如何正确选择数控刀具

摘要：通过介绍数控刀具的分类和特点，说明数控刀具的选择原则和切削余量确定的方法说明合理选择数控刀具在数控加工中起着重要的作用。 

　　关键词：数控 刀具 合理选择 
　　1 前言 
　　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。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。数控刀具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。 
　　2 数控刀具分类及特点 
　　2.1 数控刀具的分类 
　　数控刀具的分类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；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%。 
　　2.2 数控刀具的特点 
　　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，因此，数控刀具的特点与普通刀具不同，主要有以下几点：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；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。 
　　3 数控加工刀具的选择原则 
　　由于数控刀具应用于数控机床，因此数控刀具的选择原则主要考虑以下几点：①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；②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。例如：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；③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；④在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，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。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 几种常用数控刀具的选择 
　　4.1 面铣刀的选用 
　　4.1.1 面铣刀的组成 
　　面铣刀按照刀片数量可以分为4片、6片、7片、8片、9片、10片、12片、16片、18片、20片、22片。面铣刀结构主要有刀柄、刀盘和刀片组成。刀柄的结构形式主要有两种：直柄和锥柄。锥柄形式主要有有DIN系列和BT系列。我们常用的是BT40柄。刀片的形状主要有菱形。 
　　4.1.2 面铣刀的选用原则 
　　面铣刀的选择原则主要有以下几点：①加工面积小时选用刀盘直径小，刀片数量少的面铣刀，刀盘直径要考虑不能超过刀库连续排刀和断续排刀所规定的最大值；②粗加工时采用刚性好、疏齿型的面铣刀，精加工时采用密齿型的面铣刀；③粗加工采用后角大一些的四刃方形刀片，精加工选用前角大一些的六角型刀片，可以提高表面质量和刀片利用率。 
　　4.2 立铣刀的选用 
　　4.2.1 立铣刀的种类 
　　立铣刀主要有普通立铣刀、球头立铣刀、轮廓立铣刀、玉米立铣刀、牛鼻立铣刀、仿形立铣刀、笔式立铣刀、切入式立铣刀和键槽立铣刀，按照结构可以分为整体式和机加式。 
　　4.2.2 立铣刀选用原则 
　　立铣刀选用原则主要有：一般铣孔、铣面等简单加工可选用标准整体式硬质立铣刀，如果工件尺寸和切削量较大则可选择直径较大的标准立铣刀；加工零件复杂的曲线内部型腔时，为避免干涉，提高切削速度应选用小直径的球头铣刀。 
　　4.3 镗刀的选用 
　　4.3.1 粗镗刀的选用 
　　粗镗孔时一般选用机夹式双切削刃粗镗刀。 
　　4.3.2 精镗刀的选用 
　　精镗时采用单刃机夹可转未刀具。对于同轴度要求较高的对称孔的精镗应采用不调头的形式镗两侧孔。精镗刀片一般采用刀尖角为60o的三角形刀片。在使用精镗刀时要注意：一是手工在主轴位置装刀时，应先用M19指令使主轴定位，然后使刀尖朝内进行安装；二是采用G76指令编程时应设相应Q值。镗孔完成后，主轴会向刀尖相反的方向移动一定位置（Q值）可避免退刀时刀尖划伤控表面。 
　　4.4 钻孔刀具的使用 
　　孔在金属切削中占有很大的比重，为了使数控刀具与普通钻孔刀具有很好的互换性，数控加工中钻孔刀具与普通钻孔刀具没有很大区别。小直径钻孔的钻头一般选用硬质合金或涂层整体式直柄麻花钻。 
　　5 结论 
　　综上，数控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。 
　　在经济型数控机床的加工过程中，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，数控刀具的选择还必须注意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步骤；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。 
　　参考文献： 
　　[1]王永章.机床的数字控制技术.哈尔宾工业大学出版社.1999年 
　　[2]张维纪.金属切削原理及刀具.浙江大学出版社.1990年 
　　[3]机械工人.机械工人出版社.2007年