数控铣床对刀具的要求及铣刀的种类
数控铣床对刀具的要求及铣刀的种类
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一、对刀具的要求
在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压
力和强烈的摩擦，刀具切屑区产生很高的温度，受到很大的应力。在加工余量不
均匀的工件或断续加工时，刀具还受到强烈的冲击和振动，因此刀具材料应具备
以下基本要求：
1.高的硬度和耐磨性 刀具材料的硬度必须比工件材料的硬度要高，一般都在
60HRC以上。耐磨性是指材料抗磨损的能力。一般说来，刀具材料的硬度越高、
晶粒越细、分布越均匀，耐磨性就越好。
2.有足够的强度和韧性 切削过程中，刀具承受很大的压力、冲击和振动，刀
具必须具备足够的抗弯强度和冲击韧性。一般说来，刀具材料的硬度越高，其抗
弯强度和冲击韧性值越低，这两个方面的性能尝尝是矛盾的。一种好的刀具材料，
应根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，并有所侧重。
3.耐热性高 耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的
性能，也包括刀具材料在高温下抗氧化、粘结、扩散的性能，故耐热性有时也称
为热稳定性。良好的耐热性是衡量刀具材料切削性能的一项重要指标。
4.经济性 经济性也是评价刀具材料切削性能的一项重要指标。有些刀具材料
虽然单位成本较高，但因使用寿命长，分摊到每一个零件上的刀具成本就降低。
除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，
切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。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，耐用度高的铣刀，是充分发挥
数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。
二、刀具的分类
1.按直径分类
1）公制（mm）刀常用直径为：0.5、 1 、1.5 、2 、2.5、 3 、4 、5 、6、
8 、10 、12 、16 、20、 25、 28 、30 、32 、35、 40、 50 、63。
2）英制（INCh）刀常用直径为：1/8、1/4、1/2、3/16、5/16、3/8、5/8、
3/4、1、1.5 、2。
2.按刀具材料分类
1）高速工具钢刀具最常见刀具，价格便宜，购买方便但易磨损，损耗较大。
有些进卫高速工具钢刀具加入3Co、Mn等合金，耐磨性较好，精度也高如LBK、
YG等型号刀具，但价格相对较贵。
2）合金刀具
共用合金材料制成，耐高温、耐磨损、主轴转速高，加工效率和加工质量高。
能加工高硬材料（如烧焊过的模具、因此价格贵，一般用于精度，质量高的加工
场合。
3）舍弃式刀粒
此类刀具的刀粒由合金制成，刀粒可更换，耐磨性较好，价格适中，因此广
泛用于加工钢料场合。刀粒形状有：方形、菱形、圆形几种。方形、菱形刀粒两
个角磨损后就要更换，而圆形刀粒的圈表面都可以使用。因此耐用性较好。比较
常用型号有：25R5、30R5、32R5、35R6、16R0.8、20R0.6、25R0.8、6R1、8R0.5、
10R0.5.
3.按刀具形状分类
大体分为：
（1）平头铣刀，进行粗铣，去除大量毛坯，小面积水平平面或者轮廓精铣；
（2）球头铣刀，也叫R刀。进行曲面半精铣和精铣；广泛用于各种曲面，
圆弧沟槽加工。 耐高温特性：维持切削性能的最高温度450-550/500-600摄氏
度；
（3）平头铣刀带倒角，可做粗铣去除大量毛坯，还可精铣细平整面（相对
于陡峭面）小倒角；
（4）成型铣刀，成型铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造
的，适用于加工平面类零件的特定形状（如角度面、凹槽面等），也适用于特形
孔或台；
（5）倒角刀，倒角刀外形与倒角形状相同，分为铣圆倒角和斜倒角的铣刀；
（6）T型刀，可铣T型槽；
（7）齿型刀，铣出各种齿型，比如齿轮；
（8）粗皮刀,针对铝铜合金切削设计之粗铣刀,可快速加工。
三、铣刀的选择
铣刀类型应与被加工工件的尺寸与表面形状相适合。加工较大的平面应该选
择面铣刀;加工凸台、凹槽及平面轮廓应选择立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔
可选择镶硬质合金的玉米铣刀；曲面加工常采用球头铣刀；加工曲面较平坦的部
位常采用环形铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成型表面多选用模具铣刀；
加工封闭的键槽造择键槽铣刀。
1.面铣刀主要参数的选择
可转位面铣刀的直径为φ16～φ630mm。粗铣时，铣刀直径应小些，精铣时，
铣刀直径应大些，尽量包容工件的整个加工宽度。因为铣削加工时冲击力较大，
所以刀具前角要小些，硬质合金刀具的前角应更小。铣削加工强度和硬度高的材
料可选用负前角。面铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此后角选取应加大。
2.立铣刀的参数选择
根据工件的材料、刀具的加工性质，立铣刀的参数与刀具角度的选取如表所
示。
立铣刀前角后角的选择
选取立铣刀可按推荐的下述经验数据进行。
刀具半径r应该小于零件内腔轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取r=（0.8～
0.9）ρ。
（1）零件的加工高度H≤（1/4 ～1/6）r，以保证刀具具有足够的刚度。
（2）对盲孔（深槽），选取ι=H+（5～10）mm（ι为刀具切削部分长度，H
为零件高度）。
（3）加工外形及通孔（槽），选取ι=H + rε+（5～10）mm（rε为刀尖半
径）。
（4）加工肋时，刀具直径 D=（5～10）b (b为肋的厚度)。
（5）粗加工内腔轮廓面时铣刀最大直径Dmax 按下式计算，
Dmax2[sin(/2)1]1sin(/2)D
式中：D—轮廓的最小凹圆角直径；δ—圆角邻边夹角分线上的精加工余量；δ1—
精加工余量；φ—圆角两邻边的最小夹角。
四、刀具长度尺寸的确定
刀具长度一般是指主轴端面至刀尖的距离。其中包括刀柄和刀具两部分。刀
具长度的确定原则是：在满足各个部位加工要求的前提下，尽量减小刀具长度，
以便提高工具系统的刚性。
制定加工工艺和程序编制时，一般只需初步估算出刀具长度的范围，以方便
刀具的准备。刀具长度的确定是根据工件尺寸、工件在机床工作台上的装夹位置
以及机床主轴端面距工作台面或距工作台中心的最大、最小距离等条件来决定的。
加工部位在机床工作台中心和机床主轴之间。刀具选取的最小长度为：
TL = A–B–N + L + T1 + Z0
式中：TL ——刀具长度；A ——主轴端面至工作台中心最大距离；B —
—主轴在Z向的最大行程；N ——加工表面距工作台中心距离；L ——工件的
加工深度尺寸；T1 ——钻头尖端锥度部分长度，一般取T1 =0.3d (d为钻头直
径)；Z0 ——刀具切出工件的长度，一般取Z0 =3 ～ 8mm。
在加工中心与带刀库的数控铣床上一般采用模块式工具系统，为提高加工效
率，必须预先确定刀具长度的尺寸。在不带刀库的数控铣床上虽然采用受动换刀，
但为了提高生产效率和保证加工精度，一般也需配置几把模块式的刀体（或快换
铣夹头），也需准确地预先确定刀具长度的尺寸。
在铣削加工中心上铣削复杂工件时，数控产铣刀的使用应注意以下问题：
1. 立铣刀的装夹
加工中心用立铣刀大多采用弹簧夹套装夹方式，使用时处于悬臂状态。在铣
削加工过程中，有时可能出现立铣刀从刀夹中逐渐伸出，甚至完全掉落，致使工
件报废的现象，其原因一般是因为刀夹内孔与立铣刀刀柄外径之间存在油膜 ，
造成夹紧力不足所致。立铣刀出厂时通常都涂有防锈油，如果切削时使用非水溶
性切削油，刀夹内孔也会附着一层雾状油膜，当刀柄和刀夹上都存在油膜时，刀
夹很难牢固夹紧刀柄 ，在加工中立铣刀就容易松动掉落。所以在立铣刀装夹前，
应先将立铣刀柄部和刀夹内孔清洗干净，擦干后再进行装夹。
当立铣刀的直径较大时，即使刀柄和刀夹都很清洁，还是可能发生掉刀的事
故，这时应选带削平缺口的刀柄和相应的侧面锁紧方式。
立铣刀夹紧后可能出现的另一问题是加工中立铣刀在端口处折断，其原因一
般是因为刀夹使用时间过长，刀夹端口部已磨损成锥形所致，此时应更换新的刀
夹。
2. 立铣刀的振动
由于立铣刀与刀夹之间存在微小间隙，所以在加工过程中刀具有可能出现振
动现象。振动会使立铣刀圆周刃的吃刀量不均匀，且切扩量比原定值增大，影响
加工精度和刀具使用寿命。但当加工出的沟槽宽度偏小时，也可以有目的地使用
刀具振动，通过增大切扩量来获得所需槽宽，但这种情况下应将立铣刀的最大振
幅限制在0.02mm以下，否则无法进行稳定的切削。在正常加工中立铣刀的振动
越小越好。
当出现刀具振动时，应考虑降低切削速度和进给速度，如两者都已降低40%
后仍在较大振动，则应考虑减小吃刀量。
如加工系统出现共振，其原因可能是切削的速度过大，进给速度偏小，刀具
系统钢性不足，工件装夹力不够以及工件形状或工件装夹方法等因素所至，此时
应采取调整切削用量，增加刀具系统刚度，提高进给速度等措施。
3. 立铣刀的端刃切削
在模具等工件型腔的数控铣削加工中，当被切削点为下凹部分或深腔时，需
加长立铣刀的伸出量。如果使用长刃型立铣刀，由于刀具的挠度较大，易产生振
动和刀具折损。因此在加工过程中，如果只需刀具端部附近的发刃参加切削，则
最好选用刀具总长度较长的短刃长柄立铣刀。在卧式数控机床上使用大直径立铣
刀加工工件时，由于刀具自重所产生的变形较大，更应十分注意端刃切削容易出
现的问题。在必须使用长刃型立铣刀的情况下，则需大幅度降低切削速度和进给
速度。
4. 切削参数的选用
切削速度的选择主要取决于被加工工件的材质；进给速度的选择主要取决于
被加工工件的材质及立铣刀的直径。国外一些刀具生产厂家的刀具样本附有刀具
切削参数选用表，可供参考。但切削参数的选用同时又受机床。刀具系统。被加
工工件形状以及装夹方式等多方面因素的影响，应根据实际情况适当调整切削速
度和进给速度。当以刀具寿命为优先考虑因素时，可适当降低切削度和进给速度；
当切屑的离刃状况不好时，则可适当增大切削速度。
5. 切削方式的先择
采用顺铣有利于防止刀刃损坏，可提高刀具寿命。但有两点需要注意；1。
如采用普通机床加工，应设法消除进给机构的间隙。2。当工件表面残留有铸，
锻工艺形成的氧化膜或其它硬化层时，宜采用逆铣。
6. 硬质合金立铣刀的使用
高速钢立铣刀的使用范围和使用要求较为宽泛，即使切削条件的选择略有不
当，也不至出现太大问题。而硬功夫质合金立铣刀虽然在高速切削时具有很好的
耐磨性，但它的使用范围不及高速钢立铣刀广泛，且切削条件必须严格符合刀具
的使用要求。
作业：如图对A、B、C、D四孔进行深孔钻攻螺纹（左旋），编制加工程序：
N10 G92 X0 Y0 Z250.0;
N15 T01 M06; 在250处换刀
N20 G90 G00 Z150.0;快进到初始平面
N25 G99G73X15.0Y10.0Z-53.0Q5.0R3.0F50; 钻通孔A循环,R平面为工件上
表面3mm,刀具 伸出下平面4mm,返
回到R平面
N30 G98 Y35.0; 钻B孔,返回到初始平面
N35 G99 X50.0; 钻C孔,返回到R平面
N40 G98 X10.0; 钻D孔,返回到初始平面
N45 G00 X0 Y0 Z250.0 T02 M06;
N50 Z150.0 S150 M03;
N55 G99G74X15.0Y10.0Z-53.0R3.0F150;攻A孔螺纹循环,返回到初始平面
N60 G98 Y35.0; 攻B孔螺纹
N65 G99 X50.0; 攻C孔螺纹
N70 G98 Y10.0; 攻D孔螺纹
N75 G80 G00 X0 Y0 Z250.0 M30;