一文详解数控刀具基础知识

数控机床对刀具材料的要求

较高的硬度和耐磨性

刀具切削部分的硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好。刀具材料在常温下的硬度应在HRC62以上。

足够的强度和韧性

刀具在切削过度中承受很大的压力，有时在冲击和振动条件下工作，要使刀具不崩刃和折断，刀具材料必须具有足够的强度和韧性，一般用抗弯强度表示刀具材料的强度，用冲击值表示刀具材料的韧性。

较高的耐热性

耐热性指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度及韧性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指标，这种性能也称刀具材料红硬性。

较好的导热性

刀具材料的导热系数越大，刀具传出的热量越多，有利于降低刀具的切削温度和提高刀具的耐用度。

良好的工艺性

为便于刀具的加工制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如刀具材料的锻造、轧制、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性及高温塑性变形性能，对于硬质合金和陶瓷刀具材料还要求有良好的烧结与压力成形的性能。

刀具材料种类

高速钢

高速钢是由W、Cr、Mo等合金元素组成的合金工具钢，具有较高的热稳定性，较高的强度和韧性，并有一定的硬度和耐磨性，因而适合于加工有色金属和各种金属材料，又由于高速钢有很好的加工工艺性，适合制造复杂的成形刀具，特别是粉沬冶金高速钢，具有各向异性的机械性能，减少了淬火变形，适合于制造精密与复杂的成形刀具。

硬质合金

硬质合金具有很高的硬度和耐磨性，切削性能比高速钢好，耐用度是高速钢的几倍至数十倍，但冲击韧性较差。由于其切削性能优良，因此被广泛用作刀具材料 。

切削刀具用硬质合金分类及标志

涂层刀片

1）CVD气相沉积法涂层 涂层物质为TiC，使硬质合金刀具耐用度提高1-3倍。涂层厚；刃口钝；利于提高速度寿命。

2）PVD物理气相沉积法涂层 涂层物质为TiN、TiAlN和Ti(C,N)，使硬质合金刀具耐用度提高2-10倍。涂层薄；刃口锋利；利于降低切削力。

★涂层最大厚度≤16um

CBN和PCD

立方氮化硼（CBN） 立方氮化硼硬度和导热性能仅次于金刚石，有很高的热稳定性和良好的化学稳定性，因此适用于加工淬火钢、硬铸铁、高温合金和硬质合金。

聚晶金刚体（PCD） 聚晶金刚体作为切削刀具使用时，烧结在硬质合金基体上，可对硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等耐磨、高硬度的非金属和非铁合金材料进行精加工。

★ISO机夹刀片材料分类法★

钢 件：P05 P25 P40

不锈钢：M05 M25 M40

铸 铁：K05 K25 K30

★数字越小表示刀片越硬，刀具的耐磨性越好，抗冲击性能较差。

★数字越大表示刀片越软，刀具的抗冲击性能越好，耐磨性较差。

可转为刀片型号与ISO表示规则

1 、表示为刀片形状的代码

2、表示为主切削刃后角的代码

3、表示为刀片尺寸公差的代码

4、表示为刀片断屑及夹固形式的代码

5、表示为切削刃长度表示方法

6、表示为刀片厚度的代码

7、表示为修光刃、R角的代码

其他数字的意义

8表示为表示特殊需要的代码；

9表示为进给方向的代码，如代码R表示右进刀，代码L表示左进刀，代码N表示中间进刀；

10表示为断屑槽型的代码；

11表示刀具公司材料代码；

切削速度

切削速度Vc计算公式：

式中：

d—工件或刀尖的回转直径，单位mm

n—工件或刀具的转速，单位r/min

普通车床加工螺纹的速度

车削螺纹主轴转速n，切削螺纹时，车床的主轴转速受加工工件的螺距（或导程）大小、驱动电动机升降特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，因此对于不同的数控系统，选择车削螺纹主轴转速n存在一定的差异。下列为一般数控车床车螺纹时主轴转速计算公式：

式中：p—工件螺纹的螺距或导程, 单位mm。

k—保险系数，一般为80。

加工螺纹的每次进给深度计算

螺纹加工走刀次数

1）粗加工

粗加工走刀量经验计算公式：f 粗 = 0.5 R

式中：R —— 刀尖圆弧半径mm

f —— 粗加工走刀量mm

2）精加工

式中：Rt —— 轮廓深度μm

f —— 进给量mm/r

rε —— 刀尖圆弧半径mm

按进给量、断屑槽区分粗精车

f≥0.36 粗加工

0.36＞f≥0.17 半精加工

f＜0.17 精加工

影响刀片粗、精加工不是刀片的材料而是断屑槽。刃口倒角小于40um为锋利。

刀具振动

刀具振动需要同时存在的三个条件

解决刀具振动的思路

第一是减小切削力至最小；

第二是尽量增强刀具系统或者夹具与工件的静态刚性；

第三则是在刀杆内部再制造一个振动去打乱外激切削力的振频，从而消除刀具振动。

降低切削力的方法

常见问题

后刀面磨损过快时

表现：后刀面迅速磨损导致加工表面粗糙和加工尺寸超差。

原因：切削速度过高，或者刀片耐磨性太差；

进给量太小

改进方法：降低切削速度，同时逐步加大走刀量

采用更耐磨的刀片材料或涂层

采用顺铣的方法

发生刻痕磨损时

经常用指甲检查刀片的沟槽磨损

表现：刀片沟槽磨损导致表面粗糙和崩刃。

原因：切削速度过高，或者刀片耐磨性太差；

进给量太小；

铣削材料有加工硬化倾向；

工件表面有氧化皮；

改进方法：采用更耐磨的刀片材料或涂层；

降低切削速度并加大走刀量；

铣削不锈钢和耐热合金时产生积屑瘤

铣削粘刀也叫积屑瘤， 它使加工表面粗糙起毛刺，积屑瘤脱落导致刀片前刀面脱落，刀片刃口崩碎， 耐热合金类工件的二次挤屑导致刃口快速崩碎。

原因：刃口钝化，负前角，切削速度低，切屑厚度过薄， 切屑排除不畅。

改进方法：

对于不锈钢和铝合金可以提高切削速度；

采用物理涂层的刀片或者非涂层刀片；

逐步加大走刀量致最佳切屑厚度；

充足的高压冷却液或空气防止二次切屑；

采用顺铣的方法。

对于耐热合金钛合金和沉淀硬化不锈钢或者低速采用纯矿物油冲刷切削区域。

铣削刀片的磨损–热裂

改进方法：

充足的持续的冷却液

降低切削速度

逐步加大走刀量

采用更耐磨的刀片材料或涂层

采用顺铣的方法

铣削刀片的磨损–陨坑磨损

改进方法：

降低切削速度

减小走刀量

采用更耐磨的刀片材料或涂层

避免积屑瘤

刃口崩碎或打刀

表现：

切削刃细小破损使加工表面粗糙以及后刀面过度磨损

打刀指刀片刃口特别是刀尖折断

原因：

刀片材料太硬，刀片槽型过于薄弱，采用的切削速度过低挤碎刃口，挤屑和积屑瘤， 工件材质不均或者有断续切削。

改进方法：

首先排除振动的因素，采用韧性更好的刀片材料，换刃口强壮的刀片

刃口被挤碎则提高切削速度

工件材质不均降低切削速度并且加大走刀量顺铣铣

检查刀垫是否破碎，刀片螺钉是否变形需要更换

顺铣和逆铣 Down and Up milling

顺铣的优点

铣削摩擦热少

刀片挤压变形小

刀片寿命长

逆铣的优点

刀体受铣削力冲击小

有利于减少工作台丝杠间隙窜动

顺铣和逆铣对刀具寿命的影响

刀具直径和位置的选择

按照惯例，根据工件尺寸特别是工件铣削宽度来选择铣刀直径， 但是对于某个给定的面铣刀，它的最佳铣削宽度是铣刀标称直径的70-80%。

实践证明，顺铣方式使刀片寿命最长。

钻削刀具

钻头刃部的结构

Coromant-U钻–结构特点和加工原理

Coromant-U钻–精密孔径调整夹头

Coromant-U钻–精密孔径调整夹头分体

粗镗孔刀具

粗镗刀的使用形式

锯片铣刀

立铣刀

使用形式

斜坡铣

螺旋插补

插铣

侧铣

铣槽

面铣

如何用好整体硬质合金立铣刀

最重要的是最大限度地减少刀具径向跳动

径跳每增加0.01mm，刀具寿命降低50%

内容来源：网络

本期编辑：小艾
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来源：世界先进制造技术论坛