数控刀具工艺参数的优化设计和刀具制造

　　(1)数控立铣刀的前角和后角。

　　研究表明，刀具前角是影响零件材料加工质量的主要因素，过大或过小对加工质量都会产生很大的影响，并且使刀具的耐用度降低。而刀具后角的选择会影响刀具刚度，增大后角有利于提高刀具寿命，但会降低刀刃刚度。经过多年对航空材料的加工实践，刀具前角和后角应根据被加工材料的不同做不同的选择。

　　(2)螺旋角。

　　根据切削原理，增大螺旋角可以增加同时工作的齿数，即实际增大了工作前角，使切削锋利，工作平稳。但是，当螺旋角增大到一定程度后会破坏刀齿强度，降低整体刚性，增加了切削过程中的振动，加剧了刀齿磨损，从而会降低刀具的使用寿命。考虑到数控加工的高速切削特点，可以将加工铝合金时的螺旋角取为25°～30°；加工高强度钢、高温合钢时的螺旋角取为35°～40°加工钛合金时的螺旋角取为30°～40°。为了切削锋利，可适当增大螺旋角，例如在加工钛合金时，刀具材料为KMG405的φ25mm 整体硬质合金立铣刀的螺旋角可增大到45°，效果比较理想。

　　(3)刀齿横截面形状。

　　加工铝合金用二、三齿的立铣刀，加工钢件用四、六齿，刀齿背后是凸台刃带，齿背型面为圆弧曲线。这种结构制造工艺性好，外形美观、切削加工振动小，切削平稳，排屑顺利，提高了刀具寿命。齿数少的立铣刀虽然容屑槽大，切屑排出性好，但横截面小、刚性低，切削加工中易产生弯曲变形，影响被加工面的垂直度和表面质量。为了增强刀具刚性，我们在航标铣刀基础上加大了刀具芯部直径。增大芯部直径以后虽然容屑槽变小，但高速切削时切屑被高速旋转的刀具飞快甩出，不存在切屑排不出去的问题。

　　(4)刃长。

　　刃长越短，刀具的刚性和切削性能越好。当横截面积相同时，立铣刀的刃长增加一倍，其刚度仅为原刚度的1/8。试验表明，当立铣刀刃长增加一倍时，其刀具寿命仅为原寿命的1/10以下，所以在数控刀具设计中要尽可能设计符合加工要求的短刃型刀具。

　　(5)数控刀具的精度。

　　为保证数控立铣刀与工具系统的连接刚性和连接精度，柄部直径公差精度等级提高到h6，大大提高了刀具的装夹精度和安全可靠性；为保证加工质量和提高刀具寿命，将数控立铣刀直径偏差提高到0.05mm，齿圆弧的公差提高为±0.02mm；为保证刀具自身的动平衡性，将数控立铣刀的周齿跳动、端齿跳动和端齿圆弧跳动都提高到0.01mm。

　　(6)刀具涂层

　　涂层刀具通过在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。常用的刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、金属陶瓷等。涂层既可以是单涂层、双涂层和多涂层，也可由几种涂层材料构成复合涂层。西飞公司在数控刀具制造中与陕西地金成表面工程公司合作，加工有色金属的数控刀具采用TiCN复合涂层DJC-1，加工各类钢件采用TiAlN复合涂层DJC-2及金刚石纳米复合涂层DJC-3。涂层刀具在高温下具有良好的热稳定性和化学稳定性，涂层工艺使刀具具有光滑的表面和较高的耐磨损性能。由于刀具涂层的使用显着提高了刀具切削性能，为工厂带来了可观的经济效益。　　

　　2 数控刀具制造　　

　　数控刀具的制造和测量必须通过高质量的设备和检测手段来保证。西飞公司的技术装备制造总厂从国外引进了3台数控磨刀机和多台数控刀具测量机。如五坐标数控刀具磨床(H P R)，该磨刀机工作台尺寸为660mm×490mm×320mm，能磨削直径为φ3～240mm，长度240mm以内的立铣刀、锥度立铣刀、钻头、阶梯钻、三面刃盘铣刀及阶梯铣刀等多种刀具。该设备的定位精度：X ,Y ,Z:≤ 0.008mm ；重复定位精度：X,Y,Z:≤0.004mm,设备操作方便，稳定性好，加工刀具的几何精度高。在加工高品质刀具如整体合金刀具中有很强的优势；数控刀具测量机的设备精度和设备测量精度均为±2μ m，属全自动非接触高精度刀具测量系统，能够测量X≤310mm ,Y≤290mm,Z≤500mm范围内的刀具。对刀具的前角、后角、螺旋角、刃宽、齿圆弧、锥度等进行完整的测量。此外，还有高精度数控万能内外圆磨床S21 等多种数控机床设备，为刀具的制造质量和测量技术提供了有力的保证。

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