数控加工刀具选择技巧

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：应根据数控机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序的内容、切削用量及其他相关因素，合理选择刀具类型、结构、几何参数等。另外，数控铣床主轴转速比普通铣床高1～2 倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控铣床加工对刀具的要求更高；不仅要求精度高、强度大、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，并合理选择刀具结构、几何参数。

刀具的选择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。数控机床主轴转速比普通机床高1～2 倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。应根据数控机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序的内容、切削用量及其他相关因素，合理选择刀具类型、结构、几何参数等。

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。

1.数控刀具选用时应注意事项

（1）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；对一些立体平面和变斜角轮廓外形的加工，常用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀，如图7-1所示。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10 倍，并可获得高的加工精度。

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图7-1　常用铣刀

（a）球头刀；（b）环形铣刀；（c）鼓形刀；（d）锥形刀；（e）盘形刀

（2）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，切削行距一般取得很密，故球头刀具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，可以使整个加工成本大大降低。

（3）在加工中心上，各种刀具分别装在刀库，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，以使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，能迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。作为编程人员，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。

加工中心的刀柄已经系列化和标准化，其锥柄和机械手抓卸部分都已有相应的标准。符合国家标准《自动换刀机床用7∶24 圆锥工具柄部40、45 和50 号圆锥柄》规定的标准刀柄，其结构如图7-2所示。

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图7-2　7∶24 圆锥刀柄

为了使机械手能够准确无误地抓取和移动刀具，要求加工中心所配刀柄的制造精度要高，才能保证换刀时不会出现掉刀和错位现象。与刀柄相连的刀具装夹部分也已经系列化和标准化，它与刀柄制成一体构成了加工中心的刀具系统（根据其结构不同，刀具系统又分为整体式和模块式两大类。我国的TSG82 系统属于整体式结构类型）。

2.车刀选择

数控车刀主要采用机夹可转位车刀，选择的主要问题是刀片的形状、角度、精度、材料、尺寸、厚度、圆角半径、断屑槽、刃口修磨等要能满足各种加工条件的要求。

3.铣刀选择

铣刀的选择是铣床加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响数控铣床的加工效率，而且直接影响加工质量。另外，数控铣床主轴转速比普通铣床高1～2 倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控铣床加工对刀具的要求更高；不仅要求精度高、强度大、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，并合理选择刀具结构、几何参数。选用数控铣刀时应注意以下几点：

（1）在数控机床上铣削平面时，应采用可转位式硬质合金刀片铣刀。一般采用两次走刀，一次粗铣、一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小些，以减小切削扭矩，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工表面的整个宽度。加工余量大且加工表面又不均匀时，刀具直径要选得小一些，否则，当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量。

（2）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，会加速刀具的磨损。

（3）加工余量较小，并且要求表面粗糙度较低时，应采用立方氮化硼（CBN）刀片端铣刀或陶瓷刀片端铣刀。

（4）镶硬质合金的立铣刀可用于加工槽、窗口面、台面和毛坯表面。

（5）镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。

（6）加工精度要求较高的槽时，可采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具的半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。

（7）在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，钻孔深度为直径的5 倍左右的深孔加工容易折断钻头，可采用固定循环程序，多次自动进退，以利于冷却和排屑。

4.孔加工刀具选择

（1）钻孔刀具及其选择。钻孔刀具较多，有普通麻花钻、喷吸钻及扁钻等，根据加工材料、加工尺寸及加工质量要求合理选择。

加工φ30 mm 以下孔时多采用麻花钻，钻削大直径孔时，可采用刚性较好的硬质合金扁钻。

（2）铰孔刀具及其选择。铰刀多是通用标准铰刀。通用标准铰刀有直柄、锥柄和套式三种。锥柄铰刀直径为φ10～φ32 mm，直铰刀直径为φ6～φ20 mm，小孔直柄铰刀直径为φ1～φ6 mm，套式铰刀直径为φ25～φ80 mm。

（3）镗孔刀具及其选择。当孔径大于φ30～φ40 mm 时，一般用镗刀加工。镗孔刀具选择的主要问题是刀杆的刚性，要尽可能地防止或消除振动。目前，精镗时常用的镗刀有精镗微调刀，如图7-3所示。这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内调整，结构简单，通用性强，因此在加工中心上得到较为广泛的应用。调整尺寸时，只要转动螺母，与它相配合的螺杆（即刀头）就会沿其轴线方向移动。当尺寸调整好后，把螺杆尾部的螺钉紧固，即可使用。

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图7-3　精镗微调刀结构

数控加工刀具选择技巧

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