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中南工业学校符兴承

讲座 -- 《数控刀具》

中南工业学校符兴承

讲座 -- 《数控刀具》

目录

1 ：了解数控加工对刀具的要求2：熟悉刀具基本几何参数及选用3：熟悉刀具材料及选用4：认识可转位刀具5: 认识数控工具系统

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《数控刀具》中南工业学校符兴承

一、了解数控加工对刀具的要求

数控加工对刀具的要求

1 ．刀具材料应具有高的可靠性

2 ．刀具材料应具有高的耐热性、抗热冲击性和高温力学性能

3 ．数控刀具应具有高的精度

4．数控刀具应能实现快速更换



5 ．数控刀具应系列化、标准化和通用化

6 ．数控刀具大量采用机夹可转位刀具

7．数控刀具大量采用多功能复合刀具及专用刀具

8 ．数控刀具应能可靠地断屑或卷屑

9 ．数控刀具材料应能适应难加工材料和新型材料加工的需要



外圆车刀



内孔车刀



螺纹车刀



切断（槽）车刀



二、熟悉刀具基本几何参数及选用

刀具的表面与几何参数



正交平面参考系



对于法平面参考系：则由 pr、 ps、 pn三平面组成，其中：法平面 pn—— 过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面对于假定工作平面参考系：则由 pr、 pf、 pp三平面组成，假定工作平面 pf—— 过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面。背平面 pp—— 过切削刃选定点和假定工作平面与基面都垂直的平面。



刀具的主要的标注角度名称定义作用

前角 γ0 前刀面与基面问的夹角，在正交平面P0中测量

—减少切削变形和刀屑间摩擦。影响切削力、刀具寿命、切削刃强度，使刃口锋利，利于切下切屑

后角 α0后刀面写切削平面间的夹角，在正交平面 P0中测量

减少刀具后刀面和已加工表面间自摩擦。调整刀具刃口的锐利和强度

主偏角 κr 主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面 Pr中测量

适应系统刚度和零件外形需要；改变刀具散热情况，涉及刀具寿命

副偏角 κ/r

副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面 Pr中测量

减小副切削刃与工件间的摩擦，影响工件表面粗糙度和刀具散热情况

刃倾角 λS主切削刃与基面问的夹角，在主切削平面 PS中测量

能改变切屑流出的方向，影响刀具强度和刃口锋利性



刀具的标注角度

车刀各标注角度：前角 γo—— 在主切

削刃选定点的正交平面 po内，前刀面与基面之间的夹角。

后角 αo—— 在正交平面 po内，主后刀面与切削平面之间的夹角。



主偏角 κr—— 主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。

刃倾角 λs—— 在切削平面 ps 内，主切削刃与基面 pr 的夹角。

以及还有：副前角 γoˊ 、副后角 αoˊ 、副偏角 κrˊ 、副倾角 λsˊ



前角的选择原则

工件材料

强度硬度工件材料的强度和硬度越大，产生的切削力越大，切削热越多。为使刀具有足够的强度和散热体积，防止崩刃和磨损，应采用小前角；反之工件材料的强度和硬度越小，前角应大些。

塑性切削塑性材料时，为减小切削变形，降低切削温度，应选用大的前角；

脆性切削脆性材料，由于形成崩碎切屑，切削变形小，所以增大前角的作用不明显，而这时切削力

集中作用在切削刃附近且伴有一定程度的冲击振动。因此，为保证刀具具有足够的强度，防止崩刃，应选用较小的前角。

刀具材料强度韧性刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，应选用较小的前角，高速钢刀具比硬质合金刀具的合理前角约大 50 ～ 100 ，陶瓷刀具的合理前角应选得比硬质合金刀具更小些。

加工性质粗加工粗加工时，特别是断续切削，不仅切削力大，切削热多，且承受冲击载荷，为保证刀具有足够

的强度和散热体积，应选用较小的前角。

精加工精加工时，对切削刃强度要求较低，为使切削刃锋利，减小切削变形和获得较高的表面质量，前角应取得较大些。

系统刚性机床功率

工艺系统刚性差和机床功率较小时，宜选用较大的前角，以减小切削力和振动。

成形刀具成形刀具应采用较小的前角或零前角，以减少刀具刃磨后截形产生的误差。

机床自动化数控机床、自动机床和自动线用刀具，为保证刀具工作的稳定性，使其不易发生崩刃和破损，一般选用较小的前角。



后角的选择原则

后角主要应根据切削层公称厚度选取。粗加工时以确保刀具强度为主，后角可取小值 (α0=40～ 60)；精加时以保证加工表面质量为主，一般取 α0=80～ 120。当工艺系统刚性差，易产生振动时，为增强刀

具对振动的阻尼作用，应选用较小的后角；对于尺寸精度要求高的精加工刀具，为减小重磨后刀具尺寸变化，保证有较高的尺寸精度，后角应选用小值。



硬质合金车刀合理主偏角和副偏角的参考值

加工情况参考值／ (0)

主偏角 κr 副偏角 κr/

粗车工艺系统刚性好 45、 60、 75 5～ 10

工艺系统刚性差 65、 75、 90 10～ 1 5

车细长轴、薄壁零件 90、 93 6～ l0

精车工艺系统刚性好 45 0～ 5

工艺系统刚性差 60、 75 0～ 5

车削冷硬铸铁、淬火钢 10～ 30 4～ 10

从工件中间切人 45～ 60 30～ 45

切断刀、切槽刀 60～ 90 1～ 2



刃倾角的选择

λs值 00～ +50 +50～ 100 00～ -50 -50～ -100 -l00～ -150 -100～ -450

应用范围精车钢和细长轴

精车有色金属

粗车钢和灰铸铁

粗车余量不均匀钢

断续车削钢和灰铸铁

带冲击切削淬硬钢



过渡刃的功用与选择过渡刃的功用与选择

a 直线过渡刃 b 圆弧过渡刃



a) 直线修光刃 b) 圆弧修光刃



刃倾角对刀尖的影响

刃倾角 λs 的变化能影响刀尖的强度和抗冲击性能。当 λs 取负值时，刀尖在切削刃最低点，切削刃切

入工件时，切入点在切削刃或前刀面，保护刀尖免受冲击，增强刀尖强度。

一般大前角刀具通常选用负的刃倾角，既可以增强刀尖强度，又避免刀尖切入时产生的冲击。



三、熟悉刀具材料及选用

刀具材料应具备基本性能硬度和耐磨性

强度和韧性

耐热性

工艺性能和经济性



刀具材料的种类

6 ．高速钢刀具材料

5 ．硬质合金刀具材料

4 ．涂层刀具材料

3 ．陶瓷刀具材料

2 ．立方氮化硼刀具材料

1 ．金刚石刀具材料



数控刀具材料的选用原则

1 ．切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配

2 ．切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配

3 ．切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配

4 ．数控刀具材料的合理选择



外圆车刀内孔车刀

螺纹车刀

常用车刀



面铣刀方肩铣刀

仿形铣刀

三面刃和螺纹铣刀整体硬质

合金铣刀

常用铣刀



铰刀

钻头

丝锥

钻削刀具



四、认识可转位刀具

将能转位使用的多边形刀片用机械方法夹固在刀杆或刀体上的刀具。在切削加工中 , 当一个刃尖磨钝后 ,将刀片转位后使用另外的刃尖，这种刀片用钝后不再重磨。

1949 ～ 1950 年间，美国最早研制成采用机械夹固的可转位车刀，并于 1954 年开始出售称为丢弃式 (throw-away) 的可转位刀片和车刀商品。中国曾称这种刀具为“不重磨刀具”。　　

可转位刀具cutting tool with indexable inserts



可转位刀具的优点

避免了硬质合金钎焊时容易产生裂纹的缺点可转位刀片适合用气相沉积法在硬质合金刀片

表面沉积薄层更硬的材料 ( 碳化钛氮化钛和氧化铝 ), 以提高切削性能。换刀时间较短由于可转位刀片是标准化和集中生产的 , 刀片几

何参数易于一致 , 切屑控制稳定。



可转位刀片的型号及表示方法

按国家标准规定，不同用途的可转位刀具，型号的表示也有所不同，如果型号中不加前缀，即指装有硬质合金可转位刀片的可转位刀具；可转位刀具可以根据被加工材料的需要装夹其他材料的可转位刀片，但必须加前缀。如装夹陶瓷可转位刀片的车刀，称为陶瓷可转位车刀。



可转位刀具选用方法 ⑴刀片夹紧方式的选择

⑵刀片外形的选择

⑶刀片后角的选择

⑷切削刃长度的选择

⑸刀片精度等级的选择



刀片的夹紧方式

各种夹紧方式是为适用于不同的应用范围设计的。为了帮助您选择具体工序的最佳刀具，按照适合性对它们分类，适合性有 1-3个等级， 3 为最佳选择。

山特维克可乐满车刀的夹紧方式选择



刀片形状的选择

正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型（前角）刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。



刀片形状的选择

根据加工轮廓选择刀片形状

一般外圆车削常用 80°凸三角形、四方形和80 ° 菱形刀片；仿形加工常用 55 ° 、 35 °菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。



切削范围代号

断屑槽形状特点

精加工切削

FH

•精加工专用断屑槽

轻切削 SH

•适合用于小切深 , 大进给

•大的前角刃口锋利

中切削 MV

•适用于仿形向上切削加工

•正角刀棱锋利

准重切削 GH

•大进给粗加工 •断续、黑皮切削 •两面均有断屑槽

重切削 HX

•不等棱边刀刃不仅刀刃锋利且强度也好 •连续或继续加工均适合

断屑槽的参数直接影响到切削的卷曲和折断，目前刀片的断屑槽形式较多，各种断屑槽刀片的使用情况不尽相同，选用时一般参照具体的产品样本

MITSUBISHI 推荐的适用于加工钢材的断屑槽形



可转位铣刀的选用特点

可转位铣刀的选用

类型的选择可转位面铣刀、立铣刀、槽铣刀、专用铣刀等

可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式

刀片牌号和断屑槽形的选择

可转位铣刀直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸

为满足不同用户的需要，同一直径的可转位铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型齿数的选择

角度的选择

直径的选择

合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能。用于铣削的刀片槽形一般有轻型、中型和重型



可转位铣刀类型的选择

可转位铣刀的类型

可转位面铣刀：主要用于加工较大平面选择，主要有平面粗铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合铣刀三种

可转位槽铣刀：主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀

可转位立铣刀：主要用于加工凸台、凹槽、小平面、曲面等。主要有立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、 R 立铣刀、 T 型槽铣刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等

可转位专用铣刀：用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取决于所用机床和零件的加工要求



可转位铣刀齿数（齿距）的选择

可转位铣刀的齿数

粗齿铣刀：大余量粗加工、软材料、切削宽度较大、机床功率较小

中齿铣刀：通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性

密齿铣刀：用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工

不等分齿距铣刀：防止工艺系统出现共振，使切削平稳，在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀



可转位铣刀角度的选择

可转位铣刀的角度

主偏角：可转位铣刀的主偏角有 90° 、 88° 、 75° 、70° 、 60° 、 45° 等几种

前角：铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角。常用的前角组合形式如下：双负前角、双正前角、正负前角 ( 轴向正前角、径向负前角 ) 三种

各种角度中最主要的是主偏角和前角( 制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明 )

铣刀角度的功能



可转位铣刀直径的选择

立铣刀直径选择：主要考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转速能否达到刀具的最低切削速度要求

面铣刀直径选择：主要是根据工件宽度选择，同时要考虑机床的功率、刀具的位置和刀齿与工件接触形式等，也可将机床主轴直径作为选取的依据，面铣刀直径可按 D ＝ 1.5d （ d 为主轴直径）选取。一般来说，面铣刀的直径应比切宽大 20% ～ 50%

面铣刀的直径应比切宽大 20%～ 50% 两次走刀铣削平面，轨迹之间须有重叠部分



刀片牌号和断屑槽形的选择

可转位铣刀刀片牌号和断屑槽形

一般用户选用可转位铣刀时，均由刀具制造厂根据用户加工的材料及加工条件配备相应牌号的硬质合金刀片

P 类合金（含金属陶瓷）：P01 　P05P10 　P15 　P20 　P25 　P30 　P40 　P50

M类合金： M10 　 M20 　 M30 　 M40

K类合金： K01 K10 　K20 　K30 　K40

断屑槽形的选择



数控可转位刀片



数控刀片



面铣刀方肩铣刀

仿形铣刀

三面刃和螺纹铣刀整体硬质

合金铣刀

常用铣刀



面铣刀切削刃各角度的功能



基本刃形

前角的正负基本刃形的组合



45° 面铣刀为一般加工首选，背向力大，约等于进给力。加工薄壁零件时，工件会发生挠曲，导致加工精度下降。切削铸铁时，有利于防止工件边缘产生崩落



90° 面铣刀

适用于薄壁零件、装夹较差的零件和要求准确 90 °成形场合，进给力等于切削力，进给抗力大，易振动，要求机床具有较大功率和刚性



方肩铣刀铣削开放或封闭的槽、面或孔时均有上佳表现



各种高效铣削方法



多功能圆刀片铣刀刀片可多次转位，切削刃强度高，切削刃强度高；随切深不同，其主偏角和切屑负载均会变化，切屑很薄，最适合加工耐热合金



球头立铣刀

通用性：仿形铣和曲面铣，以坡走铣或螺旋插补铣加工型腔适用于高速加工



各种整体硬质合金铣刀



螺纹铣刀分类

螺纹铣刀

螺纹铣削的优点：螺纹铣削免去了采用大量不同类型丝锥

的必要性；加工具有相同螺距的任意螺纹直径；加工始终产生的是短切屑，因此不存在

切屑处置方面的问题；刀具破损的部分可以很容易地从零件中

去除；不受加工材料限制，那些无法用传统方

法加工的材料可以用螺纹铣刀进行加工；采用螺纹铣刀，可以按所需公差要求加工，

螺纹尺寸是由加工循环控制的；与传统 HSS( 高速钢 ) 攻丝相比，采用硬质

合金螺纹铣削可以提高生产率



螺纹铣刀分类

圆柱螺纹铣刀：它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀

具上无螺旋升程，加工中的螺旋升程靠机床运动实现；该刀具既可加工右旋螺纹，也可

加工左旋螺纹；适用于钢、铸铁和有色金属材料

的中小直径螺纹铣削，切削平稳，耐用度高。缺点是刀具制造成本较高，结构复杂，价格昂贵

机夹螺纹铣刀：适用于较大直径 ( 如 D>25mm) 的内、外

螺纹加工；刀片易于制造，价格较低，有的螺纹刀片可双面切削；抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差



丝锥的选择：工件材料的可加工性是攻螺纹

难易的关键，对于高强度的工件材料，丝锥的前角和下凹量（前面的下凹程度）通常较小，以增加切削刃强度。下凹量较大的丝锥则用在切削扭矩较大的场合，长屑材料需较大的前角和下凹量，以便卷屑和断屑；

加工较硬的工件材料需要较大的后角，以减小磨擦和便于冷却液到达切削刃，加工软材料时，太大的后角会导致螺孔扩大；

螺旋槽丝锥主要用于盲孔的螺纹加工。加工硬度、强度高的工件材料，所用的螺旋槽丝锥螺旋角较小，这可改善其结构强度

丝锥

攻螺纹是在数控铣床和加工中心上加工小螺纹孔最常用的方法



五、认识数控工具系统

概述

由于数控设备特别是加工中心加工内容的多样性，使其配备的刀具和装夹工具的种类也很多，并且要求刀具更换迅速。因此，刀、辅具的标准化和系列化十分重要。把通用性较强的刀具和配套装夹工具系列化、标准化，就成为通常所说的工具系统。



数控车床工具系统

镗铣类整体式工具系统

工具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。

工具系统分类镗式铣工类具模系块统

模块式刀柄通过将基本刀柄、接杆和加长杆（如需要）进行组合，可以用很少的组件组装成非常多种类的刀柄。整体式刀柄用于刀具装配中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。



镗铣类数控工具系统和车床类数控工具系统



主要由两部分组成：一是刀具部分，二是工具柄部( 刀柄 ) 、接杆 (接柄 ) 和夹头等装夹工具部分。



JT(BT)40-

XS16 -

75

1 2 3

工具系统型号表示方法 1. 柄部型式及尺寸JT ：表示采用国际标准 ISO7388 号加工中心机床用锥柄柄部； BT ：表示采用日本标准 MAS403 号加工中心机床用锥柄柄部；其后数字为相应的ISO 锥度号：如 50 和 40 分别代表大端直径 69.85 和 44.45 的 7:24 锥度。2.刀柄用途及主参数XD – 装三面铣刀刀柄 MW -- 无扁尾氏锥柄刀柄XS – 装三面刃铣刀刀柄M – 有扁尾氏锥柄刀柄Z（ J） -- 装钻夹头刀柄（贾式锥度加 J ） XP – 装削平柄铣刀刀柄用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异。 3.工作长度



常用刀柄

面铣刀刀柄整体钻夹头刀柄



常用刀柄

镗刀柄



常用刀柄

莫式锥度刀柄快换式丝锥刀柄钻夹头刀柄



常用刀柄

ER 弹簧夹头刀柄 ER 弹簧夹头侧压式立铣刀柄



ISO 7388及 DIN 69871的 A型拉钉

ISO 7388及 DIN 69871的 B型拉钉

MAS BT的拉钉

拉钉是带螺纹的零件，常固定在各种工具柄的尾端。机床主轴内的拉紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。数控机床刀柄有不同的标准，机床刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有多种型号和规格

拉钉的选择：根据数控机床说明书选择；对机床自带的拉钉进行测量后来确定

注意：如果拉钉选择不当，装在刀柄上使用可能会造成事故。拉钉的种类及选择



国外先进的数控工具系统 Novex 工具系统 Novex 工具系统是由德国Walter公司开发的，其接口型式为圆锥定心，锥孔、锥体与所在模块同轴，轴线上用螺钉拉紧，锥孔端面与锥孔轴线垂直，锥体根部环形端面与锥体轴线垂直，并可与锥孔端面贴合，如图 (a)所示。



Walter公司于 1989 年又推出径向锁紧的 Novex-RADIAL结构，如图 (b)所示。



ABS 工具系统

ABS 工具系统是由德国 KOMET公司开发的，如图 (c)所示，其接口型式为两模块之间有一段圆柱配合，起定心作用。



MC 工具系统

MC 工具系统是由德国 HERTEL公司于 1989 年开发的，如图 (d)所示，其接口的定心方式与 ABS 相同，夹紧方式相仿，把锥面、锥孔接触改为可转动钢球与夹紧销斜面的面接触。



Widaflex UTS( 美国叫 KM) 工具系统

Widaflex UTS 工具系统是由德国 KRUPP公司与美国 KENNAMETAL公司合作开发的一种新的工具系统，如图(e)所示，其接口是用圆锥定心 (锥角 5°43’)端面压紧来保证轴向定位精度并加大刚度。



Rotaflex 工具系统



Varilock 工具系统

Varilock 工具系统是由瑞典 SANDVIK公司于 1980 年研制成的轴向拉紧工具系统，如图(g)所示，它是双圆柱配合，起导向及定心作用，用中心螺钉拉紧，模块装卸显得不太方便。 1988 年该公司研制成径向锁紧的 Varilock 工具系统，如图 (h)所示。

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