数控刀具标准知识解析

数控刀具标准知识解析（精选2篇）

数控刀具标准知识解析 篇1

数控车床类刀具知识

1)刀具材料性能 刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。因此，在机械加工过程中，不数控车床但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。

切削时，刀具在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切削断续表面时，加工中心刀具还将受到冲击，产生振动。为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。

①硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度，一般情况下，要求其常温硬度在60HRC以上。通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。耐磨性还取决于材料的化学成分、显微组织。刀具材料组织中硬质点的硬度越高，数量越多，晶粒越细，分布越均匀，则耐磨性越好。此外，刀具材料对工件材料的抗黏附能力越强，耐磨性也越好。

②强度和韧性。由于切削力、冲击和振动等作用，数控车床刀具材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，以避免刀具材料在切削过程中产生断裂和崩刃。

③耐热性与化学稳定性。耐热性是指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。耐热性越好，则允许的切削速度越高，同时抵抗切削刃塑性变形的能力也越强。

化学稳定性是指刀具材料在高温下不易和工件材料、周围介质发生化学反应的能力。化学稳定性越好，刀具的磨损越慢。除此之外，刀具材料还应具有良好的工艺性和经济性。如工具钢淬火变形要小加工中心，脱碳层要浅及淬透性要好；热轧成形刀具应具有较好的高温塑性等。(2)常用刀具材料

①高速钢。高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性，切削温度达500～650~C时仍能进行切削，有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性。其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、数控车床拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。

高速钢的品种繁多；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢；按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

a．普通高速钢。国内外使用最多的普通高速钢是W6M05Cr4V2(M2钼系)及W18Cr4V(W18钨系)钢，含碳量为0．?％～0．9％，硬度63～66HRC，不适于高速和硬材料切削。

新牌号的普通高速钢W6M03Cr4V(W9)是根据我国资源情况研制的含钨量较多、含钼量较少的钨钼钢。其硬度为65～66．5HRC，有较好硬度和韧性的配合，热塑性、热稳定性都较好，焊接性能、磨削加工性能都较高，磨削效率比M2高20％，表面粗糙度值也小。

b．高性能高速钢指在普通高速钢中加入一些合金，如Co、A1等，使其耐热性、耐磨性又有进一步提高，热稳定性高。但综合性能不如普通高速钢，数控车床不同牌号只有在各自规定的切削条件下，加工中心才能达到良好的加工效果。我国正努力提高高性能高速钢的应用水平，如发展低钴高碳钢W12M03Cr4V3CoSSi、含铝的超硬高速钢W6MoSCr4V2A!、W10M04Cr4V3A1，提高韧性、热塑性、导热性，其硬度达67～69HRC，可用于制造出口钻头、铰刀、铣刀等。

c．粉末冶金高速钢。可以避免熔炼法炼钢时产生的碳化物偏析。其强度、韧性比熔炼钢有很大提高。可用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难加工材料。用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别制造是切削时受冲击载荷的刀具效果更好。

②硬质合金。硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC等)粉末，以钴(C。)为黏结剂，用粉末冶金方法制成的。硬质合金的硬度、耐磨性、数控车床耐热性都很高，硬度可达89—93HRA，在800～1000~C还能承担切削，耐用度较高速钢高十几倍，允许采用的切削速度达100～300m／miD_，甚至更高，约为高速钢刀具的4—10倍，并能切削一般工具钢刀具不能切削的材料(如淬火钢、玻璃、大理石等)。但其抗弯强度较高速钢低，仅为0．9—1．5GPa；冲击韧度差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。

硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料，如车刀、加工中心端铣刀以至深孔钻等。它制成各种形式的刀片，然后用机械夹紧或用钎焊方式固定在刀具的切削部位上。

常用的硬质合金牌号按其金属碳化物的不同分为三类：

钨

3)刀具失效形式 刀具在切削过程中将逐渐产生磨损。当刀具磨损量达到一定程度时，可以明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，数控车床甚至产生振动。同时，工件尺寸可能会超出公差范围，机床电器已加工表面质量也明显恶化。此时，必须对刀具进行重磨或更换新刀。打时刀具也可能在切削过程中会突然损坏而失效，造成刀具破损。刀具的磨损、破损及其使用寿命(也称耐用度)关系到切削加工的效率、质量和成本，因此它是切削加工中极为重要的问题之一。

①刀具磨损的方式。

a．前刀面磨损(月牙洼磨损)。在切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑性金属，当刀具的耐热性和耐磨性稍有不足时，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。在前刀面上相应于产生月牙洼的地方，其切削温度最高，因此磨损也最大，从而形成一个凹窝(月牙洼)。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损的过程中，月牙洼宽度逐渐扩展。当月牙洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度KT表示。

b．后刀面磨损。由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式叫做后刀面磨损。在切削速度较低、数控车床切削厚度较小的情况下切削塑性金属以及加工脆性金属时，一般不产生月牙洼磨损，但都存在着后刀面磨损。

c．前刀面和后刀面同时磨损。机床电器这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性金属时，经常会发生这种磨损。

②刀具磨损的原因。为了减小和控制刀具的磨损，为了研制新的刀具材料，必须研究刀具磨损的原因和本质。切削过程中的刀具磨损具有下列特点：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度；接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000~C，对于高速钢刀具可达300～600~C。在上述条件下工作，刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用的综合结果，可以产生磨料磨损、冷焊磨损(有的文献称为黏结磨损)、扩散磨损和氧化磨损等。

a．磨料磨损。切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其结构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，机床电器能在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。数控车床硬质点有碳化物(如Fe3C、TiC、VC等)、氮化物(如TiN、Si：N+等)、氧化物(如SiOz、Alz()，等)和金属间化合物。磨料磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具(如拉刀、板牙等)，磨料磨损是磨损的主要原因。这是因为低速切削时，切削温度比较低，由于其他原因产生的磨损尚不显著，因而不是主要的。高速钢刀具的硬度和耐磨性低于硬质合金、陶瓷等，故其磨料磨损所占的比重较大。

b．冷焊磨损。切削时切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦副之间有相对运动，冷焊结产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。

一般说来，工件材料或切屑的硬度较刀具材料的硬度为低，冷焊结的破裂往往发生在工件或切屑这一方。但由于交变应力、接触疲劳、热应力以及刀具表层结构缺陷等原因，数控车床冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一方，机床电器这时，刀具材料的颗粒被切屑或工件带走，从而造成刀具磨损。

冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。研究表明：脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强。在高速钢刀具正常工作的切削速度和硬质合金刀具偏低的切削速度下，正好满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。提高切削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。

c．扩散磨损。扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了材料原来的成分与结构，使刀具表层变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。

硬质合金中，钛元素的扩散率远低于钴、数控车床钨，TiC又不易分解，故在切钢时YT类合金的抗扩散磨损能力优于YG类合金。TiC基、丁i(C，N)基合金和涂层合金(涂覆TiC或TiN)则更佳；机床电器硬质合金中添加钽、铌后形成固镕体(W，丁i，Ta，Nb)C，也不易扩散，从而提高了刀具的耐磨性。

扩散磨损往往与冷焊磨损、磨料磨损同时产生，此时磨损率很高。前刀面上离切削刃有一定距离处的温度最高；该处的扩散作用最强烈；于是在该处形成月牙洼。高速钢刀具的工作温度较低，与切屑、工件之间的扩散作用进行得比较缓慢，故其扩散磨损所占的比重远小于硬质合金刀具。< ③刀具磨损过程及磨钝标准。刀具磨损到一定程度就不能继续使用，否则将降低工件的尺寸精度和已加工表面质量，同时也要增加刀具的消耗和加工成本。数控车床那么，刀具磨损到什么程度就不能使用呢?这需要制定一个磨钝标准。a．刀具磨损过程。后刀面磨损量VB随切削时间‘的延长而增大。沈阳第一机床厂典型的刀具磨损曲线，其磨损过程分三个阶段。

初期磨损阶段：这一阶段磨损曲线的斜率较大。由于刃磨后的新刀具，其后刀面与加工表面间的实际接触面积很小，压强很大，故磨损很快。新刃磨后的刀面上的微观粗糙度也加速了磨损。初期磨损量的大小与刀具刃磨质量有很大关系，通常在VB＝o．05～o．1mm之间。数控车床经过研磨的刀具，其初期磨损量小，而且要耐用得多。

正常磨损阶段：经过初期磨损，后刀面上被磨出一条狭窄的棱面，压强减小，故磨损量的增加也缓慢下来，并且比较稳定，这就是正常磨损阶段，沈阳第一机床厂也是刀具工作的有效阶段。这一阶段中磨损曲线基本上是一条向上的斜线，其斜率代表刀具正常工作时的磨损强度。磨损强度是比较刀具切削性能的重要指标之一。

剧烈磨损阶段：刀具经过正常磨损阶段后，切削刃显著变钝，切削力增大，切削温度升高，这时刀具的磨损情况发生了质的变化而进入剧烈磨损阶段。这一阶段的磨损曲线斜率很大，即磨损强度很大。此时刀具如继续工作，则不但不能保证加工质量，而且刀具材料消耗多，数控车床经济上是不合算的。故应当使刀具避免发生剧烈磨损。

观测前刀面磨损量(月牙洼深度KT)，其磨损曲线也可出现类似上述三个磨损阶段。

b．刀具的磨钝标准。刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此必须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，这就是刀具的磨钝标准。一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工精度和切削力的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量比较容易测量，因此在刀具管理和金属切削的科学研究中多按后刀面磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准是指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值，沈阳第一机床厂以VB表示。

制定磨钝标准需考虑被加工对数控车床象的特点和加工条件的具体情况。

工艺系统的刚性较差时应规定较小的磨钝标准。后刀面磨损后，切削温度升高。加工不同的工件材料，切削温度的升高也不相同。在相同的切削条件下，加工合金钢的切削温度高于碳素钢，加工高温合金及不锈钢的切削温度又高于一般合金钢。在切削难加工材料时，一般应选用较小的磨钝标准；加工一般材料，磨钝标准可以大一些。

加工精度及表面质量要求较高时，数控车床应当减小磨钝标准，沈阳第一机床厂以确保加工质量。例如在精车时，应控制VB在0．1—0．3mm的范围内。c．刀具耐用度。

刀具耐用度的定义：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具耐用度，以丁表示。它是指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。

刀具耐用度是很重要的数据。在同一条件下切削同一工件材料时，可以用刀具耐用度来比较不同刀具材料的切削性能；同一刀具材料切削各种工件材料，数控车床又可以用刀具耐用度来比较工件材料的切削加工性；也可以用刀具耐用度来判断刀具几何参数是否合理。工件材料、刀具材料的性能对刀具耐用度影响最大。在切削用量中，影响刀具耐用度最主要的因素是切削速度，其次是进给量、切削深度。此外，刀具几何参数对刀具耐用度也有重要影响。

切削速度与刀具耐用度的关系：切削速度与刀具耐用度的关系是用实验方法求得的。实验表明切削速度对使用寿命的影响小，即刀具的切削性能较好。

进给量、切削深度与刀具耐用度的关系：切削速度对刀具使用寿命的影响最大，沈阳第一机床厂其次是进给量，切削深度影响最小。所以在优选切削用量以提高生产率时，数控车床其选择先后顺序应为：首先尽量选用大的切削深度d，然后根据加工条件和加工要求选取允许的最大进给量／，最后才在刀具使用寿命或机床功率所允许的情况下选取最大的切削速度wc。4)数控镗铣类刀具选择 镗铣类数控机床按加工方式不同可分为钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具、螺纹加工刀具、铰削刀具等。

①钻削刀具。数控车床钻削是镗铣类数控机床在实心材料上加工出孔的常见办法。钻削还用于扩孑L、锪孑L。钻头按结构分类有整体式、刀体焊接式、刀刃焊接式、可转位钻头；按柄部形状分类可分为直柄钻头、加工中心直柄扁尾钻头、(莫氏)锥柄钻头；按刃沟形状分类有右螺旋钻头、左螺旋钻头、直刃钻头；按刀体截面形状分类有内冷钻头、双刃带钻头、乎刃沟钻头；按长度分类有标准钻头、长型钻头、短型钻头；按用途分有中心钻、扩孔钻、锪钻、阶梯钻、导 向钻等。

a．中心钻。中心钻先在实心工件上加工出中心孔，起到定位和引导钻头的作用。

b．麻花钻。麻花钻一般为高速钢材料，制造容易，价格低廉，应用广泛。但标准麻花钻有许多缺点，如：不利屑的卷曲、切削性能差、排屑性能差、磨损快。

c．修磨麻花钻。针对标准麻花钻的缺点，可对其进行修磨，一般有以下几种方法：修磨主切削刃；修磨横刃；修磨前刀面；修磨棱边；修磨分屑槽。d．扩孔钻。加工中心应用扩孔钻，加工效率高，质量好。e．锪钻。用于加工沉头孔和端面凸台等。

f．硬质合金可转位式钻头。用于扩孔，数控车床也可加工实心孔，加工中心加工效率高、质量好。

g．加工中心用枪钻。用于长径比在5以上的深孑Lh口工。

②镗削刀具。分为单刃镗刀、双刃镗刀。

a．单刃镗刀。单刃镗刀是把类似车刀的刀尖装在镗刀杆上而形成的。刀尖在刀杆上的安装位置有两种：刀头垂直镗杆轴线安装，适于加工通孔；刀头倾斜镗杆轴线安装，适于盲孔、台阶孔的加工。

b．双刃镗刀。双刃镗刀常用的有定装式、机夹式和浮动式三种。双刃镗刀的好处是径向力得到平衡，工件孑L径尺寸由镗刀尺寸保证。浮动镗刀的刀块能在径向浮动，加工时消除了机床、刀具装夹误差及镗杆弯曲等误差，但不能矫正孔直线度误差和孑L的位置度误差。

③铣削刀具。

a．端铣刀。端铣刀主要用于加工平面，数控车床但是主偏角为90‘的端铣刀还能用于加工浅台阶。端铣刀一般做成可转位式。

b．立铣刀。立铣刀使用灵活，有多种加工方式。立铣刀按构成方式可分为整体式、焊接式和可转位式三种；按功能特点可分为通用立铣刀、键槽立铣刀、平面立铣刀、球头立铣刀、圆角立铣刀、多功能立铣刀、倒角立铣刀、T形槽立铣刀等。

c．盘形铣刀。包括槽铣刀、两面刃铣刀、三面刃铣刀。槽铣刀有一个主切削刃，用于加工浅槽。两面刃铣刀有一个主切削 刃、一个副切削刃，可用于加工台阶。三面刃铣刀有一个主切削刃、加工中心两个副切削刃，用于切槽及加工台阶。锯片铣刀比槽铣刀更窄，用于切断、切窄槽。

d．成形铣刀。为了提高效率，满足生产要求，有些零件可以采用成形铣刀进行铣削。④铰削刀具。铰刀主要用于孔的精加工及高精度孑L的半精加工。圆柱铰刀比较常见，但其加工性能不是很好，且无法加工有键槽的孔。加工中心广泛应用带负刃倾角的铰刀和螺旋齿铰刀。螺旋齿铰刀有两种，一种是普通螺旋齿铰刀，其刀齿有一定的螺旋角，切削平稳，能够加工带键槽的孔；另一种是螺旋推铰刀。其特点是螺旋角很大，切削刃长，连续参加切削，数控车床所以切削过程平稳无振动，切屑呈发条状向前排出，避免了切屑擦伤已加工孑L壁。

⑤螺纹加工刀具。加工中心一般使用丝锥作为螺纹加工刀具，丝锥加工螺纹的过程叫攻螺纹。一般丝锥的容屑槽制成直的，也有的做成螺旋形。螺旋形容屑槽排屑容易，切屑呈螺旋状。加工右旋通孔螺纹时，选用左旋丝锥；加工右旋盲孔螺纹时，选用右旋丝锥。

⑥刀柄。镗铣类数控机床使用的刀具种类繁多，而每种刀具都有特定的结构及使用方法，要想实现刀具在主轴上的固定，必须有一中间装置，该装置必须能够装夹刀具又能在主轴上准确定位。装夹刀具的部分(直接与刀具接触的部分)叫工作头，而安装工作头又直接与主轴接触的标准定位部分就叫刀柄。加工中心一般采用7；24锥柄，加工中心这是因为这种锥柄不自锁，并且与直柄相比有高的定心精度和刚性。数控车床刀柄要配上拉钉才能固定在主轴锥孔上，刀柄与拉钉都已标准化，刀柄型号主要有30、40、45、50、60等，刀柄标志代号有JT、BT、ST等，其中JT表示以国际ISO 7388、美< ⑦镗铣类装夹工具系统。加工中心的工具系统是刀具与加工中心的连接部分，由工作头、刀柄、拉钉、接长杆等组成，起到固定刀具及传递动力的作用。数控车床工具系统是能在主轴和刀库之间交换的相对独立的整体。机床工具系统的性能往往影响到加工中心的加工效率、质量、刀具的寿命、切削效果。另外，加工中心使用的刀柄、刀具数量繁多，合理地调配工具系统对成本的降低也有很大意义。

加工中心使用的工具系统是指镗铣类工具系统，可分为整体式与模块式两类。

a．整体式工具系统把刀柄和工作头做成一体，使用时选用不同品种和规格的刀柄即可使用，优点是使用方便、可靠，缺点是刀柄数量多。

b．模块式工具系统是指刀柄与工作头分开，做成模块式，然后通过不同的组合而达到使用目的，减少了刀柄的个数。(5)加工中心刀库及换刀方法

①刀库。刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，数控车床是自动换刀装置中最主要的部件之一。由于多数加工中心的取送刀具位置都是在刀库中某一固定刀位，因此刀库还需要有使刀具运动的机构来保证换刀的可靠性。刀库中刀具的定位机构是用来保证要更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀位置上。机床其控制部分可以采用简易位置控制器，或类似半闭环进给系统的伺服位置控制，也可以采用电气和机械相结合的销定位方式，一般要求其综合定位精度达到o．1～乱5mm，即可采用电动机或液压系统为刀库转动提供动力。

a．刀库的类型按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库，前两种较为常见。

圆盘式刀库其结构简单，应用也较多。但因刀具采用单环排列，空间利用率低，因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式，以增加空间利用率。但这样使刀库的外径扩大，转动惯量也增大，选刀时间也长，所以，圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。

链式刀库，适用于刀库容量较大的场合。数控车床链的形状可以根据机床的布局配置，也可将换刀位突出以利于换刀。当需要增加链式刀库的刀具容量时，只需增加链条的长度，在一定范围内，机床无需变更刀库的线速度及惯量。一般刀具数量30一120把时都采用链式刀库。

另外，按设置部位的不同，刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库(简称刀库)和主轴箱刀库。

b．刀库的容量确定。刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是4把铣刀可完成工件95％左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70％的钻削工艺，因此14把刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺机床。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，数控车床则80％的工件(中等尺寸，复杂程度一般)完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14～40把刀具的刀库就能够满足70％一95％工件的加工需要。

c．刀库的选刀方式。目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种。顺序选刀是在加工之前将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，／顷序不能有差错，加工时按顺序调刀。加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。这样就会增加刀具的数量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。数控车床其优点是刀库的驱动和控制都比较简单，机床因此这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。

随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。数控车床刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条，摇臂钻床一般都是根据二进制编码原理进行编码。

刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。由于每把刀具都具有自己的代码，刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下的刀具也不用放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可以相应地减少，而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。但是由于每把刀具上都带有专用的编码系统，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。对于刀套编码的方式，一把刀具只对应一个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。因此，无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。摇臂钻床目前，绝大多数加工中心都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式是第一次给刀库装刀时，控制系统记忆刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号，刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。数控车床这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系，所以在重新启动机床时必须使刀库回零，校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。

刀库选刀方式一般采用就近移动原则，即无论采取哪种选刀方式，在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距离换刀最近的方向移动，以节省选刀时间。

②换刀及刀具交换装置。数控机床的自动换刀系统中，实现刀库与机床主轴之间刀具传递和刀具装卸的装置称为刀具交换装置。刀具的交换方式通常分为无机械手换刀和有机械手换刀两大类。a．无机械手换刀的方式是利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换。这种换刀机构不需要机械手，结构简单、紧凑。由于交换刀具时机床不工作，所以不会影响加工精度，数控车床但会影响机床的生产率。其次因刀库尺寸限制，装刀数量不能太多。这种换刀方式常用于小型加工中心。

b．采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性，摇臂钻床而且可以减少换刀时间。机械手的结构类型多种多样，因此换刀运动也有所不同。

(6)刀具安装、标定及工件坐标系的建立

①刀具安装。加工中心使用的刀具由刀杆、通用刀柄、拉钉三部分组成(刀柄和拉钉型号参考具体设备说明)，经装配后方能根据加工需要依次装入刀库。

②加工中心常用对刀仪器。

量块：一般用于刀具Z向标定。

Z向设定器：一般用于刀具Z向标定。

寻边器：标定刀具X、y向位置。寻边器常见有电子式和机械式两种。

找正器：用于确定圆心。

机内对刀器：用于刀具X、y、Z向标定。

机外对刀仪：在机床外测量刀具长度、直径和几何角度等，不占机时。3D测头：自动测量刀具X、y、Z向的位置和补偿值。

③工件坐标系的建立。建立工件坐标系是数控加工的重要内容之一。数控车床建立工件坐标系实际就是将用户选定的编程坐标系告知CNC系统，若不能正确建立工件坐标系，即使编程指令正确，机床仍可能产生误动作。摇臂钻床机床的误动作有可能损坏刀具、机床，甚至可能会伤害到用户。

由于数控加工中心系统功能不同，建立工件坐标系的具体方法有所不同。但基本原理相类似。

a．直接法。直接法即试切法。启动主轴，选定一把基准刀接触工件上表面，设置Zo，即将基准刀Z向补偿值设为“o”；其他刀也触碰同一表面，标定其他刀的Z向补偿值。用刀具接触工件侧面设置X。、Yo。测量刀具直径或根据刀具公称直径确定刀具半径补偿值。b．间接法。刀具不旋转，选择一把基准刀接触量块或Z向设定器，设置Z。将基准刀Z向补偿值设为“0”，其他刀触碰同一表面，标定Z向补偿值。Xo、y。及刀具半径补偿值的确定相同。

c．机内对刀。机内对刀通常使用机床自备的机内对刀仪。数控车床以主轴端面为基准，各把刀具从Z向触碰对刀仪，系统自动测出各刀相对某一基准点的长度作为刀具长度补偿值(每把刀的长度补偿值均不为“o

数控刀具标准知识解析 篇2

熟练地掌握并运用数控刀具半径补偿指令,可以有效地提高编程速度和数控加工精度。

1刀具半径补偿的意义

数控铣床、数控车床或加工中心在进行工件加工时。零件的实际轮廓轨迹与刀具中心运动轨迹之间的偏移量就是刀具半径补偿。如图1:刀具补偿示意图所示,图中实线表示的方形零件为所加工的零件轮廓线,实线外侧和内测的两条虚线,分别表示从外部加工该零件轮廓和从内部加工该零件轮廓,机床刀具中心所运行的轨迹。机床所加工的零件轮廓与机床使用的刀具中心运动轨迹正好相差一个刀具半径r的值。当加工零件外轮廓时,如果刀具向左运动则为右刀补,使用G42指令;反之刀具向右运动则为左刀补,用G41指令;当加工零件内轮廓时,如刀具向右运动即为右刀补,使用G42指令,反之向左运动即为左刀补,使用指令G41。当主轴为正向转动时,为了对加工工件进行顺铣,这时内外轮廓加工都采用左刀补指令G41。 通过G41 G42这两个刀具半径补偿指令的使用,在数控编程加工中就只需要计算出刀具中心运动轨迹的起点坐标,避免了编程工作中对刀具运动轨迹的繁琐计算,从而实现工件的粗加工、精加工,均使用统一程序的目的。

1)简化编程

在数控编程加工中,利用刀具半径补偿指令后,加工轨迹就可以按照所加工工件的外轮廓进行计算编程,不用再计算刀具中心运动轨迹,大大简化了编程计算过程。加工程序准确描述外轮廓轨迹即可,加工过程中遇到刀具更换情况,只要调用不同的刀具半径R来进行修订既可,加工程序依旧可以按原来的程序。这就避免了编程过程中的重复计算,使得编程得以简化。

2)刀具变化更灵活

在成产加工过程中,机床刀具的磨损、重磨经常发生,在加工零件的不同结构需要使用不同的刀具,刀具的更换在复杂零件的加工中也是非常频繁。有刀具半径补偿功能的话,当刀具重磨、磨损和更换时就必须对程序参数进行重新修订,这无疑增加了大量工作量。

零件在自动加工过程中,由于磨损刀具的半径在不断变小,如果不及时更换刀具或者修正编程参数,加工的工件外形尺寸就会超出图纸要求的公差范围,使得产品尺寸不符合加工要求,成为废品,不能满足使用要求,增加了生产成本。

举例说明:如机床刀具的原始半径为r,随着生产加工的使用,刀具产生磨损,与原始尺寸相比刀具磨损量为δ,则此时刀具实际半径就应为r-δ,使用了刀具补偿指令后,在加工过程中不用对原程序参数进行修改,就可以继续满足加工要求,继续使用。同样,当更换刀具时,由于新刀具半径与旧刀具半径不同,利用刀补系统,将新刀具半径替代就刀具半径就可以使用加工程序继续加工零件,这样就可以很好地适应刀具的各种变化,以实现不改变加工程序原始参数即可完成零件的加工要求。

3)利用同一程序完成粗、精加工过程

利用刀具半径补偿的功能还能轻松实现同一程序进行粗、 精加工。理解了刀具半径补偿的意义后,我们就能针对刀补的意义将功能予以扩展。例如,在加工过程中将刀补半径设置为不等于刀具半径,而是等于刀具半径加上精加工余量,这样第一次切削完成即完成了工件的粗加工,在处理粗精加工的时候可以将预设的刀具半径r输入作为刀补半径。这样就可以实现使用同一加工程序,采用同一刀具利用过修改刀补的办法实现对工件轮廓的粗、精加工;同时也可通过修改半径补偿值获得所需要的尺寸精度。

例如加工如图2所示工件,刀具半径r加上粗加工加工余量Δ,设置为刀具补偿半径进行加工,加工完毕后,就完成了工件的粗加工阶段。进行精加工的时候就可以直接以刀具半径r作为补偿值作为刀具补偿参数进行加工。这样就以同一程序就完成了粗加工和精加工,大大简化了数控加工编程过程。

2刀补指令的执行过程

刀补的建立:在加工程序段中包含有G41、G42指令时,数控系统即建立刀具补偿状态。当下列条件得以成立时,数控铣床将以移动坐标轴的形式开始刀具补偿动作。

1)指令G41或G42被指定;

2)在刀具补偿的加工平面内有轴的移动;

3)指定一个补偿号;

4)偏置补偿的加工平面被指定或已经被指定;

5)G00或G01的模式有效。

刀具补偿功能持续范围:当刀具补偿命令开始执行起,刀具的中心运动轨迹就沿着与加工工件轨迹相差一个刀具半径的轨迹运行,直到加工过程技术为止。在这个加工过程中半径补偿在G00、G01、G02、G03的情况下都是有效指令。

取消刀具补偿:加工过程中可以使用G40指令取消程序中的的偏置值,这时,刀具中心回到加工起始点位置,离开被加工的工件。程序结束刀具中心轨迹与编程加工轨迹重合。以下两个条件当有一个触发时,加工中心会将补偿模式取消。1指令G40给出时,补偿平面内有坐标轴的移动。2刀具补偿号为D00。

3注意事项

1)加工平面上增加刀具补偿时,必须在该工件未加工轮廓时有在该加工平面的移动,并道具移动距离要大于刀具半径r。

当切削加工即将开始时,在XOY平面或与XOY平面平行的坐标平面上,加上刀具半径补偿参数,即刀具脱离工件的加工位置。随后再沿着Z轴的方向进行加工,在加工程序编写时重点注意加工程序的结构,以保证不会产生过切现象,当程序运行结束可以获得精确的工件加工轮廓。

图3工件坐标系,如图中所标示内容,在与XOY平面相平行的坐标平面内,以及XOY平面内,利用刀具半径补偿指令, 对工件进行加工,起点位置坐标(0,0,100),也即刀具中心移动轨迹起点位置坐标。这时当加工开始,刀具移动接近加工工件和切削工件开始时,刀具中心会产生沿Z轴方向的位移。此时如果程序结构出现错误,系统就会产生过切现象,并且系统不会报警停止。从而使得产品报废。如下程序列所示:

在与XOY平面平行的平面内以及与XOY平面开始建立刀具半径补偿时,如果Z轴产生了2段连续的移动命令,就会使得刀具产生完全不正确的补偿位置。本程序的刀具补偿自N50程序段开始,这时的数控操作系统仅读取后面的两个程序段, 但N60、N70两个程序段均是由Z轴移动指令,这时系统缺少XOY平面内的坐标,从而导致数控系统无法给出下一步刀具补偿的正确矢量方向。并且此时机床系统不会报警,刀具半径补偿继工作持续进行. 但N50程序段开始工作后,导致切削刀具的中心线轨迹的目标点发生了变化,此时工件产生了过切现象。为避免过切,在建立刀具半径补偿之前,应将刀具停留在一个不会产生干涉的位置。先将刀具沿Z轴方向快速运动靠近工件,最后再按进给速度调整刀具的切削深度。

为避免过切现象产生,上述程序段应做如下修订:

2)当使用刀具补偿时应避免过切削现象:在刀补命令正式使用和程序中结束刀补指令功能结束时,刀具必须在补偿的加工平面内移动,并且移动距离万不可大于刀补值。如果加工的产品是一个内圆弧工件。为保证不产生过切现象,必须保证刀具半径R要小于内圆弧半径。如果刀具半径R大于加工刀具的实际尺寸,就会产过切现象。

3)在G02、G03指令下取消刀具补偿值,加工程序会出错, 产生过切。刀具补偿应在G00、G01指令模式下取消;如果在G02、G03指令模式下取消刀补时,系统会报警提示错误。在G00、G01指令模式下使用可以使用G41、G42、G40。不能重复使用G41和G42指令,否则在刀具补偿的两句连续的指令作用下就会产生过切。

4)各指令要求

其中D00 - D99指令是建立刀具补偿号指令,D00指令是取消刀补。

4结论

刀具半径补偿的内容,在数控教学中非常的重要,以来因为刀具半径补偿参数在数控加工控制理论中的使用十分广泛。熟练的应用刀具半径补偿的原理,灵活的使用刀具半径补偿功能,既可以保证数控加工的准确性、高效性又可以极大的缩减数控加工编程和计算的工作量,但在使用刀具补偿功能时要注意机床的硬件条件和工件加工轮廓的几何面过度处,以避免产生过切和切削不足等加工问题,提高工件的加工精度。

摘要：在《数控编程》课程中,数控系统的刀具半径补偿是一个重点内容也是难点内容。刀补是由计算机在数控系统中自动完成的。数控系统在加工过程中会根据刀具运动的方向和零件轮廓尺寸,依据指令(G40,G41,G42),系统通过机床刀具实际半径计算出刀具的中心运动轨迹,从而完成零件加工。刀具半径补偿在数控加工过程中的过程为:建立刀具补偿建立——维持刀具补偿——撤销刀具补偿。能够理解,并在数控加工编程中注意合理运用,就能避免过切现象,在数控加工过程,刀具补偿使得编程更加的灵活和简便。

关键词：G40,刀具补偿,过切现象,数控编程

参考文献

[1]林其骏.机床数控系统[M].北京:中国科学技术出版社,2005.

[2]刘跃南.机床计算机数控及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005.