數(shù)控刀具概述及新技術(shù)

發(fā)布時間：2017-07-27 02:12:17    瀏覽量：1123次

機(jī)械制造業(yè)由于產(chǎn)品更新?lián)Q代和生產(chǎn)形勢發(fā)展的需要，在航空航天、機(jī)床工具、電站制造、能源和軌道等行業(yè)，數(shù)控機(jī)床的占有率已從20世紀(jì)的20%—30%提高到目前的50%－65%。一般來說，數(shù)控機(jī)床具有高精度、高剛度和高效率的特性（特別適用于高速切削），因而能取得高效加工的效果。

為了保證數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行，只有配置了與數(shù)控機(jī)床性能相適應(yīng)的刀具才能使其性能得到充分發(fā)揮，也可說配置刀具的優(yōu)異（合理性、先進(jìn)性）直接影響到數(shù)控機(jī)床功能和作用的發(fā)揮。

1.       數(shù)控刀具的定義

數(shù)控刀具是指與數(shù)控機(jī)床（數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜銑床、加工中心、自動線以及柔性制造系統(tǒng)）相配套使用的各種刀具的總稱。

2.       數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn)

（1）具有良好的穩(wěn)定切削性能：刀具剛性好、精度高，能進(jìn)行高速切削和強(qiáng)力切削。

（2）刀具有較高的壽命：刀具大量采用硬質(zhì)合金材料或高性能材料（如陶瓷刀片、立方氮化硼刀片、金剛石復(fù)合刀片、涂層刀片等，高速鋼刀具采用較多的則是高鈷、高釩、含鋁的高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼）。

（3）刀具（刀片）互換性好，能快速換刀：刀具能實(shí)現(xiàn)自動、快速更換，縮短輔助時間。

（4）刀具有較高的精度：刀具適用于對較高精度工件的加工，特別是當(dāng)采用可轉(zhuǎn)位刀片時，由于刀體和刀片重復(fù)定位精度高，因而能獲得良好的加工質(zhì)量。

（5）刀具有可靠的卷屑和斷屑性能：使用數(shù)控機(jī)床不能隨意停機(jī)處理切屑，加工中出現(xiàn)的長切屑會影響操作者的安全和加工效率。

（6）刀具有調(diào)整尺寸的功能：刀具可機(jī)外預(yù)調(diào)（對刀）或機(jī)內(nèi)補(bǔ)償，以減少換刀調(diào)整時間。

（7）刀具能實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化：刀具系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化有利于編程、刀具管理和降低成本。

（8）多功能復(fù)合及專用化

3.       數(shù)控刀具的分類

常用的普通刀具分兩類：一是按工件加工表面的形式，分為加工各種外表面的刀具、孔加工刀具、螺紋加工刀、齒輪加工刀具和切斷刀具；二是按切削運(yùn)動方式和相應(yīng)的切削刃形狀，分通用刀具、成形刀具和展成刀具。

數(shù)控刀具的分類則通常較多采用普通刀具的第一種形式，在工廠實(shí)際使用中有些廠將重量重、直徑大的數(shù)控刀具稱為重型數(shù)控刀具，而一般中小數(shù)控機(jī)床使用的刀具則稱為中小型數(shù)控刀具?？偟膩碚f，數(shù)控刀具和普通刀具的分類沒有嚴(yán)格的劃分，因有時一些普通刀具（如鉆頭、絲錐等）也應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的加工。

4.       數(shù)控刀具與普通刀具的區(qū)別

數(shù)控刀具在高性能、高精度的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用，為取得穩(wěn)定和良好的加工效率，一般對數(shù)控刀具從設(shè)計、制造和使用都提出了比普通刀具更高的要求。數(shù)控刀具和普通刀具的主要區(qū)別在以下幾個方面。

（1）高精度的制造質(zhì)量：為穩(wěn)定加工出高精度的零件表面，因而對刀具（包括刀具零件）制造在精度、表面粗糙度、形位公差等方面提出了比普通刀具更嚴(yán)格的要求，特別是可轉(zhuǎn)位刀具，為確保刀片刀尖（切削刃）在轉(zhuǎn)位后尺寸的重復(fù)精度，刀體刀槽的定位零件等關(guān)鍵部位的尺寸和精度、表面粗糙度必須嚴(yán)格給予保證，同時為便于刀具在對刀儀的對刀和尺寸測量，基面加工精度也應(yīng)保證。

（2）刀具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化：先進(jìn)的刀具結(jié)構(gòu)能大大提高切削效率，如高速鋼數(shù)控銑削刀具在結(jié)構(gòu)上已較多采用波形刃和大螺旋角結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具則采用了內(nèi)冷卻、刀片立裝式、模塊可換和可調(diào)式結(jié)構(gòu)，而如內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)，則是一般普通機(jī)床無法應(yīng)用的。

（3）刀具優(yōu)質(zhì)材料的廣泛應(yīng)用：為延長刀具使用壽命，提高刀具強(qiáng)度，很多數(shù)控刀具的刀體材料都采用了高強(qiáng)度合金鋼，并進(jìn)行熱處理（如氮化等表面處理），使其能適用于大切削用量，且刀具壽命也得以顯著提高（普通刀具一般采用的是經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的中碳鋼）。在刀具刃部材料上，數(shù)控刀具則更多選用了各種新牌號的硬質(zhì)合金（細(xì)顆粒或超細(xì)顆粒）和超硬刀具材料。

（4）合理斷屑槽的選用：數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的刀具對斷屑槽有嚴(yán)格的要求。加工時，刀具不斷屑則機(jī)床無法正常工作（有些數(shù)控機(jī)床、切削是在封閉的狀態(tài)下進(jìn)行），因此不論數(shù)控車、銑、鉆或鏜床，刀片都優(yōu)選了針對不同加工材料和工序的合理斷屑槽型，使切削時能得到穩(wěn)定斷屑。

（5）刀具（刀片）表面的涂層處理：刀具（刀片）表面涂層技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展主要因數(shù)控刀具的出現(xiàn)和發(fā)展而生。由于涂層能顯著提高刀具硬度、減小摩擦、提高切削效率和使用壽命，所以在各類硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具的80%以上都采用了涂層技術(shù)。涂層后的硬質(zhì)合金刀片還可進(jìn)行干切削，這也為保護(hù)環(huán)境實(shí)現(xiàn)綠色切削創(chuàng)造了有利條件。

5.       數(shù)控刀具的新技術(shù)及發(fā)展

總體來說，數(shù)控刀具新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展和整個先進(jìn)刀具的發(fā)展密切相關(guān)。優(yōu)質(zhì)刀具材料的開發(fā)、先進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)的采用以及刀具合理幾何角度的選取，凡是和刀具有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，數(shù)控刀具都可吸收采納應(yīng)用，其中和數(shù)控刀具配套應(yīng)用的工具系統(tǒng)應(yīng)特別引起重視。

數(shù)控機(jī)床工具系統(tǒng)是指連接機(jī)床和刀具的一系列工具，由刀柄、連接套和夾頭等組成。其中，刀柄的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新近年來在國際上有了新的突破，刀柄尾部直接連接機(jī)床，刀柄頭部的錐孔通過連接套等夾緊件（或直接）和刀具相連。

刀柄的結(jié)構(gòu)直接影響到刀具的使用精度、強(qiáng)度、安全可靠性和裝卸的快慢。我國使用的傳統(tǒng)TMG刀柄錐度為7：24，而現(xiàn)在國外開發(fā)的先進(jìn)刀柄如德國HSK工具系統(tǒng)、美國KM工具系統(tǒng)和瑞典Capto工具系統(tǒng)的刀柄結(jié)構(gòu)在定心精度、夾緊力和快速裝卸等方面都優(yōu)于TMG。HSK和KM工具系統(tǒng)刀柄采用1：10的錐度，錐體短，短錐嚴(yán)格的公差和具有彈性的薄壁使刀具緊定時，短錐表面和端面很容易與主軸相應(yīng)的結(jié)合面緊密接觸：Capto工具系統(tǒng)刀柄為三棱體錐，其棱為圓弧形，錐度為1：10的空心短錐結(jié)構(gòu)，錐形多角體結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)兩個方向都無滑動的轉(zhuǎn)矩傳遞鍵，消除了采用傳動鍵引起的動平衡問題，三棱體錐的表面積大、表面壓力低、磨損小，故有很高的定位精度。

數(shù)控刀具采用模塊式結(jié)構(gòu)，是數(shù)控刀具的發(fā)展方向，如立裝刀片可轉(zhuǎn)位螺旋立銑刀，一個刀具頭部可更換三個不同的切削頭，這樣就可用于不同工序，不同零件的表面加工。

為使數(shù)控刀具進(jìn)一步提高切削效率和刀具壽命，研發(fā)新型涂層材料和技術(shù)、刀具采用內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)、硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位復(fù)合刀具的開發(fā)等，這些都是數(shù)控刀具的發(fā)展方向。