金屬切削刀具是實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工，得到一個(gè)合格零件的最主要的因素，老師傅就常說(shuō)“三分功夫七分刀，在加工時(shí)如何選刀、磨刀是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的主要因素。傳統(tǒng)的機(jī)械加工主要采用焊接式刀具，現(xiàn)在隨著數(shù)控機(jī)床的大量使用，使用越來(lái)越多的是機(jī)夾刀具和組合刀具，這些刀具的刀片和刀桿已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，由一些專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，使用時(shí)技術(shù)人員和操作者根據(jù)具體的加工條件、工件材料，查詢刀具樣本選擇合適的刀片、刀桿和刀具主柄，組裝成一把刀具，安裝在機(jī)床的刀架上進(jìn)行加工。這時(shí)對(duì)工人的技能要求主要是如何選刀、裝刀、調(diào)刀、對(duì)刀，而不是磨刀了。一般在選擇刀具時(shí)，首先要根據(jù)工件形狀、材料、加工條件及相關(guān)的工藝情況選擇刀片的形狀和材質(zhì)，然后根據(jù)刀片及機(jī)床的要求，并考慮組合后刀具的各個(gè)角度要求，選擇相應(yīng)的刀桿或刀柄，進(jìn)行組裝，安裝在機(jī)床的刀架進(jìn)行加工。

　　數(shù)控刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。

1 數(shù)控加工常用刀具的種類(lèi)及特點(diǎn)

　　數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專(zhuān)用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機(jī)床動(dòng)力頭上，因此已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。數(shù)控刀具的分類(lèi)有多種方法。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：①整體式；②鑲嵌式，采用焊接或機(jī)夾式聯(lián)接，機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；③特殊型式，如復(fù)合式刀具、減震式刀具等。根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：①高速鋼刀具；②硬質(zhì)合金刀具；③金剛石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。從切削工藝上可分為：①車(chē)削刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等多種；②鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；③鏜削刀具；④銑削刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用，在數(shù)量上達(dá)到整個(gè)數(shù)控刀具的30％-40％，金屬切除量占總數(shù)的80％-90％。

　　數(shù)控刀具與浮通機(jī)床上所用的刀具相比，有許多／不同的要求，主要有以下特點(diǎn)：①剛性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及熱變形??；②互換性好，便于快速換刀；③壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；④刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時(shí)間；⑤刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇?，以利于切屑的排除；⑥系列化、?biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。

2 數(shù)控加工刀具的選擇

　　盡管數(shù)控加工刀具具有許多普通刀具不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，但只有在加工中合理的選用才能充分發(fā)揮其效能，面對(duì)種類(lèi)繁多的刀具，內(nèi)容復(fù)雜的刀具樣本，許多操作者都覺(jué)得無(wú)從下手，不知道如何去選擇，筆者經(jīng)過(guò)這幾年的教學(xué)積累，以及和操作者、技術(shù)人員請(qǐng)教，覺(jué)得選擇刀具時(shí)應(yīng)根據(jù)機(jī)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關(guān)因素正確選用刀片及刀柄。一般選擇時(shí)首先要選擇刀片，然后根據(jù)刀片及加工條件選擇刀桿或刀柄，所以刀片的選擇是刀具選擇的關(guān)鍵和前提。而刀片的選擇又有材質(zhì)選擇和形狀選擇兩個(gè)方面，材質(zhì)選擇主要是根據(jù)被加工零件的材料特點(diǎn)、加工條件選擇什么材質(zhì)的刀片，如要加工不銹鋼材料的零件，首先要選擇涂層硬質(zhì)合金(GC)材料的刀片，加工條件是精加工，要求得到較高的表面質(zhì)量，可以選擇GCl025牌號(hào)的刀片，這些知識(shí)點(diǎn)在各種刀具樣本上介紹的比較詳細(xì)，操作者也易于掌握，在本論文中不再贅述了。刀片選擇的重點(diǎn)是刀片形狀和槽型的選擇，根據(jù)工序類(lèi)型及加工部位選擇刀片的形狀、角度、刀尖圓弧半徑，選擇時(shí)要考慮組合后刀具所需的主偏角、可接近性及通用性要求，如刀具副切削刃是否和已加工表面干涉、刀尖的強(qiáng)度、加工后可達(dá)到的表面粗糙度等?，F(xiàn)在就來(lái)介紹一下刀具(刀片)形狀的選擇方法及要點(diǎn)。

　　(1)數(shù)控車(chē)削用刀具的選用

　　數(shù)控車(chē)床在加工過(guò)程中主要通過(guò)程序控制刀具的各種插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各種型面的加工，因此刀具切削刃的形狀并不是保證加工精度的主要因素，為了便于選用和管理，常用的數(shù)控車(chē)刀(刀片)的種類(lèi)比較單一，一般常用有三種外圓車(chē)刀、三種內(nèi)孔車(chē)刀，加工時(shí)根據(jù)工件材料的不同配以不同材質(zhì)的刀片。就形成了適應(yīng)不同加工條件的車(chē)刀。因而車(chē)刀的選用主要是這三種車(chē)刀的選用。

　　數(shù)控車(chē)削主要加工一些成型的表面，這時(shí)主要考慮刀具角度是否會(huì)和工件加工部位干涉。如圖1加工外圓和內(nèi)孔時(shí)刀具和工件的相對(duì)位置關(guān)系。

　　現(xiàn)將常用的三種外圓車(chē)刀刀片應(yīng)用特點(diǎn)介紹如下，為介紹方便，我按組成刀具的角度和特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，

　　1)80°菱形刀片外圓車(chē)刀

　　這種刀片選用的刀柄的主偏角多為93°，組合成刀具后其刀具的副偏角為70°刀具的剛性非常好，主要適合加工圓柱面、臺(tái)階面等階梯軸類(lèi)零件，可實(shí)現(xiàn)大切深加工。多用于粗加工，采用不同材質(zhì)的刀片也可用于半精加工和精加工。

　　2)35°菱形刀片外圓車(chē)刀

　　該種刀片選用的刀柄多為93°，組合成刀具后其刀具的副偏角為52°。刀具的剛性較差，但大的副偏角可避免和已加工的表面干涉，主要適合加工一些成形表面及內(nèi)凹的輪廓。每刀的切深較小。進(jìn)給量也應(yīng)選擇小些，否則表面粗糙度較大，采用不同的刀片可用于粗加工、半精加工和精加工，但一般多用于精加工。該種刀具最適合加工圖2所示的零件。

圖2 35 o菱形刀片車(chē)外圓

　　3)55°菱形刀片外圓車(chē)刀

　　該種刀片選用的刀柄主偏角為93°，組合成刀具后其刀具的副偏角為32。。刀具的剛性一般，較大的副偏角即可避免和已加工的表面干涉，可以加工一些成形表面及內(nèi)凹程度不大的輪廓。也能保持較好的剛性，實(shí)現(xiàn)快速切削。其切削性能和應(yīng)用范圍介于80°菱形刀片外圓車(chē)刀和35°菱形刀片外圓車(chē)刀之間。采用不同的刀片可用于粗加工、半精加工和精加工。一般多用于半精加工和精加工。

　　內(nèi)孔車(chē)刀的選擇方法與要求和外圓車(chē)刀基本一致，也要注意刀具副切削刃是否和加工表面干涉。刀尖的強(qiáng)度是否滿足要求。另外在選用時(shí)盡量選用刀尖角大的刀具，這樣刀具的剛性好，一般刀具副偏角比工件輪廓最大切角大2°左右即可。

　　一般刀片對(duì)應(yīng)的刀柄型號(hào)是固定的，即使形狀相同也不能進(jìn)行互換，否則刀具的中心高將不能滿足要求，刀片的形狀選擇完成以后，應(yīng)考慮刀片的槽型的選擇，刀片的常見(jiàn)的槽型如圖3。

　　合理的選擇刀片的槽型可以提高生產(chǎn)效率。圖3中的三種刀片是一種用于半精加工和精加工的創(chuàng)新性的高生產(chǎn)率刀片，已逐漸廣泛用于各種工業(yè)。通過(guò)刀尖半徑的微小變化，在保證表面質(zhì)量的前提下．可以將進(jìn)給量增加一倍。選擇時(shí)建議參照刀具樣本推薦值。

　　(2)數(shù)控加工中心用刀具的選用

　　加工中心刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較粗、較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。加工中心常用的刀具主要有銑削加工刀具和孔加工用刀具兩大類(lèi)。銑削加工用刀具包括面銑刀、立銑刀等?？准庸ゎ?lèi)刀具主要有中心鉆、麻花鉆、鏜刀、絲錐、锪鉆等?，F(xiàn)在簡(jiǎn)單介紹這些刀具的選用要點(diǎn)。

　　1)面銑刀的選用

　　面銑刀是一種比較常用的銑刀，主要用來(lái)加工平面、臺(tái)階面等，比較常用的幾種有CoroMiU245、CoroMill290、CoroMill390和ComMiU790四種。其中CoroMill 245型面銑刀主要用于加工中心和小型銑床，一般用于加工平面、倒角、臺(tái)階面等；CoroMill 290型通用方肩銑刀是一種比較通用的面銑刀，一般用于加工平面、臺(tái)階面、溝槽和鏜孔加工，通常用于圓弧插補(bǔ)鏜削；CoroMill390型通用方肩面銑刀，適合加工所有類(lèi)型的材料，一般用于加工平面、臺(tái)階面、溝槽和鏜孔加工，在刀具大懸伸和不穩(wěn)定的加工條件下，可以利用插銑方式進(jìn)行加工，也可以進(jìn)行有限寬度的凹窩加工。CoroMill 790鋁銑刀的刀具外形及加工特點(diǎn)和390型銑刀非常相似，CoroMill 790刀具是專(zhuān)為滿足航天航空業(yè)加工要求極高的飛機(jī)翼架零件而研發(fā)的，主要適用于鎂、鋁合金和其他有色金屬材料的加工。和390型銑刀的區(qū)別在于790型刀片的后部帶有獨(dú)特的齒型溝槽，和刀體支撐面上的溝槽牢固的支撐和固定住，以防止過(guò)高的速度時(shí)產(chǎn)生的高軸向力引起的移位。

　　2)立銑刀的選用

　　整體硬質(zhì)合金立銑刀具有底刃和側(cè)刃，主要用于加臺(tái)階面、溝槽、仿形加工，以及刀具尺寸受限制的內(nèi)凹輪廓及成形表面，加工時(shí)可同時(shí)利用刀具的底刃和側(cè)刃切削，加工范圍廣泛，加工方式靈活，在生產(chǎn)中廣泛采用。

　　常用的整體硬質(zhì)合金立銑刀種類(lèi)很多，選用也比較簡(jiǎn)單，選用時(shí)盡量選取直徑較大的刀具，這樣刀具剛性好，金屬切除率高，選用時(shí)一定要注意刀具半徑要小于零件內(nèi)凹輪廓的半徑。數(shù)控機(jī)床具有圓弧插補(bǔ)的功能，對(duì)于內(nèi)凹圓輪廓的加工盡量選用小直徑刀用圓弧指令來(lái)加工。不同的立銑刀具有不同的刀齒數(shù)，通常精加工選用刀齒數(shù)多的銑刀。一般的立銑刀刀刃不過(guò)中心，不能進(jìn)行鉆孔加工，進(jìn)刀時(shí)應(yīng)選用其它方式，如必須進(jìn)行鉆孔加工，應(yīng)選用刀刃過(guò)中心的銑刀或鍵槽銑刀。

　　銑削加工選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀；銑削平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺(tái)、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對(duì)一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤(pán)形銑刀。

　　在進(jìn)行自由曲面(模具)加工時(shí)，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般采用頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀，因此，只要在保證不過(guò)切的前提下，無(wú)論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了月具成本，但由此帶來(lái)的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個(gè)加工成本大大降低。

　　3)孔加工刀具的選用

　　在加工中心上進(jìn)行孔加工，通常分為三個(gè)工步進(jìn)行，先用中心鉆打中心孔、再用鉆頭鉆孔、最后用鏜刀和鉸刀進(jìn)行孔的精加工。中心鉆通常只有Φ1.5和Φ3兩種，使用盡量選大的，鉆頭選擇時(shí)要注意給精加工留有0.4～0.6mm的余量即可，鉸刀是一種定尺寸刀具，應(yīng)按零件的中差值進(jìn)行選用。孔加工時(shí)重點(diǎn)是鏜刀的選用。常用的鏜刀分為粗鏜刀和精鏜刀兩類(lèi)，常用的粗鏜刀具多為帶有兩個(gè)刀片的鏜削刀具，一般用于鏜削通孔、臺(tái)階孔，也可利用單刃鏜削，精鏜刀具都帶有鏜孔直徑調(diào)節(jié)裝置，刀頭可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。使用時(shí)也要調(diào)整到鏜孔的中差尺寸。

　　3 加工過(guò)程中切削用量的確定

　　切削用量的選擇是決定加工效率和表面加工質(zhì)量最主要的因素，在加工中應(yīng)合理的進(jìn)行選用，選擇切削用量的主要原則是：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下。兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。具體要考慮以下幾個(gè)因素：

　　(1)切削深度ap：在機(jī)床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個(gè)有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留一定的余量進(jìn)行精加工。數(shù)控機(jī)床的精加工余量可略小于普通機(jī)床。

　　(2)切削寬度L：一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中，一般L的取值范圍為：L=(0.6—0.9)d。

　　(3)切削速度v：提高v也是提高生產(chǎn)率的一個(gè)措施，但v與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著v的增大，刀具耐用度急劇下降，故v的選擇主要取決于刀具耐用度。另外，切削速度與加工材料也有很大關(guān)系，例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時(shí)，v可采用8m／min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時(shí)，v可選200M／min以上。一般在刀具樣本中有選用刀片的推薦切削速度值，使用者可根據(jù)被加工工件的材料進(jìn)行選用，機(jī)床說(shuō)明書(shū)推薦的切削速度值都較大，建議選用時(shí)可適當(dāng)減少。

　　(4)主軸轉(zhuǎn)速n(r／min)：主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度V=來(lái)選定。計(jì)算公式為：v=πdn/1000。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)(倍率)開(kāi)關(guān)，可在加工過(guò)程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。

　　(5)進(jìn)給速度叭Vr應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來(lái)選擇。Vf的增加也可以提高生產(chǎn)效率。但表面粗糙度會(huì)大大降低，因此在粗加工和加工表面粗糙度要求低時(shí)，Vf可選擇得大些。精加工一般要根據(jù)表面粗糙度值選取，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床都設(shè)有進(jìn)給倍率修調(diào)旋鈕，編程時(shí)可設(shè)置大一些，在加工過(guò)程中，根據(jù)具體加工狀態(tài)通過(guò)機(jī)床控制面板上的修調(diào)開(kāi)關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能等的限制。

　　隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的零件要在數(shù)控機(jī)床上加工。工件的材料和加工要求也各不相同，為了保證加工質(zhì)量，提高加工效率，操作者和編程人員必須熟悉刀具的選擇方法和切削用量的確定原則，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。