数控车床类刀具知识一.docx
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数控车床类刀具知识一
数控车床类刀具知识——
（一）
（1）刀具材料性能 刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。
因此，在机械加工过程中，不但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。
切削时，刀具在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切削断续表面时，刀具还将受到冲击，产生振动。
为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。
①硬度和耐磨性。
刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度，一般情况下，要求其常温硬度在60HRC以上。
通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。
耐磨性还取决于材料的化学成分、显微组织。
刀具材料组织中硬质点的硬度越高，数量越多，晶粒越细，分布越均匀，则耐磨性越好。
此外，刀具材料对工件材料的抗黏附能力越强，耐磨性也越好。
②强度和韧性。
由于切削力、冲击和振动等作用，数控车床刀具材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，以避免刀具材料在切削过程中产生断裂和崩刃。
③耐热性与化学稳定性。
耐热性是指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
耐热性越好，则允许的切削速度越高，同时抵抗切削刃塑性变形的能力也越强。
化学稳定性是指刀具材料在高温下不易和工件材料、周围介质发生化学反应的能力。
化学稳定性越好，刀具的磨损越慢。
除此之外，刀具材料还应具有良好的工艺性和经济性。
如工具钢淬火变形要小加工中心，脱碳层要浅及淬透性要好；热轧成形刀具应具有较好的高温塑性等。
（2）常用刀具材料
①高速钢。
高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性，切削温度达500～650~C时仍能进行切削，有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性。
其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、数控车床拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。
高速钢的品种繁多；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢；按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
a．普通高速钢。
国内外使用最多的普通高速钢是W6M05Cr4V2（M2钼系）及W18Cr4V（W18钨系）钢，含碳量为0．?
％～0．9％，硬度63～66HRC，不适于高速和硬材料切削。
新牌号的普通高速钢W6M03Cr4V（W9）是根据我国资源情况研制的含钨量较多、含钼量较少的钨钼钢。
其硬度为65～66．5HRC，有较好硬度和韧性的配合，热塑性、热稳定性都较好，焊接性能、磨削加工性能都较高，磨削效率比M2高20％，表面粗糙度值也小。
b．高性能高速钢指在普通高速钢中加入一些合金，如Co、A1等，使其耐热性、耐磨性又有进一步提高，热稳定性高。
但综合性能不如普通高速钢，数控车床不同牌号只有在各自规定的切削条件下，加工中心才能达到良好的加工效果。
我国正努力提高高性能高速钢的应用水平，如发展低钴高碳钢W12M03Cr4V3CoSSi、含铝的超硬高速钢W6MoSCr4V2A!
、W10M04Cr4V3A1，提高韧性、热塑性、导热性，其硬度达67～69HRC，可用于制造出口钻头、铰刀、铣刀等。
c．粉末冶金高速钢。
可以避免熔炼法炼钢时产生的碳化物偏析。
其强度、韧性比熔炼钢有很大提高。
可用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难加工材料。
用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别制造是切削时受冲击载荷的刀具效果更好。
②硬质合金。
硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC等）粉末，以钴（C。
）为黏结剂，用粉末冶金方法制成的。
硬质合金的硬度、耐磨性、数控车床耐热性都很高，硬度可达89—93HRA，在800～1000~C还能承担切削，耐用度较高速钢高十几倍，允许采用的切削速度达100～300m／miD_，甚至更高，约为高速钢刀具的4—10倍，并能切削一般工具钢刀具不能切削的材料（如淬火钢、玻璃、大理石等）。
但其抗弯强度较高速钢低，仅为0．9—1．5GPa；冲击韧度差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。
硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料，如车刀、加工中心端铣刀以至深孔钻等。
它制成各种形式的刀片，然后用机械夹紧或用钎焊方式固定在刀具的切削部位上。
常用的硬质合金牌号按其金属碳化物的不同分为三类：
钨钴类（国家标准代号为YG，数控车床ISO标准代号为K）；
钨钛钴类（国家标准代号为YT，IS（）标准代号为P）；
钨钛钽（铌）类（国家标准代号为YW，ISO标准代号为M）。
常用硬质合金刀片牌号性能及用途。
按不同加工对象所排出的切屑形状又可分为：
P类——适于加工长切屑的黑色金属（钢），以蓝色为标志；
M类——适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属，以黄色为标志；
K类——适于加工短切屑的黑色金属（铸铁）、有金属及非金属材料，以红色为标志。
③其他刀具材料。
a．涂层刀具。
涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体或高速钢刀具基体上，加工中心涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属化合物而获得的。
常用的涂层材料有TiC、TiN等。
b．陶瓷。
陶瓷分纯A1：
（），陶瓷及A12（）：
—TiC混合陶瓷两种，它们有很高的硬度（91～95HRA）和耐磨性；有很高的耐热性，在1200~C以上还能进行切削；切削速度比硬质合金高2～5倍；但其脆性大，抗弯强度低，冲击韧度差，易崩刃，使其使用范围受到限制。
c．金刚石。
金刚石与立方氮化硼称为超硬刀具。
金刚石是碳的同素异形体，是目前最硬的物质，显微硬度可达10000HV。
d．立方氮化硼。
立数控车床方氮化硼（CBN）是由六方氮化硼（白石墨）在高温高压下转化而成的，是20世纪?
o年代发展起来的新型刀具材料。
其主要优点如下：
有很高的硬度（8000～9000HV）及耐磨性，仅次于金刚石；加工中心有比金刚石高得多的热稳定性，1400~C时不发生氧化，与大多数金属、铁系材料都不起化学作用，因此能高速切削高硬度的钢铁材料及耐热合金，刀具的黏结与扩散磨损较小；有较好的导热性，与钢的摩擦因数较小；抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间。
数控车床类刀具知识——
（二）
关键字：
（3）刀具失效形式 刀具在切削过程中将逐渐产生磨损。
当刀具磨损量达到一定程度时，可以明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，数控车床甚至产生振动。
同时，工件尺寸可能会超出公差范围，机床电器已加工表面质量也明显恶化。
此时，必须对刀具进行重磨或更换新刀。
打时刀具也可能在切削过程中会突然损坏而失效，造成刀具破损。
刀具的磨损、破损及其使用寿命（也称耐用度）关系到切削加工的效率、质量和成本，因此它是切削加工中极为重要的问题之一。
①刀具磨损的方式。
a．前刀面磨损（月牙洼磨损）。
在切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑性金属，当刀具的耐热性和耐磨性稍有不足时，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。
在前刀面上相应于产生月牙洼的地方，其切削温度最高，因此磨损也最大，从而形成一个凹窝（月牙洼）。
月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。
在磨损的过程中，月牙洼宽度逐渐扩展。
当月牙洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。
月牙洼磨损量以其深度KT表示。
b．后刀面磨损。
由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式叫做后刀面磨损。
在切削速度较低、数控车床切削厚度较小的情况下切削塑性金属以及加工脆性金属时，一般不产生月牙洼磨损，但都存在着后刀面磨损。
c．前刀面和后刀面同时磨损。
机床电器这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。
在切削塑性金属时，经常会发生这种磨损。
②刀具磨损的原因。
为了减小和控制刀具的磨损，为了研制新的刀具材料，必须研究刀具磨损的原因和本质。
切削过程中的刀具磨损具有下列特点：
刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度；接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000~C，对于高速钢刀具可达300～600~C。
在上述条件下工作，刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用的综合结果，可以产生磨料磨损、冷焊磨损（有的文献称为黏结磨损）、扩散磨损和氧化磨损等。
a．磨料磨损。
切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其结构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，机床电器能在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。
数控车床硬质点有碳化物（如Fe3C、TiC、VC等）、氮化物（如TiN、Si：
N+等）、氧化物（如SiOz、Alz（），等）和金属间化合物。
磨料磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具（如拉刀、板牙等），磨料磨损是磨损的主要原因。
这是因为低速切削时，切削温度比较低，由于其他原因产生的磨损尚不显著，因而不是主要的。
高速钢刀具的硬度和耐磨性低于硬质合金、陶瓷等，故其磨料磨损所占的比重较大。
b．冷焊磨损。
切削时切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。
由于摩擦副之间有相对运动，冷焊结产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。
一般说来，工件材料或切屑的硬度较刀具材料的硬度为低，冷焊结的破裂往往发生在工件或切屑这一方。
但由于交变应力、接触疲劳、热应力以及刀具表层结构缺陷等原因，数控车床冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一方，机床电器这时，刀具材料的颗粒被切屑或工件带走，从而造成刀具磨损。
冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。
研究表明：
脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强。
在高速钢刀具正常工作的切削速度和硬质合金刀具偏低的切削速度下，正好满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。
提高切削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。
c．扩散磨损。
扩散磨损在高温下产生。
切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了材料原来的成分与结构，使刀具表层变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。
硬质合金中，钛元素的扩散率远低于钴、数控车床钨，TiC又不易分解，故在切钢时YT类合金的抗扩散磨损能力优于YG类合金。
TiC基、丁i（C，N）基合金和涂层合金（涂覆TiC或TiN）则更佳；机床电器硬质合金中添加钽、铌后形成固镕体（W，丁i，Ta，Nb）C，也不易扩散，从而提高了刀具的耐磨性。
扩散磨损往往与冷焊磨损、磨料磨损同时产生，此时磨损率很高。
前刀面上离切削刃有一定距离处的温度最高；该处的扩散作用最强烈；于是在该处形成月牙洼。
高速钢刀具的工作温度较低，与切屑、工件之间的扩散作用进行得比较缓慢，故其扩散磨损所占的比重远小于硬质合金刀具。
d．氧化磨损。
当切削温度达700～800~C时，空气中的氧便与硬质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物（如C030+、CoO、W03、Ti02等）数控车床被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损。
巳热电磨损。
工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触区产生热电势，机床电器这种热电势有促进扩散的作用而加速刀具磨损。
这种在热电势的作用下产生的扩散磨损，称为热电磨损。
总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损原因和磨损强度是不同的。
对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。
数控车床高温时扩散和氧化磨损强度高；在中低温时，机床电器冷焊磨损占主导地位；磨料磨损则在不同的切削温度下都存在。
数控车床类刀具知识——（三）
日期：
2010年01月19 来源：
沈阳第一机床厂 关键字：
数控车床
③刀具磨损过程及磨钝标准。
刀具磨损到一定程度就不能继续使用，否则将降低工件的尺寸精度和已加工表面质量，同时也要增加刀具的消耗和加工成本。
数控车床那么，刀具磨损到什么程度就不能使用呢?
这需要制定一个磨钝标准。
a．刀具磨损过程。
后刀面磨损量VB随切削时间‘的延长而增大。
沈阳第一机床厂典型的刀具磨损曲线，其磨损过程分三个阶段。
初期磨损阶段：
这一阶段磨损曲线的斜率较大。
由于刃磨后的新刀具，其后刀面与加工表面间的实际接触面积很小，压强很大，故磨损很快。
新刃磨后的刀面上的微观粗糙度也加速了磨损。
初期磨损量的大小与刀具刃磨质量有很大关系，通常在VB＝o．05～o．1mm之间。
数控车床经过研磨的刀具，其初期磨损量小，而且要耐用得多。
正常磨损阶段：
经过初期磨损，后刀面上被磨出一条狭窄的棱面，压强减小，故磨损量的增加也缓慢下来，并且比较稳定，这就是正常磨损阶段，沈阳第一机床厂也是刀具工作的有效阶段。
这一阶段中磨损曲线基本上是一条向上的斜线，其斜率代表刀具正常工作时的磨损强度。
磨损强度是比较刀具切削性能的重要指标之一。
剧烈磨损阶段：
刀具经过正常磨损阶段后，切削刃显著变钝，切削力增大，切削温度升高，这时刀具的磨损情况发生了质的变化而进入剧烈磨损阶段。
这一阶段的磨损曲线斜率很大，即磨损强度很大。
此时刀具如继续工作，则不但不能保证加工质量，而且刀具材料消耗多，数控车床经济上是不合算的。
故应当使刀具避免发生剧烈磨损。
观测前刀面磨损量（月牙洼深度KT），其磨损曲线也可出现类似上述三个磨损阶段。
b．刀具的磨钝标准。
刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此必须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，这就是刀具的磨钝标准。
一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工精度和切削力的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量比较容易测量，因此在刀具管理和金属切削的科学研究中多按后刀面磨损尺寸来制定磨钝标准。
通常所谓磨钝标准是指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值，沈阳第一机床厂以VB表示。
制定磨钝标准需考虑被加工对数控车床象的特点和加工条件的具体情况。
工艺系统的刚性较差时应规定较小的磨钝标准。
后刀面磨损后，切削温度升高。
加工不同的工件材料，切削温度的升高也不相同。
在相同的切削条件下，加工合金钢的切削温度高于碳素钢，加工高温合金及不锈钢的切削温度又高于一般合金钢。
在切削难加工材料时，一般应选用较小的磨钝标准；加工一般材料，磨钝标准可以大一些。
加工精度及表面质量要求较高时，数控车床应当减小磨钝标准，沈阳第一机床厂以确保加工质量。
例如在精车时，应控制VB在0．1—0．3mm的范围内。
c．刀具耐用度。
刀具耐用度的定义：
刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具耐用度，以丁表示。
它是指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。
刀具耐用度是很重要的数据。
在同一条件下切削同一工件材料时，可以用刀具耐用度来比较不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各种工件材料，数控车床又可以用刀具耐用度来比较工件材料的切削加工性；也可以用刀具耐用度来判断刀具几何参数是否合理。
工件材料、刀具材料的性能对刀具耐用度影响最大。
在切削用量中，影响刀具耐用度最主要的因素是切削速度，其次是进给量、切削深度。
此外，刀具几何参数对刀具耐用度也有重要影响。
切削速度与刀具耐用度的关系：
切削速度与刀具耐用度的关系是用实验方法求得的。
实验表明切削速度对使用寿命的影响小，即刀具的切削性能较好。
进给量、切削深度与刀具耐用度的关系：
切削速度对刀具使用寿命的影响最大，沈阳第一机床厂其次是进给量，切削深度影响最小。
所以在优选切削用量以提高生产率时，数控车床其选择先后顺序应为：
首先尽量选用大的切削深度d，，然后根据加工条件和加工要求选取允许的最大进给量／，最后才在刀具使用寿命或机床功率所允许的情况下选取最大的切削速度wc。
数控车床类刀具知识——（四）
日期：
2010年01月19 来源：
沈阳第一机床厂 关键字：
数控车床
（4）数控镗铣类刀具选择 镗铣类数控机床按加工方式不同可分为钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具、螺纹加工刀具、铰削刀具等。
①钻削刀具。
数控车床钻削是镗铣类数控机床在实心材料上加工出孔的常见办法。
钻削还用于扩孑L、锪孑L。
钻头按结构分类有整体式、刀体焊接式、刀刃焊接式、可转位钻头；按柄部形状分类可分为直柄钻头、加工中心直柄扁尾钻头、（莫氏）锥柄钻头；按刃沟形状分类有右螺旋钻头、左螺旋钻头、直刃钻头；按刀体截面形状分类有内冷钻头、双刃带钻头、乎刃沟钻头；按长度分类有标准钻头、长型钻头、短型钻头；按用途分有中心钻、扩孔钻、锪钻、阶梯钻、导向钻等。
a．中心钻。
中心钻先在实心工件上加工出中心孔，起到定位和引导钻头的作用。
b．麻花钻。
麻花钻一般为高速钢材料，制造容易，价格低廉，应用广泛。
但标准麻花钻有许多缺点，如：
不利屑的卷曲、切削性能差、排屑性能差、磨损快。
c．修磨麻花钻。
针对标准麻花钻的缺点，可对其进行修磨，一般有以下几种方法：
修磨主切削刃；修磨横刃；修磨前刀面；修磨棱边；修磨分屑槽。
d．扩孔钻。
加工中心应用扩孔钻，加工效率高，质量好。
e．锪钻。
用于加工沉头孔和端面凸台等。
f．硬质合金可转位式钻头。
用于扩孔，数控车床也可加工实心孔，加工中心加工效率高、质量好。
g．加工中心用枪钻。
用于长径比在5以上的深孑Lh口工。
②镗削刀具。
分为单刃镗刀、双刃镗刀。
a．单刃镗刀。
单刃镗刀是把类似车刀的刀尖装在镗刀杆上而形成的。
刀尖在刀杆上的安装位置有两种：
刀头垂直镗杆轴线安装，适于加工通孔；刀头倾斜镗杆轴线安装，适于盲孔、台阶孔的加工。
b．双刃镗刀。
双刃镗刀常用的有定装式、机夹式和浮动式三种。
双刃镗刀的好处是径向力得到平衡，工件孑L径尺寸由镗刀尺寸保证。
浮动镗刀的刀块能在径向浮动，加工时消除了机床、刀具装夹误差及镗杆弯曲等误差，但不能矫正孔直线度误差和孑L的位置度误差。
③铣削刀具。
a．端铣刀。
端铣刀主要用于加工平面，数控车床但是主偏角为90‘的端铣刀还能用于加工浅台阶。
端铣刀一般做成可转位式。
b．立铣刀。
立铣刀使用灵活，有多种加工方式。
立铣刀按构成方式可分为整体式、焊接式和可转位式三种；按功能特点可分为通用立铣刀、键槽立铣刀、平面立铣刀、球头立铣刀、圆角立铣刀、多功能立铣刀、倒角立铣刀、T形槽立铣刀等。
c．盘形铣刀。
包括槽铣刀、两面刃铣刀、三面刃铣刀。
槽铣刀有一个主切削刃，用于加工浅槽。
两面刃铣刀有一个主切削 刃、一个副切削刃，可用于加工台阶。
三面刃铣刀有一个主切削刃、加工中心两个副切削刃，用于切槽及加工台阶。
锯片铣刀比槽铣刀更窄，用于切断、切窄槽。
d．成形铣刀。
为了提高效率，满足生产要求，有些零件可以采用成形铣刀进行铣削。
④铰削刀具。
铰刀主要用于孔的精加工及高精度孑L的半精加工。
圆柱铰刀比较常见，
但其加工性能不是很好，且无法加工有键槽的孔。
加工中心广泛应用带负刃倾角的铰刀和螺旋齿铰刀。
螺旋齿铰刀有两种，一种是普通螺旋齿铰刀，其刀齿有一定的螺旋角，切削平稳，能够加工带键槽的孔；另一种是螺旋推铰刀。
其特点是螺旋角很大，切削刃长，连续参加切削，数控车床所以切削过程平稳无振动，切屑呈发条状向前排出，避免了切屑擦伤已加工孑L壁。
⑤螺纹加工刀具。
加工中心一般使用丝锥作为螺纹加工刀具，丝锥加工螺纹的过程叫攻螺纹。
一般丝锥的容屑槽制成直的，也有的做成螺旋形。
螺旋形容屑槽排屑容易，切屑呈螺旋状。
加工右旋通孔螺纹时，选用左旋丝锥；加工右旋盲孔螺纹时，选用右旋丝锥。
⑥刀柄。
镗铣类数控机床使用的刀具种类繁多，而每种刀具都有特定的结构及使用方法，要想实现刀具在主轴上的固定，必须有一中间装置，该装置必须能够装夹刀具又能在主轴上准确定位。
装夹刀具的部分（直接与刀具接触的部分）叫工作头，而安装工作头又直接与主轴接触的标准定位部分就叫刀柄。
加工中心一般采用7；24锥柄，加工中心这是因为这种锥柄不自锁，并且与直柄相比有高的定心精度和刚性。
数控车床刀柄要配上拉钉才能固定在主轴锥孔上，刀柄与拉钉都已标准化，刀柄型号主要有30、40、45、50、60等，刀柄标志代号有JT、BT、ST等，其中JT表示以国际ISO7388、美国ANSIB5．50、德国DIN69871为标准，BT以日本MAS403BT为标准。
JT与BT相应型号的柄部锥度相同，大端直径相同，但锥度长度有所不同。
在JT类型中，ISO、ANSI、DIN各标准的锥柄、拉钉螺纹孑L尺寸相同，但机械手夹持部分不同，因此要根据不同机床选择相应的刀柄及拉钉。
a．ER弹簧夹头刀柄。
采用ER型卡簧、夹紧力不大，适用于夹持直径在sc6rflm以下的铣刀。
b．强力夹头刀柄。
其外
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