由于數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通機(jī)床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，對(duì)數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、強(qiáng)度大、剛性好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。這就要求刀具的結(jié)構(gòu)合理、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。數(shù)控刀具是提高加工效率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態(tài)、夾具和機(jī)床選用刀具的剛性。

數(shù)控機(jī)床選擇刀具應(yīng)考慮以下方面：

(1)根據(jù)零件材料的切削性能選擇刀具。如車或銑高強(qiáng)度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議選擇耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

(2)根據(jù)零件的加工階段選擇刀具。即粗加工階段以去除余量為主，應(yīng)選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度、而精加工階段所用刀具的精度。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時(shí)選用精加工淘汰下來的刀具，因?yàn)榫庸ぬ蕴牡毒吣p情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續(xù)使用會(huì)影響精加工的加工質(zhì)量，但對(duì)粗加工的影響較小。

(3)根據(jù)加工區(qū)域的特點(diǎn)選擇刀具和幾何參數(shù)。在零件結(jié)構(gòu)允許的情況下應(yīng)選用大直徑、長徑比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的過中心銑刀端刃應(yīng)有足夠的向心角，以減少刀具和切削部位的切削力。加工鋁、銅等較軟材料零件時(shí)應(yīng)選擇前角稍大一些的立銑刀，齒數(shù)也不要超過4齒。

選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀;銑削平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺(tái)、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀;對(duì)一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。

在進(jìn)行自由曲面加工時(shí)，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般很小，故球頭銑刀適用于曲面的精加工。而端銑刀無論是在表面加工質(zhì)量上還是在加工效率上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于球頭銑刀，因此，在確保零件加工不過切的前提下，粗加工和半精加工曲面時(shí)，盡量選擇端銑刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個(gè)加工成本大大降低。

在加工中心上，所有刀具全都預(yù)先裝在刀庫里，通過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進(jìn)行相應(yīng)的換刀動(dòng)作。必須選用適合機(jī)床刀具系統(tǒng)規(guī)格的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)刀柄，以便數(shù)控加工用刀具能夠迅速、準(zhǔn)確地安裝到機(jī)床主軸上或返回刀庫。編程人員應(yīng)能夠了解機(jī)床所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍等方面的內(nèi)容，以保證在編程時(shí)確定刀具的徑向和軸向尺寸，合理安排刀具的排列順序。

硬質(zhì)合金刀具跟著數(shù)控機(jī)床和加工中心等設(shè)備運(yùn)用日漸遍及，在航空航天、汽車、高速列車、風(fēng)電、電子、能源、模具等裝備制造業(yè)的開展推進(jìn)下，切削加工已邁入了一個(gè)以高速、和環(huán)保為標(biāo)志的高速加工開展的新時(shí)期—現(xiàn)代切削技能階段。

高速切削、干切削和硬切削作為當(dāng)前切削技能的重要開展趨向，其重要地位和人物日益凸顯。對(duì)這些先進(jìn)切削技能的運(yùn)用，不僅令加工功率成倍進(jìn)步，亦著實(shí)推進(jìn)了產(chǎn)品開發(fā)和工藝立異的進(jìn)程。例如，精細(xì)模具硬質(zhì)資料的型腔，選用高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給量和小吃深加工，既可取得很高的表面質(zhì)量，又能夠省卻磨削、EDM和手藝拋光或削減相應(yīng)工序的時(shí)間，然后縮短生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)步生產(chǎn)率。

曩昔一些企業(yè)制造復(fù)雜模具時(shí)，基本上都需要3~4個(gè)月才能交付運(yùn)用，而現(xiàn)在選用高速切削加工後，半個(gè)月便可完成。據(jù)調(diào)查，一般的工模具，有60%的機(jī)加工量可用高速加工工藝來完成。

高速加工時(shí)，不光要求硬質(zhì)合金刀具可靠性高、切削性能好、能穩(wěn)定地?cái)嘈己途硇?、還要能達(dá)成，并能完成快換或自動(dòng)替換等。因此，對(duì)硬質(zhì)合金刀具材資料、刀具結(jié)構(gòu)、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。

對(duì)硬質(zhì)合金刀具資料的要求：

高速加工對(duì)硬質(zhì)合金刀具杰出的要求是，既要有高的硬度和高溫硬度，又要有足夠的斷裂耐性。為此，須選用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具資料—它們各有特點(diǎn)，適應(yīng)的工件資料和切削速度范圍也都不同。例如，高速加工鋁、鎂、銅等有色金屬件，首要選用PCD和CVD金剛石膜涂層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67HRC)和冷硬鑄鐵首要用淘瓷刀具和PCBN刀具。

1.硬質(zhì)合金刀具材已邁入細(xì)晶粒超細(xì)晶粒階段

涂層硬質(zhì)合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)雖其加工工件資料范圍廣，但抗癢化溫度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范圍內(nèi)加工鋼鐵件。對(duì)於Inconel718高溫鎳基合金可運(yùn)用陶瓷和PCBN刀具。據(jù)報(bào)道，加拿大學(xué)者用SiC晶須增韌陶瓷銑削Inconel718合金，推薦蕞佳的切削條件為：切削速度700m/min，吃深為1-2mm，每齒進(jìn)給量為0.1-0.18mm/z。

目前，硬質(zhì)合金已進(jìn)入細(xì)晶粒(1-0.5μm)和超細(xì)晶粒(<0.5μm)的開展階段，曩昔細(xì)晶粒多用於K類(WC Co)硬質(zhì)合金，近幾年來P類(WC TiC Co)和M類(WC TiC TaC或NbC Co)硬質(zhì)合金也向晶粒細(xì)化方向開展。

以往，為進(jìn)步硬質(zhì)合金的耐性，通常是添加鈷(Co)的含量，由此帶來的硬度下降如今可以經(jīng)過細(xì)化晶粒得到補(bǔ)償，并使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度進(jìn)步到4.3GPa，已達(dá)到并超越普通高速鋼(HSS)的抗彎強(qiáng)度，改變了人們普遍認(rèn)為P類硬質(zhì)合金適於切鋼、而K類硬質(zhì)合金只適於加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格式。

選用WC基的超細(xì)晶粒K類硬質(zhì)合金，相同可加工各種鋼料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是硬質(zhì)合金刀具刃口尖利，特別適於高速切削粘而韌的工件資料。以日本不二越公司開發(fā)的AQUA麻花鉆為例，其用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金制造，并涂覆耐熱、耐沖突的潤滑涂層，在高速濕式加工結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼(SCM)時(shí)，切削速度200m/min，進(jìn)給速度1600mm/min，加工功率進(jìn)步了2.5倍，刀具壽數(shù)進(jìn)步2倍；干式鉆孔時(shí)，切削速度150m/min，進(jìn)給速度1200mm/min。

2.涂層提升到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段

現(xiàn)如今，涂層已進(jìn)入到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段，新開發(fā)的TiCN、TiAlN多元超薄、超多層涂層(有的超薄膜涂層數(shù)可多達(dá)2000層，每層厚約1nm)與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復(fù)合，加上新式抗塑性變形的基體，在改進(jìn)涂層的耐性、涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、進(jìn)步涂層的耐磨性方面有了重大進(jìn)展，進(jìn)步了硬質(zhì)合金刀具材的性能。

硬質(zhì)合金材涂層刀具已成為現(xiàn)代切削硬質(zhì)合金刀具的標(biāo)志，在刀具中的運(yùn)用份額達(dá)到60%。涂層硬質(zhì)合金刀具的產(chǎn)品現(xiàn)已出現(xiàn)品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如，德國施耐爾(Schnell)公司用納米技能推出的一種超長壽數(shù)LL涂層立銑刀，用其加工零件硬度超越70HRC淬硬模具鋼材時(shí)，硬質(zhì)合金刀具材壽數(shù)可延長2-3倍。

特別值得強(qiáng)調(diào)的是，近幾年開展起來的在硬質(zhì)合金表面涂覆金剛石的技能，使硬質(zhì)合金刀具不僅在黑色金屬范疇，并且在有色金屬范疇中的切削功率取得了進(jìn)步。由此可知，硬質(zhì)合金今後仍將是制造高速加工刀具的首要基體資料。

在批量加工如圖1所示的高溫合金球形軸承內(nèi)球面時(shí)，原編制工藝道路為：粗加工→去應(yīng)力→精車內(nèi)球面→內(nèi)球面開安裝槽→探傷→查驗(yàn)→油封。

為驗(yàn)證工藝，實(shí)驗(yàn)選用如圖2所示高速鋼尖刀（假定刀尖圓弧半徑為零），前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高，在新購精細(xì)數(shù)控車床上編程精車3件45鋼制內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm。

由于通用內(nèi)徑量具無法實(shí)施在線丈量內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm，所以在車床上選用改制專用測具（見圖3）檢測，直徑合格，經(jīng)三坐標(biāo)丈量機(jī)復(fù)檢，直徑合格，球面概括度差錯(cuò)為0.005mm（小于直徑公役一半），合格。

但將零件材料改為高溫合金GH605，刀具改為YW1硬質(zhì)合金尖刀后，用與高速鋼尖刀同樣的切削條件試車3件，經(jīng)三坐標(biāo)查驗(yàn)全部不合格，原因是球面概括度差錯(cuò)為0.03～0.05mm，經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)刀尖已磨損，且編程時(shí)沒有選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序。為此，改用如圖4所示SANDEVIK菱形可轉(zhuǎn)位機(jī)夾硬質(zhì)合金刀具VCMW070204加工，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車床主軸中心線等高，選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程，加工了3件，經(jīng)三坐標(biāo)丈量查驗(yàn)，3件全部不合格，原因是球面概括度差錯(cuò)為0.015～0.02mm。至此，證明原工藝是不現(xiàn)實(shí)的。為了、經(jīng)濟(jì)批量加工，改用了如下工藝道路：粗加工→去應(yīng)力→精車內(nèi)球面→內(nèi)球面開裝配槽→用外球面形狀研磨具研磨內(nèi)球面達(dá)圖樣要求→探傷→查驗(yàn)→油封。工藝改進(jìn)后已成功加工出一批合格產(chǎn)品。

2.精車內(nèi)球面概括度超差問題

早在數(shù)控車床沒有普及的時(shí)代，用成型車刀精車之后再研磨的工藝辦法成功地加工出如圖5所示的球面上色量規(guī)（其技術(shù)要求是：環(huán)規(guī)按塞規(guī)上色修合，上色面積100%）?，F(xiàn)在數(shù)控車床替代了一般車床，數(shù)字程序替代了原來成型車刀，卻沒有加工出圖1所示的零件?，F(xiàn)剖析如下：

（1）精細(xì)球面加工工藝基礎(chǔ)。精細(xì)球面能夠看作是精細(xì)半圓（見圖6）繞經(jīng)過該半圓圓心的剖分線反轉(zhuǎn)一周構(gòu)成的反轉(zhuǎn)體。

在一般車床上用圓弧構(gòu)成型樣板刀加工時(shí)（見圖7），樣板刀圓弧半徑是所車球的半徑，樣板刀圓弧刃的圓心有必要準(zhǔn)確調(diào)整到車床主軸反轉(zhuǎn)軸線上，且圓弧刃地點(diǎn)平面與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高共面，才干車出精細(xì)圓球面。為了完成以上條件，照顧到加工對(duì)刀便利，通常調(diào)整圓弧樣板切削刃安裝高度，使圓弧刃地點(diǎn)平面與車床主軸反轉(zhuǎn)軸線等高（共面），再經(jīng)過車削丈量車出球面直徑，確保圓弧切削刃圓心坐落車床主軸反轉(zhuǎn)中心線上。

當(dāng)圓弧刃地點(diǎn)平面與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線共面但圓弧刃圓心與車床反轉(zhuǎn)中心間隔不為零時(shí)，車出的球面就不圓，而是橢球（見圖8）。

當(dāng)圓弧刃平面平行于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車床反轉(zhuǎn)軸線（即不共面）時(shí)，只要直徑大于所車球面的水平截面圓直徑，與圓弧刃構(gòu)成的圓位置重合時(shí)，才有或許車成圓球，但此刻所車球面直徑已大于要求直徑（見圖9）。

當(dāng)圓弧構(gòu)成型切削刃或數(shù)控刀尖車出的軌道圓?。ㄒ韵潞喎Q母線圓?。┑攸c(diǎn)平面平行于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線（以下簡稱車床軸線）時(shí)，即便母線圓弧半徑很準(zhǔn)確且其圓心位置也準(zhǔn)確坐落包括車床軸線的鉛垂面內(nèi)，假定圖樣要求球面半徑為R，母線圓弧地點(diǎn)平面與車床軸線間隔為H，則車出的球面半徑為（R2 H2）0.5mm，若為了確保球面半徑R持續(xù)進(jìn)刀，則車成橢球（見圖10）。

總歸，有必要確保母線圓弧半徑和母線圓弧圓心準(zhǔn)確調(diào)整到車床軸線上，且母線圓弧與車床軸線等高共面，才干車出預(yù)訂半徑的精細(xì)圓球，三者缺一不可。

（2）數(shù)控車床加工精細(xì)內(nèi)球面。首要調(diào)整車刀安裝高度使刀尖與數(shù)控車床軸線等高，當(dāng)運(yùn)用刀尖圓弧半徑為零（假定理想刀尖）的車刀編程時(shí)，使刀尖走過的圓弧軌道半徑等于球面半徑；當(dāng)運(yùn)用刀尖圓弧半徑不等于零的圓弧刀尖車刀加工時(shí)，運(yùn)用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程。對(duì)不具備刀尖圓弧半徑主動(dòng)補(bǔ)償功用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，假定圖樣要求球面半徑為R，刀尖圓弧半徑為rε，可選用刀尖圓弧圓心軌道編程，刀尖圓弧圓心編程半徑為（R－rε）。這樣切削球面時(shí)，圓弧切削刃逐點(diǎn)參加切削，母線圓弧半徑R相當(dāng)于半徑為（R－rε）的圓等距rε后得出的（見圖11）。

當(dāng)?shù)都馀c數(shù)控車床軸線不等高時(shí)，假如按母線圓弧圓心和車床軸線坐落同一鉛垂面準(zhǔn)則進(jìn)刀，在不考慮其他原因的狀況下車出的球面直徑差錯(cuò)由公式（1）核算：

ΔR=(R2 H2)0.5－R （1）

式中，R為所車球面半徑，H為刀尖走過的母線圓弧平面高于或低于車床軸線的間隔。當(dāng)R=19.15÷2＝9.575（mm），ΔR=0.013÷2=0.006 5（mm）。由公式（1）核算出H=0.35mm。也就是說，當(dāng)?shù)都飧哂诨虻陀谲嚧草S線0.35mm時(shí)，車出的球面就超出公役帶。在批量生產(chǎn)高溫合金零件時(shí)，遍及運(yùn)用可轉(zhuǎn)位不重磨機(jī)夾刀片，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊(cè)，精度等級(jí)為M的刀片厚度公役為±0.13mm，假定地一次將切削刃調(diào)整到與車床軸線等高，那么，當(dāng)替換刀片時(shí)，如不調(diào)整刀尖高度，壞的狀況是刀尖與車床軸線間隔為0.26mm，其小于0.35mm，可見獨(dú)自由刀尖高度引起的球面差錯(cuò)不會(huì)超出公役帶。

當(dāng)?shù)都飧叨扰c車床軸線等高時(shí)，在不考慮機(jī)床進(jìn)給空隙影響時(shí)，刀尖圓弧半徑差錯(cuò)是影響球面加工的直接要素?？隙ǖ募獾妒遣淮嬖诘模俣ǖ都鈭A弧半徑為零的車刀耐用度很低，不適合批量加工高溫合金零件，選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程時(shí)，有必要輸入刀尖圓弧半徑數(shù)值，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊(cè)，仿形加工用圓弧切削刀具刀尖圓弧直徑2rε公役為±0.02mm。而SANDEVIK刀片VCMW070204，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，沒有給出公役，查國標(biāo)GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圓弧半徑為rε=0.4±0.10mm，數(shù)控系統(tǒng)主動(dòng)將理想刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)侥妇€圓弧加工中，刀尖圓弧半徑差錯(cuò)以1﹕1倍率影響到加工球面半徑差錯(cuò)。經(jīng)過作圖與理論核算，能夠算出，在圖1所示軸向長度14mm范圍內(nèi)，包括在公役為0.006 5mm圓度公役帶內(nèi)理想圓弧半徑為R=9.575±0.013 9mm，當(dāng)不考慮其他要素影響，按刀尖圓弧圓心R=（9.575－0.4）mm編程時(shí)，刀尖圓弧半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm。由此可推理，尖刀加工，刀尖磨損后刀尖圓角半徑有必要是rε≤0.013 9mm才有或許車出符合公役要求的內(nèi)球面，當(dāng)?shù)都饽p至rε＞0.013 9mm時(shí)，將車出Z向偏長的橢圓形球面；假如運(yùn)用圓弧刀尖刀具加工，刀具半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm，而刀片VCMW070204的刀尖rε=0.4±0.10mm，不符合球面的精度加工要求?？梢姡?dú)自由刀尖圓弧半徑引起的球面加工直徑差錯(cuò)已超出球形軸承內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm的加工要求，假如運(yùn)用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圓弧半徑精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）進(jìn)給絲杠螺母副空隙對(duì)加工球面的影響?，F(xiàn)代數(shù)控車床遍及選用滾珠絲杠螺母副作為伺服進(jìn)給執(zhí)行元件，盡管滾珠絲杠螺母副進(jìn)行了預(yù)緊，在受載及運(yùn)轉(zhuǎn)中不可避免會(huì)發(fā)生回程空隙。在編程時(shí)有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差錯(cuò)。在加工圖4所示零件時(shí)，能夠選用一段程序從A點(diǎn)車到C點(diǎn)，但車刀在經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)，X軸進(jìn)給由正向轉(zhuǎn)換為反向，反向脈沖使絲杠反轉(zhuǎn)，消除空隙所需的反轉(zhuǎn)沒有使車刀得到應(yīng)有的X反向進(jìn)給，形成AB段與BC段形狀不對(duì)稱（見圖12），形成球面不圓。當(dāng)回程空隙超越0.065mm時(shí)，車出的球面就超出

公役帶。因此，當(dāng)車削精細(xì)球面時(shí)，假如車床回程空隙超越零件公役1/3，有必要編兩段程序，一段從A到B，另一段從C到B。這樣避免了圖12所示形狀差錯(cuò)，但會(huì)發(fā)生如圖13所示由Z軸進(jìn)給反向形成的形狀差錯(cuò)，盡管左右是對(duì)稱的，但晦氣于球形研磨東西定心。

為此，在編程時(shí)選用積極補(bǔ)償?shù)霓k法，使圓弧AB段、CB段Z向各少進(jìn)給0.005mm（沿X向少進(jìn)給0.000 001 3mm），即便AB、CB兩端圓弧在B點(diǎn)相交，B點(diǎn)不再是圓的象限點(diǎn)，而是脫離象限點(diǎn)的圓上點(diǎn)，精車后橢球形狀如圖14所示。