第三章数控刀具的选用

1、第三章,数控刀具的选用,1,美、德、日等世界制造业发达的国家无,一例外都是刀具工业先进的国家。先进刀具,不但是推动制造技术发展进步的重要动力，,还是提高产品质量、降低加工成本的重要手,段。刀具与机床一直是互相制约又相互促进,的。今天先进的数控机床已经成为现代制造,业的主要装备，它与同步发展起来的先进刀,具一起共同推动了加工技术的进步，使制造,技术进入了数控加工的新时代。通过本章的,学习使学生掌握正确选用数控刀具所必备的,基础知识。,第三章,数控刀具的选用,2,?,数控刀具的基本特点,?,数控刀具的材料,?,数控刀具合理选用,?,可转位车刀的选用,?,旋转刀具的选择,?,工具系统选择,第三章,数

2、控刀具的选用,3,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,数控刀具的基本特征,数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动,化程度高的特点，一般应包括,通用刀具,、,通用连接刀柄,及,少量专用刀柄,。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，,因此已逐渐,标准化,和,系列化,。数控刀具的分类有多种方,法。,第三章,数控刀具的选用,4,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,第三章,数控刀具的选用,5,按照刀具结构分：,整体式：,钻头、立铣刀等,镶嵌式：,包括刀片采用焊接和机夹式,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,特殊形式：,复合式、减振式等,机夹可转位,刀具得到广泛应,用，数量上已达,到整个数控

3、刀具,的,30%40%,，,金属切除率占总,数的,80%90%,第三章,数控刀具的选用,6,按照切削工艺分：,车削刀具：,外圆、内孔、螺纹、成形车刀等,铣削刀具：,面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,钻削刀具：,钻头、铰刀、丝锥等,镗削刀具：,粗镗刀、精镗刀等,车削刀具图片,铣削刀具图片,钻削刀具图片,镗削刀具图片,第三章,数控刀具的选用,7,外圆车刀,内孔车刀,螺纹车刀,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,常用车刀,第三章,数控刀具的选用,8,面铣刀,方肩,铣刀,仿形,铣刀,三面刃和,螺纹铣刀,整体硬质,合金铣刀,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,常

4、用铣刀,第三章,数控刀具的选用,9,铰刀,钻头,丝锥,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,钻削刀具,第三章,数控刀具的选用,10,粗镗刀,精镗刀,数,控,刀,具,的,类,型,与,特,点,镗削刀具,第三章,数控刀具的选用,11,数,控,刀,具,的,材,料,高速钢刀具,高速钢,(HSS),刀具过去曾经是切削工具的主流，随,着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了,各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，,高速钢凭藉其在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面,优良的综合性能，在切削某些难加工材料以及在复杂,刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀造中仍有较大,的比重。但经过市场探索一些高端产品逐

5、步已被硬质,合金工具代替。,第三章,数控刀具的选用,12,硬质合金刀具,普通,硬质,合金,数,控,刀,具,的,材,料,新型,硬质,合金,超细晶粒,硬质合金,涂层硬,质合金,金属陶瓷,粒径在,1m,以下，这种材料具有,硬度高、韧性好、切削刀可靠性,高等优异性能,保持了普通硬质合金机体的强度,和韧性，又使表面有很高的硬度,和耐磨性,TiC(N),基硬质合金，其性能介于,陶瓷和硬质合金之间,新型硬质合金,刀具加工实例,第三章,数控刀具的选用,13,新型硬质合金,刀具加工实例,数,控,刀,具,的,材,料,加工示意图,加工切削参数,毛坯尺寸,和材料,使用刀具,主轴转速,(r/min),进给速度,(mm/

6、min),背吃刀量,(mm),加工深度,(mm),100X80X50,（,HRC50,）,8,，,4,齿,（超细晶硬质合金）,10000,3000,0.2,10,第三章,数控刀具的选用,14,数,控,刀,具,的,材,料,陶瓷刀具,?,不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和,毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工；,?,可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；,?,刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数；,?,可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高,3-10,倍。,第三章,数控刀具的选用,15,数,控,刀,具,的,材,料,超硬刀

7、具,是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：单晶金刚石、聚晶金,刚石,(PCD),、聚晶立方氮化硼,(PCBN),和,CVD,金刚石等。超硬刀具主,要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石,复合片,(PCD),刀具及立方氮化硼复合片,(PCBN),刀具占主导地位。许,多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、,高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成,为切削加工中不可缺少的重要手段。,超硬刀具,加工实例,第三章,数控刀具的选用,16,超硬刀具,加工实例,数,控,刀,具,的,材,料,加工模具示意图,高速加工切削参数,毛坯尺寸,和材料,使用刀具,主轴

8、转速,(r/min),进给速度,(mm/min),背吃刀量,(mm),加工时间,(min),60X60X50,（,HRC60,）,R1X8,（,CBN,）,20000,2000,0.02,50.3,第三章,数控刀具的选用,17,硬质合金的分类和标志,P,类,数,控,刀,具,的,材,料,蓝色（包括,P01P50),系高合金化的硬质合金牌,号。这类合金主要用于加工长切屑的黑色金属,M,类，黄色（包括,M10M40,），系中合化的硬质,合金牌号。这类合金为通用型，适于加工长切屑,或短切屑的黑色金属及有色金属,切削刀具用硬质合金根据国际,标准,ISO,分类，把所有牌号分,成用颜色标志的三大类，分别,用

9、,P,、,M,、,K,表示,M,类,K,类,红色（包括,K10K40,），系单纯,WC,的硬质合金,牌号。主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金,属及非金属材料,第三章,数控刀具的选用,18,可,转,位,车,刀,的,选,用,刀片的夹紧方式,各种夹紧方式是为,适用于不同的应用,范围设计的。为了,帮助您选择具体工,序的最佳刀具，按,照适合性对它们分,类，适合性有,1-3,个等级，,3,为最佳,选择。,山特维克可乐满车刀的夹紧方式选择,第三章,数控刀具的选用,19,可,转,位,车,刀,的,选,用,刀片形状的选择,正型（前角）刀片：,对于内轮廓加工，小,型机床加工，工艺系,统刚性较差和工件结,构形状较复

10、杂应优先,选择正型刀片。,负型（前角）刀片：,对于外圆加工，金属,切除率高和加工条件,较差时应优先选择负,型刀片。,第三章,数控刀具的选用,20,可,转,位,车,刀,的,选,用,刀片形状的选择,根据加工轮廓,选择刀片形状,一般外圆车削常用,80,凸三角形、四方形和,80,菱形刀片；仿形,加工常用,55,、,35,菱形和圆形刀片；,在机床刚性、功率允,许的条件下，大余量、,粗加工应选择刀尖角,较大的刀片，反之选,择刀尖角较小的刀片。,第三章,数控刀具的选用,21,刀,具,前,角,的,作,用,大负前角用于,?切削硬材料,?需切削刃强度大，以适应断续切,削、切削含黑皮表面层的加工条件,大正前角用于,

11、?切削软质材料,?易切削材料,?被加工材料及机床刚性差时,前角,对切,削力、切,屑排出、,切削、刀,具耐用度,影响都很,大,前角的影响,1.,正前角大，切削刃锋利。,2.,前角每增加,1,，切削功率减少,1,。,3.,正前角大，刀刃强度下降；负前角过,大，切削力增加。,第三章,数控刀具的选用,22,刀,具,后,角,的,作,用,后角的影响,1.,后角大，后刀面磨损小。,2.,后角大，刀尖强度下降。,小后角用于,?切削硬材料,?需切削刃强度高时,大后角用于,?切削软材料,?切削易加工硬化的材料,第三章,数控刀具的选用,23,主,偏,角,的,作,用,主偏角的影响,1,。进给量相同时，余偏角大，刀片与

12、切屑接触的,长度增加，切削厚度变薄，使切削力分散作用在长,的刀刃上，刀具耐用度得以提高。,2,。主偏角小，分力a也随之增加，加工细长轴时，,易发生挠曲。,3,。主偏角小，切屑处力性能变差。,4,。主偏角销，切削厚度变薄，切削宽度增加，将使,切屑难以碎断。,大主偏角用于,切深小的精加工,?切削细而长的工件,?机床刚性差时,小主偏角用于,工件硬度高，切削温度大时,?大直径零件的粗加工,?机床刚性高时,余偏角,等于,90,减,主偏,角,，其作用,是缓和冲击,力，对进给,力，背向力，,切削厚度都,有影响,第三章,数控刀具的选用,24,副,偏,角,的,作,用,副偏角,具有,减少已加工,表面与刀具,摩擦的

13、功能。,一般为,5,15,。,副偏角的影响,1.,副偏角小，切削刃强度增加，但刀尖易发热。,2.,副偏角小，背向力增加，切削时易产生振动。,3.,粗加工时副偏角宜小些,；而精加工时副偏角,则宜大些。,第三章,数控刀具的选用,25,刃,倾,角,的,作,用,刃倾角的影响,1.,刃倾角为负时，切屑流向工件；为正,时，反向排出。,2.,刃倾角为负时，切削刃强度增大，但切,削背向力也增加，易产生振动。,刃倾角,是前刀面,倾斜的角度。重,切削时，切削开,始点的刀尖上要,承受很大的冲击,力，为防止刀尖,受此力而发生脆,性损伤，故需有,刃倾角。推荐车,削时为,3,5,；,铣削时,10,15,第三章,数控刀具的

14、选用,26,刀,尖,圆,弧,半,径,的,作,用,刀尖圆弧半径的影响,1.,刀尖圆弧半径大，表面粗糙度下降。,2.,刀尖圆弧半径大，刀刃强度增加。,3.,刀尖圆弧半径过大，切削力增加，易产生振动。,4.,刀尖圆弧半径大，刀具前、后面磨损减小。,5.,刀尖圆弧半径过大，切屑处理性能恶化。,刀尖圆弧半径,对刀尖的强度,及加工表面粗,糙度影响很大，,一般适宜值选,进给量的,2,3,倍。,刀尖圆弧小用于,?切深削的精加工。,?细长轴加工。,?机床刚性差时。,刀尖圆弧大用于,?需要刀刃强度高的黑皮,切削，断续切削。,?大直径工件的粗加工。,?机床刚性好时。,第三章,数控刀具的选用,27,可转位铣刀,的选用

15、特点,可转位铣,刀的选用,类型的选择,可转位面铣刀、立铣刀、槽铣刀、专用铣刀等,可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃,倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。,刀片牌号和断,屑槽形的选择,可转位铣刀直径的选用主要取决于设备的规格和工件的,加工尺寸。,为满足不同用户的需要，同一直径的可转位铣刀一般有,粗齿、中齿、密齿三种类型。,齿数的选择,角度的选择,直径的选择,合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的,性能和硬质合金的性能。用于铣削的刀片槽形一般有轻,型、中型和重型。,旋,转,刀,具,的,选,择,第三章,数控刀具的选用,28,可转位铣刀类型的选择,可转位铣,刀的类

16、型,可转位面铣刀：,主要用于加工较大平面选择，主要有平面粗,铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种。,可转位槽铣刀：,主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀。,旋,转,刀,具,的,选,择,可转位立铣刀：,主要用于加工凸台、凹槽、小平面、曲面等。,主要有立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、,R,立铣刀、,T,型槽铣,刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等。,可转位专用铣刀：,用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取决,于所用机床和零件的加工要求。,第三章,数控刀具的选用,29,可转位铣刀齿数（齿距）的选择,可转位铣,刀的齿数,粗齿铣刀：,大余量粗加工、软材料、切削,宽度较大、机床功率较小。,中齿铣刀

17、：,通用系列，使用范围广泛，具,有较高的金属切除率和切削稳定性。,密齿铣刀：,用于铸铁、铝合金和有色金属,的大进给速度切削加工。,旋,转,刀,具,的,选,择,不等分齿距铣刀：,防止工艺系统出现共振，,使切削平稳,，在铸钢、铸铁件的大余量粗,加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。,第三章,数控刀具的选用,30,可转位铣刀角度的选择,可转位铣,刀的角度,主偏角：,可转位铣刀的主偏角有,90,、,88,、,75,、,70,、,60,、,45,等几种。,前角：,铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角。,常用的前角组合形式如下：双负前角、双正前角、,正负前角,(,轴向正前角、径向负前角,),三种。,旋,转,

18、刀,具,的,选,择,各种角度中最主要的是主偏角和前角,(,制造厂的产品样本中对刀具的主偏角,和前角一般都有明确说明,),。,铣刀角度,的功能,第三章,数控刀具的选用,31,旋,转,刀,具,的,选,择,可转位铣刀,直径的选择,立铣刀直径选择：,主要,考虑工件加工尺寸的要求，并,保证刀具所需功率在机床额定,功率范围以内。如系小直径立,铣刀，则应主要考虑机床的最,高转速能否达到刀具的最低切,削速度要求。,面铣刀直径选择：,主要是根,据工件宽度选择，同时要考虑机,床的功率、刀具的位置和刀齿与,工件接触形式等，也可将机床主,轴直径作为选取的依据，面铣刀,直径可按,D,1.5d,（,d,为主轴直径）,选取

19、。一般来说，面铣刀的直径,应比切宽大,20%,50%,。,面铣刀的直径应比,切宽大,20%,50%,两次走刀铣削平面，轨迹之间须有重叠部分,第三章,数控刀具的选用,32,刀片牌号和断,屑槽形的选择,可转位铣刀,刀片牌号和,断屑槽形,一般用户选用可,转位铣刀时，均,由刀具制造厂根,据用户加工的材,料及加工条件配,备相应牌号的硬,质合金刀片,P,类合金（含金属陶瓷）,：,P01,P05,P10,P15,P20,P25,P30,P40,P50,M,类合金：,M10,M20,M30,M40,K,类合金：,K01,K10,K20,K30,K40,断屑槽形的选择,旋,转,刀,具,的,选,择,第三章,数控刀

20、具的选用,33,旋,转,刀,具,的,选,择,面铣刀切削刃,各角度的功能,第三章,数控刀具的选用,34,旋,转,刀,具,的,选,择,基本刃形,前角的正负,基本刃形的组合,第三章,数控刀具的选用,35,旋,转,刀,具,的,选,择,45,面铣刀,为一般加工首选，背向力大，,约等于进给力。加工薄壁零件,时，工件会发生挠曲，导致加,工精度下降。切削铸铁时，有,利于防止工件边缘产生崩落。,第三章,数控刀具的选用,36,旋,转,刀,具,的,选,择,面铣加,工视频,90,面铣刀,适用于薄壁零件、装夹较,差的零件和要求准确,90,成形场合，进给力等于切,削力，进给抗力大，易振,动，要求机床具有较大功,率和刚性。

21、,第三章,数控刀具的选用,37,旋,转,刀,具,的,选,择,方肩铣,加工视频,方肩铣刀,铣削开放或封闭,的槽、面或孔时,均有上佳表现。,第三章,数控刀具的选用,38,旋,转,刀,具,的,选,择,各种高效铣削方法,视频：插铣,第三章,数控刀具的选用,39,旋,转,刀,具,的,选,择,多功能圆刀片铣刀,刀片可多次转位，切削刃强,度高，切削刃强度高；随切,深不同，其主偏角和切屑负,载均会变化，切屑很薄，最,适合加工耐热合金。,第三章,数控刀具的选用,40,旋,转,刀,具,的,选,择,视频：插铣,球头立铣刀,通用性：,仿形铣,和曲面铣，以坡,走铣或螺旋插补,铣加工型腔适用,于高速加工,第三章,数控刀具

22、的选用,41,旋,转,刀,具,的,选,择,加工视频,各种整体硬质合金铣刀,第三章,数控刀具的选用,42,旋,转,刀,具,的,选,择,螺纹铣刀分类,螺纹铣刀,螺纹铣削的优点：,?,螺纹铣削免去了采用大量不同类型丝锥,的必要性；,?,加工具有相同螺距的任意螺纹直径；,?,加工始终产生的是短切屑，因此不存在,切屑处置方面的问题。,?,刀具破损的部分可以很容易地从零件中,去除。,?,不受加工材料限制，那些无法用传统方,法加工的材料可以用螺纹铣刀进行加工。,?,采用螺纹铣刀，可以按所需公差要求加工，,螺纹尺寸是由加工循环控制的。,?,与传统,HSS(,高速钢,),攻丝相比，采用硬质,合金螺纹铣削可以提高

23、生产率。,。,第三章,数控刀具的选用,43,旋,转,刀,具,的,选,择,螺纹铣刀分类,圆柱螺纹铣刀：,?,它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀,具上无螺旋升程，加工中的螺旋,升程靠机床运动实现；,?,该刀具既可加工右旋螺纹，也可,加工左旋螺纹；,?,适用于钢、铸铁和有色金属材料,的中小直径螺纹铣削，切削平稳，,耐用度高。缺点是刀具制造成本,较高，结构复杂，价格昂贵。,机夹螺纹铣刀：,?,适用于较大直径,(,如,D25mm),的内、外,?,螺纹加工；,?,刀片易于制造，价格较低，有的螺纹,?,刀片可双面切削；,?,抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差。,第三章,数控刀具的选用,44,旋,转,刀,具,的,选,择,丝锥的选择：,?,工件材料的可加工性是攻螺纹,难易的关键，对于高强度的工件,材料，丝锥的前角和下凹量（前,面的下凹程度）通常较小，以增,加切削刃强度。下凹量较大的丝,锥则用在切削扭矩较大的场合，,长屑材料需较大的前角和下凹量，,以便卷屑和断屑；,?,加工较硬的工件材料需要较大,的后角，以减小磨擦和便于冷却,液到达切削刃，加工软材料时，,太大的后角会导致螺孔扩大；,?,螺旋槽丝锥主要用于盲孔的螺,纹加工。加工硬度、强度高的工,件材料，所用的螺旋槽丝锥螺旋,角较小，这可改善其结构强