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1、 毕毕 业业 设设 计计 （论（论 文）文） 题 目： 数控加工中刀具的选用数控加工中刀具的选用 分 院 ： 机电学院机电学院 专业： 机电一体机电一体 化化 姓 名： XX 指导教师： XX 2012 年 3 月 16 日 摘要 近年来，快速发展的数控机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。现将有关数 控刀具科普性知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域就 其精要，在此简要分述，以便利用先进刀具技术为加工服务。 关键词：数控刀具，种类，特点，选用。 目录 数控刀具种类及特点4 1.1
2、 数控刀具的概述4 1.2 数控刀具的种类4 1.2.1 从结构上分类4 1.2.2 从切削工艺上分类5 1.2.3 从刀具材料上分类5 1.3 数控刀具的特点6 数控刀具选用.6 2.1 数控刀具选用考虑7 2.1.1 根据零件材料的切削性能选择刀具7 2.1.2 根据零件的加工阶段选择刀具8 2.1.3 根据加工特点选择刀具和几何参数8 2.1.4 根据零件的技术经济指标选择刀具8 2.2 选择数控车削刀具原则9 结论9 致谢10 参考文献10 数控刀具数控刀具种类及特点种类及特点 1.1 数控刀具的概述数控刀具的概述 机械制造业由于产品更新换代和生产形势发展的需要,在航空航天、机床工具、
3、 电站制造、能源和轨道等行业,数控机床的占有率已从 20 世纪的 20%30%提 高到目前的 50%65%。一般来说,数控机床具有高精度、高刚度和高效率的特 性(特别适用于高速切削),因而能取得高效加工的效果。为了保证数控机床的正 常运行,只有配置了与数控机床性能相适应的刀具才能使其性能得到充分发挥,也 可说配置刀具的优异(合理性、先进性)直接影响到数控机床功能和作用的发挥。 1.2 数控刀具的数控刀具的种类种类 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
4、高刀具的标准化和合理化的 程度。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。 1.2.1 从结构上可分：（1）整体式 （2）镶嵌式（其又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，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采 用此类刀具）； （4）内冷式（切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削 刃部）； （5）特殊型式（如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等）。 1.2.2 从制造所采用的材料上可分为 ：(1)高速钢刀具，高速钢通常是型坯材 料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性
5、和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬 度较高的材料，也不适于进行高速切削。高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨， 且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。(2)硬质合金刀具，硬质合金刀 片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。硬质合金刀片有标准规格系列产 品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。 硬质合金刀片按国际标准 分为三大类：P 类，M 类，K 类。 P 类适于加工钢、长屑可锻铸铁（相 当于我国的 YT 类） M 类适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸 铁等（相当于我国的 YW 类） M-S 类适于加工耐热合金和钛合金 K 类适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于
6、我国的 YG 类） K-N 类适于加工铝、非铁合金 K-H 类适于加工淬硬材料 (3) 陶瓷刀具 (4)立方氮化硼刀具 (5)金刚石刀具 1.2.3 从切削工艺上可分为：（1）车削刀具：分外圆、内孔、外螺纹、内螺 纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断等。 数控车床一般使用标准的机夹可转 位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂 层硬质合金以及高速钢。 数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀 具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、 丝锥等）。 机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销 或楔块等结构。 常规车削刀具
7、为长条形方刀体或圆柱刀杆。 方形刀体一般用 槽形刀架螺钉紧固方式固定。圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定。它们与机 床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的。在模块化车削工具系 统中，刀盘的联接以齿条式柄体联接为多，而刀头与刀体的联接是“插入快换 式系统”。它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削，也适用于车削中心的自 动换刀系统。 数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：1.圆表面切削刀具、 端面切削刀具和中心孔类刀具。 （2）钻削刀具：分小孔、短孔、深孔、攻螺 纹、铰孔等。 钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数控镗铣床和加 工中心。因此它的结构和联接形式有多种。有直柄、直柄螺钉紧
8、定、锥柄、螺 纹联接、模块式联接（圆锥或圆柱联接）等多种。 3.镗削刀具 分粗镗、精镗 等刀具。 镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄、模块式镗刀柄和镗头类。从加工 工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀。4.铣削刀具 分面铣、立铣、三面刃铣等 刀具。 （4）特殊型刀具 特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可 逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。 1.3 数控刀具的特点数控刀具的特点 数控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
9、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。 数控刀具选用数控刀具选用 刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率， 而且直接影响零件的加工质量。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。 2.12.1 数控刀具选用考虑数控刀具选用考虑 由
10、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。应考虑以下方面： 2.1.1 根据零件材料的切削性能选择刀具 综合考虑金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。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。 2.1.2 根据零件的加工阶段选择
11、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。 2.1.3 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；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。 2.1.4 根据工件的几
12、何形状、加工余量、零件的技术经济指标选择刀具 正前角刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件 结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负前角刀片：对于外圆加工，金属切除 率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。一般外圆车削常用 80凸三角形、 四方形和 80 菱形刀片；仿形加工常用 55 、35 菱形和圆形刀片；在考 虑到刀具能承受的切削用量前提下综合机床刚性、功率等条件，加工大余量、 粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。 2.22.2 数控刀具的选择原则数控刀具的选择原则 2.2.1 数控刀具的选择 （1）尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸提高刀具的
13、强度和 刚度，减小刀具振动； （2）选择较大主偏角（大于 75，接近 90） ；粗加工时选用负刃倾角刀 具，精加工时选用正刃倾角刀具； （3）精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径； （4）尽可能选择标准化、系统化刀具； （5）选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。 2.2.2 选择车削刀具的原则 数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体 都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金等。 数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀、端面车刀、外螺纹刀、切断刀具、 内圆刀具、内螺纹刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等） 。 图一图一 工件轮廓形状和走刀方向来选择刀片形工件轮
14、廓形状和走刀方向来选择刀片形 首先根据加工内容确定刀具类型，根据工件轮廓形状和走刀方向来选择刀片 形 状(如图所示)。主要考虑主偏角，副偏角(刀尖角)和刀尖半径值。 可转位刀片的选择： (1)刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼 或金刚石。 (2)刀片尺寸选择：有效切削刃长度、主偏角等。 (3)刀片形状选择：依据表面形状、切削方式、刀具寿命等。 (4)刀片的刀尖半径选择 1)粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖半径值。 2)精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖半径值。 合理科学的选择数控刀具对数控加工生产效率、加工质量和加工成本影响极 大
15、，因此应高度重视数控刀具的正确选择和合理使用，让其更好的为数控加工 服务，充分发挥数控加工的优点。 总结总结 我们称谓的“数控刀具” ，特指与加工中心、数控车床、数控镗铣床、数控 钻等先进高效的 CNC 制造系统相配套使用的刀具和工具辅具系统。它包括整体 合金刀具、超硬刀具、可转位刀片、工具辅助系统、可转位刀具、超硬材料及 涂层技术等。这些应属于现代金属切削刀具范畴，其技术水平、性能和质量直 接影响到国内数百万台昂贵的 CNC 制造系统的生产效率和加工产品质量的好坏， 直接影响到整个国家机械制造工业的生产技术水平和经济效益。 提高刀具的使用寿命的目标-是提高劳动力、提高产品质量、降低次品率、
16、下降生产成本。 机械制造业的生产过程涉及大量的机械加工，特别是金属切削加工所加工 产品的尺寸、形状、位置精度、表面形貌等都与刀具有关，刀具的性能、质量 及其管理直接影响到能否顺利加工出所需要的合格产品，影响到加工节拍和生 产效率，影响制造成本的控制和降低，关系到制造型企业的核心竞争力，这在 自动化机械加工中表现得更为突出。 参考文献 1 耿国卿,刘永海. 数控车床编程与应用.化学工业出版社.2008. 1 2 张君.数控机床编程与操作.北京理工大学出版社.2007.8 3 陈云卿，杨顺田.数控铣镗床编程与技能训练.化学工业出版社.2008.10 4 汪荣青，邱建忠.数控编程与操作.化学工业出版社.2008.3 5 刘建萍，叶邦彦.数控机床编程与加工实用教程.中山大学出版社.2008 6 徐宏海.数控机床刀具及其应用.化学工业出版社.2005.8