第三章 数控刀具

常见的涂层材料有TiC、TiN、TiCN、Al2O3等陶瓷材料。
涂层刀具的使用范围相当广，从非金属、铝合金到铸
铁、钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难 加工材料的切削均可使用，且普遍较硬质合金的性能好。
CVD涂层模腔
PVD涂层高速钢齿轮滚刀、 铣刀、钻头
PCVD涂层刀具
PVD涂层模具
MT-CVD
掌握
掌握
工具系统
了解
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”。 刀具的合理选择和使用，对于提高数控加工效率、降低生产成本、加快
在刀具的前刀面上由磨擦和扩散导致的磨损。
生产原因
主要由切屑和工件材料的接触，以及对发热区域的
扩散引起的。另外刀具材料过软，加工过程中切削速 度较高，进给量较大，也是前刀面磨损的原因。
后果
措施
降低切削速度和进给速度，选择涂层硬质合金材
会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃强度。
料，以达到减小前刀面磨损的目的。
切削时工件材料在刀具上的粘附物质。
后果
会大大降低工件表面的加工质量，会改变切削刃 的形状并最终导致刀具崩刃。
措施
提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等刀
具材料，并在加工过程使用冷却液。
6.刃口剥落
切削刃口上出现一些很小的缺口，非均匀的磨损。
生产原因
主要由断续切削、切屑排除不流畅等因素造成。
措施
ZX涂层特性
ZX涂层结构
3．陶瓷(Ceramles) 陶瓷刀具基本上由两大类组成：
一类为纯氧化铝类(白色陶瓷)
另一类为TiC添加类(黑色陶瓷)
特点：
（1）陶瓷材料具有高硬度，高温强度好(约2000℃下亦不会融
熔)的特性，化学稳定性亦很好，但韧性很低。
（2）多用于高速连续切削，例如铸铁的高速加工。广泛的应用
数控刀具的失效形式及 数控刀具的失效形式、影响与对策 可靠性 数控刀具的可靠度 可转位刀片的代码 可转位刀片的断屑槽槽型 数控可转位刀片 可转位刀片的夹紧方式 可转位刀片的选择 选择数控刀具通常应考虑的因素 数控铣削刀具的选择 数控刀具的选择 加工中心刀具的选择 数控机床刀柄的选择 工具系统的发展 车削类工具系统 镗铣类工具系统 刀具管理系统
第一节
第二节 第三节 第四节
数控刀具的种类及特点
数控刀具材料 数控刀具的失效形式及可靠性 数控可转位刀片
第五节
第六节
数控刀具的选择
工具系统
学习内容与知识点：
内容 数控刀具的类型与特点 数控刀具的材料 知识点 数控刀具的分类 数控刀具的要求与特点 数控刀具的材料 学习要求 了解 掌握 了解 掌握 了解
着切削速度的增加反而会更长，是超高速加工的首选刀具 材料。
性能说明：
1）加工淬硬钢，可起到以车代磨的效果，由于切削深度比磨削深度大十 几倍以上，因此加工效率高，表面不产生烧伤。如以车代磨加工变速滑动齿轮 （20CrMnTi，硬度为HRC58～62）时，切削比原磨削加工效率提高4倍以上。 2）加工高合金（含钨或铬18％）耐磨铸铁，切削速度较硬质合金刀具提
W系 Mo系
主要特征有：
合金元素含量多、结晶颗粒细，淬透性极好，可使刀具整体的硬度一致。 耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。
比较普遍的高速钢刀具材料以WMo、WMoAl、WMoCo为主 2．硬质合金
硬质合金是将钨钻类(WC)，钨钛钻类(WC—TiC)，钨钛钽(铌)钴类 (Wc—TiC—Tac)等硬质碳化物以Co为结合剂烧结而成的物质。
新产品研发等方面有十分重要的作用。国外有资料表明：刀具费用一般占制
造成本的2.5%~4%，但却直接影响制造成本的20%机床费用和38%的人工费 用。
第一节
数控刀具的种类及特点
一、数控刀具的种类
目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具
内冷式:冷却液从刀体内部由喷孔喷射到切削刃部 位
第一节
数控刀具的种类及特点
根据数控机床 工具系统
整体式 工具系统
模块化工具的主要优点是：
(1)减少换刀时间和刀具的安装次数，缩短生产周期。
(2)促使工具向标准化和系列化发展。 (3)便于提高工具的生产管理及柔性加工的水平。 (4)扩大工具的利用率，充分发挥工具的性能，减少用户工具的 储备量。 目前的数控工具形成了两大系统： 车削工具系统
镗铣类工具系统
说明：国际上有一种将车削工具系统与镗铣类工具系统统合为一体的
模块化连接系统。
二、数控刀具的特点
数控刀具应具有以下特点
1．刀具有很高的切削效率
2．数控刀具有高的精度和重复定位精度 3．要求刀具有很高的可靠性和耐用度 4．实现刀具尺寸的预调和快速换刀 5．具有一个比较完善的工具系统 6．建立刀具管理系统 7．应有刀具在线监控及尺寸补偿系统
故不宜用于可能会产生高温的切削中。
适用：
（1）有色金属：铝合金、铜合金； （2）非金属：各种硬木、人造板、人造耐磨纤维板、碳纤维 石墨碳棒、陶瓷密封环等。
说明：材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。
材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低
第三节 数控刀具的失效形式及可靠性
一、数控刀具的失效形式及对策
的物质，使刀具在切削中同时具有既硬而又不易破损的性能。 涂层的方法分为两大类：
一类为物理涂层(PVD)，物理涂层是在550 ℃以下将金属
和气体离子化后喷涂在工具表面； 另一类为化学涂层(CVD)。化学涂层则是将各种化合物通过 化学反应沉积在工具上形成表面膜，反应温度一般都在1000— 1100℃左右。
措施
选择耐磨性较高的刀具材料，同时降低切削速 度，加大进给量，增大刀具后角。
2.边界磨损
主切削刃上的边界磨损发生于与工件的接触面处。
生产原因
主要原因是工件表面硬化、锯齿状切屑造成的 摩擦。
措施
降低切削速度和进给速度，同时选择耐磨刀具 材料，并增大刀具的前角使切削刃锋利。
3.前刀面磨损（月牙洼磨损）
从目前涂层技术的发展来看，由于单一涂层材料无法满足

对刀具综合机械性能的要求，现已难以被市场所接受，涂层成分
向多元化发展已成为必然趋势；为满足不同的切削加工要求，涂
层成分会更为复杂、更具针对性；每单层成分也会越来越薄，并
逐步趋于纳米化；涂层温度会愈来愈低；刀具涂层工艺则会向更 合理方向发展，预计PVD、MT-CVD工艺将会成为主流。 ZX涂层，即TiN-AlN涂层，使得PVD涂层刀具质量又有了 新的突破，这种薄膜涂层不仅结合强度高、硬度接近CBN、抗 氧化性能好，并可有效地控制精密刀具刃口形状及精度，在进 行高精度加工时，其加工精度毫不逊色于未涂层刀具。
适用：用于高硬度材料及难加工材料的切削加工，如淬硬钢、高 合金耐磨铸铁、高温合金、高速钢、表面喷焊材料。
5．聚晶金刚石(PCD) 特点：
（1）金刚石刀具与铁系金属有极强的亲和力，切削中刀具中的碳元素 极易发生扩散而导致磨损。 （2）与其他材料的亲和力很低，切削中不易产生粘刀现象。
（3）金刚石在大气中温度超过600°C时将被碳化而失去其本来面目，
于耐热合金等难加工材料的加工 （3）陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度亦 较高。
金属陶瓷：
其成分以TiC(陶瓷)为基体，Ni、Mo(金属)为结合剂。 是为了解决陶瓷刀具的脆性大而出现的。 优点： 与被加工材料 的亲和性极低，故
不易产生粘刀和积
屑瘤现象加工表面 非常光洁平整。 精 加工的佼佼者
在切削过程中，刀具磨损到一
定程度，刀刃崩刃或破损，刀刃卷刃
（塑性变形）时，刀具丧失其切削能 力或无法保证加工质量。
1.后刀面磨损
由机械交变应力引起的出现在刀具后刀面上的
摩擦磨损。
生产原因
刀具材料较软，刀具后角偏小，加中过程中的 切削速度偏高，进给量太小。
后刀面磨损
后果
使加工表面的尺寸和精度降低，增大切削中的 摩擦阻力。
高10倍以上，切削效率提高4倍以上。
3）加工高钴铬钼耐蚀耐热合金，CBN刀具切削速度为160m／min，是硬质 合金刀具的8倍。 4）加工热喷涂（喷焊）材料，表面喷焊件无法用磨削加工，而用硬质合 金刀具切削效率极低，改用CBN刀具后可提高加工效率，节省加工费用50％以
上。CBN刀具还可用于有色金属的精密切削及烧结金属的切削加工等等。
降低进给速度，选择韧性好的刀具材料和切削刃 强度高的刀片。
钨钛钴类
（WC-TiC-Co）
代号：YW，相当于ISO标准的M类。常用牌号有YW1、 钨钛钽（铌）钴类 YW2，YW1能承受一定的冲击载荷，通用性好，YW2 [WC-TiC-TaC耐磨性稍次于YW1，但使用强度高，能承受较大的冲 （Nb）-Co] 击载荷。
涂层硬质合金刀片：
是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶着、耐反应
耐溶着、凝着(粘刀)性 刀具制造的高生产率,重 磨性 刃口锋利，表面质量 好，微 小切削可能
二、各种刀具材料
W系高速钢 高速钢 Mo系高速钢 钨钴类 硬质合金 钨钛钴类 钨钛钽（铌）钴类 纯氧化铝类（白色陶瓷） 陶瓷 立方氮化硼 聚晶金刚石 TiC添加类（黑色陶瓷）
数 控 刀 具 的 材 料
1.高速钢 类型：
一、切削用刀具材料应具备的性能
希望具备的性能
作为刀具使用时的性能
希望具备的性能
作为刀具使用时的性能
高硬度(常温及高温） 耐磨损性
高韧性(抗弯强度) 高耐热性 热传导能力良好 耐崩刃性，耐破损性 耐塑性变形性 耐热冲击性，耐热裂纹性