数控加工铣削刀具

与普通机床加工相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刀具的刚性好、精度高，而且要求刀具尺寸稳定、耐用度高，断屑及排屑性能好。

1．铣削刀具的类型与选用

铣削刀具选择合理与否，直接决定了加工质量和加工效率。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的，应根据加工材料性能、铣削量、工件结构形状、加工方式、机床加工能力和承受负荷，以及其他相关因素来选择刀具。刀具选择总的原则是安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，应该尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

1）铣削刀具的类型

为了适应数控机床高速、高效和自动化程度高等特点，铣削刀具可分为整体式和镶嵌式两种，如图1所示。整体式刀具的刀刃与刀柄连接一体，整体式刀具在早期是应用最广泛、最有效的铣削刀具。镶嵌式刀具是通过通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄连接而成，目前镶嵌式刀具已成为铣削刀具中的主流，在数量上达到了整个数控刀具的30%~40%，金属切除量占总数的80%~90%，如图2和图3所示为常用的镶嵌式铣削刀具和刀把种类及其安装方法。

整体式              镶嵌式

图1 刀具分类

图2 镶嵌式铣削刀具和刀把种类

图3 镶嵌式铣削刀具的安装方法

由于立铣刀与刀夹之间存在微小间隙，所以在加工过程中刀具有可能出现振动现象。振动会使铣削力不均匀，影响加工精度和刀具使用寿命。当加工出的沟槽宽度偏小时，也可以有目的地使刀具振动，通过增大铣削量来获得所需槽宽，但这种情况下，应将立铣刀的最大振幅限制在0.02mm以下，否则无法进行稳定的铣削。在正常加工中，立铣刀的振动越小越好。

当出现刀具振动时，应考虑降低铣削速度和进给速度，若两者都已降低40%后仍存在较大振动，则应考虑减小吃刀量。

如果加工系统出现共振，其原因可能是铣削速度过大、刀具系统刚性不足、工件装夹力不够以及工件形状或工件装夹方法等因素所致。此时应采取调整铣削用量、增加刀具系统刚度、提高进给速度等措施。

2）铣削刀具的选择

在实际模具生产加工当中，数控铣削刀具与普通机床所用的铣削刀具相比，有许多要求，主要表现为以下几点：

（1）刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小。

（2）互换性好，便于快速换刀。

（3）寿命高，铣削性能稳定、可靠。

（4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间。

（5）刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。

（6）系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。

为了合理加工工件及选择铣削刀具，必须先分析被加工工件形状、尺寸大小、材料硬度等条件。一般加工平坦零件时，采用端铣刀；在加工凸台、凹槽时，可选择镶硬质合金刀片的玉米铣刀或高速钢立铣刀；而对一些立体自由曲面型面和变化斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。但在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部铣削速度为零，因此，为保证加工精度，铣削间距一般取得很小，故球头刀常用于曲面的精加工。而圆鼻刀具在表面加工质量和铣削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择圆鼻刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大。在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来了加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低，图4是根据不同结构形状所选用的铣削刀具。

图4 根据不同结构形状所选用的铣削刀具

在模具零件数控加工当中，一般需要划分粗加工、半精加工和精加工工序，如图5所示。粗加工时选择大刀具、大铣削量，其铣削量一般在1~5mm；半精加工时选择比粗加工要小的刀具，其铣削量一般为0.3~1mm；而精加工时根据零件最小位置尺寸选择小于其最小位置尺寸的刀具，其铣削量一般在0.5mm以下。

图5 加工工序

在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换等多为人工手动进行，占用的辅助时间较长，因此必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：

（1）尽量减少刀具数量。

（2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位。

（3）粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具。

（4）先铣后钻。

（5）先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工。

（6）在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

刀具直径的选取应遵循以下原则：粗加工时根据工件特点尽量选取较大直径刀具，能加大铣削用量，提高粗加工效率。精加工时，应根据轮廓最小圆角，选用小于圆角的刀具，从而提高加工表面的质量，刀具直径如图6所示。

图6 刀具直径

刀角半径的选取：球刀或圆角刀的刀尖圆角，应根据轮廓周边的过渡圆角设定，以避免过切现象发生，刀具半径如图7所示。

图7 刀角半径

2．铣削刀具的使用注意事项

使用铣削刀具必须明确其用途和安装方法，避免发生事故。下表所示为铣削刀具的使用注意事项。

表 铣削刀具的使用注意事项

刀 具 种 类事 故 原 因避 免 方 法所有铣削刀具由于刀刃很锋利，因此直接用手触及有碰伤的可能特别是从套壳中取出时或将其安装在机床上时，请使用手套等保护用品使用错误的方法或使用条件不恰当，可导致刀具破损飞出，造成碰伤的危险请使用安全罩，保护眼睛由于冲击负荷，刀具过度磨损，使铣削力剧增，导致刀具破损飞溅，而有伤害操作人员的危险请使用安全罩，保护眼睛
请及时更换磨损的刀具高温的切屑飞溅及过长切屑排出，可造成伤害及烫伤操作人员请用保护手套等保护用具铣削过程产生高温，切莫直接触摸加工完的刀具或工件，以避免烫伤的危险请使用安全罩，保护眼睛
在除去切屑时应关停机床，并戴上手套采用钳子或夹子等工具铣削中产生的火花和剧烈磨擦的刀具产生高温及高温的切屑，都有可能引发火灾易燃易爆物应远离铣削区
在使用非水溶性铣削液时应采用防火措施在高速旋转时，如机床夹具等平衡性能差，会产生振动及颤振，使刀具破碎而发生危险情况请使用安全罩，保护眼睛
必须对机床进行试运转，并确认没有振动或颤振等导常声音再正式操作工件上产生毛刺等缺陷，直接用手触摸有受伤的危险请不要裸手触摸工件铣削刀具
（带可转位刀片）若未把刀片与有关零件夹紧，在铣削中有脱落或飞出的可能，造成伤害事故安装刀片的定位面和紧固零件，不允许有杂物粘附，应仔细检查后认为可靠再安装刀片
请使用附带的专用扳手夹固刀片与零件，专用扳手决不允许作其他用途用通用套筒扳手等辅助工具时，若夹紧力太大，会造成刀片产生微裂纹等缺陷，产生事故隐患只允许用附带的专用扳手夹紧刀片等零件刀具高速旋转时，由于离心力，刀片有可能飞出的危险请参照产品使用说明书和样本，在推荐的范围内使用各种铣刀及其他旋转刀具铣刀类刀具，由于刃口锋利直接用手触摸可能碰伤手请用保护手套等保护用具刀具因偏心旋转、不平衡等因素引起颤振、振动等，并由于刀具破碎而飞溅，会造成伤害事故旋转速度按推荐的条件选择
为防止因轴承磨损引起的偏心回转振动等，应定期检查回转部分精度和调整平衡刀 具 种 类事 故 原 因避 免 方 法钻头工件旋转加工通孔时，当钻通时切剩部分常会高速飞出，这种飞出物呈圆盘状且锋利，十分危险易造成事故请使用安全罩，保护眼睛等防保用具，并在夹持部分装上外罩极小直径的钻头其顶部是尖形，十分锐利，用手接触不小心易刺伤。钻头折断在工件内将难以取出，还有可能折断飞出，易造成伤害事故操作时必须充分注意安全，请使用保护手套，保护眼睛焊接刀具有刀片脱落，破碎造成受伤的危险性使用前要确认已牢靠焊上其他在规定用途以外使用时，会招致机床或刀具的损坏，非常危险请遵守规定的使用方法