数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类.docx

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数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类

数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。

模块化刀具是发展方向。

发展模块化刀具的主要优点：

减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。

事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。

（1）从结构上可分为①整体式②镶嵌式可分为焊接式和机夹式。

机夹式根据刀体结构不同，分为可转位和不转位；③减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具；④内冷式切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部；⑤特殊型式如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。

（2）从制造所采用的材料上可分为①高速钢刀具高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。

高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。

②硬质合金刀具硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。

硬质合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。

硬质合金刀片按国际标准分为三大类：

P类，M类，K类。

P类——适于加工钢、长屑可锻铸铁（相当于我国的YT类）M类——适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等（相当于我国的YW类）M-S类——适于加工耐热合金和钛合金K类——适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于我国的YG类）K-N类——适于加工铝、非铁合金K-H类——适于加工淬硬材料③陶瓷刀具④立方氮化硼刀具⑤金刚石刀具

回答人的补充2009-04-2810:

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（3）从切削工艺上可分为①车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断等。

数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。

机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。

数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。

机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。

常规车削刀具为长条形方刀体或圆柱刀杆。

方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定。

圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定。

它们与机床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的。

在模块化车削工具系统中，刀盘的联接以齿条式柄体联接为多，而刀头与刀体的联接是“插入快换式系统”。

它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削，也适用于车削中心的自动换刀系统。

数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：

圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。

②钻削刀具分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等。

钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数控镗铣床和加工中心。

因此它的结构和联接形式有多种。

有直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹联接、模块式联接（圆锥或圆柱联接）等多种。

③镗削刀具分粗镗、精镗等刀具。

镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄、模块式镗刀柄和镗头类。

从加工工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀。

④铣削刀具分面铣、立铣、三面刃铣等刀具。

●面铣刀（也叫端铣刀）面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。

面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。

●立铣刀立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。

立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。

结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。

●模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。

它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。

铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。

●键槽铣刀●鼓形铣刀●成形铣刀回答人的补充2009-04-2810:

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（4）特殊型刀具特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。

2．数控加工刀具的特点为了达到高效、多能、快换、经济的目的，数控加工刀具与普通金属切削刀具相比应具有以下特点：

●刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。

●刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。

●刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。

●刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。

●刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。

●刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。

●刀柄或工具系统的装机重量有限度。

●刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。

●刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。

数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。

1、切屑形成机理

从力学的角度来看，根据简化了的模型，金属切屑的形成过程与用刀具把一叠卡片1、2、3、4、……等推到1、2、3、4、……等位置的情形相似，卡片之间相互滑移即表示金属切削区域的剪切变形经过这种变形以后，切屑从刀具前面上流过时又在刀、屑界面处产生进一步的摩擦变形。

通常，切屑的厚度比切削厚度大，而切屑的长度比切削长度短，这种现象就叫切屑变形。

金属被刀具前面所挤压而产生的剪切变形是金属切削过程的特征。

由于工件材料刀具和切削条件不同，切屑的变形程度也不同，因此可以得到各种类型的切屑。

切屑的形成过程是被切削层金属受到刀具前面的挤压作用，迫使其产生弹性变形，当剪切应力达到金属材料屈服强度时，产生塑性变形。

随着刀具前刀面相对工件的继续推挤，与切削刃接触的材料发生断裂而使切削层材料变为切屑。

切屑的变形和形成过程实际上经历了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段。

切屑2、切屑的类型

（1）带状切屑

外形特征：

它的内表面是光滑的，外表面是毛茸茸的。

形成条件：

用大前角的刀具、较高的切削速度和较小的进给量切削塑性材料。

优点：

切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。

缺点：

切屑连续不断，不太安全或可能擦伤已加工表面，因此要采取断屑措施。

（2）挤裂（节状）切屑

外形特征：

刀屑接触面有裂纹，外表面是锯齿形。

形成条件：

采用较低的切削速度和较大的进给量，刀具前角较小,粗加工中等硬度的钢材料特点：

切削力波动较大，工件表面较粗糙。

（3）崩碎切屑：

在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，切削层金属发生弹性变形以后，一般不经过塑性变形就突然崩落，形成不规则的碎块状屑片，即为崩碎切屑。

当刀具前角小、进给量大时易产生这种切屑，产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀具易崩刃、刀尖易磨损，并容易产生振动，影响表面质量。

积屑瘤3、积屑瘤

在用低、中速连续切削一般钢材或其他塑性材料时，切屑同刀具前面之间存在着摩擦，如果切屑上紧靠刀具前面的薄层在较高压强和温度的作用下，同切屑基体分离而粘结在刀具前面上，再经层层重叠粘结，在刀尖附近往往会堆积成一块经过剧烈变形的楔状切屑材料，叫做积屑瘤。

积屑瘤的硬度较基体材料高一倍以上，实际上可代替刀刃切削。

积屑瘤的底部较稳定，顶部同工件和切屑没有明显的分界线，容易破碎和脱落，一部分随切屑带走，一部分残留在加工表面上，从而使工件变得粗糙。

所以在精加工时一定要设法避免或抑制积屑瘤的形成。

积屑瘤的产生、成长和脱落是一个周期性的动态过程（据测定它的脱落频率为30～170次／秒），它使刀具的实际前角和切削深度也随之发生变化，引起切削力波动，影响加工稳定性。

在一般情况下，当切削速度很低或很高时，因没有产生积屑瘤的必要条件（较大的切屑与刀具前面间的摩擦力和一定的温度），不产生积屑瘤。

4、抑制或消除积屑瘤的措施

（1）采用低速或高速切削，由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的，以切削45钢为例，在低速vc＜3m/min和较高速度vc≥60m/min范围内，摩擦系数都较小，故不易形成积屑瘤；

（2）采用高润滑性的切削液，使摩擦和粘结减少；

（3）适当减少进给量、增大刀具前角、减小切削变形；

（4）适当的热处理来提高工件材料的硬度、降低塑性、减小加工硬化倾向。

金属切削-技术要点

切削力切削力

切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，这些力组成合力F，在外圆车削时，一般将这个切削合力F分解成三个互相垂直的分力：

切向力F──它在切削速度方向上垂直于刀具基面，常称主切削力；径向力F──在平行于基面的平面内，与进给方向垂直，又称推力；轴向力F──在平行于基面的平面内，与进给方向平行，又称进给力。

一般情况下，由于刀具的几何参数刃磨质量和磨损情况的不同和切削条件的改变，F对F的比值在很大的范围内变化。

切削过程中实际切削力的大小，可以利用测力仪测出。

测力仪的种类很多，较常用的是电阻丝式和压电晶体式测力仪。

测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小。

切削热

切削金属时，由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。

使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出，其中切屑带走的热量最大，传向刀具的热量虽小，但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。

切削温度

切削过程中切削区各处的温度是不同的，形成一个温度场切屑和工件的温度分布，这个温度场影响切屑变形、积屑瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀具的磨损等，还影响切削速度的提高。

一般说来，切削区的金属经过剪切变形以后成为切屑,随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦，所以温度场中温度分布的最高点不是在正压力最大的刃口处，而是在前面上距刃口一段距离的地方。

切削区的温度分布情况，须用人工热电偶法或红外测温法等测出。

用自然热电偶法测出的温度仅是切削区的平均温度。

刀具磨损

具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的综合结果。

刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带、缺口和崩刃等，前面上常出现的月牙洼状的磨损，副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等。

当这些磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效，不能继续使用。

刀具逐渐磨损的因素，通常有磨料磨损、粘着磨损、扩散磨损、氧化磨损、热裂磨损和塑性变形等。

在不同的切削条件下，尤其是在不同切削速度的条件下，刀具受上述一种或几种磨损机理的作用。

例如，在较低切削速度下，刀具一般都因磨料磨损或粘着磨损而破损；在较高速度下，容易产生扩散磨损、氧化磨损和塑性变形。

刀具刀具寿命

刀具由开始切削达到刀具寿命判据以前所经过的切削时间叫做刀具寿命（曾称刀具耐用度），刀具寿命判据一般采用刀具磨损量的某个预定值，也可以把某一现象的出现作为判据，如振动激化、加工表面粗糙度恶化，断屑不良和崩刃等。

达到刀具寿命后，应将刀具重磨、转位或废弃。

刀具在废弃前的各次刀具寿命之和称为刀具总寿命。

生产中常根据加工条件按最低生产成本或最高生产率的原则，来确定刀具寿命和拟定工时定额。

切削加工性

指零件被切削加工成合格品的难易程度。

它根据具体加工对象和要求，可用刀具寿命的长短、加工表面质量的好坏、金属切除率的高低、切削功率的大小和断屑的难易程度等作为判据。

在生产和实验研究中，常以作为某种材料的切削加工性的指标，它的含义是：

当刀具寿命为分钟时，切削该材料所允许的切削速度。

越高，表示加工性越好，一般取60、30、20或10分钟。

加工表面质量

通常包括表面粗糙度加工硬化残余应力、表面裂纹和金相显微组织变化等。

切削加工中影响加工表面质量的因素很多，例如刀具的刀尖圆弧半径进给量和积屑瘤等是影响表面粗糙度的主要因素，刀具的刃口钝圆半径和磨损及切削条件是影响加工硬化和残余应力的主要因素。

因此，生产中常通过改变刀具的几何形状和选择合理的切削条件来提高加工表面质量。

切削振动

切削过程中，刀具与工件之间经常会产生自由振动、强迫振动或自激振动（颤振）等类型的机械振动。

自由振动是由机床零部件受到某些突然冲击所引起，它会逐渐衰减。

强迫振动是由机床内部或外部持续的交变干扰力（如不平衡的机床运动件、断续切削等）所引起，它对切削产生的影响取决于干扰力的大小及其频率。

自激振动是由于刀具与工件之间受到突然干扰力（如切削中遇到硬点）而引起初始振动，使刀具前角、后角和切削速度等发生变化，以及产生振型耦合等，并从稳态作用的能源中获得周期性作用的能源，促进并维持振动。

通常，根据切削条件可能产生各种原生型自激振动，从而在加工表面上留下的振纹，又会产生更为常见的再生型自激振动。

上述各种振动通常都会影响加刀表面质量，降低机床和刀具的寿命，降低生产率，并引起噪声，极为有害，必须设法消除或减轻。

切屑控制

指控制切屑的形状和长短。

通过控制切屑的卷曲半径和排出方向，使切屑碰撞到工件或刀具上，而使切屑的卷曲半径被迫加大，促使切屑中的应力也逐渐增加，直至折断切屑的卷曲半径可以通过改变切屑的厚度、在刀具前面上磨制卷屑槽或断屑台来控制，其排出方向则主要靠选择合理的主偏角和刃倾角来控制。

现代人们已能用两位或三位数字编码的方式来表示各种切屑的形状，通常认为短弧形切屑是合理的断屑形状。

切削液切削液

也称冷却润滑液，用于减少切削过程中的摩擦和降低切削温度，以提高刀具寿命、加工质量和生产效率。

常用的切削液有切削油、乳化液和化学切削液3类。

金属切削-生产应用

金属切削在设计和使用机床和刀具时，需要应用切削原理中有关切削力、切削温度和刀具切削性能方面的数据。

例如，在确定机床主轴的最大扭矩和刚性等基本参数时，要应用切削力的数据，在发展高切削性能的新材料时，需掌握刀具磨损和破损的规律，在切削加工中分析热变形对加工精度的影响时，要研究切削温度及其分布；在自动生产线和数字控制机床上，为了使机床能正常地稳定工作，甚至实现无人化操作，更要应用有关切屑形成及其控制方面的研究成果，并在加工中实现刀具磨损的自动补偿和刀具破损的自动报警。

为此，各国研制了品种繁多的在线检测刀具磨损和破损的传感器，其中大多数是利用切削力或扭矩、切削温度、刀具磨损作为传感信号。

此外，为了充分利用机床，提高加工经济性和发展计算机辅助制造（CAM），常需要应用切削条件、刀具几何形状和刀具寿命等的优化数据。

因此，金属切削原理这门学科在生产中的应用日益广泛，各国都通过切削试验或现场采集积累了大量的切削数据，并用数学模型来表述刀具寿命、切削力、功率和加工表面粗糙度等同切削条件之间的关系，然后存入计算机，建立金属切削数据库或编制成切削数据手册，供用户查用。

金属切削-通用操作规程

操作安全一、操作者必须经过考试合格，持有本机床的《设备操作证》方可操作本机床。

二、工作前认真作到：

1、仔细阅读交接班记录，了解上一班机床的运转情况和存在问题。

2、检查机床、工作台、导轨以及各主要滑动面，如有障碍物、工具、铁屑、杂质等，必须清理、擦拭干净、上油。

3、检查工作台，导轨及主要滑动面有无新的拉、研、碰伤，如有应通知班组长或设备员一起查看，并作好记录。

4、检查安全防护、制动（止动）、限位和换向等装置应齐全完好。

5、检查机械、液压、气动等操作手柄、伐门、开关等应处于非工作的位置上。

6、检查各刀架应处于非工作位置。

7、检查电器配电箱应关闭牢靠，电气接地良好。

8、检查润滑系统储油部位的油量应符合规定，封闭良好。

油标、油窗、油杯、油嘴、油线、油毡、油管和分油器等应齐全完好，安装正确。

按润滑指示图表规定作人工加油或机动（手位）泵打油，查看油窗是否来油。

9、停车一个班以上的机床，应按说明书规定及液体静压装置使用规定（详见附录Ⅰ）的开车程序和要求作空动转试车3~5分钟。

检查：

①操纵手柄、伐门、开关等是否灵活、准确、可靠。

②安全防护、制动（止动）、联锁、夹紧机构等装置是否起作用。

③校对机构运动是否有足够行程，调正并固定限位、定程挡铁和换向碰块等。

④由机动泵或手拉泵润滑部位是否有油，润滑是否良好。

⑤机械、液压、静压、气动、靠模、仿形等装置的动作、工作循环、温升、声音等是否正常。

压力（液压、气压）是否符合规定。

确认一切正常后，方可开始工作。

凡连班交接班的设备，交接班人应一起按上述（9条）规定进行检查，待交接班清楚后，交班人方可离去。

凡隔班接班的设备，如发现上一班有严重违犯操作规程现象，必须通知班组长或设备员一起查看，并作好记录，否则按本班违犯操作规程处理。

在设备检修或调整之后，也必须按上述（9条）规定详细检查设备，认为一切无误后方可开始工作。

三、工作中认真作到：

1、坚守岗位，精心操作，不做与工作无关的事。

因事离开机床时要停车，关闭电源、气源。

2、按工艺规定进行加工。

不准任意加大进刀量、磨削量和切（磨）削速度。

不准超规范、超负荷、超重量使用机床。

不准精机粗用和大机小用。

3、刀具、工件应装夹正确、紧固牢靠。

装卸时不得碰伤机床。

找正刀具、工件不准重锤敲打。

不准用加长搬手柄增加力矩的方法紧固刀具、工件。

4、不准在机床主轴锥孔、尾座套筒锥孔及其他工具安装孔内，安装与其锥度或孔径不符、表面有刻痕和不清洁的顶针、刀具、刀套等。

5、传动及进给机构的机械变速、刀具与工件的装夹、调正以及工件的工序间的人工测量等均应在切削、磨削终止，刀具、磨具退离工件后停车进行。

6、应保持刀具、磨具的锋利，如变钝或崩裂应及时磨锋或更换。

7、切削、磨削中，刀具、磨具未离开工件，不准停车。

8、不准擅自拆卸机床上的安全防护装置，缺少安全防护装置的机床不准工作。

9、液压系统除节流伐外其他液压伐不准私自调整。

10、机床上特别是导轨面和工作台面，不准直接放置工具，工件及其他杂物。

11、经常清除机床上的铁屑、油污，保持导轨面、滑动面、转动面、定位基准面和工作台面清洁。

12、密切注意机床运转情况，润滑情况，如发现动作失灵、震动、发热、爬行、噪音、异味、碰伤等异常现象，应立即停车检查，排除故障后，方可继续工作。

13、机床发生事故时应立即按总停按钮，保持事故现场，报告有关部门分析处理。

14、不准在机床上焊接和补焊工件。

四、工作后认真作到：

1、将机械、液压、气动等操作手柄、伐门、开关等板到非工作位置上。

2、停止机床运转，切断电源、气源。

3、清除铁屑，清扫工作现场，认真擦净机床。

导轨面、转动及滑动面、定位基准面、工作台面等处加油保养。

4、认真将班中发现的机床问题，填到交接班记录本上，做好交班工作。