数控刀具的失效形式及可靠性
刀具材料的硬度与韧性的关系
四、数控刀具的失效形式及可靠性
数控刀具的失效形式及可靠性
刀具失效的概念
在切削过程中，刀具磨损刀一定程度， 刀刃崩刃或破损，刀刃卷刃（塑变） 时，刀具丧失其切削能力或无法保证 加工质量。车刀示意图数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
后刀面磨损
由机械交变应力引起的出现在刀具后刀 面上的磨擦磨损。
刃口剥落
切削刃口上出现一些很小的缺口，非均匀 的磨损。
主要由断续切削、切屑排除不流畅等因素 造成。
应该在加工时降低进给速度、选择韧性好 的刀具材料和切削刃强度高的刀片，来避免刃 口剥落现象的产生。
数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
崩刃
崩刃将损坏刀具和工件。 主要原因有刀具刃口的过度磨损和较高的 加工应力，也可由于刀具材料过硬、切削刃强 度不足以及进给量太大造成。 刀具应该选择韧性较好的合金材料，加工 时应减小进给量和切削深度，另外还可选择高 强度或刀尖圆角较大的刀片。
刀柄是机床主轴与刀具之间的连接工具，是数控 铣床、加工中心必备的辅具。
它的作用有：
准确地安装各种刀具；
满足在机床主轴上的自动松开和拉紧定位；
在刀库中的存储识别；
机械手的夹持。
刀柄的选用要和机床的主轴孔相对应。刀柄已经 标准化和系列化。数控铣床和加工中心上的刀柄一般 采用7∶24圆锥刀柄。
链轮式自动换刀系统
学习要求 建议学时
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掌握 2
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随着数控机床功能、结构的发展， 数控机床上所使用的数控刀具已经不 是普通机床“一机一刀”的模式，而 是多种不同类型的刀具同时在数控机 床上轮换使用，来达到自动换刀和快 速换刀的目的。因此，对“数控刀具” 的含义应该理解为“数控刀具系统”。
数控刀具系统除了包括机床的自动换刀机构外， 为了保证刀具的可互换性，还必须有刀柄和工具系统。
转盘式自动换刀系统
机械手夹持
7∶24圆锥工具柄部简图
一、数控刀具的要求与特点
数控刀具的要求与特点
数控机床必须有与其相适应的切削 刀具配合，才能充分发挥作用。刀具， 尤其是刀片的选择是保证加工质量提高 加工效率的重要环节。
数控刀具的要求与特点
要求
要有高的切削效率
要有高的精度和重复定位精度 要有高的可靠性和耐用度 可靠的断屑和排屑措施
刀具的失效形式
塑性变形
切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。 切削速度和进给速度太高以及工件材料中 硬点的作用，刀具材料太软和切削刃温度较高 等现象，都是产生塑性变形的主要原因。塑性 变形的产生会影响切屑的形成质量，并导致刀 具崩刃。 可以通过降低切削速度和进给速度，选择 耐磨性高和导热性能好的刀具材料等措施，达 到减少塑性变形的目的。
前刀面磨损主要由切屑和工件材料的接触， 以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过 软，加工过程中切削速度较高，进给量较大， 也是前刀面磨损产生的原因。前刀面磨损会使 刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃的强度。
应该采用降低切削速度和进给速度，同时 选择涂层硬质合金材料，来达到减小前刀面磨 损的目的。
数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
边界磨损
主切削刃上的边界磨损常发生于与工件的 接触面处。
主要原因是工件表面硬化、锯齿状切屑造 成的磨擦。
解决措施是降低切削速度和进给速度，同 时选择耐磨刀具材料，并增大刀具的前角使得 切削刃锋利。
数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
前刀面磨损
在刀具的前刀面上由磨擦和扩散导致的磨 损。
要有在线监控及尺寸补偿系统 实现刀具尺寸的预调和快速换刀 刀具标准化、模块化、通用化及复合化
数控刀具的要求与特点
特点
数控车床能兼作粗精车削，因此粗车时，要选强度高、 耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进 给量的要求。精车时，要选精度高、耐用度好的刀具， 以保证加工精度的要求。
此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机 夹刀和机夹刀片。夹紧刀片的方式要选择得比较合理， 刀片最好选择涂层硬质合金刀片。目前，数控车床用 得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。
漯河职业技术学院机电系
数控教研室
学习内容与知识点：
内容 数控刀具的类型与特点
数控刀具的材料 数控刀具的失效形式及可靠性
数控刀具的选择
知识点
数控刀具的要求与特点 数控刀具的分类 数控刀具的材料 数控刀具的失效形式、影响与对策 数控刀具的可靠度 选择数控刀具时应考虑的因素 数控车削刀具的选择 数控铣削刀具的选择 常见的刀具库
数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
积屑瘤
工件材料在刀具上的粘附物质。 积屑瘤的产生会大大降低工件表面的加工 质量，会改变切削刃的形状并最终导致切削刃 崩刃。 采取的对策有提高切削速度，选择涂层硬 质合金或金属陶瓷等刀具材料，并在加工过程 中使用冷却液。
数控刀具的失效形式及可靠性
刀具的失效形式
如果刀具材料较软，刀具的后角偏小， 加工过程中的切削速度偏高，进给量太小，都 会造成刃具后刀面的磨损过量，并由此使得加 工表面的尺寸和精度降低，增大切削中的磨擦 阻力。
因此应该选择耐磨性较高的刀具材料，同 时降低切削速度，加大进给量，增大刀具后角。 如此才能避避免或减少刀具后刀面磨损现象的 产生。
数控刀具的失效形式及可靠性
二、数控刀具的种类
数控刀具的种类
按结构来分
整体式
镶嵌式
内冷式
减振式
机夹可转位式
数控刀具的种类
按制按造加材工料分
工艺来分
高速钢刀具
硬质合金刀具
陶瓷刀具 立方氮化硼刀具 聚晶金刚石刀具
数控刀具的种类
车刀
按加工 工艺来分
钻刀 （钻头）
镗刀
铣刀
三、数控刀具的材料
数控刀具的材料
刀具的选择是根据零件的材料种类、硬度、 加工表面粗糙度要求和加工余量等已知条件来 决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进给量、 切削速度和刀片牌号。
数控刀具的材料
数控刀具切削部分的材料要求：
要有高的硬度和耐磨性 要有足够的强度和韧性
要有高耐热性 较好的导热性 良好的工艺性
数控刀具的材料
高速钢
数
控
硬质合金
刀
具
的
材
料
陶瓷
立方氮化硼
W系高速钢 Mo系高速钢
钨钴类 钨钛钴类 钨钛钽（铌）钴类 纯氧化铝类（白色陶瓷） SiN添加类（黑色陶瓷）
聚晶金刚石