浅谈数控机床中刀具的选择

数控机床使用的刀具必须具有较高硬度和高耐磨性、足够的强度与韧性以及高的耐热性，还需要较好的工艺性与经济性。刀具的选择和切削用量的确定是齿轮加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响齿轮的加工质量。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。

1 数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。

1.1 数控加工刀具的种类

1.1.1 根据刀具结构可分为

整体式；

镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，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。

1.1.2 根据制造刀具所用的材料可分为

高速钢刀具；

硬质合金刀具；

金刚石刀具；

其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

1.1.3 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；

钻孔工具，包括钻头、铰刀、丝锥等；

铣削刀具，为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求。

1.2 数控刀具的特点

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：

1）刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；

2）互换性好，便于快速换刀；

3）寿命高，切削性能稳定、可靠；

4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；

5）刀具能可靠的断屑，以利于切屑的排除；

6）系列化、标准化，所以应尽量采用新型高效刀具，并使刀具规格化和通用化，以减少刀具种类、便于刀具管理。尽可能采用可转位刀片，磨损后只需更换刀片，从而增加刀具的互换性。

2 数控加工刀具的选择

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。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。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的修磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

一般应遵循以下原则：

1）尽量减少刀具数量。

2）刀具安装后，应完成其所能进行的所有加工步骤。

3）粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具。

4）在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率。

2.1 铣刀的种类

2.1.1 按铣刀的装卡方法分类

1）套装铣刀：铣刀上具有遇刀杆相配合的圆孔。

2）有尾铣刀：直径尺寸比较小的立铣刀做成带柄的。

2.1.2 按铣刀的结构分类

1）整体铣刀：铣刀用一块材料制成，制造整体铣刀的材料一般为高速钢。

2）镶齿铣刀：铣刀刀体用普通钢材制造，刀体上开槽，镶上刀齿，刀齿可用高速钢或硬质合金制成。这种铣刀不仅可以节约贵重材料，而且刀齿损坏后可以更换。

2.1.3 按铣刀形状及用途分类

1）立铣刀：刀齿分布在圆柱的柱面及一个端面上，它有直柄。立铣刀用于削平面、沟槽和台阶面。

2）端铣刀：刀齿分布在圆柱的柱面及一个端面上，铣刀主要用于端铣平面和台阶。

3）盘铣刀：这种铣刀除在圆柱的柱面上有齿外，有的一个端面上或两个端面上也有齿，分别称为单面盘铣刀、双面盘铣刀、三面盘铣刀。盘铣刀用于铣削凹槽和台阶。

4）键槽铣刀：立铣刀，但它只有两个刀齿，端面刀齿呈鱼尾状，所以又叫鱼尾铣刀。这种铣刀用于铣削键槽。

5）圆柱铣刀：刀齿分布在圆柱的柱面上。这种铣刀用于削平面。

6）锯片铣刀：铣刀厚度在1～5mm之间，刀齿分布在圆周面上。这种铣刀用于键槽和切断。

7）成形铣刀：用于加工成形面，如半圆铣刀、半圆铣刀、齿轮铣刀等。其加工精度稳定，生产率高。

8）T形槽铣刀：用于加工T形槽。

9）燕尾槽铣刀：用于加工燕尾槽。

2.2 铣刀的选择

与传统加工方法相比，数控铣床加工方法具有更高精度、更高性能。所以，数控铣床加工对刀具要求更高。数控加工用的刀具要有精度高、刚度好、耐用度高、尺寸稳定、安装调整方便等方面的功能。合理地选择刀具结构及几何参数，是在选择使用数控铣刀时要特别注意的。

2.2.1 面铣刀的选择

标准可转位面铣刀直径为16～630mm，应根据侧吃刀量选择适当的铣刀直径，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减少相邻两次进给之间的接刀痕迹，保证铣刀的耐用度。

2.2.2 立铣刀的选择

立铣刀的选择一般按经验数据选取。

刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取R=（0.8～0.9）。零件的加工高度H （1/6～1/4）R，以保证刀具具有足够的刚度。

对于不通孔（深槽），选取L=H+（5～10）mm（L为刀具切削部分长度，H为零件高度 ）。

3 使用数控铣刀时的注意问题

（1）在数控铣床上来削平面时，应采用可转位式硬质合金刀片铣刀，采用两次走刀方式：一次粗铣，一次精密铣削。当连续切削时，粗铣刀直径要小些，以减少切削扭矩，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。

（2）高速钢立铣刀多用于加工凹槽，不用与加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹沙现象，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凹槽、窗口面和毛坯表面。

（5）镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力加工切削，切削毛坯表面和用于孔的粗加工。