1、铜陵职业技术学院0铜陵职业技术学院数控技术 专业毕业论文毕 业 论 文题目：数控车削加工中的刀具选择姓 名： 项阳 学 号： 509417126 班 级：06 五年制数控 指导老师及职称： 周文兵 2011 年 06 月 01 日铜陵职业技术学院1中 文 摘 要理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的 23 倍，要充分发挥数控机床的这一特点，必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的
2、重要因素。本文从生产实践出发，探讨和总结一些数控车削过程中的工艺问题。英 文 摘 要The ideal processing procedure should not only guarantee the machining for the workpiece, meanwhile the pattern should be qualified to make numerically-controlled machine tools function get reasonable application and sufficient play. Nc machine is a kind of
3、efficient automation equipment, it is more efficient than the conventional machine tools of 2 3 times, to give full play to the characteristics of CNC programming, must be in process analysis of workpiece before, according to the specific conditions, the choice of economic and reasonable process sch
4、eme. Nc machining process thoughtfulness is the effect of nc machine tools machining quality, production efficiency and machining cost of important factor. This article from the production practice, discusses and summarizes some of the numerical control turning process process problems. 关 键 词（Keywor
5、ds）：工序划分，刀具选择，生产实践铜陵职业技术学院2目 录第一章 前言.3第二章 数控机床的组成和工作原理.42.1 孔加工刀具类.42.2 数控铣刀类.42.3 拉削刀具类.52.4 其它刀具. .5第三章 控刀具及选用.63.1 数控机床刀具的特点.63.2 金属切削刀具的主要角度.63.3 刀具常用材料.63.4 数控机床刀具分类.93.5 常用数控刀具结构.93.6 数控机床刀具的选择.103.7 数控加工刀具选择的典型实例.12第四章 数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势.134.1 超硬材料领域.134.2 W、CO 类涂层和细颗粒(超细颗粒)硬质合金材料领城.144.3 含 C
6、O 类粉末冶金高速钢材料领城.14第五章 结 论.16参考文献.17致谢.18铜陵职业技术学院3前言毕业设计（论文）是学生在导师指导下，就其某一学术课题在实验性、理论性或观察上具有新的科学研究成果或创新见解和知识的科学记录；或是某种已知原理应用于实际中取得新进展的科学总结。毕业设计（论文）应能表明确已较好地掌握了本专业的基础理论、专门知识和基本技能，并具有从事科学研究工作 或者担负专门技术工作的能力。现代制造技术的发展及数控加工设备的广泛使用，极大地推动了切削技术的进步。随着生产加工过程数控化和自动化的需要，对金属切削刀具提出了高可靠度、高精度、长寿命、快速转位更换、断屑良好等更高要求。自 8
7、0 年代以来，可转位不重磨刀具已被各国广泛应用，但是可转位不重磨刀片及刀具 CAD/CAM 技术的应用和发展，使刀具结构设计及切削部分的形状种类变得十分繁多，给机械加工和刀具设计人员合理选择刀具带来一定困难。同时，刀片型号的增加也给刀片采购和销售带来不便，为用户快速、高效及正确选择刀具增加困难。为使企业对市场需求迅速做出响应，在切削加工中，快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。根据不同加工特征，自动选择所需刀具对实现高度自动化切削加工或无人加工具有十分重要的意义。铜陵职业技术学院4第二章 常见几类数控刀具2.1 孔加工刀具类：在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，在此就
8、其主要突出的新结构、新品种简要分述如下：2.1.1 数控钻头：2.1.1.1 整体式钻头：钻尖切削刃由对称直线型改进为对称圆弧型(r12D)，以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，用“S“型横刃(或螺旋中心刃)替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提高横刃寿命；采用不同顶角阶梯钻尖及负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质(超硬)材料齿冠；油孔内冷却及大螺旋升角(40）结构等。最近研制出整体式细颗粒陶瓷(Si3N4)、Ti 基类金属陶瓷材料钻头。2.1.1.2 机夹式钻头：钻尖采用长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向
9、总体合成平衡的可转位刀片，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。2.1.2 复合(组合)孔加工数控刀具：集合了钻头、铰刀、扩(锪)孔刀及挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合(组合)孔加工数控刀具研发速度很快。总体而言：采用镶嵌模块式硬质(超硬)材料切削刃(含齿冠)及油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前发展趋势。2.1.3 数控铰刀：大螺旋升角(45）切削刃、无刃挤压铰削及油孔内冷却的结构是其总体发展方向，最大铰削孔径己达 400mm。2.1.4 镗刀：单刃微调精密镗刀正被多刃扩(锪)孔刀、铰刀及复合(组合)孔加工专用数控刀具替代。国外研制出采用工具系统内部推拉杆轴
10、向运动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成镗削球面(曲面)、斜面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密镗刀，代表了镗刀发展方向。铜陵职业技术学院52.1.5 丝锥：研发出大螺旋升角(45）丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、硬状况，设计专用刃倾角、前角等。2.1.6 扩(锪)孔刀：多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩(锪)孔刀具发展方向。2.2 数控铣刀类：2.2.1 整体式立铣刀硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角(62）结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线(或螺旋中心刃)形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维
11、空间铣削加工技术的要求。2.2.2 机夹式立铣刀由各类机夹立铣刀的由可转位刀片(往往设有三维断屑槽形)组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿(均为短切削刃)，可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真及数控加工技术成形制造。2.2.3 机夹式数控面铣刀刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片(几何形状多种)带有三维断屑槽形。数控铣刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速迴转体动平衡及安全夹固技术，一些高速迴转刀体上还应用空气动力学原理，利用旋风冷切削刃，在干式切削加工时降低切削刃的温度，提高刀具寿命。2.3 拉削刀具类：在
12、现代数控加工技术的支持下，研发出各种专用外轮廓精密成形、组合拉刀及车-拉组合成形拉削刀具，配以专用数控机床。使汽车部分工件批产效率成几十倍提高，而且产品质量、精度十分稳定。铜陵职业技术学院62.4 其它刀具：汽车、摩托车专用的小模数渐开线外齿轮、花键轴零部件批产工艺采用滚压、搓挤无屑加工工艺技术，研发出专用刀具及特种数控机床，使特定的工件批产效率提高几十倍，而且质量、精度十分稳定。第三章 数控刀具及选用3.1 数控机床刀具的特点数控机床刀具的特点是标准化、系列化、规格化、模块化和通用化。为了达到高效、多能、快换、经济的目的，对数控机床使用的刀具有如下要求：（1）具有较高的强度、较好的刚度和抗振
13、性能；（2）高精度、高可靠性和较强的适应性；（3）能够满足高切削速度和大进给量的要求；（4）刀具耐磨性及刀具的使用寿命长，刀具材料和切削参数与被加工件材料之间要适宜；（5）刀片与刀柄要通用化、规格化、系列化、标准化，相对主轴要有较高位置精度，转位、拆装时要求重复定位精度高，安装调整方便。3.2 金属切削刀具的主要角度从属切削刀具的种类繁多，但它们的切削部分都可以近似地用外圆车刀的切削部分来描述。确定刀具角度的正交平面参考系和车削刀具几何角度如图所示。车刀的五个基本角度：（1）前角 o：是前刀面切削平面之间的夹角，表示前刀面的倾斜程度。图 正交平面参考系 图 车削刀具几何角度铜陵职业技术学院7（
14、2）后角 o：是主后刀面与切削平面之间的夹角，表示主后刀面倾斜的程度。（3）主偏角 ：是主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；（4）副偏角 ：是副切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角；（5）刃倾角 0：是主切削刃与基面之间的夹角。刀具主要角度的选择原则：前角。增大前角，切屑易流出，可使切削力减少，切削很轻快。但前角过大，刀刃强度降低。后角。增大后角可减少刀具后刀面与工件之间的摩擦。但后角过大，刀刃强度降低。主偏角。在切削深度和进给量不变的情况下，增大主偏角，可使切削力沿工件轴向力加大，径向力减小，有利于加工细长轴并减小振动。刃倾角。增大刃倾角有利于承受冲击。刃倾角为正值时，切屑向
15、待加工方向流动；刃倾角为负值时，切屑向已加工面方向流动。通常，精车时取 04；粗加工时取105。3.3 刀具常用材料刀具切削部分的材料应具备如下性能：高的硬度，足够的强度和韧性，高的耐磨性，高的耐热性，良好的加工工艺性。刀具材料：高速钢(俗称白钢刀条)，硬质合金，陶瓷，立方氮化硼(CBN)，聚晶金刚石(PCD)。数控机床上常用高速钢刀具和硬质合金刀具。材料越硬就越脆，越耐磨，在使用时需要高速平稳，防止冲击和振动。碳素工具钢和合金工具钢的红硬性较差，已很少使用。3.3.1 高速钢高合金工具钢，具有良好的工艺性，能制成复杂的刀具 。高速钢刀具使用前需要使用者自行刃磨，因此，适合于特殊需要的非标准刀
16、具。3.3.2 硬质合金比高速钢硬得多 。 允许的切削速度比高速钢高 410 倍，切削速度可达100m/min 以上。国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：K 类、P 类、和 M 类，类似于国家标准中的 YG 类、YT 类、和 YW 类。根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中组号数字越大，其耐磨性越低、韧性越高，因此，组号数字越大，可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。从另一个方面讲，组号数字越小，硬度越高，韧性越差，适用于精加工；反之，组号数字越大，适用于粗加工。硬质合金的常见类型：1.钨钴类钨钴类（
17、WC+Co）硬质合金由碳化钨和钴组成。ISO 标准代号是 K 类，常用牌号有国内代号为 YG。常用牌号有铜陵职业技术学院8YG3、YG6、YG8 等。适合加工短切屑黑色金属（铸铁） ，有色金属以及非金属。2.钨钛钴类钨钛钴类（WC+TiC+Co）硬质合金由碳化钨、碳化钛和钴组成。ISO 标准代号是 P 类，国内代号为 YT。常用牌号有 YT5、YT14、YT15、YT30等。适合加工长切屑黑色金属（塑性好的材料低碳钢） ，常用于加工钢材。我们经常使用 YT15。3.钨钛钴钽（铌）类钨钛钴钽（铌）类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）硬质合金由碳化钨、碳化钛、碳化钽（碳化铌）和钴组成。ISO
18、标准代号是 M 类，国内代号为 YW。常用牌号有 YW1、YW2 等。综合性能好，既可加工铸铁又可加工钢材及有色金属，常用于不锈钢。K、P、M 类合金切削用量的选择规律K 类 K01 K10 K20 K30 K40P 类 P01 P05 P10 P15 P20 P25 P30 P40 P50M 类 M10 M20 M30 M40进给量背吃刀量切削速度3.3.3 陶瓷陶瓷特耐高温，在 2000 度条件下，仍具有高的硬度，非常耐磨，耐磨性是硬质合金的 5 倍，但是，韧性很低，不能承受冲击，适用于精加工和高速切削。3.3.4 立方氮化硼有极好的耐磨性，极高的热稳定性和优良的化学稳定性。是在高温、高压
19、条件下人工合成的新型刀具材料，其性能与金刚石相似，能高速切削淬火钢和耐热钢，是高速切削的首选刀具材料。立方氮化硼刀具适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。3.3.5 聚晶金刚石即人工合成的金刚石，是在高温、高压下合成的新型刀具材料。硬度很高，耐磨性好(硬质合金的 6080 倍)，有锋利的刀刃。缺点是耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。它与铁系材料有很强的亲和力，易使碳元素扩散而磨损，只适用于加工有色金属、非金属如陶瓷等极硬的材料。因此，金刚石刀具主要用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金
20、属材料，能实现超精密微量加工和镜面加工。在以车代磨加工淬火钢时，可用陶瓷、立方氮化硼刀具；加工有色金属和非金属材料，砂轮修磨时，可用聚晶金刚石刀片。3.3.6 表面涂层材料涂层材料是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，涂覆一层耐磨铜陵职业技术学院9性较高的难熔金属化合物而制成。高速钢基体涂层刀具耐用度可提高 210 倍，硬质合金基体刀具提高 13倍。加工材料硬度愈高，涂层效果愈好。在刀具寿命相同的前提下，可提高切削速度 25%30%。涂层刀具经过钝化处理，切削刃锋利程度减小，不适合进给量很小的精密切削。3.4 数控机床刀具分类按照刀具材料可分为：高速钢刀具，硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮
21、化硼刀具和金刚石刀具。按照刀具结构可分为：整体式，焊接式，机夹式(可转位和不转位)，内冷式和减振式。按照切削工艺分为：车削刀具，孔加工刀具（如钻头，丝锥和镗刀等） ，铣削刀具等。按照数控工具系统的发展可分为：由整体式工具系统向模块式工具系统发展。有利于提高劳动生产率，提高加工效率，提高产品质量。标准化数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。3.5 常用数控刀具结构3.5.1 整体式刀具结构整体式刀具是指刀具切削部分和夹持部分为一体式结构的刀具。制造工艺简单，刀具磨损后可以重新修磨。3.5.2 机夹式刀具结构机夹式刀具是指刀片在刀体上的定位形式。机夹式刀具分为机夹可
22、转位刀具和机夹不可转位刀具。数控机床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具一般由刀片、刀垫、刀体和刀片定位夹紧元件组成。如图所示。可转位刀片的夹紧方式：楔块上压式、杠杆式(如图)、螺钉上压式。要求：夹紧可靠、定位准确、排屑流畅、结构简单、操作方便。3.5.3 可转位刀片的代码机夹式可转位刀片的代码由 10 位字符组成。各字符的含义不要求。常用 W(不等角六边形)，S(正方形)，T(等边三角形)。3.5.4 加工中心的工具系统加工中心要实现自动换刀，数控机床和刀具的相应部分应有相适应的结构和装置。如图所示，刀具夹装部分一定具有相同的大小和形状。因此， “数控刀具”的含义应该理解为“数控工具系统” 。刀具系统(+刀具)
