数控刀具知识

数控刀具的发展以及选购知识

时间:2011-02-22 09:37 来源:刀具回收作者:硬质合金点击:78次

今天要来给大家介绍的是数控刀具，相信一般的普通人对这个材料也都不陌生的，当然能真正了解的朋友还是很少的。不过我们深入的了解数控刀具这个产品对于我们来说还是有一定的好处的，那么我们今天就来给大家介绍一下数控刀具的发展过程以及我们应该怎么样才能买到自己需要的好数控刀具呢，在这里我们会一一给大家揭密。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，还包括磨具；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！

根据刀具结构可分为：

整体式：刀具为一体，由一个坯料制造而成，不分体.如白钢刀；

焊接式式：采用焊接方法连接，分刀头和刀杆.绝大部分硬质合金刀是采用焊

式；

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！

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：

高速钢刀具；

硬质合金刀具；

金刚石刀具；

其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。

从切削工艺上可分为

车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切断、切槽刀具等多种；

钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；

镗削刀具；

铣削刀具等。

刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三

世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。

然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。

那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，现在的数控刀具回收竞争的还比较激烈。许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。

在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。

刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。

按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。

各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。

刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。

带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。

刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。

刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。

刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。

在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。

制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。

通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。

聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。

硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和

热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。

由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。

刀具材料大致分如下几类：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金刚石。

这里主要提下陶瓷，陶瓷用于切削刀具的时间比硬质合金早，但由于其脆性，发展很慢。但自上世纪70年代以后，还是得到了比较快的发展。陶瓷刀具材料主要有两大系，即氧化铝系和氮化硅系。陶瓷作为刀具，具有成本低、硬度高、耐高温性能好等优点，有很好的前景。

国内数控刀具行业存在的不足

价格杀手

由于国际金融危机的影响，台湾的刀具行业亏损面达80%以上。由此，他们开始以低价大力冲击内地数控刀具市场，有的刀具售价甚至低于国产数控刀具售价；以微利和低成本战略打拼挤占市场，被称为数控刀具市场的价格杀手。

信任危机

由于长期依赖进口，国内数控刀具与进口刀具在技术、服务、品质和宣传上的差距，数控刀具在被加工产品的最终产品质量中的重要地位等因素，国内的顾客对国产数控刀具的信任度十分低。往往宁愿花重金进口也不愿冒风险省钱购国产刀具。毕竟几十万甚至上千万一台的数控机床的几十元、几百元的小时误工费用与刀具购置费用相比，相差甚大。如果没有十足的把握，大多用户都宁愿选择进口刀具。汽车制造厂和航空航天企业就是典型的例子。在国产刀具不够成熟的今天,他们几乎不会提供机会让国内刀具上CNC生产线去试用。

竞争压力

加入WTO以后，全球化采购将使国外的切削刀具继续涌入中国市场，让顾客有了更大的选择空间，国内数控刀具生产厂商市场开发难度加大。

供方依赖

国内数控刀具企业生产经营规模都太小，没有形成自身的切削刀具产业链的紧密联合，尤其是工具系统的生产厂家不生产刀片，刀片生产厂家不生产工具，几乎完全依赖于供方；没有一家真正意义上的行业产业联盟。

人才奇缺

数控刀具是技术密集、知识密集、人才密集的行业，其发展对人才的依赖度很大，尤其在公司生产经营规模不大时更是明显。国内数控刀具技术人才、管理人才、营销人才、数控机床操作工都奇缺，一般培养周期为3～5年。而高校又没有很好地担当起培训CNC数控加工和数控刀具专业人才的责任，都靠企业自身花漫长的时间去培养，往往事倍功半，还不一定能留住人才。

在编制程序时，正确地选择数控刀具是很重要的。对数控刀具总的要求是安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好，在此基础上综合考虑工件材料的切削性能，机床的加工能力，数控加工工序的类型，切削用量以及与机床和数控装置工作范围有关的诸多因素。

1.影响数控刀具选择的因素

在选择刀具的类型和规格时，主要考虑以下因素的影响：

（1）生产性质在这里生产性质指的是零件的批量大小，主要从加工成本上考虑对刀具选择的影响。例如在大量生产时采用特殊刀具，可能是合算的，而在单件或小批量生产时，选择标准刀具更适合一些。

（2）机床类型完成该工序所用的数控机床对选择的刀具类型（钻、车刀或铣刀）的影响。在能够保证工件系统和刀具系统刚性好的条件下，允许采用高生产率的刀具，例如高速切削车刀和大进给量车刀。

（3）数控加工方案

不同的数控加工方案可以采用不同类型的刀具。例如孔的加工可以用钻及扩孔钻，也可用钻和镗刀来进行加工。

（4）工件的尺寸及外形

工件的尺寸及外形也影响刀具类型和规格的选择，例如特型表面要采用特殊的刀具来加工。

（5）加工表面粗糙度

加工表面粗糙度影响刀具的结构形状和切削用量，例如毛坯粗铣加工时，可采用粗齿铣刀，精铣时最好用细齿铣刀。

（6）加工精度

加工精度影响精加工刀具的类型和结构形状，例如孔的最后加工依据孔的精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。

2.数控刀具的性能要求

由于数控机床具有加工精度高、加工效率高、加工工序集中和零件装夹次数少的特点，对所使用的数控刀具提出了更高的要求。

从刀具性能上讲，数控刀具应高于普通机床所使用的刀具。

选择数控刀具时，首先要应优先选用标准刀具，必要时才可选用各种高效率的复合刀具及特殊的专用刀具。在选择标准数控刀具时，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。

在选择数控机床加工刀具时，还应考虑以下几方面的问题：

（1）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。

（2）切削性能好。为适应刀具在粗加工或对难加工材料的工件加工时能采用大的背吃刀量和高进给量，刀具应具有能够承受高速切削和强力切削的性能。同时，同一批刀具在切削性能和刀具寿命方面一定要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命进行管理。

（3）精度高。为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0.005mm。

（4）可靠性高。要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。

（5）耐用度高。数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。

（6）断屑及排屑性能好。数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。

3.刀具的选择方法

刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具

是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面：

（1）根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

（2）根据零件的加工阶段选择刀具。

即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以自定义标保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。

（3）根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。

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。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，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，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。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，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，则可以使整个加工成本大大降低。

在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。

分析到：细长杆状类刀具(如钻头、铰刀等)在机械加工中应用广泛。因为数控刀具的刃磨决定了刀具切削部分的外形及精度，是以既是包管刀具机能的关键工序，又是包管被加工零件质量的关键工序。

细长杆状类刀具精度的进步，一向是数控刀具时刀具刃口离夹持部分太远。因为刃口离夹持部分太远，加上夹头有必定的夹持精度(一般在0.002～

0.005mm)，是以在开端磨削之前，刀具刃口处的径向圆跳动就有可能已达到

0.005mm～0.01mm(乃至更大年夜)。因为磨制刀具特别是磨削刀槽时采取强力磨削工艺，磨削力较大年夜，使刀具的弹性变形大年夜，加工过程中会产生很多问题，如刀具槽形纰谬称，刀具外圆尺寸、刃部参数、外形误差不符合请求，严重时乃至导致刀具被折断。为懂得决这些问题，满足制造业对刀具高精度、高效力的请求，上海对象厂有限公司引进了一台澳大年夜利亚ANCA公司的TGX五轴数控对象磨床用于加工细长杆状类刀具。下面以该机床加工细长杆状类刀具时有关刀具精度的问题作简单分析。

1、加工机床对数控刀具精度的影响

机床精度对刀具精度的影响任何刀具时，机床的精度都是决定刀具精度的关键，细长杆状类刀具也不例外。澳大年夜利亚ANCA公司临盆的数控对象磨床共有五轴，即X、Y、Z三个坐标轴和A、C两个扭转轴(别的还有一根可装、卸的用于加工特长工件的P轴)。各轴的精度都很高，X、Y、Z三个坐标轴的定位精度可达0.001mm，A、C两个扭转轴的定位精度可达0.001°。机床的两个砂轮轴呈纵向分列，加工刀具的不合部位时，不但可选择不合的砂轮，并且可选择不合的砂轮轴。须要换砂轮轴时，可由法度榜样把持主动进行改换，两轴的反复精度很高，完全能满足加工细长杆状类刀具时的精度请求。

探测数据对刀具精度的影响该机床配有探测装配(配有两种外形的探针)，测出的数据与刀具的精度有直接关系。因为探测时探针与工件接触的松紧程度由人工把持，是以所测量的数据包含了工资误差。经由过程探测数据和刀具参数补偿法度榜样可对砂轮加工参数进行补偿和修改以满足被加工刀具的精度请求。

支撑块对刀具精度的影响该机床配备的支撑块重要用于加工细长杆状类刀具，其地位在横向、纵向都可疗养，可根据实际情况进行定位。假如支撑块在横向(即刀具的轴向)的地位选择不公道，则不克不及加工出合格的细长杆状刀具。若支撑块离刀具刃口太远，磨刃口时不克不及很好地抵消或补偿因为强力磨削而产生的磨削力，则将掉去支撑感化;若离刃口太近，则磨刃口时砂轮很轻易磨到支撑块。支撑块在纵向(即刀具的径向)的定位也很重要：支撑块太低，给刀具的支撑力不敷，会导致刀槽在轴向构成倒锥;支撑块太高，则支撑块硬顶着刀具，会导致刀槽在轴向构成顺锥。是以，支撑块的准断定位对刀具的精度也很重要。

2、砂轮对数控刀具精度的影响

刀具的所有参数都是由砂轮与刀具的相对活动来决定的，是以，砂轮直径、砂轮直接参加切削的角度、砂轮轴的法兰长度、砂轮的磨损和砂轮的粒度均影响刀具的精度。

砂轮直径测量的精确程度砂轮直径测量不精确有可能会造成：刀具外圆尺寸与请求不符;刀刃刃带宽度与请求不符;刀槽外形及其深度与请求不符;阶梯钻的阶梯部分不克不及清根或清根太深。

砂轮角度测量或输入的精确程度砂轮角度测量或输入不精确时有可能造成：刀刃刃带宽度与请求不符;阶梯刀具阶梯面角度与请求不符;刀具后角地位或角

度有误差;排屑槽的槽形角有误差等。

砂轮法兰距离测量的精确程度假如砂轮法兰距离测量不精确，将使得砂轮实际参加磨削的磨削点产生变更，也将出现上述问题。

砂轮的磨损程度砂轮在应用一段时光后会有必定量的磨损。应用磨损后的砂轮进行磨削时，砂轮的实际磨削点已产生了改变，这将直接影响刀具的几何精度，使刀具的刃带宽度、刀槽外形和深度、阶梯面的阶梯角度、阶梯部分的清根情况和刀具后刀面的地位等不符合请求。

砂轮的粒度对刀具的精度影响砂轮的粒度对刀具的外面粗糙度有直接影响。因为加工细长杆状类刀具时采取一次装夹磨削成形，且粗、精磨时用的同一砂轮，故选择粒度号偏大年夜、偏硬的砂轮加工，有益于改良刀具的外面粗糙度。

3、冷却体系对数控刀具精度的影响

冷却液对磨削区的冷却后果会直接影响刀具的精度。选择机能优良的冷却液和恰当的冷却压力有益于冷却液进入磨削区，将切削热和切屑及时带走，有效地降低刀具的外面粗糙度。现在大家对数控刀具有一个基本的了解了吧。