数控铣床加工中刀具选择与优化策略研究

数控铣床加工中刀具选择与优化策略研究

张忠磊

长春中车轨道车辆有限公司机电装备分公司

随着科技的发展和工业化进程的推进，数控铣床在制造业中占据了重要地位。刀具作为数控铣床的核心部件，其选择与使用对于加工质量和效率具有至关重要的影响。本文针对数控铣床加工过程中刀具选择的问题，进行了深入的研究和探讨。

    一、引言

    数控铣床作为高精度、高效率的加工设备，在现代制造业中发挥着越来越重要的作用。刀具作为数控铣床的切削工具，其选择与使用直接影响到加工效率和加工质量。因此，选择合适的刀具并正确地使用刀具对于提高生产效率和保证加工质量具有重要意义。

    二、数控铣床概述

数控铣床是一种先进的加工设备，具有高精度、高效率、高自动化的特点。它采用数控技术进行控制，可以精确地完成各种复杂零件的加工。数控铣床主要由床身、主轴、刀具夹持装置、进给系统、控制系统等部分组成。它可以通过更换刀具和调整加工参数，实现对不同材料的铣削、钻孔、攻丝等加工。数控铣床广泛应用于汽车、航空、模具制造等领域，是现代制造业中不可或缺的重要设备之一。

    三、刀具分类与特点

    1.数控铣刀是数控铣削加工中的主要工具，主要用于对零件进行铣削加工，按照不同的分类标准可以将数控铣刀分为多种类型。

    1.1根据刀片是否固定，可以分为可换刀片式数控铣刀和整体式数控铣刀。可换刀片式数控铣刀的刀片可以更换，整体式数控铣刀的刀片则与刀杆为一个整体。

    1.2根据切削刃数目的不同，可以分为多刃式数控铣刀和单刃式数控铣刀。多刃式数控铣刀具有多个切削刃，主要用于高效加工，单刃式数控铣刀主要用于精加工和微加工。

    1.3根据用途的不同，可以分为面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀等。面铣刀主要用于铣平面，立铣刀主要用于铣侧面和斜面，键槽铣刀主要用于铣键槽。

2.不同类型数控铣刀的特点与应用场景

   2.1面铣刀：面铣刀的切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，具有

较大的切削宽度和较小的切削深度。面铣刀主要用于加工平面、台阶面等，具有加工效率高、加工表面质量好的优点。

    2.2立铣刀：立铣刀的切削刃分布在圆柱形刀具表面上，具有螺旋形或阿基米德螺旋线形的切削刃。立铣刀主要用于加工侧面、斜面、沟槽等，具有切削速度快、加工表面质量好的优点。

    2.3键槽铣刀：键槽铣刀是一种特殊类型的立铣刀，主要用于加工键槽。键槽铣刀具有两个对称的切削刃，可以同时进行两侧面的加工，具有加工效率高、加工质量稳定的优点。

    3.刀具材料的选择与性能评价

    3.1硬质合金：硬质合金具有硬度高、耐磨性好、红硬性好的优点，是数控铣刀的主要材料之一。硬质合金的缺点是韧性较差，容易受到冲击和振动的影响。

    3.2陶瓷材料：陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性好的优点。陶瓷材料的缺点是脆性较大，容易受到冲击和振动的影响。

    3.3立方氮化硼：立方氮化硼是一种超硬材料，具有硬度高、耐磨性好、热稳定性好的优点。立方氮化硼的缺点是脆性较大，容易碎裂。

    3.4高性能钢：高性能钢具有硬度高、耐磨性好、韧性好的优点。高性能钢的缺点是红硬性较差，不适合用于高速切削。

    四、选刀原则

    在数控铣床加工过程中，刀具的选择是至关重要的环节，它直接影响到加工效率、加工质量和生产成本。因此，遵循一定的选刀原则对于保证加工过程的顺利进行至关重要。

    1.刀具类型与材质选择

    选择刀具时，首先要根据加工需求确定所需刀具的类型。常用的刀具有铣刀、钻头、铰刀、丝锥等。根据加工材料的性质，如硬度、韧性等，选择合适的刀具材质，如高速钢、硬质合金、陶瓷等。

3.刀具尺寸与规格要求

    根据加工工件的尺寸和形状，选择合适的刀具尺寸和规格。确保

刀具长度、直径、刃口角度等参数符合加工要求，同时要考虑刀具安装和调整的便利性。对于大型或小型工件，需选用相应规格的刀具，以避免不必要的损失和加工误差。

    3.加工精度与切削性能分析

    加工精度是衡量加工质量的重要指标，而切削性能则直接影响加工效率。在选刀时，应关注刀具的精度等级和切削性能参数，如切削速度、进给量、切削深度等。根据工件精度要求和切削条件，选择精度高、切削性能稳定的刀具，以确保加工结果的准确性。

    4.保证加工质量和生产效率的因素

    加工质量和生产效率是选刀的重要考虑因素。在选择刀具时，应关注刀具的刚性、强度和可靠性，以确保在加工过程中不易发生变形、断裂等现象。同时，选择合适的切削液和切削参数，以提高切削效率和加工质量，降低生产成本。

五、刀具参数与性能

耐用度、切削能力、抗冲击性等这些参数的选择对于加工效率和加工质量具有重要影响。此外，切削参数的选择也是影响刀具性能的重要因素，包括切削速度、进给速度和切削深度等。合理的切削参数能够有效提高刀具的切削能力，延长使用寿命，提高加工效率和质量。

    1.切削参数：主要包括切削深度、切削速度和进给速度等。这些参数的选择将直接影响刀具的切削效率和加工质量。需要根据材料的特性、刀具的类型和切削条件，合理选择切削参数。

    2.刀具材料：刀具材料的选择对加工性能和切削效率有重大影响。常用的刀具材料包括高速钢、硬质合金、陶瓷等，每种材料都有其特定的硬度、耐磨性和耐热性等性能指标。

    3.刀具几何参数：包括刀具的前角、后角、主偏角、刃倾角等。这些参数的选择将决定刀具的切削刃形状和切削过程中的受力分布，进而影响切削效果和刀具寿命。

    4.刀柄系统：刀柄是连接机床主轴和刀具的桥梁，其刚性和稳定性对加工精度和刀具寿命有直接影响。需要选择合适的刀柄，以确保在加工过程中刀具的稳定性和可靠性。

    5.刀具寿命：刀具寿命指的是刀具从开始使用到磨损报废所经历的时间。影响刀具寿命的因素包括刀具材料、切削参数、冷却条件等。合理选择和使用刀具，可以提高刀具寿命，降低加工成本。

    6.切削性能：主要包括刀具的切削力、切削热、切削效率等性能指标。这些性能将直接影响加工效率和加工质量，也是评估刀具性能的重要依据。

    7.刀具的耐久性：指刀具在连续工作过程中保持其基本性能不变的能力。耐久性主要取决于刀具材料的热稳定性和抗磨损性能。

    8.精度保持性：指在切削过程中，刀具保持其原始精度的能力。精度保持性主要取决于刀具的几何精度和耐磨性。

    9.抗冲击性能：指刀具承受外界冲击的能力。在铣床加工过程中，由于工件材料硬度的变化、切削力的突变等情况，可能会产生冲击。抗冲击性能好的刀具能够承受这些冲击，保持切削的稳定性。

    10.表面完整性：指铣削完成后，工件表面的完整性，包括表面粗糙度、表面应力分布等。表面完整性直接影响工件的疲劳寿命和耐磨性能。

六、操作注意事项与维护保养

    为了确保刀具的正常使用和延长使用寿命，操作者应注意以下几点：首先，应遵循规定的切削参数和操作规程，避免因超负荷使用导致刀具损坏；其次，应定期检查刀具的磨损情况，及时更换磨损严重的刀具；最后，应定期对数控铣床进行维护保养，确保机床的正常运转。在操作过程中，还需要注意切削液的使用和冷却系统的维护。     

七、结论

    恰当的刀具选择与使用是提高数控铣床生产效率和保证加工质量的关键环节，操作者应注意遵守操作规程和维护保养要求，以确保刀具的正常使用和延长使用寿命。未来的研究和发展应重点关注新型刀具材料和制造技术的创新与应用，以提高数控铣床的加工效率和精度，推动制造业的持续发展。

参考文献：

【1】苏宏志 数控加工刀具及其选用技术 机械工业出版社 2014.4

【2】张定华 数控加工手册第一卷 化学工业出版社 2013.11

【3】赵莹   数控铣床操作工岗位手册 机械工业出版社 2012.7

【4】王永章 数控技术 高等教育出版社 2001.12