刀具材質(zhì)&鍍層

目前使用的各種刀具材料，均有其特性以適應(yīng)不同加工的要求。一般刀具材料必備的性能有低摩擦系數(shù)、高精度、良好的導(dǎo)熱性、充分的韌性與抗沖擊性等。

傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床常見的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金，而一些特殊場(chǎng)合如高速切削、干切削、難加工材料切削、以車代磨等情況就要求使用超硬類材料，包括陶瓷、CBN、PCBN、金剛石等。這些超硬類材料價(jià)格相對(duì)較高，且切削過程與參數(shù)不易掌握，對(duì)機(jī)床剛性都有一定要求，常規(guī)加工應(yīng)用不多。

超硬類材料刀具

刀具表面鍍層則是提高刀具性能的重要方法之一，近年來應(yīng)用廣泛。有鍍層的刀具壽命是沒有鍍層刀具的十倍，常見的鍍層有氮化鈦TIN、氮碳化鈦TICN、氧化鋁等。下圖顯示高速鋼、硬質(zhì)合金使用后切削速度縮短了百倍，而鍍層刀具的使用又縮短了四倍加工時(shí)間。

小結(jié)：刀具材料一般優(yōu)先選擇硬質(zhì)合金，有可能的話盡量選擇鍍層刀片。對(duì)于可能涉及自行修磨的刀具，主要選擇高速鋼材料。而一些特殊情況下可考慮超硬類材料，但最好先進(jìn)行工藝試驗(yàn)。最后，小編建議盡量固定使用同一品牌刀具，有利于工廠掌握刀具特性、充分發(fā)揮刀具性能。

刀具分類

常用的數(shù)控刀具按形狀分為端銑刀、圓鼻刀和球刀三種。每種刀具都有其特定的作用。

CNC加工中心的端銑刀也稱為平底刀，周圍有主切削刃，底部為副切削刃。端銑刀的外緣以及底面都有銑齒以構(gòu)成切刃，所以可以用來銑削工件的垂直面。端銑刀的刀形變化十分復(fù)雜，適用于各類加工如銑平面、溝槽、輪廓面等，可以說是被應(yīng)用最廣泛的一種銑刀。

下圖所框區(qū)域有一尖點(diǎn)，一旦此點(diǎn)崩壞、那么銑刀壽命也隨之完結(jié)，所以端銑刀的壽命并不穩(wěn)定。

在銑削2D形狀的工件時(shí)，由于與工件接觸的區(qū)域?yàn)橥饩壟c底面，所以不論是刀間距或是切削深度都可以使用極有效率的數(shù)值。但切削3D工件的模具時(shí)，與工件接觸的區(qū)域幾乎都是靠近尖點(diǎn)的部位，因此必須減少刀間距或是切削深度，由此加工效率降低。

總之，端銑刀適用于2D形狀的工件，但不適用3D形狀的工件。下圖為端銑刀的實(shí)際加工范例。

端銑刀實(shí)際加工范例

底部刀刃為球形狀的刀刃為球刀，也稱R刀。與端銑刀相反，球刀是銑削3D工件時(shí)必不可少的刀具。由于球刀底部沒有像端銑刀一樣的尖點(diǎn)，而是帶有R角的刀刃，所以球刀的刀刃更為穩(wěn)定、不易崩壞。

在模具加工中，球刀多用于銑削3D模具，尤其是在精加工以及清角加工時(shí)。但球形刀與工件接觸面積小，無法加大間距，因此不適用于銑削較為平坦的區(qū)域。下圖為球形刀的實(shí)際加工范例。

球形刀實(shí)際加工范例

CNC加工中心圓鼻刀也叫平底R(shí)刀，可用于開粗、平面光刀和曲面外形光刀。相比端銑刀和球形刀，圓鼻刀結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，有更佳的工作效率。圓鼻刀的水平刀間距可以比球刀更大，在精加工時(shí)有著與球刀一樣的優(yōu)點(diǎn)。因此不論是粗加工還是精加工，圓鼻刀都是不錯(cuò)的選擇。

如果工件較大、曲面變化較小，狹小凹陷區(qū)域較小、相對(duì)平緩區(qū)域較多，則最好用圓鼻刀加工，然后使用二次開粗方式查找需要后續(xù)加工的區(qū)域。但面對(duì)一些凹陷區(qū)域，圓鼻刀存在著刀刃盲區(qū)，會(huì)發(fā)現(xiàn)“頂刃”現(xiàn)象。下圖為圓鼻刀的實(shí)際加工范例。

圓鼻刀實(shí)際加工范例

常見問題與解決

在實(shí)際操作過程中，總會(huì)有各種各樣的毛病。下文為大家梳理了一些常見的問題與解決思路。相信隨著這些問題的解決，機(jī)床的加工效率會(huì)更上一層樓。

隨著越來越多難加工材料的應(yīng)用，震動(dòng)成了提高加工效率的障礙之一。震動(dòng)的產(chǎn)生直接影響了加工精度和表面粗糙程度，使刀具磨損加快、嚴(yán)重影響刀具壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使切削工作無法繼續(xù)進(jìn)行。

刀具振動(dòng)需要同時(shí)存在的三個(gè)條件，包括刀具在內(nèi)的工藝系統(tǒng)剛性不足，導(dǎo)致固有頻率低；切削時(shí)產(chǎn)生一個(gè)足夠大的外激力；外激力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相同隨即產(chǎn)生共振。

解決刀具震動(dòng)的思路也分三部分，第一是減小切削力至最小。降低切削力的方法，可以用盡可能小的刀尖圓弧。增大刀具的前角。用磨制刀片替代壓制刀片。減小切深、轉(zhuǎn)速和提高進(jìn)給。對(duì)于細(xì)長軸用90度的主偏角。對(duì)于細(xì)長桿的銑刀用圓刀片最有利于消振。

第二是盡量增強(qiáng)刀具系統(tǒng)或者夾具與工件的靜態(tài)剛性；第三則是在刀桿內(nèi)部再制造一個(gè)振動(dòng)去打亂外激切削力的振頻，從而消除刀具振動(dòng)。

在加工過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)前后刀面磨損過快的情況。其中，根據(jù)不同的刀面損壞情況，應(yīng)有不同的應(yīng)對(duì)方式。

情景一：后刀面磨損過快導(dǎo)致加工表面粗糙和加工尺寸差

此情景的原因包括切削速度過高，或者刀片耐磨性太差。解決方法包括改進(jìn)方法降低切削速度，同時(shí)逐步加大走刀量，采用更耐磨的刀片材料或涂層，盡量采用順銑而非逆銑的方法。

情景二：刻痕磨損

刀片溝槽磨后，可能損導(dǎo)致表面粗糙和崩刃。其原因包括進(jìn)給量太?。汇娤鞑牧嫌屑庸び不瘍A向；工件表面有氧化皮等等。面對(duì)此種情況，需要經(jīng)常用指甲檢查刀片的溝槽磨損。

情景三：銑削不銹鋼和耐熱合金時(shí)產(chǎn)生積屑瘤

銑削粘刀也叫積屑瘤， 它使加工表面粗糙起毛刺。積屑瘤脫落會(huì)導(dǎo)致刀片前刀面脫落、刀片刃口崩碎， 耐熱合金類工件的二次擠屑則會(huì)導(dǎo)致刃口快速崩碎。而發(fā)生此類情形的原因，無外乎刃口鈍化，負(fù)前角，切削速度低，切屑厚度過薄， 切屑排除不暢幾種。

解決積屑瘤的方法，大體按“六步走”。第一步，對(duì)于不銹鋼和鋁合金可以提高切削速度；第二步，采用物理涂層的刀片或者非涂層刀片；第三步，逐步加大走刀量致最佳切屑厚度；第四步，準(zhǔn)備充足的高壓冷卻液或空氣防止二次切屑；第五步，采用順銑而非逆銑；第六步，對(duì)于耐熱合金鈦合金和沉淀硬化不銹鋼可以低速采用純礦物油沖刷切削區(qū)域。

情景四：刃口崩碎或打刀

發(fā)生此類刃口崩碎的原因較多。刀片材料太硬、刀片槽型過于薄弱、采用的切削速度過低都可能擠碎刃口，導(dǎo)致工件材質(zhì)不均或者有斷續(xù)切削。

針對(duì)這種情況，首先應(yīng)當(dāng)檢查刀墊是否破碎，刀片螺釘是否變形需要更換；其次應(yīng)當(dāng)排除振動(dòng)的因素，采用韌性更好的刀片材料，換刃口強(qiáng)壯的刀片；最后，提高切削速度以排除刃口被擠碎的可能。

順銑和逆銑 Down and Up milling

在上述刀面磨損的情境中，逆銑改為順銑可以解決部分問題。但實(shí)際操作中，順銑和逆銑有著有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。順銑的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在銑削摩擦熱少、刀片擠壓變形小、刀片壽命長；逆銑的優(yōu)勢(shì)有刀體受銑削力沖擊小、有利于減少工作臺(tái)絲杠間隙竄動(dòng)等。

順銑和逆銑的優(yōu)點(diǎn)

按照慣例，應(yīng)根據(jù)工件尺寸特別是工件銑削寬度來選擇銑刀直徑；但是對(duì)于某個(gè)給定的面銑刀，它的最佳銑削寬度是銑刀標(biāo)稱直徑的70-80%。

用一組圖來看看銑刀最適宜的尺寸、位置和加工方法吧！

圖文來源：魯班園

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