CNC加工中常用刀具的知识与选择

CNC加工仍属于金属切削的范畴，但有其自身的特点。这主要是作为一种高度自动化、长时间运行的连续加工过程来实现的，其中工具设置时间比传统加工更复杂、更耗时。所以在选择工具时有很多问题值得考虑。本文介绍CNC常用刀具的相关知识。我认为好的工具是提高CNC加工效率的第一步。

模具材料和涂层

当今使用的各种刀具材料具有适合不同加工要求的特性。普通工具材料所需的性能包括低摩擦系数、高精度、良好的导热性、足够的韧性和抗冲击性。

常规数控机床常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。但在高速切削、干切削、切削难加工材料、以车代磨等特殊情况下，则需要使用陶瓷、CBN、PCBN、金刚石等超硬材料。这些超硬材料价格相对较高，切削工艺和参数不易学习，对机床的刚性有一定的要求，因此在常规加工中应用并不广泛。

硬质合金材料工具

刀具表面涂层是提高刀具性能的重要方法之一，近年来得到广泛应用。涂层刀具寿命比未涂层刀具长 10 倍。常见的涂层包括氮化钛TIN、碳化钛氮化物TICN和氧化铝。下图显示，高速钢和硬质合金的切削速度降低了 100 倍，而使用涂层刀具则加工时间降低了 4 倍。

工具分类

常用的数控刀具按形状分为立铣刀、圆头铣刀和球头铣刀三种。每个工具都有特定的作用。

立铣刀

CNC加工中心立铣刀，也称为平底铣刀，由主切削刃包围，底部为副切削刃。立铣刀的外刃和底部都有铣齿，形成切削刃，工件的垂直面可用铣床铣削。立铣刀的形状变化非常复杂，适用于铣削、凹槽和异形表面等各种加工。可以说是应用最广泛的铣刀。

在铣削 2D 形状的工件时，可以使用非常有效的刀距和切削深度值，因为与工件接触的部分是外边缘和底部。但是，在为 3D 工件切割模具时，与工件的接触区域几乎总是一个尖点。因此，必须减小刀具间的距离和切深，从而降低加工效率。

换句话说，立铣刀适用于2D形状的工件，但不适用于3D形状的工件。

球刀

球刀，也称为R刀，具有球形底边。与立铣刀相比，球头铣刀是铣削 3D 工件的必备工具。球刀的底部没有立铣刀那样锋利的刀尖，并且有一个R角的刀片，所以球刀的刀片更稳定，不容易被压碎。

在模具加工中，球刀主要用于3D模具铣床，尤其是精加工和边角清理。但球面铣刀与工件的接触面积小，不能延长距离，因此不适用于相对平坦区域的铣床。

圆鼻刀

CNC加工中心圆鼻刀又称平底R刀，可用于粗加工、平面光面刀和曲线轮廓光面刀。与立铣刀和球面铣刀相比，圆头铣刀结合了两个优点，具有更好的工作效率。圆头刀的横刀间距可以比球刀大，在精加工时具有与球刀相同的优势。因此圆头刀适用于粗加工和精加工。

具有较小表面变化的大型工件、狭窄凹槽的小区域和较大的相对平坦区域最好用圆刀处理。然后使用二次粗加工方法来寻找需要进一步加工的区域。但圆头刀面对一些凹陷区域，刀身有一个盲区，即出现“顶刃”现象。

常见问题及解决方案

在实际操作中，总是会出现各种问题。这里有一些常见的问题和解决方案，供大家参考。相信解决这些问题会提高机床的加工效率。

工具振动

随着难加工材料的使用越来越多，振动已成为提高加工效率的障碍。振动的发生直接影响加工精度和表面粗糙度，加速刀具磨损，严重影响刀具寿命，严重时不能继续切削加工。

工具振动需要三个条件同时存在。包括工具在内的工艺系统不够坚固，导致固有频率低。在切割过程中会产生足够的外部激振力。外部激振力的频率与过程系统的固有频率相同。谐振。

解决刀具振动的思路分为三个部分。首先是最小化切削力。使用尽可能小的刀尖圆弧来减少切削力。增加刀具的前角。用磨过的刀片更换压好的刀片。减小切深，增加速度，增加进给。对细长轴使用 90 度进入角。对于带有细杆的铣床，圆形刀片最有助于减少振动。

二是最大限度地提高工具系统或夹具和工件的静态刚度。

三是在刀杆内部产生单独的振动，扰乱外激励切削力的振动频率，从而消除刀具振动。

刀片磨损

在加工过程中，前刀面和后刀面经常很快磨损。其中，根据叶片损坏情况需要采取各种应对措施。

1.后刀面磨损过大导致表面粗糙，加工尺寸差

这种情况的原因包括高切割速度或低刀片耐磨性。解决方案包括改进减慢切削的方法，逐渐增加切削量，使用更耐磨的刀片材料或涂层，以及使用顺铣而不是逆铣。

2.缺口磨损

刀片的凹槽切割后可能会损坏并导致表面粗糙和碎屑。原因包括进给速度太低。铣床容易发生加工硬化。工件表面有氧化皮。面对这种情况，应经常用钉子检查刀片凹槽的磨损情况。

3. 铣削不锈钢和耐热合金时的积屑瘤

铣床的粘刀又叫积屑瘤，加工表面粗糙，出现毛刺。由于积屑瘤的脱落，切削刃的前刀面脱落，切削刃被压碎，耐热合金工件的二次崩刃导致切削刃被快速压碎。造成这种情况的原因无非是切削刃钝、前角为负、切削速度低、切屑厚度太薄、排屑不良等。

解决累积肿瘤的方法大致基于“六个步骤”。第一步是提高不锈钢和铝合金的切削速度。第二步是使用物理涂层或未涂层的刀片。第三步是逐渐增加切削量，以达到最佳切屑厚度。第四步准备足够的高压冷却液或空气以防止二次切屑。第五步是使用顺铣代替逆铣。第六步，用纯矿物油低速清洗耐热钛合金和沉淀硬化不锈钢的切削区域。

4.刀片折断或撞刀

这种边缘崩裂的原因有很多。如果刀片材料太硬，刀片轮廓太弱，或切割速度太慢，切割边缘可能会塌陷，导致切割不均匀或断续。

考虑到这种情况，首先检查垫片是否损坏或刀片上的螺丝是否变形需要更换。二是要消除振动系数，选用较硬的刀片材料，更换刃口较强的刀片。最后，必须提高切削速度以消除切削刃。