[工学]3 加工中心的工具系统.doc

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1、3 加工中心工具系统3.1 概述1.数控刀具的分类数控机床加工时都必须采用数控刀具，数控刀具主要是指数控车床、数控铣床、加工中心等机床上所使用的刀具。数控刀具按不同的分类方式可分成几类。(1)按数控刀具的结构可分为：1)整体式 由整块材料磨制而成，使用时根据不同用途将切削部分修磨成所需要形状。2)镶嵌式 分为焊接式和机夹式。机夹式又可分为不转位和可转位两种。3)减振式 当刀具的工作臂长度与直径比大于4时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，所采用一种特殊结构的刀具，主要用于镗孔。4)内冷式 刀具的切削冷却液通过机床主轴或刀盘传递到刀体内部由喷孔喷射到切削刃部位。5)特殊形式 包括强力夹紧、可逆攻

2、丝、复合刀具等。目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具。(2) 根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具和其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。目前数控机床用的最多最普遍的是硬质合金刀具。(3) 从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%40%，金属切除量占总数的80%90%。镗刀（单刃、双刃）钻头（深、浅孔；内、外冷却；内、外）绞刀（单刃、多刃；深、浅孔；内、外冷

3、却）扩（ ）孔刀具复合（组合）孔加工刀具 数 控 刀 具面铣刀（刀片立装、平装）立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽立铣刀）角度铣刀（30、45、60）成形铣刀（曲面、组合面、螺纹）二面刃铣刀车刀（粗、精；内、外圆；端面；螺纹；成形；仿形）拉刀（内、外表面；平面；组合式成形）滚（挤）压刀具工具联接模块、接柄（HSK、TNG28、BT）铣刀（粗、精）孔加工刀具（粗、精）机夹可转位刀具单晶金刚石车刀聚晶金刚石车刀；镗刀；绞刀；铣刀（成形、平面、三面刃）聚晶立方氮化硼车刀；镗刀；绞刀；铣刀（成形、平面）陶瓷（氧化铝、氧化硅）车刀；铣刀（机夹可转位）金属陶瓷（钛基）车刀；铣刀（机夹可转位、整体立铣刀）CV

4、D；PCVD刀具（机夹硬质合金刀片；高速钢刀具）PVD刀具（机夹硬质合金、金属陶瓷刀片；整体硬质合金、高速钢刀具；复合孔加工刀具）超硬材料刀具镗刀；丝锥钻头（深、浅孔；内、外冷却；阶梯）立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽立铣刀）三面刃铣刀（整体、焊接）铰刀（单刃、多刃；深、浅孔；内、外冷却）复合（组合）孔加工刀具；挤压刀具；钻头（深、浅孔；内、外冷却；阶梯）立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽立铣刀）三面刃铣刀铰刀（单刃、多刃；深、浅孔；内、外冷却）丝锥；扳牙；滚（挤）压刀具复合（组合）孔加工刀具；挤压刀具；滚、插、剃齿轮刀具；拉削刀具硬质合金（含焊接）高速钢整体刀具2.发展工具系统的意义从现实情况

5、看，应从广义上来理解“数控机床刀具”的含义。随着数控机床结构、功能的发展，现在数控机床所使用的刀具，不是普通机床所采用的那样“一机一刀”的模式，而是多种不同类型的刀具按加工需要在同一台加工中心的主轴上轮换使用。又由于加工中心加工内容的多样性，其配备的刀具和装夹工具种类很多，并且要求刀具更换迅速。因此，刀辅具的标准化和系列化十分重要。把通用性较强的刀具和配套装夹工具系列化、标准化，就成为通常所说的工具系统。工具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。它除了刀具本身外，还包括实现刀具快换所必需的定位、夹紧、抓拿及刀具保护等机构。3.2 加工中心工具

6、系统3.2.1 概述采用工具系统进行加工，虽然工具成本较高，但它能保证加工质量，最大限度地提高加工质量和生产率，使加工中心的效能得到充分发挥。1.工具系统的分类目前数控机床采用的工具系统有车削类工具系统、镗铣类工具系统两类。镗铣类工具系统一般由工具柄部、刀具装夹部分及刀具组成。它们经组合后可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹等加工工艺。2.加工中心对工具系统的要求(1) 工具系统的高度安全性；(2) 工具系统优异的动平衡性；(3) 高的系统刚性；(4) 高的系统精度；(5) 高的互换性；(6) 高效性；(7) 高适应性。3.刀具选择原则刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床

7、的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。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，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 3.2.2 加工中心工具系统分类镗铣类工具系统分为整体式结构和模块式结构两大类。1.整体式结构 我国TSG工具系统就属于整体式结构的工具系统。它的特点是将锥柄和接杆连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床相连的柄部。其优点是结构简单，使用方便、可靠，更换迅速等。缺点是锥柄的品种和数量较多。图3-1所示是整体式工具系统组成，图3-2所示是TSG82工具系统，选用时一定要按图示进行配

8、置。表3-1是TSG82工具系统的代码和意义。图3-1 整体式工具系统组成图3-2 TSG82工具系统表3-1 TSG82工具系统的代码和意义代码代码的意义代码代码的意义代码代码的意义J装接长刀杆用锥柄KJ用于装扩、铰刀TF浮动镗刀Q弹簧夹头BS倍速夹头TK可调镗刀KH7:24锥柄快换夹头H倒锪端面刀X用于装铣削刀具Z（J）用于装钻夹头（莫氏锥度注J）T镗孔刀具XS装三面刃铣刀MW装无扁尾莫氏锥柄刀具TZ直角镗刀XM装面铣刀M装有扁尾莫氏锥柄刀具TQW倾斜式微调镗刀XDZ装直角端铣刀G攻螺纹夹头TQC倾斜式粗镗刀XD装端铣刀C切内槽工具TZC直角形粗镗刀注：用数字表示工具的规格，其含义随工具不

9、同而异。有些工具该数字为轮廓尺寸D-L；有些工具该数字表示应用范围。还有表示其他参数值的，如锥度号等。2.模块式结构模块式结构把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模块，每类模块中又分为若干小类和规格，然后用不同规格的中间模块组装成不同用途、不同规格的模块式刀具，这样就方便了制造、使用和保管，减少了工具的规格、品种和数量的储备，对加工中心较多的企业有很高的实用价值。目前，模块式工具系统已成为数控加工刀具发展的方向。国外有许多应用比较成熟和广泛的模块式工具系统。例如瑞士的山特维克（SANDVIK）公司有比较完善的模块式工具系统，在我国的许多企业得到了很好的应用。国内的T

10、MG10和TMG21工具系统就属于这一类。图3-3所示是模块式工具系统组成，图3-4所示为TMG工具系统的示意图。图3-3 模块式工具系统组成图3-4 TMG工具系统3.2.3 工具系统接口技术 刀具系统接口技术包括刀具机床接口技术与刀具刀柄接口技术。1.刀具机床接口技术 工具柄部是指工具系统与机床主轴连接的部分，是数控机床工具系统的重要组成部分之一，是加工中心必备的辅具。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。现在通常采用的是两面约束过定位夹持系统，该系统具有很

11、高的接触刚度和重复定位精度，夹紧可靠。该系统主要有1:10的短锥柄和7:24的长锥柄两种形式。虽然长锥柄可以与传统BT刀柄互换，并可方便安装于主轴锥孔锥度为7:24的机床上，而且连接刚度和精度都较高，但从切削速度日趋提高的高速加工的发展趋势来看，锥度为1:10的短锥柄的刀柄结构的发展前景更为广阔。目前，短锥柄的两面约束刀柄主要有HSK、KM、NT、BIG-PLUS等几种。 （1）HSK刀柄HSK刀柄的锥柄部分采用锥度为1:10 的中空短锥柄，其结构如图3-5所示。当刀柄与主轴连接时，依靠短锥刀柄在主轴锥孔内定心。 图3-5 HSK工具系统结构1.刀柄 2.拉杆 3.主轴 4.弹簧套当短锥刀柄与

12、主轴锥孔紧密接触时在端面间尚有0.1左右的间隙，在拉紧力作用下，利用中空刀柄的弹性变形补偿该间隙，以实现与主轴锥面和端面双面约束定位。此时，短刀柄与主轴锥孔间的过盈量约310m。由于中空刀柄具有较大的弹性变形，因此对刀柄的制造精度要求相对较低。此外， HSK刀具还具有这样一些特点：采取自内向外锁紧方式，静、动态刚度大，径向圆跳动精度及轴向定位精度高，高速旋转时无主轴孔扩张，换刀时间短，重复定位精度高，可进行内冷却，重量轻，并可同时适用旋转刀具及不旋转刀具。但其中空短锥柄结构亦会使系统刚度与强度受到影响。HSK刀柄有A、B、C、D、E等多种形式，其中HSK40A 、HSK40E 、HSK63E的

13、极限转速可达到4,200r/min 、55,000r/min 、32,500r/min 。 （2）KM系列由美国肯纳公司研究开发的KM(Kennametal )模块系统两面夹刀具系统，其结构如图3-6所示。它采用了三点定位方式，既可用于车床又可用于车削中心和加工中心。由于它结构独特，具有高速、高刚性、高精度的优点，正在被越来越多的机床厂家所采用。与HSK刀柄相比，KM刀柄与主轴锥孔间的过盈量高约25倍，如KM6350(相当于BT40)的过盈量为1025m，其实际应用中，KM6350和KM4032的转速分别达到36,000r/min和50,000r/min。HSK和KM两系统的刚度比较如图3-7

14、。 图3-6 KM刀具系统1.刀柄 2.拉杆 3.锁紧钢球 4.锁闭杆图3-7 HSK和KM两系统的刚度比较（3）BIG-PLUS刀具系列BIG-PLUS刀具系统采用7:24 锥度，其结构设计可保证刀柄主轴与主轴端面的间隙约0.2 左右，锁紧时可利用主轴内孔的弹性膨胀对该间隙进行补偿，以确保刀柄与主轴端面贴紧。两面约束夹持系统弥补了传统工具系统的许多不足，代表了刀具机床接口技术的主流方向，必将得到越来越广泛的应用。目前，国外已研发了多种结构形式的两面约束夹持系统，由于该系统具有重复定位精度高、动静刚度高等一系列优点，可满足高速加工的要求。2.刀具刀柄接口技术刀柄对刀具的夹持力的大小和夹持精度的

15、高低，在高速切削中具有十分重要的位置。如果刀柄对刀具夹持不牢固，轻则降低加工精度，重则导致刀具及工件损坏，甚至引发安全事故。提高刀具系统夹持精度，就必须设法使刀具得到精密可靠定位，确保足够夹持力，就必须严格控制和提高刀具系统配合精度、加大夹持长度、优化结构设计及合理选材。目前，适宜高速切削加工的刀具夹头主要有以下几种：（1）热缩夹头 利用刀柄装刀孔热胀冷缩使刀具可靠夹紧。它是一种无夹紧元件的夹头，结构简单对称、夹紧力大。（2）高精度弹簧夹头 由日本大昭和精机株式会社生产的高精度弹簧夹头，采用锥角12锥套，所有夹头都经平衡修整，以适应高速加工的要求。目前，这种夹头的转速可达30,00040,00

16、0r/min。（3）高精度液压夹头 BlG-PLUS刀具系统的高精度液压夹头采用两点夹持的一体型构造，具有很高的夹持力和夹持精度，且减小了夹头质量。（4）高精度静压膨胀式夹头 由德国雄克公司生产的高精度静压膨胀式夹头，通过拧紧加压螺栓提高油腔内的油压，使油腔内壁均匀对称的向轴线方向膨胀，以夹紧刀具。该夹头夹持精度极高，其径向跳动小于3m。（5）三棱变形夹头 该夹头利用夹头本身的变形力夹紧刀具，其自由状态为三棱形，装夹刀具时，利用液力作用使夹头内孔变为圆形，撤消外力后，内孔重新收缩为三棱形，以实现对刀具三点夹紧。该夹头具有结构紧凑、定位精度高(可达3m以下)且对称、刀具装夹简单等恃点。（6）新颖

17、结构夹头 由Sandvik 公司新推出的Coro Grip夹头，借助液压装置推动锥套，在3D处测量，其径向跳动可达26m，这种夹头夹紧更为可靠，其刚性高于液压夹头，装夹时间短于热缩夹头。ISCAR公司推出的圆柱柄新型装夹方式，不仅保证端面接触，而且能在半个圆周面上形成夹紧力，提高了夹持刚性。 3.各种常见刀柄及其用途（1）ER弹簧夹头刀柄 如图3-8a所示，它采用ER型卡簧、夹紧力不大，适用于夹持直径在16以下的铣刀。ER型卡簧如图3-8b所示。图3-8 各类刀柄及夹头（2）强力夹头刀柄 其外形与ER弹簧夹头刀柄相似，但采用KM型卡簧，可以提供较大夹紧力，适用于夹持16以上直径的铣刀进行强力铣

18、削。KM型卡簧如图3-8c所示。（3）莫氏锥度刀柄 如图3-8d所示，它适用于莫氏锥度刀杆的钻头、铣刀等。（4）侧固式刀柄 如图3-8e所示，它采用侧向夹紧，适用于切削力大的加工，但一种尺寸的刀具需对应配备一种刀柄，规格较多。（5）面铣刀刀柄 如图3-8f所示，与面铣刀刀盘配套使用。（6）钻夹头刀柄 如图3-8g个所示，它有整体式和分离式两种，用于装夹直径在13以下的中心钻、直柄麻花钻等。（7）锥夹头刀柄 如图3-8h和所示，适用于自动攻丝时装夹丝锥，一般具有切削力限制功能。（8）镗刀刀柄 如图3-8i所示，适用于各种尺寸孔的镗削加工，有单刃、双刃及重切削等类型，在孔加工刀具中占有较大的比重，

19、是孔精加工的主要手段，其性能要求也很高。（9）增速刀柄 如图3-8j所示，当加工所需的转速超过了机床主轴的最高转速时，可以采用这种刀柄将刀具转速增大45倍，扩大机床的加工范围。（10）中心冷却刀柄 如图3-8k所示，为了改善切削液的冷却效果，特别是在孔加工时，采用这种刀柄可以将切削液从刀具中心喷入到切削区域，极大地提高了冷却效果，并有利于排屑。使用这种刀柄，要求机床具有相应的功能。高速加工对刀具的动平衡技术提出了很高的要求。一般情况下，铣刀刀柄弹簧夹头可通过平衡修整来达到动平衡。如日本NT公司推出的高平衡等级热缩夹头(SK3、SK46)的适用转速可达70,000r/min , SR1020可达

20、50,000r/min 。对于带微调机构的精镗头，为了平衡调节加工直径时重心的改变，日本大昭和精机株式会社推出了一种可进行自动平衡补偿的镗头EWB ，用于加工孔径为32105和242的高速精镗头EWB32105和EWB250 ，其极限切削速度可达20，000r/min。 3.3 加工中心用刀具3.3.1 加工中心对刀具的基本要求1.高刚度、高强度 为提高生产效率，往往采用高速、大切削用量的加工，因此加工中心采用的刀具应具有能承受高速切削和强力切削所必须的高刚度、高强度。2.高耐用度 加工中心可以长时间连续自动加工，但若刀具不耐用而使磨损加快，轻则影响工件的表面质量与加工精度，增加换刀引起的调刀

21、与对刀次数，降低效率，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，重则因刀具破损而发生严重的机床乃至人身事故。除上述两点之外，与普通切削一样，加工中心刀具的切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，积屑瘤等弊端在数控铣削中也是十分忌讳的。3.刀具精度 随着对零件的精度要求越来越高，对加工中心刀具的形状精度和尺寸精度的要求也在不断提高，如刀柄、刀体和刀片必须具有很高的精度才能满足高精度加工的要求。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高、精度高的加工中心刀具，是充分发挥加工中心的生产效率和获得满意加工质量的前提。3.3.2 加工中心刀具的材料1.高

22、速钢 （High Speed Steel）高速钢大体上可分为W系和MO系两大类。其主要特征有：合金元素含量多且结晶颗粒比其它工具钢细，淬火温度极高（1200）而淬透性极好，可使刀具整体的硬度一致。回火时有明显的二次硬化现象，甚至比淬火硬度更高且耐回火软化性较高，在600仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好，且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。目前国内外应用WMO、WMOAI、WMOCO为主，其中WMOAI是我国所特有的品种。2.硬质合金 （Cemented Carbide）硬质合金是将钨钴类WC，钨钛钴类WC-TiC ，钨钛钽（铌）钴类WCTiC-TaC等硬质碳化

23、物以Co为结合剂烧结而成的物质，其主体为WC- Co系。按ISO标准，主要以硬质合金的硬度，抗弯强度等指标为依据，将硬质合金刀片材料分为P、M、K三大类，大致如下：a. WC+Co：K类、YG类；b. WC+TiC+Co：P类、YT类；c. WC+TiC+TaC+Co：M类、YW类。K类适于加工切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料。主要成分为碳化钨和3%10%的钴。P类适于加工长切屑的黑色金属。主要成分为碳化钛、碳化钨和钴（或镍），有时还加入碳化钽等添加剂。M类适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属。成分和性能介于 K 类和 P 类之间，可用来加工钢和铸铁。以上为一般切削工具所用硬质合金的

24、大致分类。在国际标准（ISO）中通常又分别在K、P、M三种代号之后附加01、05、10、20、30、40、50等数字进行更进一步的细分。一般来讲，数字越小者，硬度越高但韧性越低；而数字越大则韧性越高但硬度越低。涂层硬质合金刀片是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有既硬又不易破损的性能。英文称其为Coated Tool。3.陶瓷（Ceramics)从20世纪30年代人们就开始研究以陶瓷作为切削工具了。陶瓷刀具基本上由两大类组成，一类为氧化铝类（白色陶瓷），另一类为TiC添加类（黑色陶瓷），另外还有以为主体的陶瓷刀具。 陶瓷材料具有高硬度、高温强度好（约

25、2000C下亦不会熔融）的特性，化学稳定性亦很好，但韧性很低。对此，最近热等静压技术的普及对改善结晶的均匀细密性、提高陶瓷的各向性能均衡乃至提高韧性都起到了很大的作用，作为切削工具用的陶瓷抗弯强度已经提高到900MPa以上。一般来说，陶瓷刀具相对于硬质合金和高速钢来说仍是极脆的材料，因此，多用于高速连续切削中，例如铸铁的高速加工。另外，陶瓷的热导率相对于硬质合金来说非常低，是现有工具材料中最低的一种，故在切削加工中容易积蓄加工热，且对于热冲击的变化较难承受。所以，加工中陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度较高。陶瓷刀具因其材质的化学稳定性好、硬度高，在耐热合金等难加工材料的加工中有

26、广泛的应用。金属切削加工所用刀具的研究开发，总是在不断地追求硬度，从而自然遇到了韧性间题。金属陶瓷就是为了解决陶瓷刀具的脆性大而出现的，其成分以TiC（陶瓷）为基体，Ni、Mo（金属）为结合剂，故取名为金属陶瓷。金属陶瓷刀具的最大优点是与被加工材料的亲和性极低，故不易产生粘刀和积屑瘤现象，使加工表面非常光洁平整，是良好的精加工刀具材料。但由于韧性差，大大限制了它的应用范围。如今人们通过添加WC、TaC、TiN、TaN等异种碳化物，使其抗弯强度达到了硬质合金的水平，因而得到广泛的应用。而日本黛杰公司生产的CX系列金属陶瓷，可以适应各种切削状态的加工要求。4.立方氮化硼（CBN）立方氮化硼是靠超高

27、压、高温技术人工合成的新型刀具材料，其结构与金刚石相似，此种工具材料由美国 GE 公司研制开发。它的硬度略低于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，并且与铁族元素亲和力小，不易产生“积屑瘤”。CBN粒子硬度高达4500HV，热导率高，在大气中加热至1300仍保持性能稳定，且与铁的反应性很低，是迄今为止能够加工铁族金属和钢铁材料最硬的刀具材料。它的出现使无法进行正常切削加工的淬火钢、耐热钢的高速切削变成了可能。淬火硬度高达6070HRC, 适合于YWZ高温合金、不锈钢、高锰钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工。3.3.3 加工中心刀具的特点为适应数控加工精度高、效率高、工

28、序集中及零件装夹次数少等要求，加工中心对所使用的刀具有许多性能上的要求，具体如下：1.具有很高的切削效率由于使用的机床价格昂贵，希望提高加工效率。机床向高速、高刚度、和大功率发展，加工中心的主轴转速一般都在15000 20000r/min还有40000 r/min和60000 r/min的。预测硬质合金刀具的切削速度将由200300m/min提高到500600m/min，陶瓷刀具的切削速度将提高到8001000m/min。因此，现在刀具必须具有能承受高速切削和强力切削的性能。2.数控刀具有很高的精度和重复定位精度现在精密加工中心，加工精度可以达到35m,因此，刀具的精度、刚度和重复定位精度必须

29、和这样高的加工精度相适应。另外，刀具的刀柄与快换夹头之间或与机床锥孔间的连接部分有高的制造、定位精度。所加工的零件日益复杂和精密，这就要求刀具必须具备较高的形状精度。3.要求刀具有很高的可靠性和耐用度在数控机床上为了保证产品质量，对刀具实行强迫换刀制或由数控系统对刀具寿命进行管理，所以，刀具工作的可靠性已上升为选择刀具的关键指标。加工中心上所用的刀具为满足数控加工及对难加工材料加工的要求，刀具材料应具有高的切削性能和耐用度。4.实现刀具尺寸的预调和快速换刀刀具结构应能预调尺寸，以能达到很高的重复定位精度。5.具有一个比较完善的工具系统模块式工具系统能更好地适应多品种零件的生产，且有利于工具的生

30、产、使用和管理，能有效地减少使用厂的工具储备。配备完善的、先进的工具系统是用好数控机床的重要一环。6.建立刀具管理系统在加工中心和柔性制造系统出现后，刀具管理相当复杂。刀具数量大，要对全部刀具进行自动识别、记忆其规格尺寸、存放位置、已切削时间和剩余切削时间等。还需要管理刀具的更换、运送，刀具的刃磨和尺寸预调等。7.应有刀具在线监控及尺寸补偿系统，解决刀具损坏时能及时判断、识别并补偿，防止工件出现废品和意外事故。3.4 铣削类可转位刀片3.4.1 可转位刀片概述1.可转位刀片的定义可转位刀片是指用粉末冶金工艺，将一种或一种以上碳化物、氧化物、氮化物和金属粉末材料，按一定比例混合制成的用于金属切削

31、的刀片。2.可转位刀具的分类可转位刀具是指一切用机械夹固方法将可转位刀片夹紧在刀体上而使用的刀具。包括可转位车刀、可转位铣刀、可转位孔加工刀具、A型刀夹（又称小刀夹）等。3.可转位刀片的型号表示ISO标准和我国标准规定了可转位刀片型号的含义。如表3-2 所示为国内外主要生产的涂层硬质合金可转位刀片牌号。可转位刀片的型号，共用10个号位的内容来表示主要参数的特征。按照规定，任何一个型号刀片都必须用前七个号位，后三个号位在必要时才使用。其中，第一位字母，表示可转位刀片的形状；第二位字母，表示可转位刀片的后角；第三位字母，表示可转位刀片的精度等级；第四位字母，表示可转位刀片的前刃面及中心孔型；第五、

32、六位数字，表示可转位刀片刃口长度的整数值；第七、八位数字，表示可转位刀片的厚度；第九、十位为数字时，表示可转位刀片刀尖圆弧半径；第九、十位为字母时，分别表示可转位刀片主偏角及修光刃后角，例如CNMG120412。 表3-2 国内外主要生产的涂层硬质合金可转位刀片牌号表国家制 造厂 商基 体 材 料涂 层 刀 片牌 号ISO代号牌 号涂层材料近 似ISO代 号中国株洲合 金厂CN15CN15TiC+Ti(C、N)TiNP05P10/M10M20/K05K10CN25CN25P15P30/M10M20/K10K20CN35CN35P25P40/M10M20/K20K30美国卡波洛依系统P350P1

33、0P15514TiCP01P10370P20P35516TiCP10P30/M10M20390P40P50518TiCP20P45/M20M30883K10K30523TiCK05K20/M05M20肯纳金属公司特殊P25KC810Ti(C、N)P10P35/M10M30/K20特殊P20KC210Ti(C、N)K05K30英国卡塔尼特公司CR30P30Plus1TiCP20P40CN20K20Plus2TiCK01K20德国维 迪阿 厂TT15P15E115TiCP01P15TT25P25E125TiCP10P25AT15M15E215TiCK01K20赫尔特公司P25TiCP10P30/M

34、20M30P35TiCP20P40/M20M40FS2TiC+TiNP10P40/M20M30瑞典赛可厂S4P30Secotic-PTiCP10P30/M10M20S5P40Secotic-TPTicP20P40/M20M30H20K20Secotic-KTicM10M20/K05K20山特维克公司可 洛满 厂S4P30GC125TiCP10P30S6P40GC135TiCP20P40H20K20GC315TiCK10K20特殊GC1025TiCP10P35特殊GC015TiC+Al2O3P10P40/M10M20/K10K20日本住 友电 气特殊PC-CG10TiC- CoK05K20ST3

35、0EP30PC-CS30TiC-CoP10P30三菱金 属S01TiCP10S12TiCP20S23TiCP30H12TiCK10东 芝坦葛洛 依TX25P25TTC1TiCP10P20G2K20TTC2TiCK05K10T525TiC-TiN3.4.2 可转位铣刀的应用可转位铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。目前已广泛应用于各行业的高效、高精度铣削加工，其种类已基本覆盖了现有的全部铣刀类型。由于可转位铣刀结构各异、规格繁多，选用时有一定难度，而可转位铣刀的正确选择和合理使用是充分发挥其效能的关键。1.可转位铣刀的类型 (1)可转位面铣刀 主要有平面粗铣刀、平面精铣刀、平面粗精复合

36、铣刀三种。(2)可转位立铣刀 主要有立铣刀、孔槽铣刀、球头立铣刀、R立铣刀、T型槽铣刀、倒角铣刀、螺旋立铣刀、套式螺旋立铣刀等。 (3)可转位槽铣刀 主要有三面刃铣刀、两面刃铣刀、精切槽铣刀。 (4)可转位专用铣刀 用于加工某些特定零件，其型式和尺寸取决于所用机床和零件的加工要求。此类铣刀种类较多，如加工电机转子槽的可转位转子槽铣刀，加工曲轴的可转位曲轴铣刀(外铣刀、内铣刀、车拉刀)，加工路道岔的可转位锰叉道岔铣刀，加工螺杆的可转位螺杆铣刀，加工叶轮的可转位叶轮铣刀，加工火车车轮的可转位轮缘铣刀等。 (5)可转位组合铣刀 由两个或多个铣刀组装而成，可一次加工出形状复杂的一个成形面或几个面。 2

37、.可转位铣刀的结构 由于可转位铣刀的刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式，刀片定位元件的结构又有不同类型，因此可转位铣刀的结构形式有多种，分类方法也较多。但对用户选择刀具结构类型起主要作用的是刀片排列方式，排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。 (1)平装结构(刀片径向排列) 国外以SANDVIK公司的产品为代表，国内大多数工具厂生产的可转位铣刀均采用此种结构型式(见图3-9)。平装结构铣刀的刀体结构工艺性好，容易加工，并可采用无孔刀片(刀片价格较低，可重磨)。由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，容屑空间较小，且切削力方向的硬质合金截面较小，故平装结构的铣刀一般用于轻型和中量型的铣削加工。图3

38、-9刀片径向排列(2)立装结构(刀片切向排列) 国外以INGERSOLL公司的产品为代表，国内哈工英格索尔数控刀具厂、陕西航空硬质合金工具厂均生产此种结构型式的铣刀(见图3-10)。立装结构的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上，结构简单，转位方便。虽然刀具零件较少，但刀体的加工难度较大，一般需用五坐标加工中心进行加工。由于刀片采用切削力夹紧，夹紧力随切削力的增大而增大，因此可省去夹紧元件，增大容屑空间。由于刀片切向安装，在切削力方向的硬质合金截面较大，因而可进行大切深、大走刀量切削，这种铣刀适用于重型和中型的铣削加工。图3-10刀片切向排列3.可转位铣刀的角度选择可转位铣刀的角度有前角、后角、主偏角

39、、副偏角、刃倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。各种角度中最主要的是主偏角和前角(制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明)。 (1)主偏角Kr 主偏角为切削刃与切削平面的夹角。可转位铣刀的主偏角有90、88、75、70、60、45等几种。 主偏角对径向切削力和切削深度影响很大。径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能。铣刀的主偏角越小，其径向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也随之减小(见图3-11)。 图3-11 主偏角对径向切削力和切深的影响1）90主偏角在铣削带凸肩的平面时选用，一般不用于纯平面加工。该类刀具通用性好，在单件、小批量加工中选用。由于

40、该类刀具的径向切削力等于切削力，进给抗力大，易振动，因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。在加工带凸肩的平面时，也可选用88主偏角的铣刀，较之90主偏角铣刀，其切削性能有一定改善。 2）6075主偏角适用于平面铣削的粗加工。由于径向切削力明显减小(特别是60时)，其抗振性有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。75主偏角铣刀为通用型刀具，适用范围较广；60主偏角铣刀主要用于镗铣床、加工中心上的粗铣和半精铣加工。3）45主偏角此类铣刀的径向切削力大幅度减小，约等于轴向切削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。用该类刀具加工平面时，刀片

41、破损率低，耐用度高；在加工铸铁件时，工件边缘不易产生崩刃。(2)前角 铣刀的前角可分解为径向前角和轴向前角，径向前角主要影响切削功率；轴向前角则影响切屑的形成和轴向力的方向，当为正值时切屑即飞离加工面。径向前角和轴向前角正负的判别见图3-12。 图3-12 径向前角和轴向前角正负的判别常用的前角组合形式如下：1）双负前角 双负前角的铣刀通常均采用方形(或长方形)无后角的刀片，刀具切削刃多(一般为8个)，且强度高、抗冲击性好，适用于铸钢、铸铁的粗加工。由于切屑收缩比大，需要较大的切削力，因此要求机床具有较大功率和较高刚性。由于轴向前角为负值，切屑不能自动流出，当切削韧性材料时易出现积屑瘤和刀具振

42、动。 凡能采用双负前角刀具加工时建议优先选用双负前角铣刀，以便充分利用和节省刀片。当采用双正前角铣刀产生崩刃(即冲击载荷大)时，在机床允许的条件下亦应优先选用双负前角铣刀。 2）双正前角 双正前角铣刀采用有带后角的刀片，这种铣刀楔角小，具有锋利的切削刃。由于切屑收缩比小，所耗切削功率较小，切屑成螺旋状排出，不易形成积屑瘤。这种铣刀最宜用于软材料和不锈钢、耐热钢等材料的切削加工。对于刚性差(如主轴悬伸较长的镗铣床)、功率小的机床和加工焊接结构件时，也应优先选用双正前角铣刀。3）正负前角(轴向正前角、径向负前角) 这种铣刀综合了双正前角和双负前角铣刀的优点，轴向正前角有利于切屑的形成和排出；径向负

43、前角可提高刀刃强度，改善抗冲击性能。此种铣刀切削平稳，排屑顺利，金属切除率高，适用于大余量铣削加工。 4.可转位铣刀的齿数(齿距) 铣刀齿数多，可提高生产效率，但受容屑空间、刀齿强度、机床功率及刚性等的限制，不同直径的可转位铣刀的齿数均有相应规定。为满足不同用户的需要，同一直径的可转位铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型。 (1)粗齿铣刀适用于普通机床大余量粗加工和软材料或切削宽度较大的铣削加工；当机床功率较小时，为使切削稳定，也常选用粗齿铣刀。(2)中齿铣刀系通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性。 (3)密齿铣刀主要用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。在专业化生

44、产(如流水线加工)中，为充分利用设备功率和满足生产节奏要求，也常选用密齿铣刀(此时多为专用非标铣刀)。为防止工艺系统出现共振，使切削平稳，还开发出一种不等分齿距铣刀。如英格索尔公司的MAX-I系列、瓦尔特公司的NOVEX系列铣刀均采用了不等分齿距技术。在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。5.可转位铣刀的直径 可转位铣刀直径的选用视产品及生产批量的不同差异较大，刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。 (1)平面铣刀 选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。平面铣刀直径可按D1.5d（d为主轴直径)选取。

45、在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。(2)立铣刀 立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度(60m/min)。(3)槽铣刀 槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择，并保证其切削功率在机床允许的功率范围之内。6.可转位铣刀的最大切削深度不同系列的可转位面铣刀有不同的最大切削深度。最大切削深度越大的刀具所用刀片的尺寸越大，价格也越高，因此从节约费用、降低成本的角度考虑，选择刀具时一般应按加工的最大余量和刀具的最大切削深度选择合适的规格。当然还需要考虑机床的额定

46、功率和刚性应能满足刀具使用于最大切削深度时的需要。7.刀片牌号的选择合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能。由于各厂生产的同类用途硬质合金的成份及性能各不相同，硬质合金牌号的表示方法也不同，为方便用户，国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：P类、M类和K类。根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中数字越大，其耐磨性越低、韧性越高。 (1)P类合金(包括金属陶瓷) 用于加工产生长切屑的金属材料，如钢、铸钢、可锻铸铁、不锈钢、耐热钢等。 (2)M类合金 用于加工产生长切屑和短切屑的黑色金属或有色金属，如钢、铸钢、奥氏体不锈钢、耐热钢、可锻铸铁、合金铸铁等。(3)K类合金 用于加工产生短切屑的黑色金属、有色