如何选择数控刀具

1.数控刀具的种类及特点

数控刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具；同时“数控刀具”除切削用的刀片外，还包括刀杆和刀柄等附件。

根据刀具结构可分为以下几种。

① 整体式。刀具为一体，由一个坯料制造而成，不分体。

② 焊接式。采用焊接方法连接，分刀头和刀杆。

③ 机夹式。机夹式又可分为不转位和可转位两种，通常数控刀具采用机夹式。

④ 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以下几种。

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。

从切削工艺上可分为以下几种。

① 车削刀具。分外圆、内孔、螺纹、切断、切槽等多种刀具。

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。

刀具按工件加工表面的形式可分为以下几种。

① 加工各种外表面的刀具。包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等。

② 孔加工刀具。包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等。

③ 螺纹加工工具。包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等。

④ 齿轮加工刀具。包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等。

⑤ 切断刀具。包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等。

⑥ 组合刀具。

按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为以下几种。

① 通用刀具。如：车刀、刨刀、铣刀（不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀）、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等。

② 成形刀具。这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如：成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等。

③ 展成刀具。用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如：滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。

各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分（刀齿或刀片）则镶装在刀体上。

刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或芯轴上，借助轴向键或端面键传递转矩，如：圆柱形铣刀、套式面铣刀等。带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄3种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递转矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递转矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。

刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如：车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如：钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。

刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式3种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。

刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。

在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如：工件材料、刀具材料、加工性质（粗、精加工）等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。

刀具材料大致分为：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金刚石。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧度和化学惰性，良好的工艺性（切削加工、锻造和热处理等），并不易变形。通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧度也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧度就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧度，以及良好的可加工性，仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属、合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如：钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。陶瓷用于切削刀具的时间比硬质合金早，但由于其脆性，发展很慢。但自上世纪70年代以后，还是得到了比较快的发展。陶瓷刀具材料主要有两大系，即氧化铝系和氮化硅系。陶瓷作为刀具，具有成本低、硬度高、耐高温性能好等优点，有很好的前景。

2.车刀

车刀用于各种车床车刀上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。

所谓焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用钎料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。

机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。此类刀具有如下特点。

① 刀片不经过高温焊接，避免了因焊接而引起的刀片硬度下降、产生裂纹等缺陷，提高了刀具的耐用度。

② 由于刀具寿命提高，使用时间较长，换刀时间缩短，提高了生产效率。

③ 刀杆可重复使用，既节省了钢材又提高了刀片的利用率，刀片由制造厂家回收再制，提高了经济效益，降低了刀具成本。

④ 刀片重磨后，尺寸会逐渐变小，为了恢复刀片的工作位置，往往在车刀结构上设有刀片的调整机构，以增加刀片的重磨次数。(www.xing528.com)

⑤ 压紧刀片所用的压板端部，可以起断屑器作用。

其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。可转位车刀优点主要有以下几点。

① 刀具寿命高。由于刀片避免了由焊接和刃磨高温引起的缺陷，刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具寿命。

② 生产效率高。由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。

③ 有利于推广新技术、新工艺。可转位刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。

④ 有利于降低刀具成本。由于刀杆使用寿命长，大大减少了刀杆的消耗和库存量，简化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。

可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作。可转位车刀刀片的夹紧要求为以下几点。

① 定位精度高。刀片转位或更换新刀片后，刀尖位置的变化应在工件精度允许的范围内。

② 刀片夹紧可靠。应保证刀片、刀垫、刀杆接触面紧密贴合，经得起冲击和振动，但夹紧力也不宜过大，应力分布应均匀，以免压碎刀片。

③ 排屑流畅。刀片前面上最好无障碍，保证切屑排出流畅，并容易观察。

④ 使用方便。转换刀刃和更换新刀片方便、迅速。

3.铣刀

铣刀，是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。

铣刀按用途区分有多种常用的型式。

① 圆柱形铣刀。用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布在铣刀的圆周上，按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分粗齿和细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；细齿铣刀适用于精加工。

② 面铣刀。用于立式铣床、端面铣床或龙门铣床上加工平面，端面和圆周上均有刀齿，也有粗齿和细齿之分。其结构有整体式、镶齿式和可转位式3种。

③ 立铣刀。用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周和端面上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的端齿时，可轴向进给。

④ 三面刃铣刀。用于加工各种沟槽和台阶面，其两侧面和圆周上均有刀齿。

⑤ 角度铣刀。用于铣削成一定角度的沟槽，有单角和双角铣刀两种。

⑥ 锯片铣刀。用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较多的刀齿。此外，还有键槽铣刀、燕尾槽铣刀、T形槽铣刀和各种成形铣刀等。

相对于工件的进给方向，铣刀的旋转方向有两种方式。铣刀旋转方向与切削进给方向相同为顺铣，反之为逆铣。顺铣和逆铣的特点如下。

1）逆铣时，每个刀齿的切削厚度都是由小到大逐渐变化的。当刀齿刚与工件接触时，切削厚度为零，只有当刀齿在前一刀齿留下的切削表面上滑过一段距离，切削厚度达到一定数值后，刀齿才真正开始铣削。顺铣使得切削厚度都是由大到小逐渐变化的，刀齿在切削表面上的滑动距离也很小。而且顺铣时，刀齿在工件上走过的路程也比逆铣短。因此，在相同的切削条件下，采用逆铣时，刀具易磨损。

2）逆铣时，由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与进给方向相反，所以工作台丝杠与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。而顺铣则不然，由于水平切削力方向与进给方向一致，当刀齿对工件的作用力较大时，由于工作台丝杠与螺母间存在间隙，工作台会产生窜动，这样不仅破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质量，而且严重时会损坏刀具。

3）逆铣时，由于刀齿与工件间的摩擦较大，因此，已加工表面的冷硬现象较严重。

4）顺铣时，刀齿每次都是由工件表面开始切削，所以不宜用来加工有硬皮的工件。

5）顺铣时的平均切削厚度大，切削变形较小，与逆铣相比较功率消耗要少些。

4.钻头

钻头是用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，并能对已有的孔扩孔的刀具。常用的钻头主要有麻花钻、扁钻、中心钻、深孔钻和套料钻。扩孔钻和锪钻虽不能在实体材料上钻孔，但习惯上也将它们归入钻头一类。

1）麻花钻。这是应用最广的孔加工刀具。通常直径范围为0.25～80mm。它主要由钻头工作部分和柄部构成。工作部分有两条螺旋形的沟槽，形似麻花，因而得名。为了减小钻孔时导向部分与孔壁间的摩擦，麻花钻自钻尖向柄部方向逐渐减小直径，呈倒锥状。标准麻花钻的切削部分顶角为118°。麻花钻的柄部形式有直柄和锥柄两种，加工时前者夹在钻夹头中，后者插在机床主轴或尾架的锥孔中。一般麻花钻用高速钢制造。镶焊硬质合金刀片或齿冠的麻花钻适于加工铸铁、淬硬钢和非金属材料等，整体硬质合金小麻花钻用于加工仪表零件和印制线路板等。

2）扁钻。其切削部分为铲形，结构简单，制造成本低，切削液轻易导入孔中，但切削和排屑性能较差。其结构有整体式和装配式两种。整体式主要用于钻削直径0.03～0.5mm的微孔。装配式扁钻刀片可换，可采用内冷却，主要用于钻削直径25～500mm的大孔。

3）深孔钻。通常是指加工孔深与孔径之比大于6的孔刀具。常用的有枪钻、BTA深孔钻、喷射钻、DF深孔钻等。

4）扩孔钻。扩孔钻有3～4个刀齿，其刚性比麻花钻好，用于扩大已有的孔并提高加工精度和光洁度。

5）锪钻。锪钻有较多的刀齿，以成形法将孔端加工成所需的外形，用于加工各种沉头螺钉的沉头孔，或削平孔的外端面。

6）中心钻。供钻削轴类工件的中心孔用，它实质上是由螺旋角很小的麻花钻和锪钻复合而成，故又称复合中心钻。

7）套料钻。能在钻削的内孔中套出一根棒料的孔加工刀具。

5.磨具

磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具。大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨具，也有用天然矿岩直接加工成的天然磨具。磨具除在机械制造和其他金属加工工业中被广泛采用外，还用于粮食加工、造纸工业和陶瓷、玻璃、石材、塑料、橡胶、木材等非金属材料的加工。

磨具在使用过程中，当磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或结合剂断裂，磨粒从磨具上局部或完全脱落，而磨具工作面上的磨料不断出现新的切削刃口，或不断露出新的锋利磨粒，使磨具在一定时间内能保持切削性能。磨具的这种自锐性，是磨具与一般刀具相比突出的特点。

磨具按其原料来源分，有天然磨具和人造磨具两类。机械工业中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分，有砂轮、磨头、油石、砂瓦、涂附磨具等，前4种统称固结磨具。此外，习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。

固结磨具按所用磨料的不同，可分为普通磨料固结磨具和超硬磨料固结磨具。前者用刚玉和碳化硅等普通磨料，后者用金刚石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，还有一些特殊品种，如：烧结刚玉磨具等。

普通磨料固结磨具是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度的磨具。一般由磨料、结合剂和气孔构成，这3部分常称为固结磨具的3要素。磨料在磨具中起切削作用。结合剂是把松散的磨料固结成磨具的材料，有无机的和有机的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等；有机的有树脂、橡胶和虫胶等。其中最常用的是陶瓷、树脂和橡胶结合剂。气孔在磨削时对磨屑起容屑和排屑作用，并可容纳切削液，有助于磨削热量的散逸。为满足某些特殊加工要求，气孔内还可以浸渍某些填充剂，如：硫黄和石蜡等，以改善磨具的使用性能。这种填充剂，也被称为磨具的第4要素。

表示普通磨料固结磨具特征的项目有：形状、尺寸、磨料、粒度、硬度、组织和结合剂。磨具硬度是指磨粒在外力作用下，从磨具表面脱落的难易程度，它反映了结合剂把持磨粒的强度。