嚴斐婷

摘 要：如果只有先進的加工中心，沒有與之相配套的先進刀具、工具系統(tǒng)和刀具管理系統(tǒng)，或者沒有掌握刀具的合理使用，加工中心的效能就得不到充分發(fā)揮。因此，如何根據(jù)實際情況來正確選用刀具，是技術(shù)人員必須掌握的技能。

關(guān)鍵詞：加工中心；刀具種類；刀具的選擇

加工中心是用數(shù)字代碼形式的信息（即程序指令），控制刀具按照給定的程序，運動速度和軌跡進行自動加工，并能自動更換刀具，對一次裝夾的工件進行多工序加工的高效自動化機床。上世紀七十年代以來得到迅速發(fā)展，目前已被廣泛應(yīng)用于機械加工行業(yè)中，加工對象主要包括了既有平面又有孔系的零件及結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、普通機床難加工的零件。這些零件一般都需要進行平面、孔系、輪廓等的多工位加工，公差要求特別是形位公差要求較為嚴格，通常要經(jīng)過銑、鏜、鉆、擴、锪、鉸、攻絲等工序，加工中心可選用的刀具較多，同時在加工中采用自動換刀形式換刀，必須保證所選刀具安裝調(diào)試方便。因此，與一般的數(shù)控加工方法相比，加工中心對刀具提出了更高的要求，刀具的選擇成為了中心工藝設(shè)計中的重要內(nèi)容之一。

一、刀具的種類及特點

加工中心的刀具種類很多，通?？砂凑找韵路椒ㄟM行分類：

1.從制造所采用的材料可分為：高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、超硬刀具。

2.從結(jié)構(gòu)上可分為：（1）整體式、鑲嵌式。鑲嵌式刀具可分為焊接式和機夾式兩種。機夾式根據(jù)刀體結(jié)構(gòu)不同，也可分為可轉(zhuǎn)位和不轉(zhuǎn)位。（2）減振式、內(nèi)冷式。內(nèi)冷式即切削液通過刀體內(nèi)部由噴口噴射到刀具的切削刃部，起到冷卻刀具和工件，并沖走切屑的作用。另外，還有特殊型式刀具，如復(fù)合刀具，可逆螺紋刀具等。

3.從切削工藝上可分為：（1）銑削刀具，包括面銑刀、立銑刀、模具銑刀、鍵槽銑刀、鼓形銑刀等；（2）孔加工刀具，包括了鉆孔刀具、擴孔刀具、鉸孔刀具、鏜孔刀具等。

為了適應(yīng)數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到了廣泛應(yīng)用，在數(shù)量上達到了整個數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。為了達到高效、多能、快換、經(jīng)濟的目的，數(shù)控加工刀具與普通金屬切削刀具相比應(yīng)具有以下特點：（1）剛性好，精度高，抗振及熱變形小；（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)整時間；（5）刀具應(yīng)能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；（6）刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)的規(guī)范化、典型化；（7）刀具材料及切削參數(shù)與被加工工件的材料之間匹配的選用原則。

二、刀具的選擇

刀具的選擇，是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的，根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量等相關(guān)因素，正確選用刀具。刀具選擇的總原則是：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，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。

1.從材料上進行選擇。

數(shù)控刀具材料有高速鋼（分為W系列高速鋼和Mo系列高速鋼）、硬質(zhì)合金（分為鎢鈷類、鎢鈦鈷類和鎢鈦鉭（鈮）鈷類）、陶瓷（純氧化鋁類<白色陶瓷>和TiC添加類<黑色陶瓷>）、立方碳化硼和聚晶金剛石。制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性，并不易變形。 刀具材料的選用見圖1。

根據(jù)數(shù)控加工對刀具的要求，選擇刀具材料的一般原則是盡可能選擇硬質(zhì)合金刀具。20世紀80年代以前，高速鋼處于領(lǐng)先地位，90年代以后，硬質(zhì)合金超越了高速鋼。而近些年，又出現(xiàn)了許多硬質(zhì)合金的新品種，使硬質(zhì)合金刀具在銑削、鉆削、鉸

圖1 理想刀具材料示意圖

孔、銼孔等有著大量的運用。因此，凡是加工情況允許選用硬質(zhì)合金刀具，就盡量不選用高速鋼刀具。必要時還可有針對性地選擇性能更好的陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具。

實習(xí)實訓(xùn) 加工中心刀具的正確選用探析

根據(jù)硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具的特點筆者做了以下對比：（1）高速鋼刀具：刀刃鋒利，剛性差，軟而難斷，易磨損，價格便宜，加工精度不夠，主要用于加工材料硬度較低的工件。（2）硬質(zhì)合金刀具：硬而脆，耐高溫，主要用于加工硬度較高的工件。硬質(zhì)合金刀具不耐沖擊，因此需較高轉(zhuǎn)速加工，否則容易崩刀。根據(jù)高速鋼的特征，故可在下列情況下使用：①不能進行高速加工時；②機床剛性差時；③希望刀具費用價廉時；④不要求加工精度時。

2.從結(jié)構(gòu)上進行選擇。

整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃；焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上； 機械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。硬質(zhì)合金一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機械夾固結(jié)構(gòu)；陶瓷刀具都采用機械夾固結(jié)構(gòu)。

加工中心刀具結(jié)構(gòu)選擇的一般原則是盡可能采用鑲嵌式機夾可轉(zhuǎn)位刀片，因為與焊接刀具和整體刀具相比，可轉(zhuǎn)位刀具有下述優(yōu)點：（1）刀具剛性好，壽命高；（2）生產(chǎn)效率高，定位精度高；（3）可轉(zhuǎn)位刀具的刀體可重復(fù)使用，節(jié)約鋼材和制造費用；（4）可轉(zhuǎn)位刀具大多可以進行干切削，能節(jié)省冷卻液的費用，并可保持機床整潔，減少輔助時間；（5）可轉(zhuǎn)位刀具的系列化、標準化使其具有廣泛的適用性，有利于推廣使用涂層、陶瓷等新型刀具材料。

3.從切削工藝上進行選擇。

加工中心刀具主要分為銑削刀具和孔加工刀具兩大類。

銑削刀具的選擇主要是銑刀類型和銑刀尺寸的選擇。銑刀類型應(yīng)與工件表面形狀與尺寸相適應(yīng)。加工較大的平面應(yīng)選擇面銑刀；加工凹槽或者是較小的臺階及平面輪廓時應(yīng)選擇立銑刀；加工曲面應(yīng)選擇球頭銑刀；加工模具型腔或凸模成形表面等多選用模具銑刀；加工封閉的鍵槽選擇鍵槽銑刀；加工變斜角面應(yīng)選用鼓形銑刀；加工各種直的或圓弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等應(yīng)選用成形銑刀。當粗銑或銑不重要的加工平面時，可使用粗齒銑刀；當精銑時，可選用密齒銑刀，用小進給量達到低的表面粗糙度；當銑材料較硬的金屬時，必須選用密齒銑刀，同時進給量要小，以防止振動。

銑刀尺寸也應(yīng)與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。刀具直徑的選用主要取決于設(shè)備的規(guī)格和工件的加工尺寸，另外還要考慮刀具所需功率應(yīng)在機床功率范圍之內(nèi)。粗銑時銑刀直徑要小些，精銑時銑刀直徑要盡量大些，最好能夠包容整個加工寬度。表面要求高時，還可以選擇使用具有修光效果的刀片。

而孔加工刀具可分為鉆孔刀具、鏜孔刀具、擴孔刀具和鉸孔刀具。

（1）鉆孔刀具較多，主要有普通麻花鉆、可轉(zhuǎn)位淺孔鉆以及扁鉆。用加工中心鉆孔通常都會采用普通麻花鉆，普通麻花鉆主要由工作部分和柄部組成的。刀具柄部分為直柄和錐柄兩種。如圖2所示，（a）是錐柄麻花鉆，（b）是直柄麻花鉆。直柄工具的刀柄主要是彈簧夾頭刀柄，其具有自動定心、自動消除偏擺的優(yōu)點，所以小規(guī)格的刀具最好選用該類型。而工作部分包括切削部分和導(dǎo)向部分，如（c）所示，麻花鉆的切削部分有2個主切削刃、2個副切削刃、1個橫刃。麻花鉆的導(dǎo)向部位起導(dǎo)向、修光排屑和輸送切削液作用。麻花鉆一般用于精度較低孔的粗加工，由于加工中心所用夾具沒有鉆套定心導(dǎo)向，鉆頭在高速旋轉(zhuǎn)切削時容易會發(fā)生偏擺運動，而且鉆頭的橫刃長，所以在鉆孔時，要用中心鉆打中心孔，用以引正鉆頭。

圖2 麻花鉆的組成

（2）鏜削的主要特點是獲得精確的孔的位置尺寸，得到高精度的圓度、圓柱度和表面粗糙度，所以，對精度較高的孔可用鏜刀來保證。鏜刀按切削刃數(shù)量可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀，鏜削通孔、盲孔、階梯孔可采用單刃鏜刀來完成；加工大直徑孔時，可采用雙刃鏜刀。另外，還有一種微調(diào)鏜刀，在加工中心上目前較多地選用微調(diào)鏜刀進行孔的精鏜，這種鏜刀調(diào)節(jié)方便且精度高。

（3）加工中心多采用擴孔鉆進行擴孔，也有用擴孔刀進行擴孔的，比如擴孔直徑較小時，可選用直柄式擴孔刀；擴孔直徑中等時，可選用錐柄式擴孔刀；擴孔直徑大時，可用套式擴孔刀。另外，還可用鍵槽銑刀或者立銑刀進行擴孔，它比用普通擴孔鉆進行可控的加工精度要高。因為立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，可以同時進行切削，也可單獨進行切削，且加工中心的刀具既能軸向進給，也可以像臥式銑床那樣做橫向進給。因此，在加工中心上用螺旋插補指令，采用立銑刀擴孔，只選用一把刀具就可完成多個不同孔徑的加工。

（4）鉸孔一般在加工的最后階段，大部分用于直徑小于Φ25mm孔的精加工。因為鉸孔的齒數(shù)多，導(dǎo)向好，容屑槽淺，剛性好，加工后孔的尺寸精度可達IT7～IT9級，表面粗糙度可達Ra1.6～0.8μm。普通標準鉸刀有直柄、錐柄和套式三種。小孔直柄鉸刀直徑為16mm，直柄交到直徑為6～20mm，錐柄鉸刀直徑為10～32mm，套式鉸刀直徑為25～80mm，加工時可根據(jù)需要選擇。

三、結(jié)論

子曰：“工欲善其事，必先利其器”。如何根據(jù)實際情況正確選用刀具，是技術(shù)人員必須掌握的技能。在選擇刀具時，必須結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)情況和加工零件、設(shè)備的性能及屬性，綜合考慮機床類型、工件材料、加工精度以及工藝方案等眾多因素。只有對加工中心刀具結(jié)構(gòu)和選用有了充分的了解和認識，充分發(fā)揮刀具的潛能，才能在實際工作中靈活運用，保證工件的加工精度，使機床的加工效率得到充分提高。

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責任編輯 何麗華