的选择要注重工件的结构与工艺性分析，结合数控机床的加工能力、工件材料及工序内容等因素综合考虑。 数控加工常用刀柄主要分为钻孔刀具刀柄、镗孔刀具刀柄、铣刀类刀柄、螺纹刀具刀柄和直柄刀具类刀柄(立铣刀刀柄和弹簧夹头刀柄)。 二数控机床常用刀柄的选择 1. 刀柄结构形式 数控机床刀具刀柄的结构形式分为整体式与模块式两种。整体式刀柄其装夹刀具的工作部分与它在机床上安装定位用的柄部是一体的。这种刀柄对机床与零件的变换适应能力较差。为适应零件与机床的变换，用户必须储备各种规格的刀柄，因此刀柄的利用率较低。模块式刀具系统是一种较先进的刀具系统，其每把刀柄都可通过各种系列化的模块组装而成。针对不同的加工零件和使用机床，采取不同的组装方案，可获得多种刀柄系列，从而提高刀柄的适应能力和利用率。 刀柄结构形式的选择应兼顾技术先进与经济合理：①对一些长期反复使用、不需要拼装的简单刀具以配备整体式刀柄为宜，使工具刚性好，价格便宜(如加工零件外轮廓用的立铣刀刀柄、弹簧夹头刀柄及钻夹头刀柄等)；②在加工孔径、孔深经常变化的多品种、小批量零件时，宜选用模块式刀柄，以取代大量整体式镗刀柄，降低加工成本；③对数控机床较多尤其是机床主轴端部、换刀机械手各不相同时，宜选用模块式刀柄。由于各机床所用的中间模块(接杆)和工作模块(装刀模块)都可通用，可大大减少设备投资，提高工具利用率。 2.刀柄规格 数控刀具刀柄多数采用7：24 圆锥工具刀柄，并采用相应型式的拉钉拉紧结构与机床主轴相配合。刀柄有各种规格，常用的有40 号、45 号和50 号。目前在我国应用较为广泛的有ISO7388-1983、GB10944-1989、MAS403-1982、ANSI/ASME B5.50-1985 等，选择时应考虑刀柄规格与机床主轴、机械手相适应。 3.刀柄的规格数量 整体式的TSG 工具系统包括20 种刀柄，其规格数量多达数百种，用户可根据所加工的典型零件的数控加工工艺来选取刀柄的品种规格，既可满足加工要求又不致造成积压。考虑到数控机床工作的同时还有一定数量的刀柄处于预调或刀具修磨中，因此通常刀柄的配置数量是所需刀柄的2 ～3 倍。
数控加工中刀具的选择与切削用量的确定 摘要：现代刀具显著的特点是结构的创新速走加快。随着计算机应用领域的不断扩大，机械加工也开始运用数拉技术，这时刀具选择与切削用量提出了更高的要求。本文就扣何确定数控加工中的刀具选择与切削用全进行了探讨。 关键词：数控技术；机械加工；刀具选择 一、科学选择数控刀具 1、选择数控刀具的原则 刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率
的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好的同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如硬质合金、陶瓷等)并使用可转位刀片。 2、选择数控车削用刀具 数控车削车刀常用的一般分成型车刀、仿形车刀、圆弧形车刀三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。仿形形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑并应兼顾刀尖本身的强度。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车
2012.No7 摘 要 随着科学技术日新月异地发展,机械制造加工在刀具材料、刀具结构与设计、刀具新产品科技领域也得到了猛速的发展。近年来，数控机床(CNC)、加工中心(MC)、柔性制造单元(FMC)得到日益广泛的应用，使机械制造面貌发生了很大变化。刀具作为加工系统的一个重要组成部分，刀具材料性能对提高生产效率及加工质量具有重要意义，刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。 关键词 刀具 材料 性能 种类 特别是电子信息技术的急剧发展，加速了机械制造业的飞速发展。数控机床已经成为现代加工车间中不可缺少的重要加工设备。机床上一经采用现代电子信息新技术后就大大提高了数控机床的智能化程度。其独特的优越性和智能化程度使数控机床具有强大的生命力。然而，刀具是数控机床的最终执行部分。也是整个零件加工过程中最关键的环节。数控机床刀具的性能及材料的选用是零件加工工艺中的重要内容之一,它不仅影响机床的加工效率,而且直接影响加工的质量。机床与刀具的发展是相辅相成、相互促进的。刀具是由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中最活跃的因素，刀具切削性能的好坏取决于刀具的材料和刀具结构。切削加工生产率和刀具寿命的高低加工成本的多少、加工精度和加工表面质量的优劣等，在很大程度上取决于刀具材料、刀具结构及切削参数的合理选择。近几十年来，作为切削加工最基本要素的刀具材料得到了迅速发展，刀具的结构形式也得到了极大丰富。 1 刀具材料应具备的性能 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃硬度，一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。组织中的硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越好。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR：WR=KIC0.5E-0.8H1.43式中：H——材料硬度(GPa)。硬度愈高，耐磨性愈好。KIC——材料的断裂韧性(MPa瞭m)。KIC愈大，则材料受应力引起的断裂愈小，耐磨性愈好。E ——材料的弹性模量(GPa)。E很小时，由于磨粒引起的显微应变，有助于产生较低的应力，耐磨性提高。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程经常出现的冲击和振动条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性(热稳定性) 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温条件下保持一定的硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘 浅谈数控刀具的常用材料 罗 斌 （合川职教中心） 结和抗扩散的能力，即刀具材料应具有良好的化学稳定性。 1.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能 刀具材料的导热性愈好，切削热愈容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具在断续切削或使用切削液时，常常受到很大的热冲击(温度变化剧烈)，因而刀具内部会产生裂纹而导致断裂。刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数R表示，R的定义是为： R=λσb/Eα 式中：λ——导热系数； σb——抗拉强度； E——弹性模量； α——热膨胀系数。 导热系数大，使热量容易散走，降低刀具表面的温度梯度；热膨胀系数小，可减少热变形；弹性模量小，可以降低因热变形而产生的交变应力的幅度；有利于材料耐热冲击性能的提高。耐热冲击性能好的刀具材料，在切削加工时可以使用切削液。 1.5 良好的工艺性能 为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。 1.6 经济性 经济性是刀具材料的重要指标之一，优质刀具材料虽然单件刀具成本很高，但因其使用寿命长，分摊到每个零件的成本则不一定很高。因此在选用刀具材料时要综合考虑其经济效果。 2 数控刀具主要材料种类 2.1 高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的强度和韧性，并且具有一定的硬度和耐磨性。适合各类刀具的要求。高速钢刀具制造工艺简单，容易磨成锋利切削刃，因此尽管各种新型刀具材料不断出现，高速钢刀具在金属切削中仍占较大的比例。可以加工有色金属和高温合金。由于高速钢具有以上性能，活塞加工中的铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀、钻油孔用钻头等刀具都为高速钢材料。 2.2 硬质合金 硬质合金是由难熔金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金属粘结剂(如Co、Ni等)粉末经粉末冶金的方法制成。由于硬质合金中都含有大量的金属碳化物，这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定好、热稳定性好等特点，因此，硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为89～93HRA，比高速钢的硬度(83～86.6HRA)高，在800～1000℃时尚能进行切削。在540℃时，硬质合金的硬度为82～87HRA，在760℃时，硬度仍能保持77～85HRA。因此，硬质合金的切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同时，切削速度可提高4～10倍。 2.3 金刚石 金刚石是目前已知矿物材料中硬度最高、热传导性最好的物质，与各种金属、非金属材料配对摩擦的磨损量仅为硬质合金
数控车床刀具材料知识 一、刀柄材料及精度 刀具材料也分为刀柄材料和刀片材料。刀柄一般采用45#钢锻造，要求韧性好。随着数控机床的日益普及，现在对车刀刀柄的公差要求也提高了很多。这便于数控机床操作人员快速进行换刀，而不必磨刀。 二、刀片材料的硬度 刀片在切削加工时，要承受很大的切削力，还要承受切屑变形时产生的高温。要是刀具能在这样的条件下工作而不致很快地变钝或损坏，保持其切削能力，刀片必须具备足够的硬度，通常刀具材料的硬度都在60HRC以上。 三、刀片材料的耐磨性 在通常情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料组织中碳化物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐磨性也越高。我们肯定是希望刀片的耐磨性，否则刀具工作不了一会儿就变变钝了。 四、刀片材料的强度 一般采用刀具材料的抗弯强度表示刀片的强度大小，刀片的强度反应刀片变形能力的强弱。我们肯定是希望刀片的强度高。 五、刀片材料的韧性 一般采用刀具材料的冲击韧度表示刀片韧性的大小。刀片韧性的大小反映出刀具材料抗脆性断裂和抗崩刃的能力。 六、刀片材料的红热性 红热性表示刀片在高温状态下保持其切削性能的能力。红热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。另外，刀片材料的导热性也是表示刀具使用性能的一个方面。导热性越好，切削热越容易释放，刀具抗磨损、抗变形的能力也越强。七、经济性价格便宜 目前，经常使用的刀具材料有高速钢和硬质合金两大类。随着加工技术的不断发展，一些特种材料，如陶瓷材料和超硬刀具材料（金刚石和立方氮化硼）也得到一定的应用。后者具有硬度高、抗磨性能好、可以保证较好的加工质量和加工效率等优点，但由于价格等因素的限制，应用范围不如前者高。 数控车床刀具刀具材料的分类 一、高速钢 高速钢指的是含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢按使用用途的不同分为通用型高速钢和高性能高速钢。 1.通用型高速钢通用型高速钢具有一定的硬度（63-66HRC）和耐磨性、较高的强度和韧性。在加工一般钢材料时，切削速度为50-60m/min，不适于进行高速切削和超硬材料的加工。主要的牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。后者在强度、韧性上优于后者，但热稳定性稍差。 2.高性能高速钢高性能高速钢是在通用型高速钢的基础上，通过增加碳、钒等元素的含量或添加钴、铝等合金元素而得到的耐热性、耐磨性更高的新钢种。高性能高速钢在630-650℃时仍可保持60HRC的硬度，其耐用度是通用型高速钢的1.5~3倍。适用于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。但这类钢种的综合性能不如通用型高速钢，不同的牌号只有在各自规定的切削条件下，才能达到良好的加工效果。因此其使用范围受到限制。常用牌号有：9W18Ci4V、9W6M05Cr4V2、W6MoSCr4V3、W6M05Cr4V2C08、及W6MoSCr4V2AI等。 二、硬质合金硬质合金
如何正确为数控机床选用刀具及编程.txt35温馨是大自然的一抹色彩，独具慧眼的匠师才能把它表现得尽善尽美；温馨是乐谱上的一个跳动音符，感情细腻的歌唱者才能把它表达得至真至纯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。CADCAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。 目前，许多CADCAM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，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，能够正确选择刀刃具及切削用量。 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。 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。