2.2 数控刀具

数控机床必须有与其相适应的切削刀具配合，才能充分发挥作用。刀具尤其是刀片的选择是保证加工质量，提高加工效率的重要环节。

下面介绍一些数控刀具的基本知识，以此来了解数控刀具的种类及特点，以及如何正确选择和使用数控加工刀具。

2.2.1 数控刀具系统

随着数控机床功能、结构的发展，数控机床上所使用的数控刀具已经不是普通机床“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上轮换使用，来达到自动换刀和快速换刀的目的。因此对“数控刀具”的含义应该理解为“数控刀具系统”。

数控刀具系统除了包括机床的自动换刀机构外，为了保证刀具的可互换性，还必须有刀柄和工具系统（刀杆、刀片或通用刀具）。如图 2-8 所示为常见的转盘式自动换刀系统。

刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具，是数控铣床、加工中心必备的辅具。它的作用如下：

● 准确地安装各种刀具；

● 满足在机床主轴上的自动松开和拉紧定位；

● 在刀库中的存储识别；

● 机械手的夹持。

刀柄的选用要和机床的主轴孔相对应。刀柄已经标准化和系列化。数控铣床和加工中心上的刀柄一般采用 7∶24 圆锥刀柄。

2.2.2 数控刀具的种类

数控刀具主要是指数控车床、数控铣床及加工中心上使用的刀具。数控刀具在国外发展很快，品种很多，已形成系列。在我国，由于对数控刀具的研究开发起步较晚，数控刀具成了工具行业中最薄弱的一个环节。数控刀具的落后已经成为影响我国国产和进口数控机床充分发挥作用的主要障碍。数控机床（包括加工中心）除数控磨床和数控电加工机床之外，其他的数控机床都必须采用数控刀具。数控刀具的分类方法很多，下面介绍几种常用的分类方法。

1．按结构来分

按刀具的结构形式可分为整体式、镶嵌式、内冷式、减振式和机夹可转位式（数控机床广泛使用），如图 2-9 所示。

2．按刀具的材料来分

数控刀具按材料可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、聚晶金刚石刀具、陶瓷刀具和涂层刀具，如图 2-10 所示。

3．按工艺来分

按所使用机床的类型和被加工表面特征可分为车刀、铣刀、镗刀和孔加工刀具等。如图2-11 所示为数控刀具按加工工艺来分的刀具种类图。

如图 2-12 所示为按加工工艺来分的 4 种刀具。

2.2.3 数控刀具的特点

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两种。数控刀具具有以下特点：

● 数控车床能兼做粗精车削，因此粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、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；

● 为减少换刀时间和方便对刀，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。

2.2.4 数控刀具的材料

刀具的材料是指切削部分的材料。刀具材料的性能必须满足：硬度、强度和韧性、耐磨性、耐热性等条件，同时要考虑经济性。

数控刀具的选择：根据零件的材料种类、硬度，以及加工表面粗糙度要求和加工余量的已知条件，来决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进给量、切削速度和刀片牌号。

如图 2-13 所示为数控刀具的常用材料结构表。

2.2.5 数控加工刀具的选择原则

选择刀具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，以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：适用、安全、经济。

1．适用

所选择的刀具能达到加工的目的，完成材料的去除，并达到预定的加工精度。如粗加工时选择有足够大并有足够切削能力的刀具能快速去除材料。而在精加工时，为了能把结构形状全部加工出来，要使用较小的刀具，加工到每一个角落。

2．安全

在有效去除材料的同时，不会产生刀具的碰撞、折断等。要保证刀具及刀柄不会与工件相碰撞或者挤擦，造成刀具或工件的损坏。如加长的直径很小的刀具切削硬质的材料时，很容易折断，选用时一定要慎重。

3．经济

以最小的成本完成加工。在同样可以完成加工的情况下，选择相对综合成本较低的方案，而不是选择最便宜的刀具。刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大。大多数情况下，选择好的刀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，则可以使总体成本可能比使用普通刀具更低，产生更好的效益。如进行钢材切削时，选用高速钢刀具，其进给只能达到 100mm/min，而采用同样大小的硬质合金刀具，进给可以达到 500mm/min以上，可以大幅缩短加工时间，虽然刀具价格较高，但总体成本反而更低。

2.2.6 数控刀具的选择注意事项

数控加工时选择刀具应注意以下几点：

● 刀具尺寸。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸，还需要考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内。

● 刀具形状的选择应符合铣削面。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选端铣刀或面铣刀；加工凸台、凹槽时，应选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些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。如图 2-14~k所示为常见的符合铣削面的铣刀刀具。

● 选择刀具应符合精度要求。平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀，可转为面铣刀。一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。选好每次走刀的宽度和铣刀的直径，使接痕不影响精铣精度。加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些。精加工时，铣刀直径要选大些，最好能够包容加工面的整个宽度。表面要求高时，还可以选择使用具有修光效果的刀片。

注意

在实际工作中，平面的精加工，一般用可转位密齿面铣刀，可以达到理想的表面加工质量，甚至可以实现以铣代磨，如图 2-15 所示。

● 选择刀具时应考虑减少残留高度。加工空间曲面和变斜角轮廓外形时，由于球头刀具的球面端部切削速度为零，而且在走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工去除的部分。每两行刀位之间的距离越大，没有被加工去除的部分就越多，其残余高度就越高，加工出来的表面与理论表面的误差就越大，表面质量也就越差。加工精度要求越高，走刀步长和切削行距越小，编程效率越低。

● 刀具的选择应符合强度加工。镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面，如图 2-16 所示。

● 为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时应采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿（或称直径补偿）功能对槽的两边进行铣加工。

注意

对于要求较高的细小部位的加工，可使用整体式硬质合金刀，它可以取得较高的加工精度，但是注意刀具悬升不能太大，否则刀具不但让刀量大，易磨损，而且会有折断的危险。 EwEE6F/ULTwHdEY0GnkHmFoEYnZJvJx0DJMqcQd0PNpqRoST4PleX4vuvIfsNGgE