§2.3 数控刀具
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§2.3  数控刀具
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2
教学目标
1．了解常用数控刀具材料；
2．理解常用数控车刀和数控铣刀的类型及其功用。
教学重点
1．常用数控刀具材料；
2．常用数控车刀和数控铣刀的类型及其功用。
教学难点
常用数控车刀和数控铣刀的类型及其功用
学情分析
学习时要注意多看多想多思考，教师要多引导，培养学生解决实际问题的能力。
板
书
设
计
§2.3  数控刀具
一、常用数控车刀及其功用
1．数控车刀的类型
2．常用数控车刀的选用
二、常用数控铣刀(加工中心刀具)及其功用
1．对刀具的基本要求
2．常用数控铣刀的类型
3．铣刀刀具的选用
三、常用数控刀具材料
1．刀具材料基本性能：（1）硬度和耐磨性（2）强度和韧性
（3）耐热性（4）工艺性能和经济性。
2．常用刀具材料
（1）高速钢：通用型高速钢和高性能高速钢。
（2）硬质合金：钨钴类(YG)、钨钛钴类(YT)、钨钛钽(铌)类(YW)。
（3）特种刀具材料：1)涂层材料  2)立方氮化硼
3)金刚石    4)陶瓷

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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。数控刀具的选择是数控加工工艺设计的重要内容之一。
§2.3  数控刀具
一、常用数控车刀及其功用
1．数控车刀的类型
在数控车床上使用的刀具种类繁多，按车削功能不同，主要有外圆车刀、钻头、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具等。
根据车刀刀头与刀体的连接方式不同，车刀按结构可分为四种类型，分别为整体式、焊接式、机夹式以及可转位式。目前在数控加工中已广泛使用可转位机夹式车刀，但考虑到加工成本等因素，数控加工中也仍会采用整体式、焊接式及机夹式车刀。
（1）整体式车刀：整体式车刀是将高速钢的刀坯，经过磨削变成切刀所形成的车刀，刀头和刀体是一个整体。因高速钢易于磨出锋利的切削刃，所以可以磨削成各种车刀。
整体式车刀的优点是具有强度高、韧性好、刃磨性好及优良工艺性等方面的综合性能，并能承受较大冲击力，可以加工有金属。
（2）焊接式车刀：焊接式车刀是将具有一定形状的硬质合金刀片，用纯铜或其他焊料钎焊在普通结构钢或铸铁刀杆上而成。
（3）机夹式车刀：机夹式车刀是将刀片用机械夹持方法固定在刀杆上，刀片用钝后可更换新刃磨好刀片的一种车刀。机夹式车刀的刀片不经过高温焊接，可避免因高温焊接而引起的刀片硬度下降和产生裂纹等缺陷，故提高了刀具寿命，并且刀柄可多次重复使用。
（4）可转位车刀：机夹可转位车刀又称为机夹不重磨车刀，采用机械夹固的方法将可转位刀片夹紧并固定在刀杆上，刀片上有多个刀刃，当一个刀刃车钝后不需要重磨，只要将刀片转过一个角度后，即可用新的切削刃继续切削，从而大大缩短了磨刀和换刀时间，提高了生产效率。
为了使刀具能达到良好的切削性能，对刀片的夹紧方式有如下基本要求：
①夹紧可靠，不允许刀片松动或移动；
②定位准确，确保定位精度和重复精度；
③排屑流畅，有足够的排屑空间；
④结构简单，操作方便，制造成本低，转位动作快，缩短换刀时间。
2．常用数控车刀的选用
数控车刀选用主要是根据加工工艺的具体情况而定的。一般要选通用性较高，且在同一刀片上切削刃较多的刀片。
（1）刀片形状：按照国标GB2076－1987，机夹可转位刀片可分为带圆孔、带沉孔以及无孔3大类;形状有三角形、正方形、五边形、六边形、圆形以及菱形等共17种。
（2）刀片选用参数 
1)刀尖角。刀尖角的大小决定了刀片的强度。在工件结构形状和系统刚性允许的前提下，应选择尽可能大的刀尖角。通常这个角度在35°~90°。
2)刀片形状的选择。正三角形刀片可用于主偏角为60°或90°的外圆车刀、端面车刀和内孔车刀。
正方形刀片的刀尖角为90°，比正三角形刀片的60°要大，因此其强度和散热性能均有所提高。这种刀片通用性较好，主要用于主偏角为45°、60°、75°等的外圆车刀、端面车刀和镗孔刀。
东野圭吾 分身正五边形刀片的刀尖角为108°，其强度、耐用度高，散热面积大。但切削时径向力大，只宜在加工系统刚性较好的情况下使用。
菱形刀片和圆形刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工，其形状及尺寸可结合加工对象参照国家标准来确定。
二、常用数控铣刀(加工中心刀具)及其功用
数控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加工余量。铣刀主要用于铣削台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
1．对刀具的基本要求
（1）铣刀刚性要好。一为满足提高生产效率而采用大切削用的需要，二为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。
（2）铣刀耐用度要高。当一把铣刀加工的表面较多时，如果刀具磨损快，不仅会影响工件的表面质量和加工精度，而且会增加换刀与对刀次数，导致零件加工表面留下对刀形成的接刀台阶。
2．常用数控铣刀的类型
数控机床上常用的铣刀种类很多，不同的铣刀可用于加工零件上不同的轮廓，常见数控铣刀主要有以下几种：
（1）面铣刀：面铣刀的圆周表面和端面都有切削刃，其端部切削刃为副切削刃。
硬质合金面铣刀的铣削速度、加工效率和工件表面质量均高于高速钢铣刀，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件。硬质合金面铣刀的刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹—焊接式和可转位式三种。
（2）立铣刀：立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削，但不能作轴向进给。
（3）模具铣刀：模具铣刀可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。模具铣刀的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，直径16mm 以上的制成焊接或机夹可转位结构。
（4）键槽铣刀：键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。
按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d 为2~22mm，锥柄键槽铣刀直径d 为14~50mm。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃。
（5）鼓形铣刀：一种典型的鼓形铣刀的切削刃分布在半径为R 的圆弧面上，端面无切削刃。R 越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围越广，但获得的表面质量也越差。这种刀具的特点是刃磨困难，切削条件差，而且不适于加工有底的轮廓表面。
（6）成形铣刀 
成形铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的，如渐开线齿面、燕尾槽和T形槽等。另外，还有的其他类型的成形铣刀，铣T形槽及燕尾槽。
3．铣刀刀具的选用
（1）铣刀类型的选用：铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。加工较大平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。
（2）面铣刀参数的选用：可转位面铣刀有粗齿、细齿和密齿3种。粗齿铣刀容屑空间较大，常用于粗铣钢件；粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用细齿铣刀。密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。
（3）立铣刀参数的选用：
1)刀具半径R 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取R＝(0.8~0.9)ρ；
2)零件的加工高度H ≤(１/４~１/６)R，以保证刀具具有足够的刚度；
3)对不通孔(深槽)，选取L＝H ＋(5~10)mm(L 为刀具切削部分长度，H 为零件高度)；
4)加工外表面及通槽时，选取L＝H ＋r＋(5~10)mm(r 为端刃圆角半径)；
5)粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径D 可按下式粗算：
6)加工肋板时，刀具直径D＝(5~10)b(b 蟒蛇电影有哪些为肋板的厚度)。
三、常用数控刀具材料
1．刀具材料基本性能
（1）硬度和耐磨性。硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。
（2）强度和韧性。应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。
（3）耐热性。耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。
（4）工艺性能和经济性：应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能、磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。
2．常用刀具材料
（1）高速钢。高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。按用途不同，高速钢可分为通用型高速钢和高性能高速钢。
1)通用型高速钢。通用型高速钢一般可分钨钢、钨钼钢两类，具有一定的硬度(63－66HRC)和耐磨性、高的强度和韧性、良好的塑性和加工工艺性，因此广泛用于制造各种复杂刀具。主要牌号有W18Cr4V 和W6Mo5Cr4V2。
2)高性能高速钢。高性能高速钢是指在通用型高速钢成分中再增加一些含碳量、含钒量及添加Co、Al等合金元素的新钢种，从而可提高它的耐热性和耐磨性。常用牌号有9W18CrB、9W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V3等。
（2）硬质合金。硬质合金是由高硬度、高熔点的碳化钨(WC)，碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)粉末用钴(Co)黏结后压制、烧结而成的粉末冶金制品。具有硬度高、耐磨、耐热等优点，但脆性大，怕冲击和振动。
我国目前常用的硬质合金有三类:钨钴类(YG)、钨钛钴类(YT)、钨钛钽(铌)类(YW)。
1)钨钛钴类硬质合金。由WC、TiC和Co组成，代号为YT，适合于加工塑性材料如钢材，但不宜加工钛合金、硅铝合金。常用牌号有YT30、YT15和YT5。
2)钨钴类硬质合金。由WC和Co组成，代号为YG，主要用于加工铸铁、有金属等脆性材料和非金属材料。常用牌号有YG3、YG6和YG8。
3)钨钛钽(铌)类硬质合金。由YT 类中加入少量的TaC或NbC组成，代号为YW，可加工钢，也可加工铸铁和有金属。常用牌号有YW1和YW2。
硬质合金的形状分类主要有三种：球状、棒状和板状。
（3）特种刀具材料。
1)涂层材料：涂层技术已应用于立铣刀、铰刀、钻头、各种机夹可转位刀片及齿轮滚刀等，以满足高速切削加工各种钢和铸铁、耐热合金和有金属等材料的需要。
2)立方氮化硼：立方氮化硼刀具适于用来精加工各种淬火钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金、表面喷涂材料等难切削材料。
3)金刚石
金刚石是自然界中最硬的一种材料,具有高硬度、高耐磨性和高导热性，在有金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。
天然金刚石刀具：经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度。
PCD金刚石刀具。采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石刀具所代替。
CVD金刚石刀具：指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体上合成金刚石膜，具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。
4)陶瓷：陶瓷刀具已被广泛应用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工材料的切削加工，还可以高效加工传统刀具根本不能加工的高硬材料。
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图示3.4打一成语
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