加強刀具選擇與優化刀具系統設計，將有助于降低企業刀具使用成本投入，更有利于提高數控機床生產效率。本文將簡要闡述加強數控刀具管理、促進數控機床增效，并就數控機床，深入探討數控車刀選擇與優化刀具系統設計。

1 數控刀具的分類

　　1.1 根據數控刀具結構分類

　　就數控刀具結構而言，其可被簡單劃分為整體式、鑲嵌式及減振式三大類。就鑲嵌式數控刀具而言，其可被劃分為機夾式及焊接式兩類。就機夾式數控刀具刀體結構而言，其又可被劃分為不轉位及可轉位兩類。減振式數控刀具的適用情況：若刀具工作臂長，直徑的比值過大，則往往使用減振式數控刀具以減少刀具振動，提高數控產品加工精度。

　　1.2 根據數控刀具制作材料分類

　　就數控刀具制作材料而言，其可被簡單劃分為高速鋼刀具及硬質合金刀具、金剛石刀具三大類。通常情況下，高速鋼屬型坯材料，相對于硬質合金，高速鋼的韌性更好，而其耐磨性、硬度及紅硬性更差，因此高速鋼刀具不適合用于高速切削及高硬度材料切削。相對于高速鋼刀具及金剛石刀具，硬質合金刀具的切削性能更高，其在數控車削領域得到了廣泛的應用。硬質合金刀片已經出現了標準規格系列產品，其具體切削性能及技術參數主要為其生產廠家提供。金剛石類刀具在難加工、高強度、高硬度、有色金屬切削加工行業的應用較為普遍。

　　1.3 根據切削工序分類

　　就切削工序而言，數控車削刀具分為內孔、外圓、內螺紋、外螺紋及切槽、切端面環槽、切端面、切斷等。數控車床機夾可轉位刀具一般屬標準規格，機夾可轉位刀具的刀體及刀片均屬標準規格，刀片材料以涂層硬質合金、硬質合金及高速鋼為主。數控車床機夾可轉位刀具類型以外圓刀具、內圓刀具、外螺紋刀具、內螺紋刀具、孔加工刀具（包括鏜刀、中心孔鉆頭、絲錐等）切斷刀具為主。機夾可轉位刀具加固不重磨刀片常用結構有螺釘、杠銷、螺釘壓板、楔塊等。就切削方式而言，數控車床所用刀具可分為圓表面切削刀具、中心孔類刀具、端面切削刀具。

2 數控加工刀具特點

　　2.1 刀具或刀片的經濟壽命指標及耐用度的合理性

　　現階段，數控加工刀具生產過程中，刀具質量測量的依據為刀具耐用度。切削刀具批量生產時，各刀具工件材質及材料間均或多或少地存在某些差異，原因是切削刀具生產將不可避免地受到某些客觀因素的影響，如刃磨質量，所以，同一生產環境下生產的切削刀具，其耐用度也將不盡相同。就數控方面而言，刀具耐用度平均指標及其可靠指標Tp均應具備齊全。通常情況下，刀具標準可靠度不宜低于0.9。

　　2.2 刀片或刀具方便切削控制

　　因數控機床的各設備均存在多個刀具，且切削量相當大，則切削塑性金屬過程中，必須確保刀具未被切屑纏繞及工藝和工件裝備均應控制其切削不隨意噴濺，以確保切削操作人員的安全及零件輸送與定位，且避免其影響到切削液噴注施工質量，所以，在切削作業時做好使用振動切削、斷屑塊刀具等，以提高斷削效果。

　　2.3 刀片或刀具切削參數及幾何參數的典型化及規劃化

　　數控刀具的精度應該得到切實的保證，數控刀具精度主要是指刀具形狀精度、刀柄及刀片對數控機床主軸相對位置精度、刀柄及刀片拆裝及轉位重復精度。數控刀具切削部分幾何尺寸變化幅度應該被控制在一定的范圍內，不宜過大。此外，刀體刀片及刀桿反復裝卸精度的穩定性應該得到控制。

　　2.4 優化刀柄及刀片自動換刀及定位基準系統

　　數控刀具更換的自動化及快速性要求刀柄及刀片高度的規格化、通用化及系列化，且刀具應該具備調整及控制尺寸的功能或自動補償刀具磨損的裝置，以加快刀具換刀調整速度。

3 刀具選擇

　　3.1 數控刀具型號

　　國內外刀具廠商統一標準為ISO。若編號不同，其代表的刀具參數亦不同，則數控刀具選擇時，應以其具體幾何參數為參考依據。

　　3.2 刀片形狀選擇

　　3.2.1 數控車刀片形狀主要由加工部位形狀所決定，且其也為刀具選擇的重要參考依據之一。數控車刀片形狀主要包括刀尖角、刀具主偏角、刀具有效刃數等，通常情況下，刀尖強度隨著刀尖角的增大而逐漸增強，若刀尖角小，其也不會對任何方面造成干涉。針對刀尖角小的刀具，其最佳使用范圍為復雜型面，即溝槽或下坡型面開挖。表1列出了刀片形狀選擇所涉及的相關內容：

　　3.2.2 刀片類型。刀片類型主要是指刀具是否存在中心孔或斷屑槽，選定刀體之后，可用刀片可適當確定為一類或幾類。通常情況下，A、G、N等正反面均設置有刀刃的類型更容易被選中，理由是這三類刀片類型有助于刀片利用率的提高。

　　3.2.3 刀尖半徑。刀尖圓弧半徑事關數控刀具切削效率、被加工工件精度及其表面粗糙度等。就刀尖最大進給量與其圓弧半徑間的關系而言，最大進給量應該≤80%刀尖圓弧半徑，不然，其勢必會導致刀具切削條件惡化或出現打刀及螺紋狀問題。所以，在選擇刀具時，一定要確保刀具的刀尖圓弧半徑應該≥1.25倍最大進給量。

　　3.2.4 就小余量而言，若車削為小進給量，則其刀尖圓弧半徑也應該足夠小；若車削為大進給量，則其刀尖圓弧半徑應該足夠大。通常情況下，就精加工而言，刀具刀尖圓弧半徑被設定為0.2、0.4或0.8；就半精加工而言，刀具刀尖圓弧半徑被設定為0.4、0.8或1.2；就粗加工而言，刀具刀尖圓弧半徑被設定為0.8、1.2、1.6或2.4。 　　3.3 車刀類型選擇

　　3.3.1 選擇刀具時，其要求刀具強度應該達到一定標準，且嚴禁與工件間發生沖突。就刀具刀桿頭部形式而言，其應該以直頭及主偏角為主要指標。偏頭形式多樣，則在刀具使用過程中，應該協調好刀片類型與工件形狀間的關系。

　　3.3.2 選擇車刀類型時，應該以刀具主偏角為依據。通常情況下，若工件存在直角臺階，其刀桿主偏角應該≥90°。就粗車而言，工件刀桿主偏角應為45°～90°；就精車而言，工件刀桿主偏角應為45°～75°。若工藝系統剛度足夠，則工件主偏角應該足夠小；若工藝系統剛度較弱，則工件主偏角應該足夠大。

　　3.3.3 選擇刀片卡緊方式。目前，刀具刀片卡緊方式主要分為C、D、M、P、S，具體選擇何種刀片卡緊方式應以刀片形狀及切削強度為參考依據。

　　3.4 刀桿尺寸選擇

　　3.4.1 刀桿基本尺寸包括刀桿長度及寬度、刀尖高度，就標準系統尺寸內，刀桿長度、寬度及高度間均為一一對應的關系。刀桿尺寸應該與機床匹配，且

　　刀尖高度應該在刀夾及刀墊的協助下方能與機床匹配。

　　3.4.2 刀桿長度確定依據應為夾持懸伸量及長度。就外圓刀桿而言，通常情況下，其懸伸量應為1.5倍刀尖高度。此外，刀具加工部位位置及孔深應由內孔刀懸伸量為參考依據。

4 刀具系統的設計優化

　　4.1 工位刀具系統

　　就工位刀具系統而言，應該尤其關注機床與卡具、工件與刀具間的碰撞及干涉問題，其主要表現為：

　　4.1.1 若刀具安裝方向為徑向，其長度如果過長，則勢必會導致機床內壁與刀具于刀位轉換過程中發生碰撞現象。

　　4.1.2 若刀具處于鄰刀位位置，則其對工件的干涉將發生在大直徑帶小孔工件加工過程中，尤其是在孔加工刀具時，此種干涉現象尤其普遍。此外，刀具與卡具間相互干涉現象也易發生于小直徑內孔加工過程中，若工件直徑較大，則加工部位與中心位置間的間距應該足夠大。

　　4.1.3 刀具系統調試過程中，如果機床內壁與刀具間相互干涉與否不能被準確判定，則應該合理繪制刀具干涉圖。因刀架工位數量較多，則刀夾相鄰角度會相應變小，并最終致使無干涉區范圍縮小。若加工工件直徑較大，則其無干涉區應該相應擴大，這樣便可有效改變裝刀位置及減小刀具長度，例如盡量隔開孔加工刀具等。

　　4.2 刀架最大轉動慣量

　　就刀架最大轉動慣量而言，若刀夾重量較大、鏜桿直徑加大及其長度過長，則應該精確計算出刀架轉動慣量，以確保最大轉動慣量被控制在允許值范圍內。

5 結語

　　數控加工刀具可簡單劃分為兩大類，即模塊化刀具及常規刀具。模塊化刀具是數控加工刀具未來的發展方向，相對于常規刀具，模塊化刀具具備眾多獨特的優勢，即換刀停機時間相對縮短，從而實現了數控生產加工效率的提高；換刀速度相對加快及刀具安裝時間大大縮短，從而實現了小批量數控產品生產經濟性的提高；刀具合理化及標準化程度相對更高；刀具管理水平及數控柔性加工水平等相對更高；刀具的利用率得到了擴大，且刀具的性能實現了最大化發揮；刀具測量工作中斷現象被消除，從而實現了線外預調的目的。

　　綜上，刀具選擇及刀具系統設計優化過程中，應該綜合考慮刀具使用數量的減少、刀具使用成本的降低、工件產品加工質量及效率的提高等，并基于分析的基礎上，選擇高層次刀具等。