数控机床的刀具选择

1、第二篇第二篇 模具数控操作详解模具数控操作详解第第3章章 数控机床的刀具选择数控机床的刀具选择 加工中心的常用操作加工中心的常用操作第第5章章 数控铣床的常用操作数控铣床的常用操作第第6章章 数控车床的常用操作数控车床的常用操作第第7章章 数控线切割机床的常用操作数控线切割机床的常用操作第第8章章 数控电火花机床的常用操作数控电火花机床的常用操作 随着制造业的高速发展，模具行业、汽车工业以及航空航天工业等重点行业对数控切削加工不断提出更高的要求，同时也推动着金属切削刀具的持续发展。模具工业的特点是高效、单件、小批生产、模具材料的硬度高、加工难度大、形状复杂、金属切除量大、交货周期短，因此要求模

2、具数控加工刀具必须具备高效率、高精度、高可靠性和专用化的特点。本章重点对数控机床的刀具选择做一些介绍。第3章 数控机床的刀具选择 3.1 数控刀具概述数控刀具概述3.1.1 数控刀具的种类数控刀具的种类 数控刀具通常是指数控机床和加工中心用刀具，在国外数控刀具通常是指数控机床和加工中心用刀具，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弱的一个环节。数控刀具的落后已经成为影响我国国产和

3、进口数控机床充分发挥作用的主要障碍。数控机床进口数控机床充分发挥作用的主要障碍。数控机床(包括加包括加工中心工中心)除数控磨床和数控电加工机床之外，其他的数控机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。床都必须采用数控刀具。 （1）按刀具切削部分的材料，可分为高速钢、）按刀具切削部分的材料，可分为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石等刀硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石等刀具。具。 （2）按刀具的结构形式，可分为整体式、焊）按刀具的结构形式，可分为整体式、焊接式、机夹可转位式和涂层刀具接式、机夹可转位式和涂层刀具(数控机床广泛数控机床广泛使用机夹可转位式刀

4、具使用机夹可转位式刀具)、减振式、内冷式和一、减振式、内冷式和一些特殊形式刀具；些特殊形式刀具； （3）从切削工艺的划分，包括下面几个方面。）从切削工艺的划分，包括下面几个方面。 车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切车削刀具分外圆、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、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。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

5、具、外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、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）。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、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。长条形方刀体或圆柱刀杆。 方形刀体一般用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螺钉紧

6、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为多，而刀头与刀体的联接是“插入快换式系插入快换式系统统”。它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削，。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。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。表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具

7、。3.1.1 数控刀具的种类数控刀具的种类 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：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；有水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有

8、效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。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大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。数控刀具的分类方法很多，下面具体叙述。系统。数控刀具的分类方法很多，下面具体叙述。钻削刀具钻削刀具钻削刀具分小孔、短孔、深孔、钻削刀具分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等。钻削刀具可用攻螺纹、铰孔等。钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数控车床、车削中心，又可用于数控镗铣床和加工中心。因此于数控镗铣床和加工中

9、心。因此它的结构和联接形式有多种。有它的结构和联接形式有多种。有直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹联接、模块式联接（圆锥或圆纹联接、模块式联接（圆锥或圆柱联接）等多种。柱联接）等多种。镗削刀具镗削刀具镗削刀具分粗镗、精镗等刀具。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加工工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀。精镗刀。铣削刀具铣削刀具数控铣削刀具分面铣、立铣、三数控铣削刀具分面铣、立铣、三面刃铣等刀具，如图面刃铣等刀具，如图3-1所示为各所示为各种数控

10、铣削刀具。种数控铣削刀具。图3-1数控铣削刀具面铣刀（也叫端铣刀）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，刀体为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。立铣刀立铣刀 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。结上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可

11、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。常用材料。模具铣刀模具铣刀 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。铣刀工作部分用高球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部

12、分用高速钢或硬质合金制造。速钢或硬质合金制造。键槽铣刀。用来加工键槽类工序，可以轴向进给。键槽铣刀。用来加工键槽类工序，可以轴向进给。鼓形铣刀。鼓形铣刀的切削刃分布在半径的圆弧面上，端鼓形铣刀。鼓形铣刀的切削刃分布在半径的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。一般用在与安装面倾斜的表面进行三坐标加工。角。一般用在与安装面倾斜的表面进行三坐标加工。成形铣刀。根据加工零件的形状特制与之相适应的刀具，成形铣刀。根据加工零件的形状特制与之相适

13、应的刀具，仿形加工。仿形加工。（4）特殊型刀具）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（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。刀具和接杆类等。具体分类如图具体分类如图3-2所示。所示。图3-2 数控刀具分类3.1.2 数控刀具的要求与特点数控刀具的要求与特点1。数控刀具的要求。数控刀具的要求（1）要有很高的切削效率。提高切削速度致关重要，硬质合金刀具切）要有很高的切削效率。提高切削速度致关重要，硬质合金刀具切削速度可达削速度可达500600m/min,陶

14、瓷刀具可达陶瓷刀具可达8001000m/min。（2）要有很高的精度和重复定位精度，一般）要有很高的精度和重复定位精度，一般35个微米或者更高。个微米或者更高。（3）要有很高的可靠性和耐用度，是选择刀具的关键指标）要有很高的可靠性和耐用度，是选择刀具的关键指标,（4）实现刀具尺寸的预调和快速换刀，缩短辅助时间提高加工效率）实现刀具尺寸的预调和快速换刀，缩短辅助时间提高加工效率（5）具有完善的模块式工具系统，储存必要的刀具以适应多品种零件）具有完善的模块式工具系统，储存必要的刀具以适应多品种零件的生产的生产 （6）建立完备的刀具管理系统，以便可靠、高效、有序的管理刀具系）建立完备的刀具管理系统，

15、以便可靠、高效、有序的管理刀具系统统（7）要有在线监控及尺寸补偿系统，监控加工过程中刀具的状态，提）要有在线监控及尺寸补偿系统，监控加工过程中刀具的状态，提高加工可靠度。高加工可靠度。2。数控加工刀具的特点。数控加工刀具的特点随着高刚度整体铸造床身、高速运算数控系统和主轴动平衡等新技术的采用以随着高刚度整体铸造床身、高速运算数控系统和主轴动平衡等新技术的采用以及刀具材料的不断发展，现代切削加工朝着高速、高精度和强力切削方向及刀具材料的不断发展，现代切削加工朝着高速、高精度和强力切削方向发展，因此现代切削刀具有悖于传统的刀具，被中国工具业命名的发展，因此现代切削刀具有悖于传统的刀具，被中国工具业

16、命名的“数控数控刀具刀具”，特指与加工中心、数控车床、数控镗铣床、数控钻等先进高效的，特指与加工中心、数控车床、数控镗铣床、数控钻等先进高效的数控机床相配套使用的整体合金刀具、超硬刀具，可转位刀片、工具系统、数控机床相配套使用的整体合金刀具、超硬刀具，可转位刀片、工具系统、可转位刀具等，以其高效精密和良好的综合切削性能取代了传统的刀具。可转位刀具等，以其高效精密和良好的综合切削性能取代了传统的刀具。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：刀具相比应具有以下特点：（1）刀片及刀柄高度的

17、通用化、规格化、系列化。）刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。（2）刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。）刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。（3）刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。）刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。（4）刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。）刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配。（5）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）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。的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。（

18、6）刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。）刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。（7）刀柄或工具系统的装机重量有限度。）刀柄或工具系统的装机重量有限度。（8）刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。）刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。（9）刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。）刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化。另外，数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好另外，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。等要求。3.1.3 数控刀具的材料数控刀具的材料 刀具的发展伴随切削加工技术高速发展，尤刀具的发展伴随切削加工技术高速发展，尤其是到了数控高速

19、切削等技术得到发展应用后，其是到了数控高速切削等技术得到发展应用后，新材料的加工对刀具的切削性能要求也越来越高，新材料的加工对刀具的切削性能要求也越来越高，为了不断满足切削加工的需要，刀具的材料也进为了不断满足切削加工的需要，刀具的材料也进行了一系列的革命性的创新。从初期的工具钢到行了一系列的革命性的创新。从初期的工具钢到现在生产中广泛使用的硬质合金钢，再到能够切现在生产中广泛使用的硬质合金钢，再到能够切削高硬度工件材料的陶瓷、超硬刀具材料等。近削高硬度工件材料的陶瓷、超硬刀具材料等。近年来广泛使用的刀具表面涂层技术，极大提高了年来广泛使用的刀具表面涂层技术，极大提高了刀具的表面硬度和耐磨性，

20、延长了刀具的使用寿刀具的表面硬度和耐磨性，延长了刀具的使用寿命。命。1。刀具材料性能比较。刀具材料性能比较（1）刀具材料硬度与韧性，如图）刀具材料硬度与韧性，如图3-3。图3-3 刀具材料硬度与韧性对比图（2）刀具材料的抗拉强度，如图3-4。图3-4 刀具材料的抗拉强度2。常用刀具材料。常用刀具材料图图3-5分类列出了刀具的常用材料。分类列出了刀具的常用材料。（1）高速钢）高速钢高速钢具有较高强度、良好的韧性，切削加工时性能比较高速钢具有较高强度、良好的韧性，切削加工时性能比较稳定，加工工艺性好、便于制造各种形状复杂的刀具等稳定，加工工艺性好、便于制造各种形状复杂的刀具等优点；但是高速钢硬度较

21、低，特别是在高温的环境下保优点；但是高速钢硬度较低，特别是在高温的环境下保持硬度的能力较弱，使其使用范围得到了较大的限制。持硬度的能力较弱，使其使用范围得到了较大的限制。（2）硬质合金）硬质合金硬质合金是一种主要由不同的碳化物和粘结相组成的粉末硬质合金是一种主要由不同的碳化物和粘结相组成的粉末冶金产品，在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压冶金产品，在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。硬质合金的硬度很高，这主要由其中的碳化制和烧结。硬质合金的硬度很高，这主要由其中的碳化物和粘结相造成的。其主要碳化物有：碳化钨（物和粘结相造成的。其主要碳化物有：碳化钨（WC）、）、碳化钛（碳化钛（T

22、iC）、碳化钽（）、碳化钽（TaC）和碳化铌（）和碳化铌（NbC）等，）等，在大部分情况下，钴作为粘结相使用。在大部分情况下，钴作为粘结相使用。图3-5 刀具材料列表 不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、孔加工、螺纹加工、切槽等。切削刀具用硬质合金根据孔加工、螺纹加工、切槽等。切削刀具用硬质合金根据国际标准国际标准ISO分类，把所有牌号用颜色标识分成六大类，分类，把所有牌号用颜色标识分成六大类，分别以字母分别以字母P、M、K、N、S 、H表示。分类的主要依据表示。分类的主要依据是加工材料的化学元素含量、结构、硬度和导热性能。是加工材料的化

23、学元素含量、结构、硬度和导热性能。其中，其中，P类硬质合金材料用于加工长切屑的钢件；类硬质合金材料用于加工长切屑的钢件；M类用类用于加工不锈钢材料；于加工不锈钢材料；K类用于加工短切屑的铸铁类材料；类用于加工短切屑的铸铁类材料；N类用于加工短切屑的非铁类材料，如有色金属等；类用于加工短切屑的非铁类材料，如有色金属等；S类类用于加工难切削材料，如镍基材料、钛合金等；用于加工难切削材料，如镍基材料、钛合金等；H类用类用于加工硬度高的材料，如淬硬钢等。于加工硬度高的材料，如淬硬钢等。 每一类中的各个牌号分别给以一个每一类中的各个牌号分别给以一个0150之间的数字，之间的数字，表示从最高硬度到最大韧性

24、之间的一系列合金，以供各表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用。根据种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用。根据使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在间代号，如在P10和和P20之间插入之间插入P15，K20和和K30之间插之间插入入K25等，但不能多于一个。等，但不能多于一个。 近年来快速发展的金属陶瓷材料，也称为钛近年来快速发展的金属陶瓷材料，也称为钛基硬质合金，因此也属于硬质合金材料的范畴。基硬质合金，因此也属于硬质合金材料的范畴。它是指以它是指以TiC或或TiC

25、、TiN为主要硬质相，以为主要硬质相，以NiMo或或Ni-CoMo等为粘结相的硬质合金。这类等为粘结相的硬质合金。这类材料开发较早，材料开发较早，50年代已出初型，但由于脆性太年代已出初型，但由于脆性太大，长期未能稳定应用于生产，直至大，长期未能稳定应用于生产，直至80年代中期年代中期在组成、烧结工艺等方面取得了技术新进展，在在组成、烧结工艺等方面取得了技术新进展，在保留其高硬度特性基础上，大幅度提高了强度。保留其高硬度特性基础上，大幅度提高了强度。相对于钨基硬质合金，除抗冲击韧度略低于部分相对于钨基硬质合金，除抗冲击韧度略低于部分新牌号钨基硬质合金外，在高温硬度、耐磨损性、新牌号钨基硬质合金

26、外，在高温硬度、耐磨损性、与被加工材料的亲和力等方面均有其优势，因而与被加工材料的亲和力等方面均有其优势，因而成为现代小余量、精密车削的主要刀具材料品种成为现代小余量、精密车削的主要刀具材料品种之一。之一。（3）超硬材料）超硬材料立方氮化硼立方氮化硼CBN。氮化硼的化学组成和石墨非常相似，颜色为白色，晶格为氮化硼的化学组成和石墨非常相似，颜色为白色，晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化钛等基体立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。石墨经高温高压材料上通过压力烧结方式制造

27、出来的。石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的手段处理氮化硼（六方）处理变成人造金刚石，用类似的手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素就能得到立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气中，人造立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气中，人造金刚石在金刚石在800时即碳化，而立方氮化硼可耐时即碳化，而立方氮化硼可耐13001500的高温，甚至在的高温，甚至在1500时也不发生相变。聚时也不发生相变。聚晶立方氮化硼在晶立方氮化硼在 1

28、400仍然保持其硬度，与铁族元素的仍然保持其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能以加工普通钢和铸铁的切削速化学惰性比金刚石大，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率。生产率。金刚石材料金刚石材料碳元素被组成两种不同的晶格形式碳元素被组成两种不同的晶格形式, 密排六方晶格的软石墨和众所周知密排六方晶格的软石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金刚石主要积聚金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金刚石主要积

29、聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于河流沉积物中。金刚石有在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于河流沉积物中。金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。人造金刚石是在高压天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。人造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，由石墨转化而成的。金刚石硬度高温条件下，借合金触媒的作用，由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最硬物质，其硬度接近于极高，是目前已知的最硬物质，其硬度接近于10000HV，而硬质合，而硬质合金的硬度仅为金的硬度仅为1,0601,800 HV。金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、耐磨材金刚石刀具既能胜任硬质合

30、金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合金和不锈钢但它不适合料的加工，又可用以切削有色金属及其合金和不锈钢但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和碳原子的亲和性产生的粘附作用而损加工铁族材料。这是由于铁和碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。坏刀具。大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多细小的金刚石大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多细小的金刚石晶粒（直径约在晶粒（直径约在1100m之间）聚合而成的大颗粒的多晶金刚石之间）聚合而成的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。块，而晶粒的无定向排列，使其具有优

31、于天然金刚石的强度和韧性。3.2 机夹式可旋转刀片机夹式可旋转刀片3.2.1 可转位刀片的可转位刀片的ISO符号标记符号标记如图如图3-6所示，可转位刀片的所示，可转位刀片的ISO符号标记有符号标记有字母和数字组成，其中各位字母和数字含字母和数字组成，其中各位字母和数字含义如下：义如下：（1）刀片形状。刀片形状字母对应的具体）刀片形状。刀片形状字母对应的具体刀片形状见图刀片形状见图3-7所示。所示。图3-6可转位刀片的ISO符号标记图3-7 刀片形状（2）后角特征。后角符号标注由字母构成，）后角特征。后角符号标注由字母构成，其对应关系如图其对应关系如图3-8所示。所示。（3）刀片公差。如图）刀

32、片公差。如图3-9所示。所示。图3-8 后角特征图3-9 刀片公差（4）切削及夹紧特征。如图）切削及夹紧特征。如图3-10所示。所示。（5）刀片刃长。表示刀片主切削刃长度，用两位数代表，）刀片刃长。表示刀片主切削刃长度，用两位数代表，取理论长度的整数部分。如舍取小数部分后只剩下一位取理论长度的整数部分。如舍取小数部分后只剩下一位数字，则必须在数字前加一个数字，则必须在数字前加一个“0”。（6）刀片厚度。表示刀片主切削刃到刀片定位面的距离，）刀片厚度。表示刀片主切削刃到刀片定位面的距离，用两位数代表，取理论长度的整数部分。如舍取小数部用两位数代表，取理论长度的整数部分。如舍取小数部分后只剩下一位

33、数字，则必须在数字前加一个分后只剩下一位数字，则必须在数字前加一个“0”；当；当刀片厚度的整数相同而小数部分值不同，则将小数部分刀片厚度的整数相同而小数部分值不同，则将小数部分大的刀片的代号用大的刀片的代号用“T”代替代替“0”，以示区别。，以示区别。（7）刀尖圆角半径或刀尖转角形状。如）刀尖圆角半径或刀尖转角形状。如02表示刀尖圆弧半表示刀尖圆弧半径为径为0.2mm。（8）刃口形状。刃口形状与切削力、切削功率以及刀口锋）刃口形状。刃口形状与切削力、切削功率以及刀口锋利程度和刃口强度的关系，如图利程度和刃口强度的关系，如图3-11所示。所示。（9）切削方向。如图）切削方向。如图3-12所示。所

34、示。（10）倒棱宽度。如图）倒棱宽度。如图3-13所示。所示。（11）倒棱角度。所图）倒棱角度。所图3-14如示。如示。图3-10 切削及夹紧特征图3-11 刃口形状与切削力关系 图3-12 切削方向图3-13 倒棱宽度 图3-14倒棱角度3.2.2 刀片夹紧系统刀片夹紧系统 刀片的夹紧系统对刀片在刀柄上安装的刀片的夹紧系统对刀片在刀柄上安装的可靠度、排屑以及刀片更换操作是否便捷可靠度、排屑以及刀片更换操作是否便捷关系重大。下面分别对车刀和铣刀的几种关系重大。下面分别对车刀和铣刀的几种常用夹紧方式进行介绍。常用夹紧方式进行介绍。1。车刀刀片夹紧方式。车刀刀片夹紧方式（1）杠杆式夹紧系统）杠杆式

35、夹紧系统杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。如图杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。如图3-15所示，其特点为：所示，其特点为：夹紧较为牢固可靠；夹紧较为牢固可靠；有两个定位面有两个定位面, 定位精度高；定位精度高；调节距离较偏心销大；调节距离较偏心销大；定位精度高定位精度高,切屑流畅切屑流畅,操作简便操作简便,可与其它系列刀具可与其它系列刀具产品通用；产品通用；结构复杂，制造工艺差和加工成本高，故适合专业结构复杂，制造工艺差和加工成本高，故适合专业厂集中生产。厂集中生产。图3-15杠杆式夹紧系统 图3-16锲销压紧式（2）锲销压紧式）锲销压紧式锲销压紧式夹紧系统如图锲销压紧式夹紧系统如图

36、3-16所示，它常用于仿形加工，所示，它常用于仿形加工，具有以下特点：具有以下特点：调节距离大，能可靠地夹紧烧结刀片；调节距离大，能可靠地夹紧烧结刀片；锁紧稳定，能抑制振动和承受大的切削力。锁紧稳定，能抑制振动和承受大的切削力。（3）螺钉式锁紧式）螺钉式锁紧式螺钉式锁紧式夹紧系统如图螺钉式锁紧式夹紧系统如图3-17所示，它适用于小孔径内所示，它适用于小孔径内孔以及长悬伸加工，具有以下优点：孔以及长悬伸加工，具有以下优点：甚至小型刀片也可用此方法夹紧；甚至小型刀片也可用此方法夹紧；出屑流畅。出屑流畅。但使用时也会有以下缺点：但使用时也会有以下缺点：螺丝出现疲劳现象时难以保证可转位刀片的可靠定位；

37、螺丝出现疲劳现象时难以保证可转位刀片的可靠定位；操作要小心，因为在上或取刀片时螺丝容易滑落；操作要小心，因为在上或取刀片时螺丝容易滑落；螺丝顶部可能会被出屑损坏，尤其在内部加工时容易出现螺丝顶部可能会被出屑损坏，尤其在内部加工时容易出现这种现象。这种现象。图3-17螺钉式锁紧式（4）弹性刀槽压紧式弹性刀槽自锁式）弹性刀槽压紧式弹性刀槽自锁式弹性刀槽压紧式如图弹性刀槽压紧式如图3-18所示，弹性刀槽自所示，弹性刀槽自锁式如图锁式如图3-19所示。这两种刀片都具有以所示。这两种刀片都具有以下特征：下特征：结构简单；结构简单；夹紧力可靠；夹紧力可靠；弹性刀槽压紧式可使用双头刀片；弹性刀槽弹性刀槽压紧

38、式可使用双头刀片；弹性刀槽自锁式可使用单头刀片；自锁式可使用单头刀片；弹性刀槽自锁式无需人工夹紧弹性刀槽自锁式无需人工夹紧图3-18弹性刀槽压紧式图3-19弹性刀槽自锁式 2。铣刀夹紧系统。铣刀夹紧系统（1）锲形锁紧）锲形锁紧使用锁紧锲将可转位刀片夹紧，如图使用锁紧锲将可转位刀片夹紧，如图3-20所示。其所示。其优点是刀齿可密布。但使用时也在以下不便之处：优点是刀齿可密布。但使用时也在以下不便之处：用锁紧螺钉将可转位刀片仅以力传递方式夹紧（圆用锁紧螺钉将可转位刀片仅以力传递方式夹紧（圆周方向端面跳动问题）。周方向端面跳动问题）。由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，因而容由于需要夹紧元件，刀片

39、的一部分被覆盖，因而容屑槽小，排屑不畅。屑槽小，排屑不畅。导热性差。导热性差。因可转位刀片定位低，承受交变弯曲应力，使可转因可转位刀片定位低，承受交变弯曲应力，使可转位刀片耐用度降低。位刀片耐用度降低。在夹紧时，锲形锁紧夹紧方式所使用的可转位刀片在夹紧时，锲形锁紧夹紧方式所使用的可转位刀片可带孔或不带孔夹紧。可带孔或不带孔夹紧。图3-20锲形锁紧 图3-21螺钉锁紧 （2）螺钉锁紧）螺钉锁紧用锁紧螺钉刀片以力传递和形状传递的方式夹紧用锁紧螺钉刀片以力传递和形状传递的方式夹紧（三点接触）。如图（三点接触）。如图3-21所示，其优点有：所示，其优点有：可转位刀片锁紧可靠。可转位刀片锁紧可靠。大容量

40、屑槽能使切屑自由流出。大容量屑槽能使切屑自由流出。可转位刀片承受的热载荷较小，从而提高了刀片的可转位刀片承受的热载荷较小，从而提高了刀片的耐用度。耐用度。 即使是最小的可转位刀片也能可靠地锁紧。即使是最小的可转位刀片也能可靠地锁紧。其缺点是刀齿分布不能过密，只能使用厂家提供的其缺点是刀齿分布不能过密，只能使用厂家提供的锁紧螺钉。锁紧螺钉。3.2.3可转位刀片的镀层技术可转位刀片的镀层技术 镀层硬质合金材料对于发展切削材料的镀层硬质合金材料对于发展切削材料的耐磨性和提高材料硬度方面具有里程碑的耐磨性和提高材料硬度方面具有里程碑的意义。自从开发第一种镀层材料以来，现意义。自从开发第一种镀层材料以来

41、，现在所用的硬质合金的性能和可靠性比以往在所用的硬质合金的性能和可靠性比以往有了相当的提高。镀层硬质合金的使用寿有了相当的提高。镀层硬质合金的使用寿命比未镀层的硬质合金高出许多倍，现在命比未镀层的硬质合金高出许多倍，现在所使用的车刀片将近所使用的车刀片将近90%的是镀层的。的是镀层的。1。常用镀层材料。常用镀层材料（1）碳化钛高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。）碳化钛高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。（2）氮化钛的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀）氮化钛的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩擦系数。具与被加工工件之间的摩擦系

42、数。（3）碳氮化钛）碳氮化钛(TiCN)是在单一的是在单一的TiC晶格中，氮原子（晶格中，氮原子（N）占据原来碳）占据原来碳原子（原子（C）在点阵中的位置而形成的复合化合物，）在点阵中的位置而形成的复合化合物，TiCxNy中碳氮原中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和和TiC0.3N0.7。由。由于于TiCN具有具有 TiC和和TiN的综合性能，其硬度（特别是高温硬度）高的综合性能，其硬度（特别是高温硬度）高于于 TiC和和TiN，因此是一种较理想的刀具镀层材料。，因此是一种较理想的刀具镀层材料。 （4）氧化铝）氧化铝(Al2O3)在抗氧

43、化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝相比。但由于氧化铝与基体材料的物理、化学性能相差能与氧化铝相比。但由于氧化铝与基体材料的物理、化学性能相差太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想的镀层刀具。太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想的镀层刀具。（5）铝氮化钛（）铝氮化钛（TiAlN）在切削过程中铝氧化而形成）在切削过程中铝氧化而形成Al2O3，从而起到，从而起到抗氧化和抗扩散磨损作用，但其抗氧化性能比单一的抗氧化和抗扩散磨损作用，但其抗氧化性能比单一的Al2O3镀层稍镀层稍差，因为差，因为TiAlN中形成的中形成的Al2O3在切削过程中边生成边磨掉

44、。但在高在切削过程中边生成边磨掉。但在高速切削时，其效果优于不含铝的速切削时，其效果优于不含铝的TiCN镀层。镀层。2。镀层类型。镀层类型（1）化学气相沉积（）化学气相沉积（CVD方法）方法）化学气相沉积可以定义为一种材料合成方法。这种方法使化学气相沉积可以定义为一种材料合成方法。这种方法使气相的几种组成成分反应并在一些表面上形成一固体膜。气相的几种组成成分反应并在一些表面上形成一固体膜。CVD系统中的化学反应可划分为还原、氧化、水解、热系统中的化学反应可划分为还原、氧化、水解、热解等，是在低压解等，是在低压CVD反应器中实现的。沉积反应几乎永反应器中实现的。沉积反应几乎永远是一种不均匀的多相

45、反应。远是一种不均匀的多相反应。（2）物理气相沉积（）物理气相沉积（PVD方法）方法）物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程，例如钛。物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程，例如钛。物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积、溅射、离子镀三物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积、溅射、离子镀三种将固态镀层材料气化的方法。由于种将固态镀层材料气化的方法。由于PVD工艺温度低，工艺温度低，不会降低硬质合金刀片自身的强度，刀片刃部可磨得十不会降低硬质合金刀片自身的强度，刀片刃部可磨得十分锋利，从而可降低机床的功率消耗。分锋利，从而可降低机床的功率消耗。 （3）CVD与与PVC的比较的比较CVD与与PVC的由

46、于镀层时所采用的温度、时间不尽相同，的由于镀层时所采用的温度、时间不尽相同，因此镀层效果也有所区别。如下表因此镀层效果也有所区别。如下表3-1所示。所示。CVD镀层PVD镀层可进行a-Al2O3镀层临界载荷一般为30-40N临界载荷可大于90N镀层厚度必须控制在3-5m，否则镀层易产生剥落现象镀层的厚度可达7-10m工业化镀层成本工业化镀层成本高表3-1CVD与PVC镀层 3。镀层硬质合金材料的优缺点。镀层硬质合金材料的优缺点 应用镀层技术的硬质合金材料，其性能应用镀层技术的硬质合金材料，其性能与未采用镀层技术的硬质合金材料比较如与未采用镀层技术的硬质合金材料比较如表表3-2所示。所示。表3-

47、2采用镀层技术优缺点是否镀层优点缺点镀层能达到较高的切削值，耐用性较好因为刀刃带有镀层，刀片不可能具有很锋利的刀刃磨损易识别因带镀层，刀片变得耐磨刀片虽然价格较高，但经济性强未镀层可提供切削刃十分锋利的刀片（因为切削刃不带镀层）切削值只可能降低，耐用度小磨损不易被发现 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，切削行距一般取得很能密，故球头常用于曲此，为保证加工精度，切削行距一般取得很能密，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效

48、率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀是精加工，都应优先选择平头刀。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。高，则可以使整个加工成本大大降低。 在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时

49、进行在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（三种规格）和锥柄（四种规工具系统，

50、其刀柄有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括格）两种，共包括16种不同用途的刀柄。种不同用途的刀柄。 在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：循以下原则：尽量减少刀具数量；尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规

51、格的刀具；格的刀具；先铣后钻；先铣后钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。换刀功能，以提高生产效率等。3.3 数控刀具的选择数控刀具的选择3.3.1数控刀具的选择数控刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。用户应根据机床刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。用户应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选

52、择总的原则是：安装调整方便，因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 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。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；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；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；加工凸台、凹槽时，选高速钢

53、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；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、锥形刀、锥形铣刀和盘形铣刀。铣刀和盘形铣刀。 3.3.2数控车刀选刀典型实例数控车刀选刀典型实例 下面介绍具体的刀具选择实例。选刀对下面介绍具体的刀具选择实例。选刀对象为如图象为如图3-22所示零件，材料为所示零件，材料为45号钢，号钢，毛坯为直径毛坯为直径145mm的棒料，分粗精加工两的棒料，分粗精加工两道工序完成加工。选择数控车刀及相应刀道工序完成加工。选择数控车刀及相应刀片，刀具为瓦尔特刀具。片，刀具为瓦尔特刀具。图3-22选刀实例1。刀杆选择。刀杆选择 根据零件轮廓选择如图根据零件轮廓选择如图3-23所示刀杆类型。所示刀杆类型。再根据切削深度，机床刀夹尺寸，从产品目再根据切削深度，机床刀夹尺寸，从产品目录样本中选择刀杆型号录样本中选择刀杆型号PDJN R/L 2525 M11刀杆，如表刀杆，如表3-3所示。所示。图3-23刀