数控车削加工中的刀具选择

摘要
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的2～3倍，要充分发挥数控机床的这一特点，必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素。而近年来，快速发展的数控机床加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱，不得要领。本文从生产实践出发，探讨和总结一些数控车削过程中的刀具选择问题。
关键词：工序划分；刀具选择；生产实践

目录

一前言............................................................................................4
二数控机床的组成和工作原理........................................................4
（一）孔加工刀具类........................................................................5
（二）数控铣刀类............................................................................5
（三）拉削刀具类............................................................................5
（四）其它刀具................................................................................6
三控刀具及选用..............................................................................6
（一）数控机床刀具的特点..............................................................6
（二）金属切削刀具的主要角度.......................................................6
（三）刀具常用材料.........................................................................7
（四）数控机床刀具分类..................................................................9
（五）常用数控刀具结构..................................................................10
（六）数控机床刀具的选择...............................................................11
（七）数控加工刀具选择的典型实例.................................................13
四数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势....................................14
（一）超硬材料领域..........................................................................14
（二）W、CO类涂层和细颗粒(超细颗粒)硬质合金材料领城............16
（三）含CO类粉末冶金高速钢材料领城..........................................16
五结论.............................................................................................16
参考文献.............................................................................................17
致谢....................................................................................................18

设计（）是学生在导师指导下，就其某一学术课题在实验性、理论性或观察上具有新的科学研究成果或创新见解和知识的科学记录；或是某种已知原理应用于实际中取得新进展的科学总结。设计（）应能表明确已较好地掌握了本专业的基础理论、专门知识和基本技能，并具有从事科学研究工作或者担负专门技术工作的能力。
现代制造技术的发展及数控加工设备的广泛使用，极大地推动了切削技术的进步。随着生产加工过程数控化和自动化的需要，对金属切削刀具提出了高可靠度、高精度、长寿命、快速转位更换、断屑良好等更高要求。自80年代以来，可转位不重磨刀具已被各国广泛应用，但是可转位不重磨刀片及刀具CAD/CAM技术的应用和发展，使刀具结构设计及切削部分的形状种类变得十分繁多，给机械加工和刀具设计人员合理选择刀具带来一定困难。同时，刀片型号的增加也给刀片采购和销售带来不便，为用户快速、高效及正确选择刀具增加困难。为使企业对市场需求迅速做出响应，在切削加工中，快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。根据不同加工特征，自动选择所需刀具对实现高度自动化切削加工或无人加工具有十分重要的意义

二、常见几类数控刀具
（一）孔加工刀具类：
在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，在此就其主要突出的新结构、新品种简要分述如下：
1、数控钻头：
（1）整体式钻头：钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型(r＝1／2D)，以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，用"S"型横刃(或螺旋中心刃)替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提高横刃寿命；采用不同顶角阶梯钻尖及负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质(超硬)材料齿冠；油孔内冷却及大螺旋升角(≤40°）结构等。最近研制出整体式细颗粒陶瓷(Si3N4)、Ti基类金属陶瓷材料钻头。
（2）机夹式钻头：钻尖采用长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向总体合成平衡的可转位刀片，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。
2、复合(组合)孔加工数控刀具：
集合了钻头、铰刀、扩(锪)孔刀及挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合(组合)孔加工数控刀具研发速度很快。总体而言：采用镶嵌模块式硬质(超硬)材料切削刃(含齿冠)及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前发展趋势。
3、数控铰刀：
大螺旋升角(≤45°）切削刃、无刃挤压铰削及油孔内冷却的结构是其总体发展方向，最大铰削孔径己达φ≤400mm。
4、镗刀：
单刃微调精密镗刀正被多刃扩(锪)孔刀、铰刀及复合(组合)孔加工专用数控刀具替代。国外研制出采用工具系统内部推拉杆轴向运动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成镗削球面(曲面)、斜面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密镗刀，代表了镗刀发展方向。
5、丝锥：
研发出大螺旋升角(≤45°）丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、硬状况，设计专用刃倾角、前角等。
6、扩(锪)孔刀：
多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩(锪)孔刀具发展方向。
（二）数控铣刀类：
1、整体式立铣刀
硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角(≤62°）结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线(或螺旋中心刃)形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。
2、机夹式立铣刀
由各类机夹立铣刀的由可转位刀片(往往设有三维断屑槽形)组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿(均为短切削刃)，可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。
数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真及数控加工技术成形制造。
3、机夹式数控面铣刀
刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片(几何形状多种)带有三维断屑槽形。
数控铣刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速转体动平衡及安全夹固技术，一些高速转刀体上还应用空气动力学原理，利用旋风冷切削刃，在干式切削加工时降低切削刃的温度，提高刀具寿命。
（三）拉削刀具类：
在现代数控加工技术的支持下，研发出各种专用外轮廓精密成形、组合拉刀及车-拉组合成形拉削刀具，配以专用数控机床。使汽车部分工件批产效率成几十倍提高，而且产品质量、精度十分稳定。
（四）其它刀具：
汽车、摩托车专用的小模数渐开线外齿轮、花键轴零部件批产工艺采用滚压、搓挤无屑加工工艺技术，研发出专用刀具及特种数控机床，使特定的工件批产效率提高几十倍，而且质量、精度十分稳定。

三、数控刀具及选用
（一）数控机床刀具的特点
数控机床刀具的特点是标准化、系列化、规格化、模块化和通用化。
为了达到高效、多能、快换、经济的目的，对数控机床使用的刀具有如下要求：
（1）具有较高的强度、较好的刚度和抗振性能；
（2）高精度、高可靠性和较强的适应性；
（3）能够满足高切削速度和大进给量的要求；
（4）刀具耐磨性及刀具的使用寿命长，刀具材料和切削参数与被加工件材料之间要适宜；
（5）刀片与刀柄要通用化、规格化、系列化、标准化，相对主轴要有较高位置精度，转位、拆装时要求重复定位精度高，安装调整方便。
（二）金属切削刀具的主要角度
从属切削刀具的种类繁多，但它们的切削部分都可以近似地用外圆车刀的切削部分来描述。
确定刀具角度的正交平面参考系和车削刀具几何角度如图所示。