刀具的挑選是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容之一,，不只影響機床的加工功率,，并且直接影響零件的加工。因為數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速及規(guī)模遠遠高于一般機床,，并且主軸輸出功率較大,，因而與傳統(tǒng)加工辦法相比，對數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求,，包含精度高,、強度大、剛性好,、---度高,，并且要求尺度安穩(wěn)，裝置調(diào)整便利,。這就要求刀具的結(jié)構(gòu)合理,、幾許參數(shù)規(guī)范化、系列化,。

1 數(shù)控刀具是進步加工功率的先決條件之一,，它的選用取決于被加工零件的幾許形狀、資料狀況,、夾具和機床選用刀具的剛性,。應(yīng)考慮以下方面：

1依據(jù)零件資料的切削功能挑選刀具。如車或銑高強度鋼,、鈦合金,、不銹鋼零件,，建議挑選耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具,。

2依據(jù)零件的加工階段挑選刀具。即粗加工階段以去除余量為主,，應(yīng)挑選剛性較好,、精度較低的刀具，半精加工,、精加工階段以---零件的加工精度和產(chǎn)品為主,，應(yīng)挑選---度高、精度較高的刀具,，粗加工階段所用刀具的精度蕞低,、而精加工階段所用刀具的精度蕞高。如果粗、精加工挑選相同的刀具,，建議粗加工時選用精加工篩選下來的刀具,，因為精加工篩選的刀具磨損狀況大多為刃部細微磨損，涂層磨損修光,，持續(xù)運用會影響精加工的加工,，但對粗加工的影響較小。

3依據(jù)加工區(qū)域的特色挑選刀具和幾許參數(shù),。在零件結(jié)構(gòu)允許的狀況下應(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)有滿意的向心角,，以削減刀具和切削部位的切削力。加工鋁,、銅等較軟資料零件時應(yīng)挑選前角稍大一些的立銑刀,，齒數(shù)也不要---4齒。

選取刀具時,，要使刀具的尺度與被加工工件的外表尺度相適應(yīng),。出產(chǎn)中，平面零件周邊概括的加工,，常選用立銑刀,；銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀,；加工凸臺,、凹槽時，選高速鋼立銑刀,；加工毛坯外表或粗加工孔時,，可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀；對一些立體型面和變斜角概括外形的加工,，常選用球頭銑刀,、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀,。

在進行自在曲面加工時,，因為球頭刀具的端部切削速度為零，因而,，為---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,。而端銑刀無論是在外表加工上還是在加工功率上都遠遠優(yōu)于球頭銑刀,，因而,，在---零件加工不過切的前提下，粗加工和半精加工曲面時,，盡量挑選端銑刀,。別的，刀具的---度和精度與刀具價格聯(lián)系---,，有---引起注意的是,，在大多數(shù)狀況下，挑選好的刀具盡管增加了刀具本錢,，但由此帶來的加工和加工功率的進步,，則能夠使整個加工本錢---下降。

在加工中心上,，一切刀具全都預(yù)先裝在刀庫里,，經(jīng)過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進行相應(yīng)的換刀動作。有---選用適合機床刀詳細系標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)規(guī)范刀柄,，以便數(shù)控加工用刀具能夠敏捷,、準(zhǔn)確地裝置到機床主軸上或返回刀庫。編程人員應(yīng)能夠了解機床所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺度,、調(diào)整辦法以及調(diào)整規(guī)模等方面的內(nèi)容,，以---在編程時斷定刀具的徑向和軸向尺度，合理安排刀具的擺放次序,。

特征造型不只能表達機械零件的底層幾許信息,，并且可從具有工程意義的較高層次上對產(chǎn)品進行表達和建模，有用支持產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的各個環(huán)節(jié),。因而,，特征造型是將規(guī)劃與計算、工程分析,、數(shù)控加工編程等環(huán)節(jié)聯(lián)結(jié)起來的樞紐,。

大多數(shù)特征造型體系均選用鴻溝表明法(b-rep)和結(jié)構(gòu)幾許法(csg)相結(jié)合的辦法來描繪零件的形狀特征。鴻溝表明法首要用于描繪構(gòu)成幾許體的幾許元素(頂點,、線,、面等)之間的拓撲聯(lián)系，并可輔佐用戶選取特定的幾許元素,；結(jié)構(gòu)幾許規(guī)律經(jīng)過樹形操作完結(jié)實體體素的拼合,，構(gòu)成終究規(guī)劃特征,。本文首要討論結(jié)構(gòu)幾許法的擴展及其在數(shù)控鏜刀特征造型體系中的使用,。該辦法對于其它數(shù)控刀具相同適用。

2 輔佐面切開法的引進

因為數(shù)控刀具的形體為不規(guī)矩的棱柱體,，而結(jié)構(gòu)幾許法選用的拼合體素為規(guī)矩形體,，因而,，單純選用結(jié)構(gòu)幾許法對數(shù)控刀具進行造型，既不靈敏功率又低,。如引進輔佐面切開法,，則可簡化造型進程，進步造型功率,，在某些狀況下還可下降造型難度,。

若選用輔佐面切開法解決上述問題，則只需結(jié)構(gòu)原始長方體和輔佐面p,，然后用

p面切開原始長方體,，即可達到目的。

為取得形體ⅰ,，選用結(jié)構(gòu)幾許法需結(jié)構(gòu)三個別素,，即原始長方體、直棱柱ⅱ和ⅲ,，且直棱柱ⅱ和ⅲ中總有一個直棱柱需被結(jié)構(gòu)為比實踐需要的體素大,，這也增加了不---的存儲空間。并且,，如要---圖2中pt點的空間方位,，上海硬質(zhì)合金刀具，則需進步原始長方體和直棱柱ⅲ的造型要求,，經(jīng)確規(guī)劃原始體素的尺度,，才能得到符合要求的pt點。

若選用輔佐面切開法,，為取得形體ⅰ,，則只須結(jié)構(gòu)一個基本體素——原始長方體，然后結(jié)構(gòu)切開輔佐面p1和p2,，如需---pt點的方位,，只要---p1和p2平面均過pt點即可，而這一點不難做到,。

為敘說便利和清楚,，以上所舉二例都是經(jīng)化簡的模型，實踐造型中所遇到的問題要雜亂得多,，并且用結(jié)構(gòu)幾許法結(jié)構(gòu)一個空間形體能夠經(jīng)由不同的拼合路徑,。與一切拼合辦法相比，選用輔佐面切開法都具有明顯的---性,。

3 輔佐面切開法的完結(jié)

盡管選用輔佐面切開法可---簡化結(jié)構(gòu)幾許法,，但并非在一切狀況下都能完結(jié)。如圖3所示狀況,，為取得形體ⅰ,，有---在原始長方體上減掉長方體ⅱ,，在此狀況下輔佐面切開法就無法運用。因而,，輔佐面切開法只能作為結(jié)構(gòu)幾許法的彌補和擴展,，而無法---取代結(jié)構(gòu)幾許法。

輔佐面切開法的使用條件為：

1) 結(jié)構(gòu)幾許法中兩體素有---作差拼合運算,；

2) 拼合構(gòu)成的終究形體有---坐落輔佐面一側(cè),。

因而，為了蕞大限度地使用輔佐面切開法,，在構(gòu)成終究形體時,，應(yīng)盡量選用差拼合辦法。但凡能經(jīng)機械加工得到的零件,，均可經(jīng)過---規(guī)劃基本體素而以差拼合辦法完結(jié)其特征造型,。

完結(jié)輔佐面切開法的關(guān)鍵是輔佐面的結(jié)構(gòu)及體素被切開后兩部分的取舍。

平面的幾許界說為：經(jīng)過空間一固---且垂直于一空間向量的曲面,。即由一空間固---和一空間向量可僅有地斷定一個平面,，其中固---坐落平面上，空間向量為平面的法向量,。因而,，平面可由其點法度方程斷定，即

a(x-x0)+b(y-y0)+c( z-z0)=0 (1)

其中 p0(x0,，y0,，z0)為一固---，而v={a,，b,，c}為平面的法向量。

依據(jù)界說,，可用平面上一點和平面的法向量來結(jié)構(gòu)平面,。在某些狀況下，如平面的法向量不易斷定,，但能較容易地找到平面上的三個點p0,、p1、p2,，則可經(jīng)過結(jié)構(gòu)向量v1=p0p1和v2=p0p2,，然后求v1和v2的叉積而得到平面的法向量v0=v1×v2。

輔佐面結(jié)構(gòu)完結(jié)后,，切開后的形體如何取舍,？在此作如下規(guī)則：凡切開后得到的兩個形體，坐落法向量正方向的形體為所需形體,，坐落法向量負方向的形體為舍棄形體,。在結(jié)構(gòu)平面時,，一定要細心處理法向量的方向,，使其指向所需形體,。

4 數(shù)控刀具造型規(guī)劃實例

結(jié)構(gòu)幾許法是實體造型中廣泛使用的辦法，但單純選用結(jié)構(gòu)幾許法進行造型規(guī)劃有時難度相當(dāng)大,。本文提出使用輔佐面切開法對結(jié)構(gòu)幾許法進行擴展并使用于數(shù)控刀具的特征造型進程,，---下降了造型規(guī)劃的雜亂程度和難度，硬質(zhì)合金刀具參數(shù),，具有較好的使用價值,。

1．?dāng)?shù)牲加工常用刀具的種類及特色

數(shù)控加工刀具有---適應(yīng)數(shù)控機床高速、和自動化程度高的特色,，一般應(yīng)包含通用刀具,、通用連接刀柄及少量---刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上,，因而已逐漸規(guī)范化和系列化,。

在德國刀具制作商horn公司每兩年舉辦一次的“技術(shù)開放日”上，涂層硬質(zhì)合金刀具,，---獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線,，硬質(zhì)合金刀具修磨，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進程,。

horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品如銑刀,、車刀、拉刀,、鉸刀等廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片,。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25a端面切槽體系,、用于s100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等,。

圖1

horn公司在各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)�燒結(jié)而成的刀片進行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的horn

hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠,。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物,、結(jié)合劑資料如鈷和鉭以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料圖2。在冶金實驗室對質(zhì)料進行的檢驗檢測后,，對其進行攪拌混合,，直至達到所要求的濃度，然后送至下一道工序,，用三種成型辦法軸向壓制成型,、擠出成型或---成型之一進行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單,，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型,。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中,，經(jīng)過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀,。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔如在燒結(jié)前無需參加添加劑,，但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫�,；蛟S比較困難或許完全無法脫模,。horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設(shè)備見壓坯機左側(cè)。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型,。該機推擠原資料經(jīng)過一個模具而取得所需的形狀,。值得注意的是，利用浮動芯軸銷,，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)冷卻通道,。在擠出成型機下部能夠看到，構(gòu)成的生坯呈長條狀,，還需要將其切成所需長度,，經(jīng)過清潔后再送去進行預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑,，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀見圖5,，這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型,。隨后,，這些添加劑將在預(yù)燒結(jié)工序中予以去除。

圖5

horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬---成型工藝圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3d設(shè)計圖,。該工藝所用的---成型機能夠設(shè)置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量,。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，---速度為6m/sec,，---壓力蕞大可達2,，200bar，模具重量范圍為150－200kg,。

圖6

與---成型機,、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區(qū)見圖7專門擔(dān)任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此,，horn公司裝備了電火花加工機床,、車床、三軸和五軸銑床,、平面磨床和坐標(biāo)磨床等機床,，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標(biāo)測量機等設(shè)備。

圖7

用擠出成型機或---成型機成型的刀片生坯經(jīng)過清潔后,，還必須進行預(yù)燒結(jié),。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右,，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā),，并使生坯預(yù)固化。刀片毛坯經(jīng)過預(yù)燒結(jié)后,，即可進入燒結(jié)階段用軸向壓坯機成型的毛坯無需預(yù)燒結(jié),，可直接進行燒結(jié),。經(jīng)過在1,，350℃－1，550℃的高溫文可達100bar的氣體壓力下進行燒結(jié),，刀片資料即可取得其終究的物理性能,。在燒結(jié)進程中，資料部分呈液相狀況,，碳化物以相同的方法重新排列,，構(gòu)成無孔隙的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外,，燒結(jié)后刀片的體積大-比燒結(jié)前縮小20％－22％見圖8,。整個燒結(jié)進程大約需要持續(xù)20小時才干完結(jié)。

圖8

經(jīng)過一系列計量室測試和控制程序包含掃描電鏡檢測,、維氏硬度檢測,、密度檢測、磁飽和度檢測等之后,，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運送到同樣坐落horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠,，并在那里的---磨床見圖9上刃磨出刀片的終究形狀。dmg/森精機公司專門為horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求,。horn刀具生產(chǎn)廠的加工機床總數(shù)超過200臺,，這些機床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上,，準(zhǔn)備對其進行清潔和噴砂處理,。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中horn公司共有8臺涂層爐進行pvd或cvd涂層,。完結(jié)涂層工序后,，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間,。

圖11

horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務(wù)的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學(xué)徒訓(xùn)練計劃,。圖12中正在操作五軸加工中心的學(xué)徒已處于訓(xùn)練的高及階段。在參與手動和數(shù)控加工之前，學(xué)徒們先要學(xué)習(xí)一些基本技能如整理文檔,。