CNC加工中常用刀具的知识与选择

CNC加工虽然仍属于金属切削加工的范畴，但有其自身的特点。主要实现为自动化程度高，连续加工过程长，对刀时间较传统加工复杂、耗时。因此，在刀具的选择上有很多值得思考的问题。本文为大家带来CNC常用刀具的相关知识。我相信好的刀具是提高CNC加工效率的第一步。

工具材料和涂层

目前使用的各种刀具材料各有特点，以适应不同的加工要求。一般刀具材料的必要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。

传统数控机床常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。但一些特殊场合如高速切削、干切削、难加工材料的切削、以车代磨等需要使用超硬材料，包括陶瓷、CBN、PCBN、金刚石等。这些超硬材料相对较高，切削工艺和参数不易掌握，对机床刚性有一定要求，在常规加工中应用不多。

超硬材料工具

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。有涂层的刀具寿命是无涂层刀具的十倍。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缩短了一百倍，而涂层刀具的使用使加工时间缩短了四倍。

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。每个工具都有其特定的作用。

立铣刀

CNC加工中心的立铣刀也叫平底铣刀，它的周围是主切削刃，底部是副切削刃。立铣刀的外刃和底面有铣齿形成切削刃，因此可以用来铣削工件的垂直面。立铣刀的形状变化非常复杂，适用于铣平面、坡口、轮廓面等各种加工，可以说是应用最广泛的铣刀。

铣削 2D 形状的工件时，由于与工件接触的区域是外刃和底面，因此可以使用非常有效的刀具间距和切削深度值。然而，在切割 3D 工件的模具时，与工件的接触区域几乎总是靠近尖点。因此，必须减少刀具之间的距离或切深，从而降低加工效率。

总之，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

底部为球形的刀片为球刀，也称R刀。与立铣刀相比，球头铣刀是铣削 3D 工件的必备工具。由于球刀底部没有像立铣刀那样的尖头，而是带有R角的刀片，所以球刀的刀刃更加稳固，不易塌陷。

在模具加工中，球刀多用于铣削3D模具，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，距离不能增加，不适合铣削比较平坦的区域。

圆鼻刀

CNC加工中心的圆头刀又叫平底R刀，可用于粗加工、平面光面刀和曲面轮廓光面刀。与立铣刀和球面铣刀相比，圆头铣刀结合了两者的优点，具有更好的工作效率。圆鼻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点。因此，圆鼻刀是粗加工或精加工的不错选择。

如果工件大，表面变化小，较窄的凹陷区域小，相对平坦的区域大，最好用圆鼻刀加工，然后用二次粗加工的方法找面积需要后续处理。但是圆鼻刀面对一些凹处，刀刃有盲区，会出现“顶刃”现象。

常见问题及解决办法

在实际操作中，总会出现各种问题。这里有一些常见的问题和解决方案，供大家参考。相信随着这些问题的解决，机床的加工效率会有所提高。

工具振动

随着越来越多的难加工材料被使用，振动已成为提高加工效率的障碍之一。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。

工具振动需要同时存在的三个条件。包括工具在内的工艺系统刚性不足，导致固有频率低。在切割过程中会产生足够大的外部激振力。外部激振力的频率与过程系统的固有频率相同。共振。

解决刀具振动的思路分为三个部分。首先是将切削力降低到最低限度。要减小切削力，请使用尽可能小的刀尖圆弧。增加刀具的前角。用磨碎的刀片替换压制的刀片。减小切削深度、速度并增加进给量。对细长轴使用 90 度的主偏角。对于杆较细的铣刀，圆刀片最有利于减振。

二是最大限度地提高刀具系统或夹具与工件的静刚度。

三是在刀杆内部产生另一种振动，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，前后刀具面经常磨损得太快。其中，应根据不同的叶片损伤情况，采取不同的应对方法。

1.后刀面磨损过大导致表面粗糙，加工尺寸差

出现这种情况的原因包括切割速度高或刀片耐磨性差。解决方案包括改进方法降低切削速度，同时逐渐增加切削量，使用更耐磨的刀片材料或涂层，并尝试使用顺铣代替顺铣。

2.缺口磨损

刃槽磨削后，可能会损坏并造成表面粗糙和崩刃。原因包括进给速度太小；铣削材料有加工硬化倾向；工件表面有氧化皮等，面对这种情况，需要经常用钉子检查刀片的凹槽磨损情况。

3.铣削不锈钢和耐热合金时的积屑瘤

铣刀粘刀又称积屑瘤，使加工表面粗糙、毛刺。积屑瘤脱落会导致刀片前刀面脱落，刃口崩刃，耐热合金工件的二次崩刃会导致刃口快速崩刃。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。

解决积聚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刀片或非涂层刀片。第三步是逐渐增加切削量，以达到最佳切屑厚度。第四步，准备充足的高压冷却液或空气，防止二次切屑。第五步是使用顺铣代替逆铣。第六步，耐热钛合金和沉淀硬化不锈钢用纯矿物油低速冲洗切削区。

4 . 刀片折断或击中刀

这种边缘崩裂的原因有很多。刀片材料太硬，刀片几何形状太弱，使用的切削速度太低，可能会压坏切削刃，导致工件材料不均匀或断续切削。

针对这种情况，首先检查垫片是否破损，叶片螺丝是否变形需要更换；其次，应消除振动因素，选用韧性较好的刀片材料，更换刃口强的刀片；最后，应提高切割速度，以消除刃口可能被压坏的情况。 （相关帖子：加工磨损问题及解决方法总结）