第四章-数控刀具的种类及特点

第四章数控刀具的种类及特点之车刀系列前言数控机床对刀具的要求为了保证数控机床的加工精度、提高生产率及降低刀具的消耗，在选用数控机床所用刀具时对刀具提出更高的要求，如可靠的断屑、高的耐用度、快速调整与更换等。1.适应高速切削要求，具有良好的切削性能为提高生产效率和加工高硬度材料的要求，数控机床向着高速度、大进给、高刚性和大功率发展。中等规格的加工中心，其主轴最高转速一般为3000～5000r/min，工作进给由0～5m/min提高到0～15m/min。适应高硬度工件材料（如淬火模具钢）的加工。数控机床所用刀具必须有承受高速切削和较大进给量的性能，而且要求刀具有较高的耐用度。新型刀具材料如涂层硬质合金、陶瓷和超硬材料（如聚晶金刚石和立方氮化硼）的使用，更能发挥数控机床的优势。2.高的可靠性数控机床加工的基本前提之一是刀具的可靠性，加工中不会发生意外的损坏。刀具的性能一定要稳定可靠，同一批刀具的切削性能和耐用度不得有较大差异。3.较高的刀具耐用度刀具在切削过程中不断地被磨损而造成工件尺寸的变化，从而影响加工精度。刀具在两次调整之间所能加工出合格零件的数量，称为刀具的耐用度。在数控机床加工过程中，提高刀具耐用度非常重要。4.高精度为了适应数控机床的高精度加工，刀具及其装夹机构必须具有很高的精度，以保证它在机床上的安装精度（通常在0.005mm以内）和重复定位精度。5.可靠的断屑及排屑措施切屑的处理对保证数控机床正常工作有着特别重要的意义。在数控机床加工中，紊乱的带状切屑会给加工过程带来很多危害，在可靠卷屑的基础上，还需要畅通无阻地排屑。对于孔加工刀具尤其如此。6.精确迅速的调整数控机床及加工中心所用刀具一般带有调整装置，这样就能够补偿由于刀具磨损而造成的工件尺寸的变化。7.自动快速的换刀数控机床一般采用机外预调尺寸的刀具，而且换刀是在加工的自动循环过程中实现的，即自动换刀。这就要求刀具应能与机床快速、准确地接合和脱开，并能适应机械手或机器人的操作。所以联接刀具的刀柄、刀杆、接杆和装夹刀头的刀夹，已发展成各种适应自动化加工要求的结构，而成为包括刀具在内的数控工具系统。8.刀具标准化、模块化、通用化及复合化数控机床所用刀具的标准化，可使刀具品种规格减少，成本降低。数控工具系统模块化、通用化，可使刀具适用于不同的数控机床，从而提高生产率，保证加工精度。数控刀具的定义数控刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括模具；同时“数控刀具”除切削用的刀片外，还包括刀杆和刀柄等附件。4.1数控刀具的分类根据刀具结构可分为：（1）整体式：刀具为一体，由一个坯料制造而成，不分体；（2）焊接式：采用焊接方法连接，刀杆；（3）机夹式：机夹式又可分为不转位和可转位两种；通常数控刀具采用机夹式！（4）特殊型式：如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：（1）高速钢刀具；（2）硬质合金刀具；（3）陶瓷刀具；（4）超高压烧结体刀具等。从切削工艺上可分为（1）车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切断、切槽刀具等多种；（2）钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；（3）镗削刀具；（4）铣削刀具等。4.2数控刀具的要求与特点（一）要有高的切削效率要有高的精度和重复定位精度要有高的可靠性和耐用度实现刀具尺寸的预调和快速换刀具有完善的模块式工具系统建立完备的刀具管理系统要有在线监控及尺寸补偿系统4.2数控刀具的要求与特点（二）数控车床能兼作粗精车削。因此粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大吃刀量、大进给量的要求；精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求此外，为减少换刀时间和方便换刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。夹紧刀片的方式要选择得比较合理，刀片最好选择涂层硬质合金刀片。目前，数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具。我公司用的就是硬质合金刀具（曾试验过陶瓷刀具、CBN刀具等）。工件材料的特性与切削性切削性与材料特性1.硬度的影响（过硬过软都不易加工）2.粘度的影响（不易切开，不易排屑）3.强度（=不易变形性）的影响（刀刃负荷大）4.延展性的影响5.导热系数的影响（系数低，刀刃高温）6.加工硬化性的影响7.硬质颗粒的影响4.3刀具损失的主要原因后刀面磨损：通常后刀面磨损由摩擦产生，工件材料硬时磨损会加剧前刀面磨损（月牙洼磨损）：加工易产生高温的高强度材料和粘性材料时粘结：加工在切削热的作用下易熔化的软材料时，容易发生工件材料成分附着在刀刃上的粘结现象崩刃：振动或冲击引起裂纹：刀具安装不当造成塑性变形切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。切削速度和进给速度太高以及工件材料中硬点的作用，刀具材料太软和切削刃温度较高等现象，都是产生塑性变形的主要原因。塑性变形的产生会影响切屑的形成质量，并导致刀具崩刃。可以通过降低切削速度和进给速度，选择耐磨性高和导热性能好的刀具材料等措施，达到减少塑性变形的目的。塑性变形：加工易产生切削热的材料，或导热系数低的材料7.积屑瘤工件材料在刀具上的粘附物质。积屑瘤的产生会大大降低工件表面的加工质量，会改变切削刃的形状并最终导致切削刃崩刃。采取措施：（1)降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；（2)采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；（3)采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；（4)增大刀具前角，以减小切屑于前刀面接触区的压力；（5)适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。（6）选择涂层硬质合金或金属陶瓷等刀具材料，并在加工过程中使用冷却液。6.刃口剥落切削刃口上出现一些很小的缺口，非均匀的磨损。主要由断续切削、切屑排除不流畅等因素造成。应该在加工时降低进给速度、选择韧性好的刀具材料和切削刃强度高的刀片，来避免刃口剥落现象的产生。7.崩刃崩刃将损坏刀具和工件。主要原因有刀具刃口的过度磨损和较高的加工应力，也可由于刀具材料过硬、切削刃强度不足以及进给量太大造成。刀具应该选择韧性较好的合金材料，加工时应减小进给量和切削深度，另外还可选择高强度或刀尖圆角较大的刀片。8.热裂纹由于断续切削时的温度变化而产生的垂直于切削刃的裂纹。热裂纹会降低工件表面的加工质量，并导致刃口剥落。刀具应该选择韧性好的合金材料，同时在加工中减小进给量和切削深度，并进行干式切削，或在湿式切削加工时有充足的冷却液。切削刃损伤对工件材料的影响工件材料分类易发生的切削刃损伤加工面的注意问题软钢粘结崩刃切削造成加工面的损伤粘结造成挤裂钢前刀面磨损塑性变形粘结造成表面粗糙不锈钢前刀面磨损崩刃毛刺、毛边铸铁摩擦磨损粘结、崩刃挤裂、粗糙球墨铸铁崩刃前刀面磨损粗糙有色金属粘结粘结、挤裂耐热合金崩刃、前刀面磨损塑性变形加工变质层高硬度钢后刀面磨损崩刃粗糙车削加工的注意事项切削速度进给量切削深度切削速度（影响最大）1.切削速度高切削温度高刀具寿命下降2.切削速度慢切削刃粘结加工精度变差进给量进给量在一定程度上决定粗糙度，在粗糙度规定范围内增大进给量对刀具寿命不会有太大影响，而且能提高加工效率，因此对降低加工成本非常有效。切削深度（影响最小）在微小切削深度的情况下切削就相当于切削工件材料的加工硬化层（摩擦现象），刀具寿命会缩短。影响加工面粗糙度的主要原因刀具材料的选定刀具形状的选择切削条件的变更刀具材料的选定若要获得良好的加工面，最重要的一点就是避免产生积屑瘤。积屑瘤是对高精度加工，加工面粗糙度的提高造成恶劣影响的最大、最主要原因。刀具形状的选择刀具形状因素中，刀片的刀尖圆弧半径尺寸影响最大。增大刀具前角也可改善加工面粗糙度。切削条件的变更理论加工面粗糙度受进给量影响。降低进给量可以改善加工面粗糙度。但是，如果进给量过小会使加工效率降低，因此，将进给量设定在恰好不影响加工面粗糙度的大小非常重要。良好的加工习惯良好的加工习惯可以塑造一名优秀的员工，因此要做到以下几点：1.严格遵守各种规章制度。2.按工艺图纸选择刀具。3.严格执行规定的换刀频率。4.发现问题，及时更改。