北京精雕雕刻加工关于铣刀使用方面的技术

1、如何试切新材料？

        什么是新材料呢？同样是紫铜材料，如果含有的杂质量不同，它也是新材料。在拿到新材料后，要进行试切。试切要得到两个结论：

        1） 材料的切削性如何：确定材料的硬度和脆度，有了这一点才能确定开粗工序的加工工艺。

        2） 精加工吃刀量：材料在达到一定的切削量时，才能得到较好的粗糙度，并不是吃刀量越小越好。这样才能确定精加工的加工工艺。

2、加工紫铜对刀具有怎样的要求？

        1） 紫铜材料自身的特点是比较软，而且比较粘。在加工时，要注意使用锋利的刀具。现在一些刀具生成厂家针对紫铜材料加工，专门使用超细微粒硬质合金材料磨制的刀具，加工的效果好一些。

        2） 对自己磨制的刀具在加工紫铜材料时，后角可以大一点，提高刀具锋利度。还要注意对前刀面的抛光。砂轮的微粒要细，这样才能磨出锋利的刀具。点尖时，点尖角度小一些，这样加工出的效果好一些。

        3） 紫铜材料的断屑的特性不好，容易形成比较长的切屑，所以，进行加工的刀具的前刀面一定要光滑，这样可以减小切屑和刀具之间的摩擦。这一点也是比较重要的，它对刀具的使用情况有比较大的影响。如图1中所示。

        4） 在加工紫铜材料时，切削线速度对刀具的寿命没有明显的影响。也就是说，在加工紫铜材料时，主轴转速的可以调整的范围比较大。一般来说，使用φ6平底刀，主轴转速在14000（转/分钟）左右。

        5） 刀具伸出的长度要尽量短，或者使用比较粗的刀杆来提高刀具的强度，减小加工时的变形。这一点对加工出来工件的光洁度有比较大的影响。

        6） 进行精加工的球头刀的两刃相交的位置要薄。这样的刀具才锋利，减小了加工时的摩擦。在加工曲率较小的位置时，加工出的效果才好。如图2中所示。

3、加工铝材料对刀具有怎样的要求？

        加工铝材料在刀具上要求和加工紫铜对刀具的要求基本上是一致的。只是它不能使用TiAlN涂层刀具进行加工。

4、不同材料的加工性是怎样确定的？

        材料的加工性根据不同材料的合理切削线速度确定的。合理切削线速度越高，加工性越好。一般来说，材料的加工性和材料的硬度成反比，材料越硬，加工性越差，合理线速度越低。例如：45号钢的硬度为HRC13，而Cr12的硬度为HRC26，所以，在加工铬钢时，主轴转速要比加工45号钢时主轴转速低一半。但是，同时我们要注意考虑主轴的输出功率问题，来确定最终的主轴转速。

        我们以后要出数控铣，我们要接触的钢的材料将更多，我们在研究怎样加工一个新领域时，要先从研究它使用的材料特性入手，这样才能找到好的加工方法。

5、使用涂层刀具应注意什么？

        现在常见的涂层材料有两种：一种是TiN，一种是TiAlN。TiN涂层为黄色，TiAlN涂层为黑色或紫色。我们常使用的是TiAlN涂层。在使用涂层刀具时也要注意对刀具进行磨合。另外，使用TiAlN涂层不能加工铝合金材料。

6、怎样鉴别刀具的好坏？

        鉴别刀具的好坏最好的方法就是进行切削实验，但在初次购买时，我们不能进行切削实验，我们可以从以下几点鉴别刀具的好坏：

        1） 询问刀具材料的粒数：粒数高的材料好，在这个前提下才能有好刀具。

        2） 观察前刀面是否光滑：光滑的刀具较好，在加工时刀具的摩擦小，可以延长刀具使用寿命。也可以说明这把刀具磨制的质量好。

        3） 选择窄刃带的刀具：宽刃带的目的是增加刀具的强度，但是采用宽刃带的刀具，一旦刀刃稍有磨损，刃带就会参加切削，导致刀具寿命急剧下降。另外，根据我们雕刻行业，切削力小，要求刀具锋利的特点，使用窄刃带是非常必要的。

        4） 刀具连接处薄一些比较好：越薄刀具的前角就越大，刀具就越锋利。

        总的说，可以根据刀具材料的粒数、前刀面的光滑程度、刃带的宽度和刀具连接处来判断刀具的质量。

7、刀具的径向跳动对刀具和加工有怎样的影响？

        刀具的径向跳动对刀具寿命的影响是非常大的，有资料表明刀具径向跳动增加0.01MM刀具寿命减小50%。

        刀具的径向跳动对加工的影响也是很大的，刀具的径向跳动大，就不能加工出好的表面光洁度和尺寸精度。

8、刀具的径向跳动和那些环节有关？应注意什么问题？

        刀具的径向跳动对刀具的影响是非常大的。根据一些技术资料说明，当径向跳动增加0.01MM时，刀具寿命会降低50%！所以我们要尽量减小刀具的径向跳动。

        和刀具径向跳动有关的环节有：夹头、刀具自身的情况、刀具和夹头的配合、夹头和螺母的配合，刀具装夹方法的情况。

我们应该注意以下问题：

1）夹头要完好无损，而且要清洁。

        夹头上任何一个小的损坏，在夹紧变形过程中都会导致变形不均，最终增加了刀具的径向跳动。灰尘的印象也是非常大的，而且不容易被大家所注意到。灰尘同样会增大刀具的径向跳动，经过大量实验，有灰尘的夹头清洁后，径向跳动可以减小50%！相应的刀具的使用寿命就可以提高2倍以上。

2）刀具要尽量缩短伸出长度，而且同样要保证刀具的清洁。

        刀具的伸出长度大，在受到相同的切削力的情况下，刀具的变形就大，这样也增大了刀具的径向跳动，降低刀具的使用寿命。同时，如果刀具伸出长度较大，会影响加工出的工件光洁度，而且在这方面的是非常大的。刀具也要注意清洁，刀具上有灰尘和夹头上有灰尘对径向跳动的影响是一样的，它都会大大的影响刀具使用寿命。

3）要注意刀具和夹头的配合。

        在装夹刀具时要在夹头已经开始变形后，再放入刀具，这样可以减小刀具的径向跳动。另外，在夹紧时要注意力度，不是夹紧力越大越好，经实验验证，合理的夹紧力可以减小刀具径向跳动20%。这个合理的夹紧力需要机床操作人员自己进行总结，多多实验，找到自己夹紧刀具的力度。

9、使用牛鼻刀有什么优势？

使用牛鼻刀有以下优点：

        1） 使用牛鼻刀，在保持刀具强度的前提下，降低了切削线速度。

        上面的是使用牛鼻刀和使用平底刀在相同吃刀深度的情况下，切削状态的比较。正像上面图片中所反映的，使用牛鼻刀实际有效切削直径减小了。切削线速度的公式是，其中公式中的就是有效切削直径。当它变小的时候，切削线速度也就降下来了。刀具寿命公式为 。从刀具寿命公式中我们可以看出，刀具切削线速度 降低，刀具寿命增加。

        2） 从电机功率方面考虑，我们使用的主轴电机的功率相对较小。功率的计算公式为 ，由于使用牛鼻刀可以降低线速度，所以，使用牛鼻刀比使用平底刀需要的功率小。

        我们使用电主轴都是恒扭矩的主轴电机，在加工时，产生的扭矩越小越好，扭矩的计算公式是 ，所以，当减小切削半径时，可以减小扭矩，这样对扭矩的要求相应降低。

        这上面说到的切削力是在径向方向的切削力。在下面第四条中我们可以看到使用牛鼻刀，有利于减小径向方向的切削力。这样更加有利于降低切削时的功率和扭矩。

        使用牛鼻刀，要保证和使用平底刀一样的切削线速度，那么，就要提高主轴转速，这样主轴电机的输出功率就增加了。反过来说，在相同主轴电机输出功率的情况下，牛鼻刀的切削线速度低。

3） 从刀具强度方面考虑，牛鼻刀增大了和材料接触部分的强度。

        使用平底刀在切削的时候，是用刀尖（一个点）在进行切削，刀具的强度低，切削时实际压强也比较大，很容易崩刀。改为使用牛鼻刀，是在使用一条线在进行切削，切削时压强降低。

        再从刀具磨损的角度考虑，使用平底刀加工时，在初期磨损中容易出现崩刀现象，而使用牛鼻刀可以减少甚至是避免出现崩刀现象。

4） 从刀具切削时受力方向考虑，使用牛鼻刀提高了切削时刀具的稳定性。

        可以看出，使用牛鼻刀在径向方向只是一个分力，力的强度被降低了，这样刀具变形就减小了。切削时，刀具振动也相应的降低，刀具比较稳定，特别是在下刀的时候更明显。使用锥刀也有一样的效果。

5） 从加工残留量的方面考虑，在相同吃刀深度的情况下，使用牛鼻刀进行粗加工过的曲面，残留量比使用平底刀要小。

从上面两个图片中，可以明显的看出，使用牛鼻刀加工后的曲面残留量小。这样就有利与进行下面的加工。

10、使用牛鼻刀应注意那些问题？

1） 在实际加工中，牛鼻刀的适用的范围。

        现在我们的牛鼻刀还都是自己磨制的，R圆的大小尺寸不精确，所以，还不能进行曲面和平面相交位置的加工。现在我们自己磨制的牛鼻刀还只能应用于粗加工中。另外，由于倒角后，刀具的锋利程度降低，所以，在不太适合加工铝合金、紫铜等软性材料。

2） 在设计刀具路径时，牛鼻刀的选用。

        由于R圆的精度不足，在设计刀具路径的时候要考虑这方面的影响。影响的大小由修刀的精度决定。一般来说，表面余量不小于0.1MM。

3） 使用牛鼻刀时，也要注意使用环切顺铣，并配合开槽使用。

        在加工时使用顺铣，刀具的切削厚度从最大变化到0，受到的是切削力小，摩擦作用也减小，对减小刀具受力、降低切削热都有好处，可以提高刀具的寿命。开槽次数一般为2次，使用螺旋下刀，下刀角度为0.5度。

4） 要尽量减小刀具的伸出长度。

        这个目的是为了提高加工时，刀具的强度。伸出的长度越大，刀具的强度就越低，刀具的变形大，加工时振动、断刀等现象出现的几率大。

5） 刀具的寿命和R圆的大小不是成正比的关系。

        R圆的半径的大小会影响刀具的寿命，但不是R圆的半径增大一倍，刀具寿命也增大一倍的正比关系。

6）要注意对刀具的磨合。

11、平底刀适用的范围是怎样的？

        1） 材料对线速度要求不高：就像我们上面说的，在加工紫铜，铝合金等材料时要使用平底刀进行加工。这是因为这类材料在加工时，对线速度要求不是很高，线速度对刀具寿命的影响并不是非常的明显。这时我们使用平底刀进行加工。

        2） 精加工时，一些位置需要使用平底刀进行加工：自己磨制的牛鼻刀精度一般比较难保证，所以不能进行精加工。平底刀的精度相对比较好保证。另外，平坦面、竖直壁和相交的直角位等只能使用平底刀进行加工。

12、使用平底刀应注意那些问题？

        1） 尽量避免下扎现象：平底刀抵抗下扎的能力比较弱，在下扎时，很容易崩刀。下刀角度要小一些，能使用螺旋下刀尽量使用螺旋下刀，表面预留必须大于0。在计算失败时，使用缩短下刀长度或使用轮廓下刀。

        2） 保证一定的主轴转速：由于使用平底刀相应的增加了加工时所需要的加工功率和加工扭矩，为了保证电机的加工状态正常，主轴转速不能过底，下面给出加工不同材料时主轴转速建议值：

刀具 材料	φ6平底刀	φ4平底刀	φ3平底刀
紫铜	14000n/min	16000 n/min	18000 n/min
铝合金	14000 n/min	16000 n/min	18000 n/min
ABS	16000 n/min	18000 n/min	20000 n/min

（以上参数为使用电机为80电机参数）

3） 尽量减小刀具伸出长度：这一点对所有刀具加工都是很重要的，对平底刀而言就更加突出。由于使用平底刀加工时，刀具相对来说都比较锋利，容易出现“吃不住”的现象，所以，一定要尽量减小刀具伸出长度。

        4） 要注意对刀具的磨合。

13、使用球头刀有那些优势？

        1） 可以获得更加平稳的加工状态：使用球头刀进行加工时，切入角是连续变化的，几乎没有突变的现象，这样切削力的变化也就是一个连续的变化过程，这样加工时可以保证切削状态更加稳定，表面光洁度更高。

        2） 球头刀是进行曲面半精加工和精加工最理想的刀具：我们使用的主轴电机抵抗轴向力的能力差一些，所以，一般不能使用球头刀进行粗加工（轴向切削力过大），而在半精加工中，使用球头刀是非常好的。使用球头刀进行半精加工后，加工残料少，这样更有利于进行下面的精加工。半精加工的路径间距一般是精加工间距的两被，如果是使用平行截线的方法，最好和精加工走刀方向成90度。

        3） 降低了实际切削半径：就像使用牛鼻刀一样，使用球头刀减小了实际切削直径，降低了切削线速度，减小了切削加工时的切削功率和切削扭矩，更有利于主轴电机在更好的状态下进行加工。

14、使用球头刀应注意的问题是什么？

         1）尽量减小使用刀尖加工工件：在球头刀刀尖位置，在实际加工时，加工线速度为0，也就是说，实际上刀具不是在进行切削，而是在进行磨削，实际加工中，冷却液根本加不到切削区，这样更加导致切削热比较大，刀具寿命下降。

        2）对于直壁最好使用等高外形的加工方法进行加工：要尽量减少球头刀沿着直壁向下加工的现象。相对来说，沿着直壁向上加工是非常好的方法，但是在实际加工中很难将它们分开。下面对比一下两者的不同。

        3）使用等高外形加工直壁就可以减少向下加工的现象。如果可以使用“从下向上走刀”这样的现象就可以避免。在使用“从下向上走刀”要首先考虑第一刀的吃刀量是不是太大，如果上面加工后在曲面根部留有比较大的残料，那么第一刀加工量就有可能太大。这样不能保护刀具反而破坏了刀具。

        4）注意对深槽的加工：在加工深槽时，刀具可能完全沉下去，由于球头刀的容屑槽相对较小，在加工比较粘的材料（如紫铜），进给速度较快时，很容易断刀。所以，在使用球头刀进行加工时，要注意排屑。

15、使用锥刀的优势是什么？

         1） 使用锥刀解决了小区域精细加工的问题：使用锥刀可以将刀尖减小到0.1MM左右，而且能够保证一定的强度，这是柱刀所不能实现的。对于我们精细雕刻行业来说，就更加适合了。

        2） 锥刀满足了一些行业的特殊要求：许多行业需要拔模角度，如果使用柱刀加工，非常麻烦，而使用锥刀可以依次加工出拔模角度。

16、如何修磨牛鼻刀？

        参看《牛鼻刀的修磨与使用》一文。参看它对照磨刀机进行学习。

17、磨制锥刀应注意什么问题？

        1） 要注意对砂轮的修磨，没有好的砂轮是不可能磨出好的刀具的。如果砂轮有了圆角，要注意对其进行修磨。

        2） 磨制多把相同的刀具时，最好统一开半，统一修角，这样磨制出的刀具一致性可以得到保证。

        3） 要注意对前刀面和后刀面的抛光，这样可以减小刀具的进行切削时的受到的摩擦力，有利于提高刀具寿命。

18、成型刀中螺旋角的作用是什么？

        螺旋角的作用主要有两点：

        1）改变切削力的方向：切削力的方向是垂直于螺旋角的，增大螺旋角则在径向的分力就减小，这样可以减小刀具的径向跳动。

        2）增大螺旋角有利于排屑：螺旋角大了，轴向力就增大了，这样切屑的受力也是向上的，这样有利于排屑。

        但有一点我们要注意，增大轴向力有飞刀的危险。

19、反螺纹铣刀在加工时有什么不同？

        使用反螺纹铣刀和正螺纹铣刀在加工时的差别主要有两点：

        1）在使用顺铣加工时，使用反螺纹铣刀实际上是逆铣。

        2）使用反螺纹铣刀时，轴向分力是相反的。使用反螺纹铣刀轴向力方向为刀具受力方向向上，材料受力方向向下。

20、加工时粘刀是什么原因引起的，怎样解决？

        粘刀分为两中情况：材料融化粘在刀具上和材料没有融化粘在刀具上。

        材料融化粘在刀具上主要出现在加工非金属材料中，主要原因是切削热大，导致材料融化，解决的方法有：

        1）使用锋利的刀具：锋利的刀具可以减少切削热。

        2）降低主轴转速：降低了主轴转速相应就降低了切削线速度，这样就降低切削热的产生。可以避免材料融化。

        3）加大进给速度：进给速度提高了，刀具在一个位置停留的时间就减少了，这样单位体积材料接受的切削热就减少了，避免了材料的融化。

        材料不融化粘在刀具上主要是出现在加工金属材料，特别是加工钢材料时容易容易出现的现象，主要原因是切削线速度过低，切削热过大。解决的方法有：

        1）改善冷却方法：改变冷却液施加的位置，加在刀具切出的位置，有较好的冷却效果。

        2）使用锋利的刀具：锋利的刀具可以减少切削热，可以改善这种现象。

        3）如果可以调整主轴转速，将主轴转速调高。

4） 减小进给速度。

21、钻石刀具的使用范围是怎样的？

        钻石刀具就是由钻石磨制而成的刀具，所以刀具的材料以碳元素为主。所以，它不能加工时含碳的材料。如钢、铁等。它一般用于铝合金和有机材料的面板切割，使用寿命长，加工效果好。但是磨制成本比较高。