焦帅帅 贾凡

摘要：本文论述了各种数控刀具的种类、性能、特点、结构及其选用方法和原则。

关键词：编程;数控加工刀具;种类;特点;选用

伴随着时代的发展，数控加工的使用越来越广泛，批量生产线的逐步建成，合理、正确的选择数控刀具已是数控加工的首要问题之一。在数控程序的编制过程中，要正确选用刀具以及刀具的切削参数。所以，程序编制人员要掌握各类数控刀具的加工特性以及各类刀具切削参数的选择原则，从而保证企业产品的质量和企业的加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的效益，使企业的利益达到最大化。

一、CNC数控加工常用刀具的种类

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。根据刀具结构可分为：①整体式;②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种;③特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀具;②硬质合金刀具;③金刚石刀具;④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具，等等。从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等;③镗削刀具;④铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%―40%，金属切除量占总数的80%―90%。

二、CNC数控加工中刀具的优化

1总体优化目标

现代化进程的加快，各个行业之间的影响以及相互渗透程度越来越大，这就使得对产品质量的要求越来越严格，机械工业更是这样。正确的刀具选择就是在加工中能够保证零件的质量，满足零件的各項技术要求并且在降低能耗的同时能够提高生产效率。提高生产率的主要途径有：提高切除效率，容易装卡工件以及换刀方便;降低成本主要体现在刀具的磨损量小，能源的利用率高等等，因此对于刀具的选择的优化总体目标为：提高加工质量，提高生产效率，降低生产成本。所以正确合理的选择刀具是实现以上目标的基本前提。保证加工质量就要尽量使零件与刀具间不发生干涉;提高生产效率就在允许范围内尽量使用直径较大的刀具;降低生产成本就是在满足切削要求的基础上尽量使用合理的刀具材料，不出现杀鸡用牛刀的现象。在目前对于刀具优化的研究中来看，由于优化目标过于单一，所以优化效果十分有限。虽然对于加工时间的优化上取得了一些进展，但是在加工质量以及加工效率方面的结合还需要继续完善。

2加工特征特性

加工特征的种类的种类比较多，如表面、倒角、槽、孔、型腔等等，而这些大的特征类型又分很多子类型，不同特征需要的加工特性也不尽相同。以孔为例，某些孔对应的刀具有时候是唯一的，如平底盲孔加工时一般只选用铣刀加工，而不是钻头加工。一般来说对于这些加工特征特性的刀具的选择都是有一定的规则以及规律的，如形状、尺寸、精度等都是有固定要求的，因此对于此类加工特征的选刀是比较简单的，无需进行优化，当然了这些由于日积月累的经验总结出的选到规则也是对刀具进行优化的结果。

在CNC数控车床加工中，加工中心的刀具种类十分繁杂，对于刀具的选择除了加工工件的形状装夹方式的考虑外，还要充分考虑加工效率和加工精度等等。

另外，钻头的选择主要是依据工件的材料钻削工艺以及刀柄结构形式。具有标准直径的钻头根据实际的加工需要再对刀刃进行打磨，可以磨成N、s、x 等等各种形状。当机床在在自动执行钻孔程序过程中，往往会出现机床切屑的缠绕导致堵塞的情况，严重时会导致钻头折断，所以可以在钻头刃磨时在后刀面上磨分屑槽，深度设定为进给量的4-5 倍。

对于粗镗刀的选择主要考虑镗杆刚性以及刀头能承受的切削量，刀头材料选用硬质合金，若加工要求高，还可以选择立方氮化硼或人造金刚石的刀头，当然后者的造价也是相当可观的。

在实际操作中对于小于12mm直径的孔，可以使用稍加刃磨的键槽铣刀这样可以使粗糙度和位置精度有所提高，当孔的加工直径较大时，且镗刀的可选择性比较少，就可以选用立铣刀，缺点是这种道具对于机床的精度要求很高。

三、影响CNC数控加工中刀具选择的因素

1机床类型 完成该工序所用的数控机床对选择的刀具类型（钻、车刀或铣刀）的影响。在能够保证工件系统和刀具系统刚性好的条件下，允许采用高生产率的刀具，例如高速切削车刀和大进给量车刀。根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

2根据零件加工方案不同的加工阶段选择刀具。不同的数控加工方案可以采用不同类型的刀具，例如孔的加工可以用钻及扩孔钻，也可用钻和镗刀来进行加工。即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，加工精度影响精加工刀具的类型和结构形状，例如孔的最后加工依据孔的精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。

3根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。

（1）工件的尺寸及外形影响刀具和规格的选择，例如特型表面要采用特殊的刀具来加工。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。

（2）主轴转速影响切削速度进而影响刀具选用，在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

（3）加工表面粗糙度影响刀具的结构形状和切削用量，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。加工表面粗糙度，例如毛坯粗铣加工时，可采用粗齿铣刀，精铣时最好用细齿铣刀。

四、CNC数控加工中刀具的选用

刀具的选用是在数控编程的人机交互状态下进行的。我们应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量和其它相关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。在生产中，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;加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;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;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、锥形铣刀和盘形铣刀。

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高，则可以使整个加工成本大大降低。

五、结语

随着CNC数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，我们要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

参考文献

[1]刘镇昌主编.制造工艺实训教程[M].机械工业出版社.

[2]上海市金属切削技术协会编.金属切削手册第二版[S].

[3]CNC数控加工中加工工艺及装备[M].机械工业出版社，2002.