淺談數(shù)控刀具的特點(diǎn)及選用

摘 要：刀具在切削加工中占有必不可缺少的重要地位，現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中的零件基本上都通過刀具切削加工制造而成的，而數(shù)控刀具的性能和質(zhì)量直接影響昂貴的數(shù)控機(jī)床加工效率與質(zhì)量的高低，也直接影響機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)成本的高低，數(shù)控刀具是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步的重要組成部分和顯著特征之一。

關(guān)鍵詞：數(shù)控刀具 切削加工 機(jī)床

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈，產(chǎn)品更新越來越快。多品種，中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，同時隨著航空工業(yè)、裝備制造業(yè)和汽車工業(yè)的高速發(fā)展復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和加工方法已經(jīng)難以適應(yīng)這種多樣化，柔性與復(fù)雜形狀的高效、高質(zhì)量的加工要求，因此，數(shù)控加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展。但是在數(shù)控加工過程中影響加工精度的因素有很多，其中數(shù)控刀具是數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)之一。

數(shù)控刀具是指與這些先進(jìn)高效的數(shù)控機(jī)床相配套使用的各種刀具的總稱。是數(shù)控機(jī)床不可缺少的關(guān)鍵配套產(chǎn)品，數(shù)控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、長壽命和良好的綜合切削性能取代了傳統(tǒng)的刀具。所以對所使用的數(shù)控刀具提出了比傳統(tǒng)普通機(jī)床所使用的刀具更高的要求，它不僅要求刀具耐磨損、壽命長、可靠性好、精度高、剛性好而且要求刀具尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便等。更要求數(shù)控刀具具有以下特點(diǎn)：①刀具材料應(yīng)具有高的可靠性。②刀具材料應(yīng)具有耐熱性、抗熱沖擊性和高溫力學(xué)性能。③數(shù)控刀具應(yīng)具有高的精度。④數(shù)控刀具應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)快速更換。⑤數(shù)控刀具系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。⑥數(shù)控刀具大量采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具。⑦數(shù)控刀具大量采用多功能復(fù)合刀具及專用刀具。⑧數(shù)控刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈?。⑨?shù)控刀具材料應(yīng)能適應(yīng)難加工材料和新材料加工的需要。

機(jī)床與刀具的發(fā)展是相輔相成的，相互促進(jìn)的。刀具是由機(jī)床、刀具和工件組成的切削加工工藝中最活躍的因素，刀具切削性能的好壞取決于刀具的材料和刀具結(jié)構(gòu)。切削加工生產(chǎn)率和刀具壽命的高低，加工成本的多少，加工精度和加工表面質(zhì)量的優(yōu)劣等。在很大程度上取決于刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)及其合理選擇。數(shù)控所用的刀具在應(yīng)用中，要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的要求，夾具的要求，工件材料的性能，加工工序，切削用量以及其他相關(guān)因素正確選用刀具。刀具選用總的原則是：刀具的安裝和調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高，在保證安全和滿足加工要求的前提下，刀具長度應(yīng)盡可能短，以提高刀具的剛性。

選用刀具時應(yīng)考慮的因素是多方面的隨著機(jī)床種類、型號的不同，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣的不同以及種種因素而得到的效果是不相同的，歸納起來應(yīng)考慮到以下幾個方面：

1.根據(jù)零件材料的切削性能選擇刀具。如金屬、非金屬等不同材料硬度、耐磨性、韌性等。一般原則是盡可能選用硬質(zhì)合金刀具，凡加工條件允許選用硬質(zhì)合金刀具時，就不能選用高速鋼刀具。精密鏜孔，還可選用性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具。為了提高耐磨性可選用涂層刀具。

2.根據(jù)零件的加工階段選擇刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應(yīng)選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具，因?yàn)榫庸ぬ蕴牡毒吣p情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續(xù)使用會影響精加工的加工質(zhì)量，但對粗加工的影響較小。

3.根據(jù)加工區(qū)域的特點(diǎn)選擇刀具和幾何參數(shù)。刀具幾何參數(shù)對切削變形、切削力、切削溫度、刀具壽命等方面都有較大影響。選擇合理的刀具幾何參數(shù)，對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低加工成本有重要的意義。所謂刀具合理幾何參數(shù)，是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠滿足生產(chǎn)率、較低加工成本的刀具幾何參數(shù)。因此在零件結(jié)構(gòu)允許的情況下應(yīng)選用大直徑、長徑比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應(yīng)有足夠的向心角，以減少刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟材料零件時應(yīng)選擇前角稍大一些的立銑刀，齒數(shù)也不要超過4齒。

4.根據(jù)刀具材料選擇刀具。刀具切削部分的材料應(yīng)具備如下性能：高的硬度，足夠的強(qiáng)度和韌性，高的耐磨性，高的耐熱性，良好的加工工藝性。對于加工效率、加工質(zhì)量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應(yīng)克服的一個關(guān)鍵。對于石墨刀具，普通的TiN涂層可在選材上適當(dāng)選擇韌性相對較好一點(diǎn)的，也就是鈷含量稍高一點(diǎn)的；對于金剛石涂層石墨刀具，可在選材上適當(dāng)選擇硬度相對較好一點(diǎn)的，也就是鈷含量稍低一點(diǎn)的。

5.根據(jù)切削用量選擇刀具。在加工過程中刀具在不斷的磨損，為了減少成本和提高生產(chǎn)效率，就必須減少刀具的磨損，合理的選擇切削用量是必不可少的：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。

6.根據(jù)輔助工作選擇刀具。在數(shù)控機(jī)床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進(jìn)行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則：①盡量減少刀具的數(shù)量，減少換刀的次數(shù)；②一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；④先銑后鉆 ；⑤先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。

隨著數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來越廣，數(shù)控加工技術(shù)代表了現(xiàn)代切削加工技術(shù)的發(fā)展方向，而切削加工技術(shù)的進(jìn)步是數(shù)控機(jī)床和數(shù)控刀具的發(fā)展和應(yīng)用密不可分的。只有把數(shù)控機(jī)床和數(shù)控刀具結(jié)合起來，才能充分發(fā)揮數(shù)控加工技術(shù)潛力，也是推動企業(yè)技術(shù)進(jìn)步及提高市場競爭實(shí)力的有效手段。

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