技师评审论文：数控加工中刀具的选用
数控加工中刀具的选用
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单 位:江苏盐城技师学院 邮 编224002
2009-4-06
数控加工中刀具的选用
【摘 要】刀具选择是决定刀具性能的重要因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。重点阐述加工中心在加工各种材料时，对刀具的具体要求以及使用时切削三要素的确定。
【关键词】刀具 选择 应用 装夹
一﹑刀具的材料及性能
1、材料
刀具的材料一般是指刀具切削部分的材料。它的性能优劣是影响加工表面质量﹑切削效率﹑刀具使用寿命的重要因素。
当今刀具的材料十分广泛，从普通的刚材到高强度刚﹑钛合金﹑冷硬铸铁﹑淬硬刚以及70HRC左右的热喷涂等硬材料。不同的材料不但能解决各种脆、硬﹑韧﹑粘等难加工的材料，且能解决各种特高精度﹑特长﹑深﹑薄﹑小等特形加工的材料。
2、性能
一般刀具的材料在室温下具有60HRC的硬度，由于材料的硬度越高，抗冲击相对降低，因此刀具要有足够的强度和韧性。刀具的耐热性一般用高温硬度值来横量。它是影响切削性能的的重要指标。耐热性能越高，它所允许的切削速度就越高。
刀具在切削的过程中，由于刀具与工件的摩擦，使其产生很大的切削力，从而产生很高的切削热，且在连续的加工过程中存在着冲击和震动，引起刀具和工件之间的温度不段的变化。因此，刀具材料必须具备高的硬度和高的耐磨性还有够的的刚度、强度以及耐热性。
一般刀具的材料在室温下具有60HRC的硬度，由于材料的硬度越高，抗冲击相对降低，因此刀具要有足够的强度和韧性。刀具的耐热性一般用高温硬度值来横量。它是影响切削性能的的重要指标。耐热性能越高，它所允许的切削速度就越高。
二、刀具的分类及应用特性
根据加工机床的种类不同，所使用的刀具也要随之改变，而根据刀具的不同所选择的切削三要素也应随之改变，这样才能尽可能的保证加工过程平稳和刀具的使用寿命，所加工的零精度才能得以保证。
数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：
整体式；
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；
特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。
从切削工艺上可分为：
车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；
钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；
镗削刀具；
铣削刀具等。
根据刀具的材料可分为：
硬质合金刀具，硬度高、韧性差、刃口不易刃磨锋利,但耐磨性好.因而适合加工硬的材料.如45#钢、模具钢等,加工脆性材料时要选择较高的转速以及中等的进给速度；
高速钢刀具材料，主要由两种基本成分构成：一种是金属碳化物(碳化钨、碳化钼或碳化钒)，它赋予刀具较好的耐磨性；二是分布在周围的钢基体，它使刀具具有较好的韧性和吸收冲击、防止碎裂的能力。因而高速钢刀具其实并不耐高速，切削当中应选择较小的切削量，在车削梯形螺纹时可以保持在最大单边切削1mm，进给率在40左右。
在实际生产当中所选的转速遵循下面的公式：n=1000Vc/πd
F=Z·Fz·n
Z:齿数
Fz:每齿进给数
n:转速
其中硬质合金的Vc≈100－125m/min
高速钢的Vc≈20—50m/min ；
陶瓷刀具：有氧化铝基和氮化硅基两大类，具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点。过去由于抗弯强度低、脆性大，长期以来主要作为精加工刀具，占各类刀具材料中的比重很小。
但近几年来，由于控制了原料纯度和颗粒尺寸细化，添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等改善其性能，还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性，不仅使抗弯强度提高，而且断裂韧度和抗冲击性能都有很大提高，应用范围日益扩大，除可用于一般的精加工和半精加工外，也可用于冲击负荷下的粗加工，在国际上公认为是提高生产效率最有潜质的刀具。目前，陶瓷刀具能以200—1000m/min的切削速度高速加工钢、铸铁及其合金等材料，刀具寿命比硬质合金高几倍、甚至几十倍。因此在经济条件允许的条件下应计量选择使用陶瓷刀具来切削难加工材料，这对提高功效和提高产品质量起着保证作。
三、刀具的选择
与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。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，可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。
四、加工实例
下面我就就用在实习中碰到的一个具体实例来重点阐明一下具体刀具的选择及使用。
下图则是我们UG实习课题当中的一个实例，他的材料是45#钢，其最小半径决定了我们要使用的刀具，根据图中的信息我们应选择Φ12铣刀用于粗加工，并留有一定的精加工余量，采用Φ8铣刀来精加工。这样才能保证加工的精度及质量，而对于这样的零件我们又要注意哪些基本事项呢？
1、立铣刀的装夹
加工中心用立铣刀大多采用弹簧夹套装夹方式，使用时处于悬臂状态。在铣削加工过程中，有时可能出现立铣刀从刀夹中逐渐伸出，甚至完全掉落，导致工件报废的现象，其原因一般是因为刀夹内孔与立铣刀刀柄外径之间存在油膜，造成夹紧力不足所致。立铣刀出厂时通常都涂有防锈油，如果切削时使用非水溶性切削油，刀夹内孔也会附着一层雾状油膜，当刀柄和刀夹上都存在油膜时，刀夹很难牢固夹紧刀柄，在加工中立铣刀就容易松动掉落。所以在立铣刀装夹前，应先将立铣刀柄部和刀夹内孔用清洗液清洗干净，擦干后再进行装夹。
当立铣刀的直径较大时，即使刀柄和刀夹都很清洁，还是可能发生掉刀事故，这时应选用带削平缺口的刀柄和相应的侧面锁紧方式。
立铣刀夹紧后可能出现的另一问题是加工中立铣刀在刀夹端口处折断，其原因一般是因为刀夹使用时间过长，刀夹端口部已磨损成锥形所致，此时应更换新的刀夹。
2、切削参数的选用
立铣刀转速的选择应在650左右；进给速度应在150左右。但切削参数的选用同时又受机床、刀具系统、被加工工件形状以及装夹方式等多方面因素的影响，应根据实际情况适当调整切削速度和进给速度。
当以刀具寿命为优先考虑因素时，可适当降低切削速度和进给速度；当切屑的离刃状况不好时，则可适当增大切削速度。
3、切削方式的选择
采用顺铣有利于防止刀刃损坏，可提高刀具寿命。所以在铣削外轮廓时采用顺铣，铣削内轮廓时采用逆铣
结束语
随着数控加工技术在我们现代社会的应用越来越广泛，只有对加工中心刀具结构和选用有充分的了解和认识，在实际工作中才能灵活运用，提高工作效率和安全生产。
参考文献
1、《刀具材料及其合理选择》主编：肖诗纲
2、《机械制造与工艺学》 主编：王选逵
3、《数控加工工艺及刀具》 主编：罗辑
技师评审论文：数控加工中刀具的选用
