选择合适CNC加工刀具：实用指南

虽然CNC加工仍属金属切削范畴，但有其特点：高度自动化、连续加工时间长、刀具设置比传统加工更复杂耗时。因此刀具选择有许多值得深思之处。本文带您了解CNC常用刀具相关知识，我相信好刀具是提高CNC加工效率的第一步。

刀具材质与涂层

当前各类刀具材质各有特性，适应不同加工需求。通用刀具材质必备性能包括：低摩擦系数、高精度、良好导热性、足够韧性和抗冲击性。

传统CNC机床常用刀具材质为高速钢和硬质合金。但高速切削、干式切削、难加工材料切削、以车代磨等特殊场合，需使用超硬材料，包括陶瓷、CBN、PCBN、金刚石等。这些超硬材料价格较高，切削工艺和参数难掌握，对机床刚性有要求，常规加工中应用较少。

刀具表面涂层是提升刀具性能的重要方法，近年广泛应用。涂层刀具寿命是无涂层刀具的十倍。常见涂层包括氮化钛TiN、碳氮化钛TiCN、氧化铝等。下图显示高速钢和硬质合金切削速度缩短百倍，而涂层刀具使加工时间缩短四倍。

常用CNC刀具按形状分三类：平底铣刀（端铣刀）、圆鼻铣刀、球头铣刀。每种刀具各有专长。

CNC加工中心的端铣刀也称平底刀，周围为主切削刃，底部为次切削刃。外刃和底面有铣削齿形成切削刃，可用于铣削工件垂直表面。端铣刀形变复杂，适用于铣平面、槽、轮廓面等各类加工，可谓应用最广的铣刀。

铣削二维工件时，因与工件接触区域为外刃和底面，刀具间距和切深均可取极高效值。但切削三维工件模具时，接触区域几乎总是接近尖点，故须减小刀具间距或切深，降低加工效率。

简言之，端铣刀适合二维工件，不适合三维工件。

底部刃呈球形的刀具叫球头刀，也称R刀。与端铣刀相反，球头刀是铣削三维工件的必备刀具。因球头刀底部无端铣刀那样的尖点，而是带R角的刃口，刃口更稳定不易崩刃。

模具加工中，球头刀多用于三维模具铣削，尤其是精加工和清角。但球头刀与工件接触面积小，刀具间距难增大，不适合铣削相对平坦区域。

CNC加工中心的圆鼻刀也称平底R刀，可用于粗加工、平面精加工和曲面轮廓精加工。相比端铣刀和球头刀，圆鼻刀结合两者优势，工作效率更高。圆鼻刀水平刀距可大于球头刀，精加工时具备球头刀同等优势。因此圆鼻刀是粗加工或精加工的良好选择。

若工件大、表面变化小、窄凹区域小、相对平坦区域大，最好用圆鼻刀加工，再用二次粗加工找出需后续加工区域。但面对某些凹区，圆鼻刀有刀刃盲区，会出现“顶刃”现象。

实际操作中总会遇到各种问题。以下列举常见问题及解决方案，相信解决这些问题后，机床加工效率将提升。

随难加工材料增多，振动成为提高加工效率的障碍之一。振动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，严重时无法继续切削。

刀具振动需三个条件同时存在：工艺系统（含刀具）刚性不足导致固有频率低；切削产生足够大的外激振力；外激振力频率与工艺系统固有频率相同，产生共振。

解决刀具振动思路分三方面：

第一，将切削力降至最小。减小切削力：尽量用小尖圆弧；增大刀具前角；压制刀片换成磨制刀片；减小切深、切速、增大进给；细长杆用90°主偏角；细长杆铣刀用圆形刀片最利于减振。

第二，最大化刀具系统或夹具工件的静刚性。

第三，在刀杆内部制造另一振动，破坏外激切削力振动频率，从而消除刀具振动。

加工过程中，刀具前后刀面常过快磨损。针对不同刀损情况应有不同应对方法。

原因包括切削速度过高或刀片耐磨性差。对策：改进方法降低切削速度，逐步增大切削量，用更耐磨刀片材质或涂层，尽量用顺铣代替逆铣。

刀片槽磨损后可能损坏导致表面粗糙和崩刃。原因包括进给量过小；铣削材料有加工硬化倾向；工件表面有氧化皮等。面对此情况，需经常用指甲检查刀片槽磨损。

铣削粘刀即积屑瘤，使加工表面粗糙有毛刺。积屑瘤脱落致前刀面崩落、刃口崩刃，耐热合金工件二次切屑致刃口快速崩刃。原因无非：切削刃钝化、负前角、切削速度低、切屑太薄、排屑差。

解决积屑瘤大致按“六步走”：第一步，提高不锈钢和铝合金切削速度；第二步，用物理涂层刀片或无涂层刀片；第三步，逐步增大切削量达最佳切屑厚度；第四步，备足高压冷却液或气体防二次切屑；第五步，用顺铣代替逆铣；第六步，耐热钛合金和沉淀硬化不锈钢低速用纯矿物油冲洗切削区。

此类崩刃原因多：刀片材质太硬、刀片几何太弱、切削速度过低可能压碎切削刃、工件材质不均或间歇切削。

针对此情况：首先检查垫片是否破损、刀片螺丝是否变形需更换；其次消除振动因素，用韧性更好的刀片材质、换强刃刀片；最后提高切削速度消除切削刃可能被压碎的情况。（相关阅读：加工磨损问题及对策总结）

制造工艺