数控加工中刀具的选用研究

数控加工中刀具的选用研究

作者：黄伟

来源：《中国科技博览》2014年第07期

[摘 要]数控加工有别于传统通用机床加工，数控加工的内容十分具体，在通用机床一些本来由操作者在加工中灵话掌握并可自行适当调整的许多工艺问题，在数控加工中需要事先妥善设计安排，涉及的问题比较系统和繁琐。因此，本文通过分析数控加工常用刀具的种类及特点，进而研究数控加工刀具的选择应考虑的因素，以期所研究能起到抛砖引玉的作用。 [关键词]数控加工 刀具 特点 选用

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0066-01 引言

近年来，随着经济高速发展，为提高竞争力，企业自觉地应用高新技术来改造传统产业，数控机床在机械制造加工业中得到了广泛的应用。其中加工中心因为功能齐全并设有刀库和自动换刀装置，而成为目前世界上产量最多，应用最广泛的数控机床之一。刀具的选择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。另外，随着汽车、国防、航空、航天等工业的飞速发展，对数控机床加工的高速化要求越来越高。因此，数控机床不仅要度高、刚度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便等。 一、数控加工常用刀具的种类及特点 1、数控加工常用刀具的种类

数控刀具主要是指数控车床、数控铣床、加工中心等机床上所使用的刀具。从现实情况看，应从广义上来理解“数控机床刀具”的含义。随着数控机床结构、功能的发展，现在数控机床所使用的刀具，不是普通机床所采用的那样“一机一刀”的模式，而是多种不同类型的刀具同时在数控机床的主轴上（刀盘上）轮换使用，可以达到自动换刀的目的。因此对“刀具”的含义应理解为“数控工具系统”。

数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式连接又可分为小转位和可转位两种；③特殊型式，如复介式刀具、减震式刀具等。目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。从切削工艺上可分为：车削刀具，分为外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。

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2、数控加工常用刀具的特点

与传统机床相比，数控加工刀具具有以下优点：刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振，热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。

二、数控加工刀具的选择及应考虑的因素

尽管数控加工刀具具有许多普通刀具不能比拟的优点，但只有在加工中合理的选用才能充分发挥其效能，而对种类繁多的刀具，内容复杂的刀具样本，许多操作者都觉得无从下手，不知道如何去选择，笔者经过这几年的教学积累以及和操作者、技术人员请教，觉得应考虑以下几个因素：

1、刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相匹配。例如，数控铣床或加工中心在生产零件时，平面零件周边轮廓的加工一般采用立铣刀；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；对立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。数控机床孔加工时，由于钻头的刚性和切削条件差，选用的钻头直径应满足L/D≤5（L为钻孔深度）。钻孔前先用中心钻定位，精绞前可选用浮动绞刀，镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头切削，以平衡镗削振动。在进行自由曲面加工时，为保证加工精度，切削行距一般取得很精密。由于球头刀具的端部切削速度为零，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，在不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。

2、合理安排刀具的排列顺序。在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工进行，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：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽量利用数控机床的自动换刀功能，提高生产效率等。另外，要注意刀具的互换性及快速换刀。在数控加工中心上，各种刀具别装在刀库上，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，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。

3、选择价格高质量更优的刀具。刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，所以一般情况下，应该选择价格高的刀具，选择好的刀

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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，则可以使整个加工成本大大降低。

4、在选择刀具的类型和规格时，还从几方面选择，比如生产性质、机床类型、数控加工方案、工件的尺寸及外形；加工表面粗糙度；加工精度；工件材料。

5、还要注意相适应度。数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足加工要求，刀具材料应与工件材料相适应；其次切削性能好、精度高、可靠性高、耐用度高、断屑及排屑性能好。 三、结语

总之，加工中心机床刀具是一个较为复杂的系统，要在人机交互状态下如何根据实际情况进行正确的选用，是编程人员必须掌握的。只有对加工中心刀具结构和选用有充分的了解和认识，才能在实际工作中灵活运用，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。 参考文献

[1] 杜红文.加工中心刀具选择与应用[J].上海电机技术高等专科学校校报，2004.（1）：7. [2] 凡进军，刘让贤，郭紫贵.数控加工中刀具的合理选择[J].现代制造技术与设备，2007，（4）：54.