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铣削粉末冶金高温合金FGH95时工件温度的研究
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数控铣床中级工复习题.doc
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文档介绍：数控铣工应知复习题《一》一、填空题(每空1分，共20分)1.在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行　对刀__，即使　起刀　点与对刀点重合。2.工件以外圆柱面定位是一种　V形　定位，其定位基准是工件外圆柱的_轴线__，定位基面是　外圆柱　面。常用的定位元件有：　V形　块、　定位　套、__半圆__套等。3.用定位套的圆柱面与端面组合定位，限制工件的__平___移___旋__转共__5个__自由度。4.定位误差是指由__工件定位___引起的同一批工件__工序___基准在加工工序尺寸上__切削方向上的___最大___变动量。5.在数控加工中，加工凸台、凹槽时选用__立式端铣__刀。6.基准可分为___设计__和工艺基准两大类，后者又可分为_定位基准__、_测量基准_和装配基准。二、判断题(每题1分，共10分)(√)数控加工中，最好是同一基准引注尺寸或直接给出主标尺寸。(×)在同一次安装中进行多工序加工，应先完成对工件刚性破坏较大的工序。(×)任何形式是的过定位都是不允许的。(×)脉冲当量是相对于每个脉冲信号传动丝杠转过的角度。(√)在选择定位基准时，首先应考虑选择精基准，再选粗基准。(√)刀位点是指确定刀具与工件相对位置的基准点。(×)将二进制数1110转换为格雷码是1001。(×)Mastercam中，等高外形加工只适应于曲面粗加工。(×)Mastercam8.0中，加工对象不可以是实体。(√)Mastercam8.0中，粗、精加工均有曲面流线加工(Flowline)。三、选择题(每题1分，共10分)1.加工圆柱形、圆锥形、各种回转表面、螺纹以及各种盘类零件并进行钻、扩、镗孔加工。可选用(3)。①数控铣床；　　②加工中心；　　③数控车床；　　④加工单元；2.编排数控机床加工工艺时，为了提高加工精度，采用　(2)。①精密专用夹具；　②一次装夹多工序集中；　③流水线作业；　④工序分散工具类服务
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高速铣削45钢铣削力及表面质量研究
随着科学技术的不断发展，以高切削效率和高表面加工质量为主要特征的高速切削加工技术，一直受到发达工业国家的重视，取得了良好的经济效益和社会效益。但是，目前淬硬钢还是采用传统的磨削和电火花加工，这会造成加工精度不稳定、加工效率低和成本高。随着新型超硬刀具材料和高速机床的发展，使得采用高速切削加工的方式加工淬硬钢成为可能。因此，必须对高速切削淬硬钢的表面质量问题进行深入的研究。　　本文针对不同硬度45钢进行高速铣削实验，对铣削力和表面质量展开研究。主要研究内容为：通过单因素和多因素高速铣削45钢实验，分析了铣削参数和工件硬度分别对铣削力和被加工表面粗糙度的影响规律。又通过高速铣削淬硬45钢实验，分析了铣削参数对被加工工件表面硬化的影响规律。最后针对淬硬45钢，利用田口方法对影响淬硬钢高速铣削加工表面粗糙度的工艺参数进行了优化，得出了能够获得最低表面粗糙度的最佳工艺参数组合。　　本文的研究表明：　　1、高速铣削45钢时，铣削参数和工件硬度对铣削力具有重要影响。当铣削速度小于400m/min时，铣削力随着铣削速度的增大而增大，当铣削速度大于400m/min时，铣削力随着铣削速度的增大而降低。铣削力分别随着每齿进给量、铣削深度、工件硬度的增大而增大。另外，通过回归分析方法在考虑工件硬度的条件下，建立了高速铣削45钢切削力的经验模型，为高速铣削45钢工艺的制定提供了依据。　　2、高速铣削45钢时，铣削参数和工件硬度对表面粗糙度具有重要影响。表面粗糙度随着铣削速度的增大而降低。表面粗糙度也分别随着每齿进给量、铣削深度、工件硬度的增大而增大。　　3、高速铣削淬硬45钢时，铣削参数对表面硬化具有重要影响。随着铣削速度的增大已加工表面显微硬度和硬化层深度先减小后增大。随着每齿进给量的增大已加工表面显微硬度和硬化层深度随之增大。铣削深度对加工硬化程度的影响不是很显著。　　4、针对淬硬45钢，利用田口方法对工艺参数进行了优化。得出，当铣削速度为800m/min、每齿进给量为0.05mm/r、铣削深度为0.3mm时，高速铣削硬度为54HRC的淬硬45钢可以获得最低的表面粗糙度。为高速铣削45钢工艺参数的选择提供了依据。
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切削刀具的基础知识资料
切削知识切削刀具的基础知识资料 车削细轴常见的工件缺陷和产生原因 一.椭圆形 1）坯料自重和本身弯曲。应经校直和热外省处理。 2）工件装夹不良，尾座顶尖与工件中心孔顶得过紧。 3）刀具几何参数和切削用量选择不当，造成切削力过大。 可减小切削深度，增加进给次数。 4）切削时产生热变形。应采用冷却润滑液。 5）刀尖与支承块间距离过大。应不超过 2mm 为宜。
二.竹节形 1）在调整和修磨跟刀架支承块后，接刀不良，使第二次和 第一次进给的径向尺寸不一致，引起工作全长上出现与支承块宽度 一致的击期性直径变化。当削中出现轻度竹节形时，可调节上侧支 承块的压紧力，也可调节中拖板手柄，改变切削浓度或减少车床大 拖板和中拖板间的间隙。 2）跟刀架外侧支承块调整过紧，易在工件中段出现周期性 直径变化，应调整压紧，使支承块与工件保持良好接触。 三.多边形 1）跟刀架支承块与工件表面接触不良，留有间隙，使工件 中心偏离旋转中心。应合理选用跟刀架结构，正确修磨支承块弧面， 使其与工件良好接触。 2）因装夹、发热等各种因素造成的工件偏摆，导致切削深 度变化。可利用托架、并改善托架与工件的接触状态。 四.锥度班 1）尾座顶尖与主轴中心线对床身导轨的不平行。 2）刀具磨损。可采用 0°后角，磨出刀尖圆弧半径。 五.表面粗糙 1）车削时的振动。 2）跟刀架支承块材料选用不当，与工件接触和磨擦不良。 3）刀具几何参数选择不当。可磨出刀尖圆弧半径，当工件-1-切削知识长度与直径比较大时亦可采用宽刃低速光车。 刀具损坏形式计算机辅助分析系统的开发 1 引言 切削加工是机械加工中应用最广泛的加工方法之一，目前零件 的最终形成仍以切削加工为主。切削加工过程中的刀具损坏有磨损 和破损两种方式。刀具的磨损是由于工件―刀具―切屑接触区发生 强烈摩擦， 造成刀具表面(前、 后刀面)的材料被切屑或工件逐渐带走， 刀具的磨损形式包括前刀面磨损(月牙洼磨损)、后刀面磨损、边界磨 损、刀尖磨损等。刀具的破损是由于刀具设计、制造及使用不当或 刀具(尤其是一些脆性刀具材料如陶瓷刀具)受切削力冲击而发生损 坏，刀具破损分早期和后期破损，有崩刃、剥落、碎断和裂纹等形 式。刀具的磨损和破损会影响零件加工精度和已加工表面质量，严 重时还会引起切削颤振，损坏机床、刀具和工件，影响切削加工效 率、质量，增加生产成本。因此，对刀具损坏的原因进行分析，采 取相应措施避免刀具的过快磨损和破损有着重要的实际意义。 刀具 磨损和破损是在切削力和切削温度的作用下因机械摩擦、粘结、崩 刃、破碎以及塑性变形等引起，其原因很复杂，是机械、热、化学 作用的综合结果。刀具损坏形式的多样性和原因的复杂性，使得人 们难以针对刀具不同损坏形式分析其原因并提出相应的解决措施。 计算机与数据库技术的发展，为建立刀具损坏形式计算机辅助分析 系统提供了可能。刀具损坏形式计算机辅助分析系统应用计算机与 数据库技术，汇集了普通车削、螺纹车削、铣削、钻削等多种切削 加工过程中的刀具损坏形式及原因，可得到文字、图形数据，并可 进行增加、删除、修改等数据库操作；根据刀具损坏形式可迅速检 索刀具损坏原因，并推荐解决方案或改进措施。 2 系统的结构设计 1. 数据结构 刀具损坏形式计算机辅助分析系统数据库中每条数据的结构包 括： a. 刀具损坏形式编号(ID)；-2-切削知识b. 刀具损坏形式类型(type)； c. 刀具损坏形式后果(result)； d. 刀具损坏形式原因(reason)； e. 解决方案(solution)； f. 刀具损坏形式图像存取路径(directory)。 ? 数据库结构设计 数据库结构设计是数据库系统能否高效、 正确运行的关键所在。数据库结构设计应该避免冗余和不一致性， 并且为应用程序的设计提供方便。根据不同的加工方式，刀具损坏 形式数据库系统目前设计和建立了以下四个子库： a. 普通车削刀具损坏库； b. 螺纹车削刀具损坏库； c. 铣削刀具损坏库； d. 钻削刀具损坏库。 根据需要还可以添加其它加工过程的子库。 3 系统的功能设计 图 1 刀具损坏形式计算机辅助分析系统模块图 由于采用模块化设计方法可最大限度地减小模块间的耦合性， 增强软件的可移植性、可扩充性和可维护性，因此，刀具损坏形式 数据库管理系统设有 4 个功能模块： a. 管理与维护模块； b. 数据查询模块； c. 图像处理模块； d. 输入模块和输出模块。 这四个模块由主控模块进行统一管理， 其结构层次如图 1 所示。 图 2 数据查询模块 1. 数据库管理、维护功能模块 为了使系统可以不断更新和完善，系统设计了管理维护功能模 块，可进行数据增加、数据删除、数据修改等操作。 ? 数据查询模块 该模块是刀具损坏形式计算机辅助分析系统 的核心部分，其主要功能是快速准确地查询刀具某一损坏形式的原-3-切削知识因及对策。该模块采用人机对话方式，引导用户进行正确地选择， 从而得到相应的解决方案。为方便用户应用，该模块还建立了帮助 功能。数据查询模块的操作如图 2 所示，如查询刀具在普通车削过 程的“月牙洼磨损”问题，在加工方式 tab 控件中选择普通车削，然 后，在数据窗口控件中选择“月牙洼磨损” ，这时，在右边 picture 控 件中就会显示相应的刀具月牙洼磨损图像来验证选择的正确性，同 时显示刀具产生月牙洼磨损带来的后果及月牙洼磨损产生的原因和 具体解决方案(见图 3)。 解决方案包括合理选择刀具材料、 切削参数， 建议是否使用冷却液等。 ? 图像处理模块 为了向用户提供更详细的信息，引导用户正 确地选择刀具损坏形式，本系统为用户提供了刀具各种损坏形式的 图像。在应用程序开发中，通过调用存储在数据库中的相应图像路 径来显示图像。 图 3 数据查询界面 不锈钢的切削加工 随着航空、航天、石油、化工、冶金和食品等工业的蓬勃发展， 不锈钢材料已得到广泛应用，而不锈钢材料由于韧性大、热强度高、 导热系数低、切削时塑性变形大、加工硬化严重、切削热多、散热 困难等原因，造成刀尖处切削温度高、切屑粘附刃口严重、容易产 生积屑瘤，既加剧了刀具的磨损，又影响加工表面粗糙度。此外， 由于切屑不易卷曲和折断，也会损伤已加工表面，影响工件的质量。 为提高加工效率和工件质量，正确选择刀具材料、车刀几何参数和 切削用量至关重要。 一、刀具材料的选择 正确选用刀具材料是保证高效率加工不锈钢的决定因素。根据 不锈钢的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和 高耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。常用的刀具材料有硬质合金和 高速钢两大类，形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢 切削不锈钢时的切削速度不能太高，因此影响生产效率的提高。对 于较简单的车刀类刀具，刀具材料应选用强度高、导热性好的硬质-4-切削知识合金，因其硬度、耐磨性等性能优于高速钢。常用的硬质合金材料 有：钨钴类(YG3、YG6、YG8、YG3X、YG6X)，钨钴钛类(YT30、 YT15、YT14、YT5)，通用类(YW1、YW2)。YG 类硬质合金的韧性 和导热性较好，不易与切屑粘结，因此适用于不锈钢粗车加工；而 YW 类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都 较好， 适合于不锈钢的精车加工。 加工 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢时， 不宜选用 YT 类硬质合金，由于不锈钢中的 Ti 和 YT 类硬质合金中 的 Ti 产生亲合作用， 切屑容易把合金中的 Ti 带走， 促使刀具磨损加 剧。 二、刀具几何角度的选择 刀具切削部分的几何角度，对于不锈钢切削加工的生产率、刀 具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很 大的影响，合理选择和改进刀具几何参数是保证加工质量、提高效 率、降低成本的有效途径。 1. 车刀前角γ 0 的选择 前角的大小决定刀刃的锋利与强度。增大前角可以减小切屑的 变形，从而减小切削力和切削功率，降低切削温度，提高刀具耐用 度。但是增大前角会使楔角减小，降低刀刃强度，造成崩刃，使刀 具耐用度下降。车削不锈钢时，在不降低刀具强度的条件下，应把 前角适当取大一些。在刀具前角大时其塑性变形小，切削力和切削 热降低，减轻加工硬化趋势，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取 12°～20°。 ? 车刀后角α 0 的选择在切削过程中，后角可以减小后刀面与 切削表面的摩擦。若后角过大，则楔角减小，使散热条件恶化，刀 具刃口强度下降，降低刀具耐用度；若后角过小，摩擦严重，则会 使刃口变钝，增大切削力，增高切削温度，加剧刀具磨损。在一般 情况下，后角变化不大，但必须有一个合理的数值，以利于提高刀 具的耐用度。车削不锈钢时，由于不锈钢的弹性和塑性都比普通碳 素钢大，所以刀具后角过小会使切断表面与车刀后角的接触面积增 大，摩擦产生的高温区集中于车刀后角，加快车刀磨损，降低被加-5-切削知识工表面光洁度，所以车削不锈钢时的车刀后角要比车削普通碳钢时 稍大一些，但后角过大又会降低刀刃强度，直接影响车刀的耐用度， 因此，一般情况下车刀后角宜取 6°～10°。 ? 车刀主偏角 Kr 的选择当切削深度 ap 和进给量 f 不变时， 减 小主偏角 Kr 可使散热条件得到改善，减少刀具损坏，使刀具切入、 切出平稳。但主偏角减小又会使径向力增大，在切削时容易引起振 动。车削不锈钢的硬化倾向性强，易产生振动，振动又会使加工硬 化严重。因此，主偏角一般宜取 45°～90°。具体角度应根据机床、 零件、刀具系统的刚性和切削用量来选择。 ? 车刀刃倾角λ s 的选择刃倾角可控制切屑流向， 当刃倾角λ s 为负值时，切屑流向已加工表面；当刃倾角λ s 为正值时，切屑流向 待加工表面。为了使切屑不划伤已加工表面，在精加工时，刃倾角 λ s 值为正值。当λ s 为正值时，刀尖强度低并首先接触工件，易损 坏；当λ s 为负值时，刀尖强度高，耐冲击，可避免崩坏刀尖，切入、 切出平稳，车削不锈钢时，一般刀具刃倾角宜取 0°～20°。 三、切削用量的选择 切削用量的大小对生产效率和加工质量有很大影响，因此在确 定了刀具的几何参数以后，还要选定合理的切削用量。在选择切削 用量时，应注意考虑以下因素：一是要根据不锈钢及各类毛坯的硬 度等来选择切削用量；二是要根据刀具材料、焊接质量和车刀的刃 磨条件来选择切削用量；三是要根据零件直径、加工余量和车床精 度等来选择切削用量。同时为了抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高表 面质量，在采用硬质合金刀具进行加工时，切削用量应比车削一般 碳钢类工件稍低些， 特别是切削速度不宜过高(vc=50～80m/min)； 切 削深度 ap 不宜过小，以避免切削刃和刀尖划过硬化层，ap=0.4～ 4mm；因此进给量 f 对刀具耐用度影响不如切削速度大，但会影响 断屑和排屑，拉伤、擦伤工件表面，影响加工的表面质量，进给量 一般取 f=0.1～0.5mm/r。不锈钢尤其是奥氏体型不锈钢的塑性较好， 在切削加工时，产生的切屑难以折断，加大了切屑与刀具前刀面之 间的摩擦力，增大了切削力。同时，因加工硬化会增大被切削材料-6-切削知识的硬度和强度，也导致切削力增大。为此，在合理选择刀具材料、 刀具的几何角度和切削用量的基础上， 对不锈钢和 45 钢做了切削力 对比试验。试验结果表明，在相同切削用量的情况下，加工不锈钢 时切削力比加工 45 钢时只增加了 8.5%。合理选择刀具材料、刀具 几何角度和切削用量，对于提高不锈钢切削加工的生产效率和加工 工件质量是完全能够实现的。 切削工具分类及选型 刀具是 机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义 的切削工具既包括刀具，还包括磨具。 绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造 中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般 就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早 在公元前 28~前 20 世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜 质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜 质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。 然而，刀具的快速发展是在 18 世纪后期，伴随蒸汽机等机 器的发展而来的。1783 年，法国的勒内首先制出铣刀。1792 年，英 国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是 在 1822 年，但直到 1864 年才作为商品生产。 那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度 约为 5 米/分。1868 年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898 年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923 年，德国的施勒特尔发 明硬质合金。 在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约 8 米/分， 采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速 钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提 高。 由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和 机械夹固式结构。 年间,美国开始在车刀上采用可转位刀-7-切削知识片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938 年，德国德古萨公司取 得关于陶瓷刀具的专利。1972 年，美国通用电气公司生产了聚晶人 造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以 更高的速度切削。 1969 年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产 碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972 年，美国的邦沙和拉古兰发 展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或 氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层 的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削 性能。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面 的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀 具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工 具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等； 齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等； 切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等 等。此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。 通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成 形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具 的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状， 如成形车刀、 成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展 成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、 剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。 整体结构 刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部 分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。 刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在 机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱 形铣刀、套式面铣刀等。-8-切削知识带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、 刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力 传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削 时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄 部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。 刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、 使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道 等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、 镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分， 如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是 用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导 刀具。 刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三 种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢 的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上， 另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊 接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。 刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量 的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性 变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。 但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。 在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件 材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理 选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工 作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作 的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性， 必要 的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造 和热处理等)，并不易变形。 通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击-9-切削知识韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速 钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代 仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。 聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等； 聚 晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳 素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。 硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳 化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积 法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、 丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀 具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约 提高 1~3 倍以上。 由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作 的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和 对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向 将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技 术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀 具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高 刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳 化。 关于刀具的管理 刀具管理是否适合自己的企业？要回答这个问题，首先要弄清 楚刀具管理的含义。通常认为，把刀具的全部或一部分由另一家企 业供应，该企业只承担刀具供应的责任。而现代刀具管理的目的则 要广泛得多，它包括提高生产率，减少刀具总费用和所需的资金， 减少刀具供应商的数目，降低加工成本等诸多方面。 最早提出刀具外协供应的主要目的只是改进刀具采购和库存状 况，于是出现了商业性的刀具管理服务商，可是他们缺乏对刀具重 要性的认识，把刀具像劳保手套一样进行管理。事实上，现代的零 件加工过程需要不断地提供刀具的专有技术。- 10 -切削知识刀具制造商能提供较好的服务 经历一段时间以后，一些只负责刀具采购的刀具管理项目已经 被淘汰，因为供应商不能提供刀具技术方面的服务，有些项目失败 的原因是， 它们企图把技术含量很高的刀具服务采用标准化的做法。 上述这些商业运作为主的刀具管理没有达到预期的效果，企业不得 不放弃这样的合作。总结了这些失败的教训后，一些高新技术的制 造企业认识到刀具制造商才是刀具管理的正确合作伙伴，企业必须 根据自己的需要选择正确的刀具管理服务商。 在蓝帜(Leitz)金属加工集团里，Fette 公司可提供模块式的刀具 管理服务，通过这种模块式的服务结构，各种客户不同的要求均可 满足。在刀具管理系统框架中，有刀具准备、刀具管理、采购和仓 储、新开发刀具的试验、应用及工程化等各个服务模块。 其中， 应用工程(Application Engineering)包含加工过程中每道工 序的最佳化技术； 项目工程(Project Engineering)的任务是按照零件的 图 纸 对 全 部 加 工 过 程 进 行 刀 具 设 计 、 配 置 ； 加 工 工 程 (Process Engineering)包括加工最佳化――开发应用新的加工工艺和加工工 序。 接受和实施刀具管理项目，很关键的一点是所服务的是现有的 生产过程还是完全新建的生产过程。对于一个现有的生产线实施刀 具管理项目，必须克服来自企业内部的阻力、要进行充分地论证， 并对实施刀具管理项目前后的成本作详细地比较。 工具费用的节约潜力 引入刀具管理项目会改变(在某些情况下甚至是完全改变)企业 现有的组织和工作程序，这将影响员工对刀具管理项目的态度。此 外，想通过减少人员降低成本也很难做到，因为相关员工的工作内 容不仅与刀具有关，这部分员工省不下来，工作负荷不满，而少数 人又要超负荷工作，造成很不好的结果。 对于新建的生产线引入刀具管理项目，就不存在上述问题，企 业的组织和工作程序从项目开始就作出合理安排，因此容易取得成 效。 要想在现行的生产中实施刀具管理则必须作充分的准备和筹划，- 11 -切削知识尽可能减少风险和不利因素。 通过刀具管理到底有多大节约潜力?一般认为，刀具直接成本占 制造成本的 3％～5%，这个数字只包含刀具购置费用。实际上，完 整的刀具费用即与使用刀具有关的费用在多数企业里并不清楚。在 制造企业里刀具的供应、管理涉及很多的工作程序，要经过很多的 部门和人员，跨越很大的时间和空间距离。一般的情况是（以汽车 制造厂为例）间接的刀具费用占制造成本的 30%，这部分费用没有 被单独列出来，而是计入企业的一般费用里，因此刀具费用有很大 的节约潜力。 刀具管理项目给企业带来的好处 引入刀具管理是一重大的决策，仅仅以实施刀具管理前后简单 的成本分析比较作为决策的依据是很不够的，要对机会和风险作全 面评估。对于新建的生产项目，成本比较尤其不起作用。 刀具管理项目的成本包括： 第一次买新刀的费用 安全库存量； 刀具准备； 涂层和其它外协加工； 刃磨机床和计算机购置； 人员工资； 工程费用； 消耗品； 房屋租金和保险费； 差旅费； 人员培训费； QS 质量系统的认证、审计费用。 对于引入刀具管理的企业，除了可专心于企业的核心事业和创 造价值的过程外，还可获得一系列的好处：企业很快就达到合理的 刀具数量和相应的人员配置；根据刀具的使用情况支付服务商的费 用，支付的金额与产出的零件数成比例；刀具利用率提高，刀具库- 12 -切削知识存的品种和数量减少；在刀具的供货业务中引入了市场机制；刀具 使用成本的透明度提高，由内部费用变为外部费用，由固定成本变 为可变成本；刀具的供应量被分成较小的批量，并集中在有资格的 供应商上。对企业的风险是，一些技术诀窍需要对刀具管理服务商 及与其相关的人员公开；此外，还担心逐渐失去在刀具技术方面的 职能。 为了防止技术诀窍公开范围的扩大和与刀具有关职能的消失， 可以通过紧密的伙伴关系和有限的工作人员加以避免。事实证明， 经过很好的合作还会带来刀具职能方面的提高，而风险只会出现在 合作伙伴之间的得失很不公平的时候。 刀具管理合同的主要内容 尽管因具体刀具管理的要求不同，每个合同都有一定的个性， 但是刀具管理项目的合同都有一些共性的内容，它们是：要确定一 个刀具仓储的地方以及对进入仓库的规定；供货的频率、开票和盘 点的周期，以便计算库存的资金占用和费用的结算；合同的有效期 至少 3～5 年；为了结算服务的业绩，需要一个可靠的检定所加工零 件数量的办法；在接收现存的刀具时，要作恰当的评估；刀具周转 的数量要根据刀具耐用度和磨损限的规定进行测算，磨损状况和磨 损带的宽度关系到刀具的准备， 应规定加工刀具磨损时的处理程序， 改变切削参数也应经类似的程序；对改变工艺的事项应经过商定； 要经常关注发展和改进的潜力；要有应急计划和应急预案，尽可能 避免生产的停顿；为了友好地解决争端，还要规定仲裁机构及其组 成和权限。 做好立项前的分析 尽管刀具供应有很大的节约潜力， 然而刀具管理项目有成功的， 也有失败的，所以必须对项目的机遇和风险作仔细权衡，一个经得 起考验的方案，需要事先对企业作认真、仔细的分析 关于如何选用超硬耐磨刀具小常识 对于电子、纸品、化纤、铜铝铂、礼品行业，对刀具的选用一 般都要求非常锋利或者价格低廉， 对此，本人不能苟同，本人从事 超硬耐磨工具制做十年有余，对刀具有着不同寻常的感情，其实，- 13 -切削知识一把好用的刀具不在于它是否足够锋利或者说价格低，而在于它的 使用寿命，正常使用寿命越长，表示该刀具性价比越高，要制造出 性价比高的刀具，必须... 对于电子、纸品、化纤、铜铝铂、礼品行业，对刀具的选用 一般都要求非常锋利或者价格低廉， 对此，本人不能苟同，本人从 事超硬耐磨工具制做十年有余，对刀具有着不同寻常的感情，其实， 一把好用的刀具不在于它是否足够锋利或者说价格低，而在于它的 使用寿命，正常使用寿命越长，表示该刀具性价比越高，要制造出 性价比高的刀具，必须选用优质的刀具材料和先进的加工手段，故 价格相对昂贵一些，但似想，公司采购一把 50 元的刀具只能正常工 作 2 天就要修磨或者报废，而一把 500 元的刀具可正常工作 1 月有 余，这不仅仅是在采购刀具方面节约了近一半的费用，还大大节约 了装夹刀具的时间，效率显著提高，何乐而不为呢？ 切削刀具的种类与应用 如何分清其加工的机械的种类与选型的标准 （一） 机械加工中常用到的是：车、铣、钻、磨、刨。但 我们多数做的多是车、铣、钻等。如何知道那些是加工中心加工（铣 床）？那些是数控车加工（普通车床）呢？在这行有接触的人都知 道的，零件多数为两种：一是箱体（杂合体） ；一是盘轴类。箱体相 对来说比较复杂的需要十几把或是很更多种刀具来加工，如加工中 心上才能来完成的，盘轴类的多数是比较单一，刀具比较少是枇量 生产的，如数控车床加工（或是普通车床加工） ，但通常会出现这样 的情况，有箱体与盘类相结合的时候，就容易让人糊涂了，其实我 们只要有心想一下还是能分清的，也就是一般工厂的习惯是，先服 从车削而后再进行铣削加工的。因车床的造价低，加工的成本相对 来说比较低的。 （二） 从我了解的配刀方案的经验中，有下面几个选择方 法 Ⅰ。首先要按图纸要求加工，了解其加工的的工艺，从面到点 而一步步的选取刀具，挺别注意的是：- 14 -切削知识① 车我外圆时的要注意仿型加工和切槽，一定要避开后刀 背与工件的接触，车床最多考虑的也是接触到各个面和排屑等的方 题，如果能避开其已加工面，或是刀尖能完成其切削路线就是达到 了加工要求了。 ② 铣削时多数考虑到的是仿型与加工的精度，还有就是各 种特殊的要求，下面将细说，在此先不表了。 Ⅱ。当很多种刀具都能满足加工要求时我们就要从两方面来考 虑 ①我们现在的库存，这是首选的，因为这样可以减少我们的库 存 ②选取造价比较低的，这样客户能接受我们的价格，胜算相对 来说也比较大的。 Ⅲ。在配刀时，一定要知：那些是消耗比较大的？那些是一次 性定购或是不常定购的？ ① 如果客户首先考虑到的是价格，那选择一次性定购的或 是比较少定购的，而质量将就的行。就要选便宜一点的，比较选台 湾的刀杆等， ② 如果客户首先考虑到的是加工的质量的话，就是选比较 好一点的，也就是刀杆这一方面要选取原装进口的 ③ 刀片等其他消耗品是我们以后发展的主要来源，所选的 品牌一定是我们有优势的，最好是只有我们才有的，这样别人就没 有代替了，就比如山特维克一样，他们所选的刀具多数是只有他们 才有的，别家的产品是很难替代的，但其他的品牌他就能替代。 1． 车刀类 车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具。它可以在车床上 加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。车刀在 结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。 机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。机械夹固车 刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越 多。- 15 -切削知识复杂零件的仿形车削加工 在机械加工中，一些结构复杂的零件，其加工工艺是很复杂的， 有时还要求操作者能在最短的时间内将工件加工出来，尤其是难加 工材料的工件，其加工工艺更为复杂。为此，制造厂家不断地寻求 更加经济有效的方法来加工复杂零件，包括车削零件。CNC 机床的 先进性已使我们对几乎可想象到的刀具轨迹进行编程。但是当刀具 沿着这些轨迹运动时，其刀具和零件之间的关系(切入角、进给量、 切削速度和深度)持续发生着变化。所以，解决上述问题的关键在于 如何以最有效和经济的方式车削复杂零件。 复杂性的含义 复杂的车削加工可能是刀具在径向和轴向上同时进给的加工以 形成不同的零件廓形。除此之外，其它复杂因素还包括工件材料的 可加工性、期望的产量和机床能力，当然也有交货期及加工成本。 应当注意的是一个车间认为复杂的零件也许被另一个车间认为是常 规零件，即零件的复杂性并不总是很明显的。 Voss 工业公司的 John Campell 先生指出，一个看起来简单的零 件或许比一个复杂形状的零件更具挑战性。他将 718 镍合金法兰的 车削加工与螺旋管接头的加工作了一个比较。尽管螺旋管接头要求 10 次安装和 24 道工序， 但一旦安装好开始加工后， 这个过程就不再 需要调节。 另一方面， 718 合金法兰在加工过程中要求连续进行调节 以补偿材料回弹、收缩和刀具磨损。另外，不同材料、同样形状的 工件对切削力的反应不同。以法兰为例，在材料规定的范围内，镍 和铬元素的变化可能使一批材料与另一批材料以及零件与零件之间 的切削条件发生变化。 选择刀片几何形状 车削一个复杂零件，最基本的要求是切削刃能够进入到零件廓 形所在的区域。这要求选择适当的刀片形状、主偏角、副偏角、前 角和后角。当选择刀片形状时，关键是应考虑刀片的强度。其中， 圆刀片的强度最高。对非圆形刀片，刀尖角越大，其强度越高。但 是由于隙角的原因，仿形车削通常使用 35°或 55°的菱形刀片。刀- 16 -切削知识杆的选择实际上由所要求切入的轨迹来决定，如果需要进行复杂的 仿形车削，则可选择安装菱形刀片的 J 型刀杆，这样可形成较大的 后角。 刀片的刀尖角和主偏角一起决定着刀具能否进入工件轮廓；工 件和刀片主切削刃之间的间隙、副后刀面及其下半部分的后角至关 重要。我们常常靠估计、经验来判定刀具能否进入到工件及其相关 的后角。这种方法很费时。现在 CAD 作图和切削模拟软件在计算机 显示屏上进行模拟切削而不需要在实际零件上进行。 美国绿叶公司的 Dale Hill 说，他们公司直接根据顾客提供的 CAD 图纸进行刀具设计。设计人员可以看出刀具是否需要铲背或刀 具能否进入一个深槽区域。对于一些真正复杂廓形的零件，采用标 准刀具通常是不可行的，因为它们通常不能进入到复杂零件的凹腔 和拐角处。而计算机模拟可以加速专用刀具的设计。 刀片后角 刀片的主前角和副前角将决定后刀面和工件间的后角。不同的 材料要求不同的后角。例如当加工韧性材料，尤其是镍基合金时， 其回弹性非常大。这些合金会在切削刃前面鼓起，在切削刃通过后 产生回弹。这些回弹的工件将刮擦后刀面，并产生大量的切削热。 另外镍基材料的加工硬化也会产生切削热，最终导致刀具热失效。 失效形式可能是崩刃，但切削刃的热膨胀将导致刀具断裂。 钛金属材料可能回弹 0.05mm 和 0.08mm，因此加工这类材料时 要求在后刀面和工件之间有 14°或 15°的后角，以防止热失效。然 而钛和塑料有相似的回弹性。当加工钛金属时，后角太小将造成刀 片热失效。这样的刀具在加工塑料时，由回弹产生的切削力和切削 热将融化塑料工件。 刀片的后角不能过大，过大的后角将会降低刀片的强度；无后 角刀片有足够的强度，但必须安装在负前角的刀杆上以形成足够的 后角。 使用一个有正前角槽形的无后角刀片可保证需要的刀片强度， 又可形成正前角的切削。 切削力和切屑控制- 17 -切削知识工件、刀具和车削系统中其它因素之间关系的变化将影响有效 的切屑控制。例如，在仿形车削加工中，当刀片从工件中心向外移 动时，切屑厚度变薄，切刀深度增加，切屑控制恶化。一个解决方 法就是将一次走刀分为两次走刀， 将向外的进给换成向中心的进给， 以获得最终的廓形。 薄壁细长零件难以装夹，切削力可能引起工件变形和极差的表 面粗糙度甚至使零件报废。一个专门设计的、可控制切屑的刀片可 以减小这种变形。绿叶公司提供一种名为 TurboForm 的精加工硬质 合金刀片，它有很大的正前角和压制的断屑器，所以产生的切削力 很低。同时，该刀片的周边经过精密磨削，故具有很高的光洁度。 如一个航空制造商在加工喷气式发动机压缩机的薄壁密封钛零件 时，由于刀具振动使得刀片崩刃和加工表面光洁度降低。在使用 TurboForm 刀片后，消除了刀片振动和工件变形的现象，延长了刀 具的寿命。 如果工件材料的可加工性造成了车削加工的复杂性，则由两种 材料构成的零件可能双倍加大这种复杂性。因此当加工由多种材料 构成的零件时，一个办法就是选择可加工不同材料的刀片牌号。例 如当加工内部为 4340 钢、外部为镍基合金的零件时，制造者必须在 编程时增加一暂停程序，以便更换刀片。使用两种不同牌号的刀片 进行加工，其刀片寿命仍很低时，则推荐使用日本住友电工公司的 AC2000 CVD 涂层刀片，通过改变进给量和切削速度来加工上述两 种材料，不必停机更换刀片，显著地提高了刀具寿命。 修磨 一些零件轮廓不能简单地使用现成的刀片进行加工。在使用负 前角 J 型刀杆进行切入式切削时，35°刀片的副后刀面的下半部分 可能与工件发生碰撞，引起刀片断裂。防止这种情况的一个方法就 是磨去妨碍切削的这个部分。 汽轮机管路系统制造商 Jeff Carver 先生说，他们经常使用非常 锋利的刀具来加工零件，因为经常没有标准的刀具，因此需要经常 修磨刀具。- 18 -切削知识尽管一些制造厂商喜欢库存的标准刀片，通过修磨来满足特定 的加工要求，但这些修磨的刀片也可直接从刀具生产厂家购买，因 为他们已为加工某些特殊零件准备了专用的刀片。当一把修磨的刀 具在一次走刀中不能满足要求时，唯一选择就是停机，使用另一种 刀片来完成切削。不足之处是要花费时间，并且要中断一次走刀， 这将在工件上留下刀痕。 机床 CNC 机床制造商不断引进先进技术来简化复杂零件的车削。比 较典型的就是 Mazak 公司的多功能车/铣床。 这些机床像一台在工作 台一端有车削主轴的加工中心。机床的 B 轴在加工中能沿零件径向 转动 225°， 这使刀尖半径始终在与切削相切的方向上， 可用一把刀 完成多道工序。 总之， 金属切削学科的进步必将使复杂零件的车削变得更容易， 要想经济有效地加工一些复杂零件，还是需要工艺因素的配合。 硬质合金立铣刀 铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具，其种类很多。按用途分 有：1）加工平面用的，如圆柱平面铣刀、端铣刀等；2）加工沟槽 用的，如立铣刀、T 形刀和角度铣刀等；3）加工成形表面用的，如 凸半圆和凹半圆铣刀和加工其它复杂成形表面用的铣刀。铣削的生 产率一般较高，加工表面粗糙度值较大。 铣刀与钻头是机械加工用得最多的整体刀具， 其种类也相 当的多： a) 圆柱铣刀――&加工狭长平面 分为粗齿（粗加工）和细齿（精加工） b) 面铣刀――& 加工大平面 c) 三面刃铣刀――&铣弧尾槽、通槽、台阶面(刀宽精度较高) d) 锯片铣刀――&铣窄槽、切断 e) 立铣刀――&加工圆头槽、通槽、台阶面、侧面 f) 键槽铣刀――&铣圆头封闭键槽 f) 指状铣刀――&铣各种模具型腔- 19 -切削知识h) 角度铣刀――&铣各种斜面、斜槽 i) 成形铣刀――&铣各种成形面 1.常用铣刀简介 （1）圆柱铣刀 ：用圆周上的刀刃进行切削 ① 外径 D ：50、63、80、100 ； 孔径 ：22、27、32、40 ② 选刀原则 ：L 刀 & B 工件 ；D 尽量小 （3）键槽铣刀 ： ① 分为直柄和锥柄； ② 特点： a) 只有两个刀齿； b) 直径精度 ：e8―&加工槽宽精度为 H9 的键槽，d8―&加工槽 宽精度为 N9 的键槽 ； c）端面刃为主刀刃，圆周刃为副刀刃，能轴向进给； d）刀具重磨时只磨端面刃（直径不变） 。 （4）尖齿槽铣刀 ： ① 直径 D = 50、63、80、100、125 ② 宽度 L = 4～25 ，精度 k8 ③ 加工 H9 槽 ④ 端面没有刃 ，重磨后宽度变化小。 （5）三面刃铣刀 ① 分为直齿（Ⅰ型和Ⅱ型） 、错齿（有刃倾角）和镶齿（可恢 复刀宽） ② 特点：三面有刃，加工表面质量好；重磨后宽度尺寸变化较 大 ③ 精度：外径（js16）,宽度（普通级 k11 和精密级 k8） ④ 应用： 单独使用：铣弧形尾的槽 两刀组合：同时加工两侧面（两侧面的距离由中间隔套控 制） 如图：铣弧尾槽 组合铣刀- 20 -切削知识（6）模具铣刀――加工模具型面、型腔 ① 高速钢：分为圆锥形、圆锥形球头和圆柱形球头，又分为直 柄、削平型直柄、莫氏锥柄 ② 硬质合金旋转锉 对淬硬后（HRC&65）的模具型腔的修整、去毛刺 2、铣刀几何角度的合理选择： 选择依据：与车刀相同，但 ① 前角：比车刀小些 ② 后角：比车刀大些 ③ 刃倾角：即为刀具的螺旋角 ③ 分为粗齿和细齿， 且两种又分为直槽(不常用)和螺旋槽(左旋 和右旋) 在进行自由曲面(模具)加工时， 由于球头刀具的端部切削速度为 零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头 常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面 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，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和 精度与刀具价格关系极大，必须引起 自动换刀装置故障维修 13 例 例 462．换刀故障的故障维修 故障现象： 一台配套 OKUMA OSP700 系统， 型号为 XHAD765 的数控机床， 换刀过程中， 机械手未将主轴刀具拔出， 随后显示 2873 “交换臂拔出检测器异常”报警，同时主轴负载逐渐增加，到 80％ 时被迫关机。 分析及处理过程：按下急停钮，给 CNC 上电，在自动运行方式 下输入“CHGCOND” ，随后显示方式画面，将光标移到测试方式， 按 F1 方式设定，断电后再上电，按软键 PLC 测试→扩展→找到调 试画面， 找到 610 参数将其改为 0， 按参数设定键， 将任选参数 16Bit7 改为 1，翻页将任选参数 56BIT7 改为 1。切换到手动方式，同时按 下 ATC、互锁解除两键点亮 ATC 灯，按扩展→PLC 运行。这时机床- 21 -切削知识应能 起动，翻 到 M06 调整 画面，查看换 刀调整画 面将 EACH OPERATION POSSIBLE 改 为 1 ， 再 先 后 将 SPINDLE TOOL UNCLAMP (主轴松刀)、ARMFRONTMOVE(手臂向前)菜单 COM 位设为 1，按单步退执行，如果刀具非机械卡死，则用小橡皮榔头轻 轻敲击刀柄，刀柄应从主轴拔出，然后如上所述设置执行 RIGHT FINGER UNCLAMP(右手指松)、LEFT FINGER UNCLAMP(左手指 松)，将手臂上刀柄取下，然后将手臂各动作调整到准备状态，再将 EACH OPERATION POSSIBLE 改为 0 退出， 按参数设定将任选参数 16Bit7 改为 1，任选参数 56Bit7 改为 0，同时按 ATC、互锁解除两 键将 ATC 灯熄灭。这时就可按常规检查刀具未拔出是油压低还是刀 柄拉钉、或是刀柄、松刀液压缸引起。本例中经查发现油压偏低， 将液压泵压力略调高 0.2MPa 后故障排除。 调试正常后再将 610 号参 数恢复到原来状态，找到方式转换画面，将方式设定为通常状况， 断电开机后系统正常起动。 例 463．刀具设置错误报警的故障维修 故障现象： 一台配套 OKUMA OSP700 系统， 型号为 XHAD765 的数控机床，换班后，操作工设置刀具表时，显示“2714 刀具数据 设定出错”报警。 分析及处理过程：查看刀具刀位表，所要设 3 号刀位表中确实 没有，设入即报警，估计该号刀可能在主轴上，而主轴却是其他刀 具。再查看刀具表其他页面，发现 3 号刀数据前有一红星号，证实 3 号刀确实应在主轴上。手动将 3 号刀换上主轴，MDI 方式下执行 M61、M63 指令将主轴上刀具还回刀库后，再打开刀具刀位表，3 号刀已显示在当前刀位，证实判断。经询问，交班前，前一班的操 作工在手动换刀方式下用其他刀临时将 3 号刀换下，交班后又未交 待，故造成人为故障。 例 464．换刀错误的故障维修 故障现象： 一台配套 OKUMA OSP700 系统， 型号为 XHAD765 的数控机床，换刀中 1 号大刀未插回大刀刀位，大刀刀位插着其他 刀，实际刀号刀位与机床控制系统中刀号刀位不符，即换刀错误，- 22 -切削知识机床无报警，幸亏操作工细心，及时发现停机。 分析及处理过程：换刀错误是一种危险的故障，由于无报警， 机床将继续工作，直到发生设备事故报警。由于换刀与众多位置开 关和 PLC 控制程序及 CNC 处理过程有关，应重点检查这几部分。 手工将实际刀具刀位调整到与控制系统中的一致，再执行换刀，发 现除换 1 号刀外，其他换刀过程均正常。手动方式下，打开刀库侧 门，按刀库上行或下行键，旋转刀库刀链，观察刀位表中当前刀位 变化，发现在 1 号与 30 号刀位过渡时，刀位显示与实际刀位相差一 个刀位，原来是刀库在过零点时出现刀位错误。关机后检查零点开 关插头、 刀库旋转计数开关插头与 FUB-P4M4 相关插头， 发现进油。 将插头清理后再重新插好，过 20min 再开机，换到手动方式，打开 刀库门。手动上行、下行移动刀库，观察刀库在过零点时刀位显示 正常，再切换到 MDI 方式，输入 T1M6 执行换刀，再输入 T30 M6 执行换刀。经查实际刀位刀号与刀位刀具表中一致，进行正常加工， 未出现错误。 多次维修证明，各位置开关均采用插头联接是该机床电气一大 缺陷，容易接触不良引起故障。由于刀库零点开关与刀库旋转计数 开关共用一个插头供电，当插头接触不良而刀库又过零点时，易引 起刀库旋转计数开关闪烁，导致错误计数。 例 465．刀库报警的故障维修 故障现象： 一台配套 OKUMA OSP700 系统， 型号为 XHAD765 的数控机床，出现“2722、刀库刀套号 0”报警。 分析及处理过程：该报警的含义为“刀库刀套号的数据不定” 。 切换到手动运行方式，打开刀库门，按上行或下行键，让刀库过一 次零点， 故障未能排除； 打开 PLC 数据查各开关状态， 发现 IMGRCT 信号有闪烁，怀疑接触不良，关机将刀库内各传感器插头拔出，发 现进油。清除油污再插好，开机后故障排除。 例 466~例 467．刀库门报警的故障维修 例 466．故障现象：一台配套 OKUMA OSP700 系统，型号为 XHAD765 的数控机床，换刀过程中出现 2834“刀库关门检测器异- 23 -切削知识常”报警，刀库门未关上，随后出现 1728“刀库防护门电动机断路 器”报警。 分析及处理过程：出现“2834，刀库关门检测器异常”报警， 原因有：刀库门未关上，超时报警，传感器 SQ8 不良或线路不良。 根据故障现象，估计本例中刀库门未关上应该是刀库门关上动作超 时报警。据操作工介绍，刀库门近期动作迟缓、停顿，似乎很费力， 而 1728 报警说明刀库电动机过载，刀库门卡滞。关机后将刀库门驱 动电动机传动带拆下，用手推拉刀库，确是有卡滞，仔细检查，发 现刀库门滚珠导轨由于无防护，导轨槽中有细小切屑：用油冲洗， 直到用手推拉灵活自由后，将刀库门关上，装上传动带。打开电柜， 将热继电器 FRM6 复位，开机，将参数 P16bit7 设定为 1，将 P56bit7 设定为 1；再切换到手动运行方式，按“ATC+互锁解除” ，ATC 灯 亮，按扩展→PLC 测试进入 M06 调整方面，设 EACH OPERATION POSSIBLE 为 1，设 MAGAZINE DOOROPEN 为 1，按单步退，打 开刀库门，再设 MAGAZINEDOOR CLOSE 为 1，按单步退，如此 多次，刀库门开关正常；再将 M06 调整画面恢复到准备状态，按 “ATC+互锁解除” ，关闭 ATC 灯，设定参数 P16 Bit7 为 1，P56 Bit7 为 0，切换到 MDI 方式，用 T#、M06 指令换刀正常。 例 467．故障现象：一台配套 OKUMA OSP700 系统，型号为 XHAD765 的数控机床，故障现象同上例。 分析及处理过程：关机后，拆下刀库门电动机传动带，用手推 拉刀库门很轻松，无卡滞现象，负载很小，也不应是传动带松动的 问题(传动带松动不会引起刀库门电动机过载保护)。 查电动机供电正 常，于是怀疑电动机本身的问题；送电开机按上例进入 M06 调整方 面，打开、关闭刀库门，由于传动带未安装，这时需人为用手模拟 将刀库门打开或关闭，同时观察刀库门电动机轴的转动情况，发现 电动机轴转动有卡滞，证实电动机部分确有问题。断电关机，将电 动机拆下检查，该电动机为普通微型三相异步电动机，在轴端加了 一级电磁抱刹，结构原理类似交流伺服电动机上的电磁刹车。在电 动机要运转时，电磁线圈级通电吸合铁心，松开刹车，电动机带动- 24 -切削知识刀库门运转；动作结束，电磁线圈断电，弹簧将刹车抱紧。如果该 电磁刹车不良，则也会导致电动机过载。将电磁刹车拆下检查，机 械正常，用手拧电动机轴正常，用表测电动机绕组，无不平衡及碰 壳短路现象： 将电磁抱刹接上 96V 直流电源， 观察衔铁未吸合到位， 正常情况，通电后铁心应清脆地吸合；铁心未吸合到位，刹车不能 完全解除，导致电动机过载；因为电压正常，而电磁力不足，说明 电磁线圈有点问题。由于配件一时不易购到，临时将刹车弹簧加载 螺钉调松，到铁心能清脆吸合即可；再安装回电动机，接通 96V 直 流电，用手拧输出轴，手感轻松灵活。将该电动机装回机床，装上 传动带，按上例，再调整刀库门，正常，恢复状态，退出后到 MDI 方式下，换刀正常。 例 468．刀库不停转的故障维修 故障现象：一台配套 FANUC 0MC 系统，型号为 XH754 的数 控机床，刀库在换刀过程中不停转动。 分析及处理过程：拿螺钉旋具将刀库伸缩电磁阀手动钮拧到刀 库伸出位置，保证刀库一直处于伸出状态，复位，手动将刀库当前 刀取下，停机断电，用扳手拧刀库齿轮箱方头轴，让空刀爪转到主 轴位置，对正后再用螺钉旋具将电磁阀手动钮关掉，让刀库回位。 再查刀库回零开关和刀库电动机电缆正常， 重新开机回零正常， MDI 方式下换刀正常。怀疑系干扰所致，将接地线处理后，故障再未出 现过。 例 469．刀库位置偏移的故障维修 故障现象：一台配套 FANUC 0MC 系统，型号为 XH754 的数 控机床，在换刀过程中，主轴上移至刀爪时，刀库刀爪有错动，拔 插刀时，有明显声响，似乎卡滞： 分析及处理过程：主轴上移至刀爪时，刀库刀爪有错动，说明 刀库零点可能偏移，或是由于刀库传动存在间隙，或者刀库上刀具 重量不平衡而偏向一边。因为插拔刀别劲，估计是刀库零点偏移； 将刀库刀具全部卸下将主轴手摇至 Y 轴第二参考点附近，用塞尺测 刀库刀爪与主轴传动键之间间隙，证实偏移；用手推拉刀库，也不- 25 -切削知识能利用间隙使其回正； 调整参数 7508 直至刀库刀爪与主轴传动键之 间间隙基本相等。开机后执行换刀正常。 例 470．刀库转动中突然停电的故障维修 故障现象：一台配套 FANUC 0MC 系统，型号为 XH754 的数 控机床，换刀过程中刀库旋转时突遇停电，刀库停在随机位置。 分析及处理过程：刀库停在随机位置，会影响开机刀库回零。 故障发生后尽快用螺钉旋具打开刀库伸缩电磁阀手动钮让刀库伸 出，用扳手拧刀库齿轮箱方头轴，将刀库转到与主轴正对，同时手 动取下当前刀爪上的刀具，再将刀库电磁阀手动钮关掉，让刀库退 回。经以上处理，来电后，正常回零可恢复正常。 例 471．换刀过程有卡滞的故障维修 故障现象：一台配套 FANUC 0MC 系统，型号为 XH754 的数 控机床，换刀过程中，刀时有卡滞，同时声响大。 分析及处理过程：观察刀库无偏移错动，故怀疑主轴定向有问 题，主轴定向偏移会影响换刀。将磁性表吸在工作台上，将百分表 头压在主轴传动键上平面，用手摇脉冲发生器，移动 X 轴，看两键 是否等高。通过调整参数 6531，将两键调平；再换刀，故障排除。 例 472．换刀不能拔刀的故障维修 故障现象：一台配套 FANUC 0MC 系统，型号为 XH754 的数 控机床，换刀时，手爪未将主轴中刀具拔出，报警。 分析及处理过程：手爪不能将主轴中刀具拔出的可能原因有： ①刀库不能伸出；②主轴松刀液压缸未动作；③松刀机构卡死。 复位，消除报警：如不能消除，则停电、再送电开机。用手摇 脉冲发生器将主轴摇下，用手动换刀换主轴刀具，不能拔刀，故怀 疑松刀液压缸有问题。在主轴后部观察，发现松刀时，松刀缸未动 作，而气液转换缸油位指示无油，检查发现其供油管脱落。 ，重新安 装好供油管，加油后，打开液压缸放气塞放气两次，松刀恢复正常。 例 473．换刀卡住的故障维修 故障现象：一台配套 FANUC 0MC 系统，型号为 XH754 的数 控机床，换刀过程快结束，主轴换刀后从换刀位置下移时，机床显- 26 -切削知识示 1001“spindle alarm 408 servo alarm(serialerr)”报警。 分析及处理过程：现场观察，主轴处于非定向状态，可以断定 换刀过程中，定向偏移，卡住；而根据报警号分析，说明主轴试图 恢复到定向位置，但因卡住而报警关机。手动操作电磁阀分别将主 轴刀具松开，刀库伸出，手工将刀爪上的刀卸下，再手动将主轴夹 紧，刀库退回；开机，报警消除。为查找原因，检查刀库刀爪与主 轴相对位置，发现刀库刀爪偏左，主轴换刀后下移时刀爪右指刮擦 刀柄，造成主轴顺时针转动偏离定向，而主轴默认定向为 M19，恢 复定向旋转方向与偏离方向一致，更加大了这一偏离，因而偏离很 多造成卡死；而主轴上移时，刀爪右指刮擦使刀柄逆转，而 M19 定 向为正转正好将其消除，不存在这一问题。调整刀库回零位置参数 7508，使刀爪与主轴对齐后，故障消除。 例 474．换刀时间过长报警的故障维修 故障现象：某配套 KNDl00T 系统的数控机床，在指定 2 号刀 位时刀架旋转直至产生 05 号报警后停止。 分析及处理过程：05 号报警的含义为“换刀时间过长” 。从刀架 开始正转，经过 Ta 时间后指定的刀架到达信号仍然没有接收到，故 产生报警。因此可适当延长 Ta 的值，但延长后仍然会产生报警。仔 细多次观察换刀过程发现有时 2 号刀位能找到，有时找不到，通过 检查发现换刀过程中刀架到位信号找不到，进一步检查发现刀架与 刀架控制模块之间接触不是太好。重新连接后，故障排除。 表面处理 阳极电镀处理 （Anodizing） 一种化学电镀表面覆盖处理方法， ： 可以改变产品的外观，改善表面颜色和纹理结构。最常见的是对钛 和铝进行阳极电镀表面处理。使用不同的电压，可以产生不同的颜 色（高电压=深颜色，低电压=浅颜色） 。 珠光处理 （Bead Blasting） 用于钢材、 ： 钛和铝的表面处理方法， 常在战术折刀和直柄刀中被使用，其特点是使刀具表面 100%的暗 哑，完全消除反光。 黑色氧化处理 （Black Oxide） ：一种军用刀具普遍使用的表面- 27 -切削知识涂层处理方法，因其可以消除反光。 黑色钛-碳处理 （Black-Ti） ：一种在表面涂上仅 3 微米厚度的 钛-碳物质黑色涂层的表面处理方法，可以抗腐蚀。 BT2：BENCHMADE 专利的黑色特氟隆涂层处理方法。据 BENCHMADE 称，其比目前对不锈钢抗腐蚀能力的要求标准提高 40 倍。同时，特氟隆也提高了刀的切割能力。 刀具阅读知识 刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广 义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。 绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中 使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就 理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。 中国早在 公元前 28～前 20 世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质 刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质 刀具。 当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。 然而，刀具的快速发展是在 18 世纪后期，伴随蒸汽机等机 器的发展而来的。1783 年，法国的勒内首先制出铣刀。1792 年，英 国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是 在 1822 年，但直到 1864 年才作为商品生产。 那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的， 许用的切削速度约 为 5 米/分。1868 年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898 年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923 年，德国的施勒特尔发 明硬质合金。 在采用合金工具钢时， 刀具的切削速度提高到约 8 米/分， 采 用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢 提高两倍以上， 切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。 由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵， 刀具出现焊接和机 械夹固式结构。 年间,美国开始在车刀上采用可转位刀 片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938 年，德国德古萨公司取- 28 -切削知识得关于陶瓷刀具的专利。1972 年，美国通用电气公司生产了聚晶人 造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以 更高的速度切削。 1969 年， 瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法， 生产碳 化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972 年，美国的邦沙和拉古兰发展 了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮 化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的 高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性 能。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类。 加工各种外表面的 刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具， 包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具， 包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿 轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切 断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。 此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通 用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形 铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的 刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、 成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展 成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、 剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀 具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分 (刀齿或刀片)则镶装在刀体上。 刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。 带孔刀具依*内孔套装在 机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱 形铣刀、套式面铣刀等。 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨- 29 -切削知识刀等一般为矩形柄；圆锥柄*锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递 扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借 助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用 低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。 刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使 切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等 结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗 刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如 钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用 刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀 具。 刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整 体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体 上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种 是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构 或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。 刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好 坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形， 减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大 前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。 在选择刀具的角度时， 需要考虑多种因素的影响， 如工件材料、 刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。 通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时， 由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度 和标注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的 抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和 热处理等)，并不易变形。 通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧 性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢- 30 -切削知识因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍 是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。 聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶 金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素 工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。 硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、 氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅 可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥 和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在 切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高 1～3 倍以上。 由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零 件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加 工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是 发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术， 在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材 料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具 的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。 刀具修磨技术基础 【摘要】一、刀具材料 在刀具修磨中常见的刀具材料有： 高速钢(HSS)、粉末冶金高速钢(PM-HSS)、硬质合金(HM)及 PCD、 CBN 等超硬材料。高速钢刀具锋利、韧性好，硬质合金刀具硬度高 但韧性差。硬质合金刀具的密度明显大于高速钢刀具。这二种材料 是钻头、绞刀、铣刀和丝锥的主要材料。粉末冶金高速钢的性能介 于上述二者材料之间，主要用于制造粗铣刀和丝锥。 高速钢刀具因 材料韧性好，故对碰撞不太敏感。但硬... 一、刀具材料 在刀具修磨中常见的刀具材料有：高速钢(HSS)、粉末冶金 高速钢(PM-HSS)、硬质合金(HM)及 PCD、CBN 等超硬材料。高速 钢刀具锋利、韧性好，硬质合金刀具硬度高但韧性差。硬质合金刀- 31 -切削知识具的密度明显大于高速钢刀具。这二种材料是钻头、绞刀、铣刀和 丝锥的主要材料。粉末冶金高速钢的性能介于上述二者材料之间， 主要用于制造粗铣刀和丝锥。 高速钢刀具因材料韧性好，故对碰撞不太敏感。但硬质合金刀 具硬度高而脆，对碰撞很敏感，刃口易蹦。所以，在修磨过程中， 必须对硬质合金刀具的操作和放置十分小心，防止刀具间的碰撞或 刀具摔落。 二、刀具磨床 由于刀具材料很硬，所以，一般只能采用磨削来改变其外形。 在刀具的制造、修磨中常见的刀具磨床有以下几种： 1 磨槽机：磨钻头、立铣刀等刀具的槽或背。 2 磨顶角机：磨钻头的锥形顶角。 3 修横刃机：修正钻头的横刃。 4 手动万能刀具磨床：磨外圆、槽、背、顶角、横刃、平面、前 刀面等。常用于数量少、形状复杂的刀具。 5 五轴联动 CNC 磨床： 功能由软件确定。 一般用于修磨数量大、 精度要求高、但不复杂的刀具，如钻头、立铣刀等。 三、砂轮 1 磨粒 不同材质的砂轮磨粒适合于磨削不同材质的刀具。刀具的不同 部位需要使用的磨粒大小也不同，以确保刃口保护和加工效率的最 佳结合。 氧化铝： 用于磨 HSS 刀具。砂轮价廉，易修正成不同的外形 用于修磨复杂的刀具。 碳化硅： 用于修正 CBN 砂轮和金刚石砂轮。 CBN（立方碳化硼） 用于磨 HSS 刀具。价高，但耐用。国际 ： 上，砂轮用 B 来表示，如 B107，其中 107 表示磨粒直径的大小。 金刚石：用于磨 HM 刀具，价高，但耐用。砂轮上用 D 来表示， 如 D64，其中 64 表示磨粒直径的大小。 2 形状- 32 -切削知识为了方便磨削刀具的不同部位，砂轮应有不同的形状。最常用 的有： - 平行砂轮(1A1)：磨顶角、外径、背等。 - 碟形砂轮(12V9, 11V9)：磨螺旋槽、铣刀的主、副切削刃，横 刃等。 砂轮经过一段时间的使用后需要修正其外形（包括平面、角度 及圆角 R） 。砂轮必须经常用清理石把填充在磨粒间的切屑清理掉以 提高砂轮的磨削能力。 四、刀具参数 1 名称定义 在此约定：在硬质合金钻头中，使刀刃钝化的工序叫“倒刃” ， 倒刃的宽度与被切削材料有关，一般在 0.03-0.25mm 之间。在棱边 上（刀尖点）倒角的工序叫“倒棱” 。 在立铣刀中，圆周面上的刃为主切削刃。端面上的刃为副切削 刃。 2 HM 钻头与 HSS 钻头的区别 HSS 钻头： 顶角一般是 118 度，有时大于 130 度；刀刃锋利； 对精度（刃高差、对称度、周向跳动）要求相对低。横刃有多种修 法。 HM 钻头： 顶角一般为 140 度；直槽钻常常为 130 度，三刃钻 一般为 150 度。刀刃和刀尖（棱边上）不锋利，往往被钝化，或称 倒刃和倒棱；对精度要求高。横刃常被修成 S-形，以利于断屑。 五、修磨要则 1 正确选用砂轮（种类、型号） 。 2 对新到的刀具， 先测量主要几何参数并作记录存档， 尤其要记 录钻头的倒刃、倒棱及横刃修正情况。 3 先输入砂轮数据，再输入刀具的数据。 4 修磨后测量刀具主要参数、并与修磨标准比较后再修正。 选刀具须知(简) 无论选什么刀具一定要了解的是：- 33 -切削知识加工的材质是什么？用什么机床加工？精加工还粗加工？有无 图纸要求？ 车刀类： 压紧方式是什么？刀方多少？粗加工还是精加工？刀片 型号？ 一、外圆车刀： 要求刀具的主偏角为多少度？有没有图纸要求？加工的材料是 什么？有没有硬度要求？ 二、内孔车刀： 直径多大？孔深多少？机床刀套内径多大？内孔有没有关涉？ 三、切槽刀： 要切的宽多大？槽宽多少？是端面槽\外圆槽还是内孔槽刀？最 大加工直径与最小加工直径是多少？（端面槽刀专问） 四、切断刀 切多大的直径？要求槽宽多少？ 五、螺纹车刀 螺纹车刀正反手？车外螺纹还是内螺纹？公制还是英制？螺距 是多少？ 铣刀类： （以加工中心为例） 刀 具 与 机 床 的 连 接 方 式 是 什 么 ？ BT\NT\CAT\ISO\R8\DINE\HSK\MT? 一、刀夹类， 1． 装夹钻头类 要弹性夹头类还是三爪定心类？装多大的刀具？ER 多少的？ 锥柄类的 几号的柄？长度是多少？ 2． 装夹铣刀类 要求装夹的铣刀是多大的？要强力\还是标准的还是高速型的？ 锥柄类 几号的柄?螺纹孔是多大?- 34 -切削知识3． 装夹丝攻类 要求刚性攻丝还是柔性攻丝？多大的丝锥？ 4． 装夹面铣刀盘类 刀盘的直径是多大？刀盘的内接圆多大？公制还是英制的孔？ 有没有长度要求？ 5． 镗孔刀 1》 粗镗刀 要模块式的还是一体式的？要求加工的范围是多大？加工的长 度？是否要求加接长杆？ 2》 精镗刀 要模块式的还是一体式的？加工的精度为多少？加工的长度为 多少？是否要求加接长杆而增大加工范围？ 6． 对刀仪 要打表式\数显，还是投影的？测量的范围多大？测量精度是多 少 二、刀具类 1． 铣刀 1》 整体式立铣刀 要的是高速钢还是硬质合金？加工的硬度为多少？长度要求 少？多少刃？球头的还是平头的？柄部是多少度？螺纹为多少？什 么样的涂层? 螺旋升角多少度 2》 刀片式铣刀 1） 心轴类铣刀 要求直径多大？刀片的角度有无要求？要多长的加工长度？ 2） 刀盘类； 多大的直径？要求刀片的角度是多少？精加工还是粗加工？有 无要求刀具清角？ 2． 钻头 1》 直柄钻头 要求钻头是高速刚还是硬质合金？加工直径是多大？加工的深- 35 -切削知识度是多少？刃部有无要求？ 2》 锥柄钻头 刀具的原有刀套是几号的？加工直径是多大？要求加工深度是 多少？刃部有无要求？ 3． 丝攻类 1》 螺旋丝攻 要左旋的还是右旋的丝攻？要求螺纹尺寸多大？是公制还是英 制的？加工精度是几级的？加工的材质是什么？柄部那国的标准? 2》 直槽丝攻 加工的材质是什么？是手攻还是机攻？ 4． 倒角刀： 要求倒角的范围是多大？角度是多少度？倒角的材质是多少？ 5． 铰刀 1》 直柄铰刀 加工的深度是多少？加工的精度是多少？加工的直径是多大？ 2》 锥柄铰刀 原有的锥套是几号的？加工的深度是多少？加工的精度是多 少？加工的直径是多大？ 铣削、铣床与铣刀 铣削 用旋转的铣刀作为刀具的切削加工。铣削一般在铣床或镗床上 进行，适于加工平面、沟槽、各种成形面(如花键、齿轮和螺纹)和模 具的特殊形面等。铣削的特征是：①铣刀各刀齿周期性地参与间断 切削；②每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的。图 1 是几种 常见的铣削加工方式。 图 1 几种常见的铣削方式 切削速度 v(米/分)是铣刀刃的圆周速度。 铣削进给量有 3 种表示 方式：①每分钟进给量 vf(毫米/分)，表示工件每分钟相对于铣刀的 位移量；②每转进给量 f(毫米/转)，表示在铣刀每转一转时与工件的 相对位移量；③每齿进给量 af(毫米/齿)，表示铣刀每转过一个刀齿- 36 -切削知识的时间内工件的相对位移量。铣削深度 ap(毫米)是在平行于铣刀轴 心线方向测量的铣刀与工件的接触长度。铣削切削弧深度 ae(毫米) 是垂直于铣刀轴心线方向测量的铣刀与工件接触弧的深度。用高速 钢铣刀铣削中碳钢的切削速度一般为 20～30 米/分； 用硬质合金铣刀 可达 60～90 米/分。 图 2 两种周铣方式 图 3 三种端铣方式 铣削一般分周铣和端铣两种方式。周铣(图 2)是用刀体圆周上的 刀齿铣削，其周边刃起切削作用，铣刀的轴线平行于工件的加工表 面。端铣(图 3)是用刀体端面上的刀齿铣削，周边刃与端面刃同时起 切削作用，铣刀的轴线垂直于一个加工表面。周铣和某些不对称的 端铣又有逆铣和顺铣之分。凡刀刃切削方向与工件的进给运动方向 相反的称为逆铣；方向相同的称为顺铣。逆铣时，铣刀每齿的切削 厚度是从零逐渐增大，所以刀齿在开始切入时，将与切削表面发生 挤压和滑擦，这对铣刀寿命和铣削工件的表面质量都有不利影响。 顺铣时的情况正相反，所以顺铣能提高铣刀寿命和铣削表面质量， 并能减小机床的功率消耗。但顺铣时铣刀所受的切削冲击力较大， 当机床的进给传动机构有间隙或铸锻毛坯有硬皮时不宜采用顺铣， 以免引起振动和损坏刀具。 铣刀是一种多齿刀具，同时参与切削的 切削刃总长度较长，并可使用较高的切削速度，又无空行程，故在 一般情况下铣削的生产率比用单刃刀具的切削加工(如刨削、插削) 为高，但铣刀的制造和刃磨较为困难。 普通铣削的加工精度不高， 一般粗铣精度为 IT11～10，表面粗糙度为 Ra20～2.5 微米；精铣精 度可达 IT9～7，表面粗糙度为 Ra2.5～0.16 微米。 铣床 用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、 轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高， 在机械制造和修理部门得到广泛应用。 ? 简史 最早的铣床是美国人 E.惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床。 为了- 37 -切削知识铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗，J.R.于 1862 年创制了第一台 万能铣床，是为升降台铣床的雏形。1884 年前后出现了龙门铣床。 20 世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给快速”或“快速-进给”的自动转换。1950 年以后，铣床在控制系统 方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤 其是 70 年代以后， 微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床 上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。 ? 类型铣床种类很多，一般按布局形式和适用范围加以区分。 ①升降台铣床：有万能式、卧式和立式等，主要用于加工中小型零 件，应用最广。②龙门铣床：包括龙门铣镗床 龙门铣刨床和双柱铣 床，均用于加工大型零件。③单柱铣床和单臂铣床：前者的水平铣 头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；后者的立铣头可沿悬臂 导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工大 型零件。④工作台不升降铣床：有榘形工作台式和圆工作台式两种， 是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。其垂直 方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。⑤仪表铣床：一种小型的 升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件。⑥工具铣床：用 于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附 件，还可进行钻削、镗削和插削等加工。⑦其他铣床：如键槽铣床、 凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，是为加工相 应的工件而制造的专用铣床。按控制方式，铣床又分为仿形铣床、 程序控制铣床和数字控制铣床。 图 4 各种铣刀 铣刀 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余量。 铣刀主要用于在铣床上加工平面、 台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。 铣刀按用途区分有多种常用 的型式(图 4)。①圆柱形铣刀：用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布 在铣刀的圆周上，按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分粗齿和 细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适- 38 -切削知识用于粗加工；细齿铣刀适用于精加工。②面铣刀：用于立式铣床、 端面铣床或、龙门铣床、上加工平面，端面和圆周上均有刀齿，也 有粗齿和细齿之分。其结构有整体式、镶齿式和可转位式 3 种。③ 立铣刀：用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周和端面上，工作时 不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的端齿时，可轴向进给。 ④三面刃铣刀：用于加工各种沟槽和台阶面，其两侧面和圆周上均 有刀齿。⑤角度铣刀：用于铣削成一定角度的沟槽，有单角和双角 铣刀两种。⑥锯片铣刀：用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较 多的刀齿。 为了减少铣切时的摩擦， 刀齿两侧有 15’ ～1°的副偏角。 此外， 还有键槽铣刀 燕尾槽铣刀 T 形槽铣刀和各种成形铣刀等。铣 刀的结构分为 4 种。①整体式：刀体和刀齿制成一体。②整体焊齿 式：刀齿用硬质合金或其他耐磨刀具材料制成，并钎焊在刀体上。 ③镶齿式：刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。这种可换的刀齿 可以是整体刀具材料的刀头，也可以是焊接刀具材料的刀头。刀头 装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式；刀头在夹具上单独刃磨的 称为体外刃磨式。④可转位式：这种结构已广泛用于面铣刀、立铣 刀和三面刃铣刀等。 a.硬质合金可转位刀片端面铣刀 b.苞米棒型硬质合金可转位刀片立铣刀 图 5 可转位铣刀 图 6 尖齿铣刀的齿背形状 铣刀按齿背的加工方式分为两类。①尖齿铣刀：在后面上磨出 一条窄的刃带以形成后角，由于切削角度合理，其寿命较高。尖齿 铣刀的齿背有直线 曲线和折线 3 种形式(图 6)。直线齿背常用于细 齿的精加工铣刀。曲线和折线齿背的刀齿强度较好，能承受较重的 切削负荷，常用于粗齿铣刀。②铲齿铣刀：其后面用铲削(或铲磨) 方法加工成阿基米德螺旋线的齿背，铣刀用钝后只须重磨前面，能 保持原有齿形不变，用于制造齿轮铣刀等各种成形铣刀。 刀具与机床的正确匹配 对于很多加工应用，不必担心机床是否有足够的功率来完成你- 39 -切削知识所要加工的任务；然而，有些情形(通常是粗加工应用)则要求编程员 /操作人员必须明确某一给定的刀具需求多大的功率。当使用装备高 速主轴的机床时，由于在较低转速下通常输出的功率非常低，因此 计算功率消耗的需要变得非常重要。对于这些机床，为了使机床、 刀具和被加工材料运行在优化的参数下，应用较小直径的刀具通常 是必要的。下述信息将讨论一些需要指出的领域，如模具制造业今 天所使用的刀具新技术，如何在粗加工应用中获得最大效率。 了解机床特性 为了确定机床是否具备在某一给定参数下加工的功率，相关人 员必须熟悉他们的机床主轴功率图。主轴功率图将揭示机床的功率 和扭矩特性， 而且它通常被分成两个独立的额定值(30 分钟与连续功 率额定值)。这个图应该常备在手边作参考。 某机床的功率扭矩图 一些常用材料的“p”值(肯纳提供) 工件 不同加工条件下的&p&值 (hp/in? /min) 材料类型 牌号或符号 布氏硬度 常规加工 精加工 粗加工 炭钢 AISI
0.72 0.76 0.69 合金钢 AISI
0.74 0.84 0.73 合金钢 AISI
0.79 0.88 0.77 合金钢 AISI
1.07 1.31 1.03 钛合金 AMS TI-6AI-4V 275-301 0.63 0.68 0.61 镍合金 Inconel 718 275-301 1.04 1.31 1.01- 40 -切削知识铝合金 AMS 120-140
kg. Load)0.30 0.34 0.29 估算功率消耗 如前所述，确定某一给定的刀具在加工时必需的功率值是非常 重要的。有关如何估算加工某给定材料必需的功率值已经有很多著 述。下述信息将覆盖其基本理论。 确定某给定刀具功率消耗的常用 方法是金属切除率(mrr)与功率因子相乘。金属切除率(mrr)通过所使 用刀具的切削宽度、切削深度与进给量相乘(mrr=aw×ap×f)得到。 功率因子(p 因子)是一个预定的功率常数，随材料不同而变化。它取 决于切削单位体积某给定材料每分钟所需要的功率值(显示材料在 各种硬度值下的功率常数图可在诸如机械师手册的出版物上找到)。 注意到这种表示功率的方法仅是估算值是重要的，而且许多其它因 素也会影响功率计算。机床主轴效率、材料硬度、刀具与刀片的几 何形状、切削液、刀具磨损等都会影响功率需求。 当进行功率计算 时需要考虑很多因素，而且刀具正是诸多因素之一，这是很明显的。 在某些场合，当使用针对粗加工应用的高进给刀具时，主轴将是确 定所使用的刀具直径和加工参数的决定性因素。对于任何机床的粗 加工， 特别是诸如 CAT/BT40 和 HSK40 之类的较小主轴连接的机床， 为了在获得最大生产率的同时避免不希望有的主轴负载和切削工 况，知道如何着手，因此进行需求功率计算是很重要的。已经开发 了加工功率计算器， 它能覆盖这些新型高进给刀具并大幅减少铣削、 钻削和车削功率消耗估算所需的时间和精力。通过从下拉菜单进行 选择并填入一些关于刀具名称、刀具形状、切削速度、进给量等辅 助信息，编程员/操作人员能迅速确定机床对于手边的应用是否大概 具备足够的功率。 针对粗加工应用的刀具技术 既然你知道粗加工时如何使机床产出最大，该是讨论如何使刀 具产出最大的时候了。已经开发出特别针对粗加工金属切除率最大 化的新型设计的刀具，它允许使用非常高的进给量，并在粗加工时- 41 -切削知识获得能显著减少加工周期和成本的金属切除率。 肯纳针对粗加工的模块化高进给刀具 该刀具对 2D 和 3D 零件几何形状都能胜任，而且它有各种类型 与规格。 用户的另一种选择是采用模块化刀具，通过使用头部带螺 纹孔的不同刀杆所获得的柔性，使得操作工对每个应用都能设定悬 伸长度并获得最大的刚性。 对于较小的应用，已经开发出针对高进 给应用的带可换刀片设计的刀具。已供应的有 10、12 和 16mm 的规 格，这些刀具能胜任非常高的进给量(12mm 刀具加工钢件时，在切 深为 0.6mm 时进给速度可达 7600mm/min)，而且能有效提高装备高 速主轴机床的金属切除率并消耗较低的功率。与整体硬质合金刀具 相比，可换的刀片还是一个经济性更好的解决方案，并且能成功地 铣削硬度不超过 HRC54 的淬硬工具钢。 拥有范围很大的刀具使得 员工能有效地让刀具和机床及零件形状相匹配，在传统和高速加工 中心的粗加工应用均获得最大的金属切除率和生产率。 在很多场合， 通过使用较小直径的刀具，在金属切除率和生产率方面不损失很多 (如果存在的话)的前提下， 使用高进给粗加工刀具就能获得接近最终 形状的粗加工。 实际上，与其它常用的粗加工刀具相比，较小直径 的高进给粗加工刀具的金属切除率大大超过使用传统加工参数和方 法的较大直径刀具。使用较小直径的高进给刀具的另一个好处是较 小的刀具能更加接近零件的最终形状并减少精加工开始之前去除剩 余加工余量所需的再加工与编程次数。 使用较小直径的高进给刀具 的另一个好处是较小的刀具能更加接近零件的最终形状并减少精加 工开始之前去除剩余加工余量所需的再加工与编程次数。 总结 你如何知道是否对每个应用都做到了产出最大？为了使编程 员、操作人员优化应用并避免高代价的失误，了解机床能力和刀具 新技术并知道如何应用是重要的。通过使用高进给刀具并让这些刀 具与机床、零件形状、材料正确地配合，公司能显著节约实现粗加 工的时间成本。总之，金属切除得越多，高进给刀具获得的金属切 除率超出得越多，将保证多个方面的节约。- 42 -切削知识攻丝或螺纹铣削的选择 螺纹铣削和攻丝是加工孔的螺纹的两种方法。攻丝更普遍， 但螺纹铣削具有几项优势，它对于你的应用场合也许是很重要的。 大多数工厂知道，攻丝不是孔的螺纹加工的唯一选择。大 多数工厂至少也知道螺纹铣削的一些优势，但是螺纹铣的优势远不 止这些。例如，一把螺纹铣刀能解决某个范围的孔径的螺纹加工， 而不是仅能加工某一孔径规格。螺纹铣刀能使得螺纹更接近盲孔的 底部，而且能轻而易举地加工大螺纹孔。螺纹铣刀留有排屑的空间。 而且它不像丝锥， 螺纹铣刀能在一把刀具上组合各种形式的孔加工。 简而言之，螺纹铣刀能做大量的事情。 可是，多数工厂将继续使用丝锥来加工大多数的螺纹孔。 而且有这样做的充分理由。 攻丝是简单的。在许多方面，攻丝的要求低。攻丝能在很 多机床上进行，这些机床的转速较低，而且不具备螺旋插补的刀具 路径。 位于 Massachusetts 州 Northborough 市的 Emuge 公司是一家 丝锥和螺纹铣刀的供应商，它的技术总监 Alan Shepherd 的日常工作 就是和机械加工厂一起寻找他们所需的正确的螺纹加工工艺。要求 更苛刻的应用场合通常需要螺纹铣削，它解决了与螺纹加工相关的 各种挑战。他说，但是不能不重视丝锥的价值。 “如果你要加工的是低碳钢，有 20 个零件，每个零件上有 10 个孔，用攻丝就行了， ”他说。 “但是如果你有 150 个零件要加工， 或者你要加工的是难加工材料，这时也许是考虑螺纹铣削的时候 了}