淺談數控刀具的特點及選用

摘 要：刀具在切削加工中占有必不可缺少的重要地位，現代機械制造業中的零件基本上都通過刀具切削加工制造而成的，而數控刀具的性能和質量直接影響昂貴的數控機床加工效率與質量的高低，也直接影響機械制造業的技術水平和生產成本的高低，數控刀具是現代先進制造技術發展與進步的重要組成部分和顯著特征之一。

關鍵詞：數控刀具 切削加工 機床

隨著科學技術的飛速發展，社會對產品多樣化的要求日益強烈，產品更新越來越快。多品種，中小批量生產的比重明顯增加，同時隨著航空工業、裝備制造業和汽車工業的高速發展復雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高，傳統的加工設備和加工方法已經難以適應這種多樣化，柔性與復雜形狀的高效、高質量的加工要求，因此，數控加工技術得到了迅速發展。但是在數控加工過程中影響加工精度的因素有很多，其中數控刀具是數控加工關鍵技術之一。

數控刀具是指與這些先進高效的數控機床相配套使用的各種刀具的總稱。是數控機床不可缺少的關鍵配套產品，數控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、長壽命和良好的綜合切削性能取代了傳統的刀具。所以對所使用的數控刀具提出了比傳統普通機床所使用的刀具更高的要求，它不僅要求刀具耐磨損、壽命長、可靠性好、精度高、剛性好而且要求刀具尺寸穩定，安裝調整方便等。更要求數控刀具具有以下特點：①刀具材料應具有高的可靠性。②刀具材料應具有耐熱性、抗熱沖擊性和高溫力學性能。③數控刀具應具有高的精度。④數控刀具應具有實現快速更換。⑤數控刀具系列化、標準化和通用化。⑥數控刀具大量采用機夾可轉位刀具。⑦數控刀具大量采用多功能復合刀具及專用刀具。⑧數控刀具應能可靠地斷屑。⑨數控刀具材料應能適應難加工材料和新材料加工的需要。

機床與刀具的發展是相輔相成的，相互促進的。刀具是由機床、刀具和工件組成的切削加工工藝中最活躍的因素，刀具切削性能的好壞取決于刀具的材料和刀具結構。切削加工生產率和刀具壽命的高低，加工成本的多少，加工精度和加工表面質量的優劣等。在很大程度上取決于刀具材料、刀具結構及其合理選擇。數控所用的刀具在應用中，要根據數控機床的要求，夾具的要求，工件材料的性能，加工工序，切削用量以及其他相關因素正確選用刀具。刀具選用總的原則是：刀具的安裝和調整方便，剛性好，耐用度和精度高，在保證安全和滿足加工要求的前提下，刀具長度應盡可能短，以提高刀具的剛性。

選用刀具時應考慮的因素是多方面的隨著機床種類、型號的不同，生產經驗和習慣的不同以及種種因素而得到的效果是不相同的，歸納起來應考慮到以下幾個方面：

1.根據零件材料的切削性能選擇刀具。如金屬、非金屬等不同材料硬度、耐磨性、韌性等。一般原則是盡可能選用硬質合金刀具，凡加工條件允許選用硬質合金刀具時，就不能選用高速鋼刀具。精密鏜孔，還可選用性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具。為了提高耐磨性可選用涂層刀具。

2.根據零件的加工階段選擇刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產品質量為主，應選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具，因為精加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續使用會影響精加工的加工質量，但對粗加工的影響較小。

3.根據加工區域的特點選擇刀具和幾何參數。刀具幾何參數對切削變形、切削力、切削溫度、刀具壽命等方面都有較大影響。選擇合理的刀具幾何參數，對保證加工質量、提高生產率、降低加工成本有重要的意義。所謂刀具合理幾何參數，是指在保證加工質量的前提下，能夠滿足生產率、較低加工成本的刀具幾何參數。因此在零件結構允許的情況下應選用大直徑、長徑比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應有足夠的向心角，以減少刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟材料零件時應選擇前角稍大一些的立銑刀，齒數也不要超過4齒。

4.根據刀具材料選擇刀具。刀具切削部分的材料應具備如下性能：高的硬度，足夠的強度和韌性，高的耐磨性，高的耐熱性，良好的加工工藝性。對于加工效率、加工質量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應克服的一個關鍵。對于石墨刀具，普通的TiN涂層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的，也就是鈷含量稍高一點的；對于金剛石涂層石墨刀具，可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的，也就是鈷含量稍低一點的。

5.根據切削用量選擇刀具。在加工過程中刀具在不斷的磨損，為了減少成本和提高生產效率，就必須減少刀具的磨損，合理的選擇切削用量是必不可少的：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。

6.根據輔助工作選擇刀具。在數控機床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則：①盡量減少刀具的數量，減少換刀的次數；②一把刀具裝夾后，應完成其所能進行的所有加工部位；③粗精加工的刀具應分開使用，即使是相同尺寸規格的刀具；④先銑后鉆 ；⑤先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工；⑥在可能的情況下，應盡可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。

隨著數控機床的應用越來越廣，數控加工技術代表了現代切削加工技術的發展方向，而切削加工技術的進步是數控機床和數控刀具的發展和應用密不可分的。只有把數控機床和數控刀具結合起來，才能充分發揮數控加工技術潛力，也是推動企業技術進步及提高市場競爭實力的有效手段。

參考文獻：

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