数控刀具工艺参数的优化设计和刀具制造

优胜杨老师

1 数控刀具工艺参数优化设计

(1)数控立铣刀的前角和后角。

研究表明，刀具前角是影响零件材料加工质量的主要因素，过大或过小对加工质量都会产生很大的影响，并且使刀具的耐用度降低。而刀具后角的选择会影响刀具刚度，增大后角有利于提高刀具寿命，但会降低刀刃刚度。经过多年对航空材料的加工实践，刀具前角和后角应根据被加工材料的不同做不同的选择。

(2)螺旋角。

根据切削原理，增大螺旋角可以增加同时工作的齿数，即实际增大了工作前角，使切削锋利，工作平稳。但是，当螺旋角增大到一定程度后会破坏刀齿强度，降低整体刚性，增加了切削过程中的振动，加剧了刀齿磨损，从而会降低刀具的使用寿命。考虑到数控加工的高速切削特点，可以将加工铝合金时的螺旋角取为25°～30°；加工高强度钢、高温合钢时的螺旋角取为35°～40°加工钛合金时的螺旋角取为30°～40°。为了切削锋利，可适当增大螺旋角，例如在加工钛合金时，刀具材料为KMG405的φ25mm 整体硬质合金立铣刀的螺旋角可增大到45°，效果比较理想。

(3)刀齿横截面形状。

加工铝合金用二、三齿的立铣刀，加工钢件用四、六齿，刀齿背后是凸台刃带，齿背型面为圆弧曲线。这种结构制造工艺性好，外形美观、切削加工振动小，切削平稳，排屑顺利，提高了刀具寿命。齿数少的立铣刀虽然容屑槽大，切屑排出性好，但横截面小、刚性低，切削加工中易产生弯曲变形，影响被加工面的垂直度和表面质量。为了增强刀具刚性，我们在航标铣刀基础上加大了刀具芯部直径。增大芯部直径以后虽然容屑槽变小，但高速切削时切屑被高速旋转的刀具飞快甩出，不存在切屑排不出去的问题。

(4)刃长。

刃长越短，刀具的刚性和切削性能越好。当横截面积相同时，立铣刀的刃长增加一倍，其刚度仅为原刚度的18。试验表明，当立铣刀刃长增加一倍时，其刀具寿命仅为原寿命的110以下，所以在数控刀具设计中要尽可能设计符合加工要求的短刃型刀具。

(5)数控刀具的精度。

为保证数控立铣刀与工具系统的连接刚性和连接精度，柄部直径公差精度等级提高到h6，大大提高了刀具的装夹精度和安全可靠性；为保证加工质量和提高刀具寿命，将数控立铣刀直径偏差提高到0.05mm，齿圆弧的公差提高为±0.02mm；为保证刀具自身的动平衡性，将数控立铣刀的周齿跳动、端齿跳动和端齿圆弧跳动都提高到0.01mm。

(6)刀具涂层。

涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。常用的刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、金属陶瓷等。涂层既可以是单涂层、双涂层和多涂层，也可由几种涂层材料构成复合涂层。



2 数控刀具制造

数控刀具的制造和测量必须通过高质量的设备和检测手段来保证。