由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。

数控机床选择刀具应考虑以下方面：

(1)根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。

(2)根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度、而精加工阶段所用刀具的精度。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。

(3)根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀;铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。

活塞环主要分为气环和油环两种。

活塞环的作用

气环的作用是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走；油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸中燃烧掉，又可以减少活塞与气缸壁的摩擦阻力。此外，油环还能起到辅助封气的作用。

活塞环的工作条件及性能要求

活塞环工作时受到气缸中高温、高压燃气的作用，温度较高（尤其是，温度可达600K）。活塞环在气缸内做高速运动，加上高温下部分机油出现变质，使活塞环的润滑条件变差，难以保证液体润滑，磨损严重。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。

活塞环的间隙

活塞环会在发动机运转过程中与高温气体接触发生热膨胀现象，而周期性的往复运动又使其出现径向胀缩变形。因此，为了保证正常的工作，活塞环在气缸内应该具有以下间隙。

d—活塞环内径；B—活塞环宽度

■ 端隙又称开口间隙，是指活塞环在冷态下装入气缸后，该环在上止点时，环的两端头之间的间隙。一般为0.25~0.50mm。

■ 侧隙又称边隙，是指活塞环装入活塞后，其侧面与活塞环槽之间的间隙。第道环因为工作温度高，间隙较大，一般为0.04~0.10mm；其他环一般为0.03~0.07mm。油环侧隙比气环小。

■ 背隙是指活塞环装入气缸后，活塞环内圆柱面与活塞环槽底部间的间隙，一般为0.50~1.00mm。油环背隙较气环大，有利于增大存油间隙，便于减压泄油。

活塞环的泵油作用

由于侧隙和背隙的存在，当发动机工作时，活塞环便产生了泵油作用。其原因是，活塞下行时，活塞环靠在环槽的上方，活塞环从缸壁上刮下来的机油充入环槽下方；当活塞上行时，活塞环又靠在环槽的下方，同时将机油挤压到环槽上方。如此反复运动，就将缸壁上的机油泵入燃烧室。由于活塞环的泵油作用，使机油窜入燃烧室，会使燃烧室内形成积炭和增加机油消耗，并且还可能在环槽（尤其是第道气环槽）中形成积炭，使环卡死，失去密封作用，甚至折断活塞环。

气  环

■  气环的密封机理

活塞环有一个切口，且在自由状态下不是圆环形，其外形尺寸比气缸的内径大些，因此，它随活塞一起装入气缸后，便产生弹力而紧贴在气缸壁上。

活塞环在燃气压力作用下，压紧在环槽的下端面上，于是燃气便绕流到环的背面，并发生膨胀，其压力下降。同时，燃气压力对环背的作用力使活塞环更紧地贴在气缸壁上。压力已有所降低的燃气，从第道气环的切口漏到第二道气环的上平面时，又把这道气环压贴在第二环槽的下端面上，于是，燃气又绕流到这个环的背面，再发生膨胀，其压力又进一步降低。

如此继续进行下去，从后一道气环漏出来的燃气，其压力和流速已经大大减小，因而泄漏的燃气量也就很少了。因此，为数很少的几道切口相互错开的气环所构成的“迷宫式”封气装置，就足以对气缸中的高压燃气进行有效的密封。

气环的断面形状及各环间隙处的气体压力

■  气环的切口

气缸内的燃气漏入曲轴箱的主要通路是活塞环的切口，因此，切口的形状和装入气缸后的间隙大小对于漏入曲轴箱的燃气量有一定的影响，切口间隙过大，则漏气严重，使发动机功率减小；间隙过小，活塞环受热膨胀后就有可能卡死或折断。切口间隙值一般为0.25~0.8mm。第道气环的温度，因而其切口间隙值。

气环的切口形状

直角形切口工艺性好；阶梯形切口的密封性好，但工艺性较差；斜口形切口，斜角一般为30°或45°，其密封作用和工艺性均介于前两种之间，但其锐角部位在套装入活塞时容易折损；图中(d)为二冲程发动机活塞环的带防转销钉槽的切口，压配在活塞环槽中的销钉，是用来防止活塞环在工作中绕活塞中心线转动的。

■   气环断面形状

气环的断面形状

■ 矩形环的优点是结构简单、制造方便、散热性好、废品率低；缺点主要是有泵油作用，容易造成机油消耗量过大并有可能形成燃烧室积炭。另外，矩形环的刮油性、磨合性及密封性较差，现代汽车基本不采用。

■ 锥面环的优点是与气缸壁的接触为线接触，密封和磨合性能较好，刮油作用明显，容易形成油膜以改善润滑；缺点是传热性能较差。锥面环主要应用在除第道环外的其他环。

■ 扭曲环是当代汽车发动机广泛应用的一种活塞环，主要是因为扭曲环除具有锥面环的优点之外，还能减小泵油作用，减轻磨损、提高散热性能。安装扭曲环时应特别注意：内圆切槽向上，外圆切槽向下，不能装反。

■ 梯形环的主要优点是能把沉积在环槽中的结焦挤出，从而避免了活塞环被黏结而出现折断，同时其密封性能***，使用寿命长；缺点主要是上下两端面的精磨工艺较复杂。梯形环在热负荷较大的柴油发动机上使用较多。

■ 桶面环的优点是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以改善润滑，对活塞在气缸内摆动的适应性好，接触面积小，有利于密封；缺点是凸圆弧面加工困难，多用于强化柴油发动机的第道环。

油  环

油环分为普通油环和组合油环两种。

普通油环是用合金铸铁制造的。其外圆面的中间切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狭缝。油环上唇的上端面外缘一般均有倒角，可以使油环向上运动时能够形成油楔。机油可以把油环推离气缸壁，从而易于进入油环的切槽内。下唇的下端面外缘不倒角，这样向下刮油能力较强。鼻式油环和双鼻式油环的刮油能力更强，但加工较困难。

油环及其刮油作用

油环的断面形状

对于由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成的组合式油环，轴向衬环夹装在第二、第三刮油片之间，径向衬环使三个刮油片压紧在气缸壁上。这种油环的优点是，片环薄，对气缸壁的比压（单位面积上的压力）大，因而刮油作用强；三个刮油片是各自独立的，故对气缸的适应性好；重量轻；回油通路大。因此，组合油环在高速发动机上得到较广的应用。其缺点是制造成本高（片环的外表面必须镀铬，否则滑动性不好）。

螺纹加工常见问题及解决方案

1、主要原因

（1）车刀的前角太大，机床X轴丝杆空隙较大；

（2）车刀装置得过高或过低；

（3）工件装夹不牢；

（4）车刀磨损过大；

（5）切削用量太大。

2、解决方法

（1）减小车刀前角，修理机床调整X 轴的丝杆空隙，利用数控车床的丝杆空隙主动补偿功用补偿机床X 轴丝杆空隙。

（2）车刀装置得过高或过低：过高，则吃刀到一定深度时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯，构成扎刀现象；过低，则切屑不易排出，车刀径向力的方向是工件中心，加上横进丝杠与螺母空隙过大，致使吃刀深度不断主动趋向加深，从而把工件抬起，呈现扎刀。此刻，应及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高(可利用尾座鼎尖对刀)。在粗车和半精车时，刀尖方位比工件的中心高出1%D左右(D表明被加工工件直径)。

（3）工件装夹不牢：工件本身的刚性不能接受车削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的中心高度(工件被抬高了)，构成切削深度突增，呈现扎刀，此刻应把工件装夹牢固，可使用尾座鼎尖等，以添加工件刚性。

（4）车刀磨损过大：引起切削力增大，顶弯工件，呈现扎刀。此刻应对车刀加以修磨。

（5）切削用量(主要是背吃刀量和切削速度)太大：依据工件5 导程巨细和工件刚性挑选合理的切削用量。

乱扣

1、毛病现象

当丝杠转一转时，工件未转过整数转而构成的。

2、主要原因

（1）机床主轴编码器同步传动皮带磨损，检测不到主轴的同步实在转速；

（2）编制输入主机的程序不正确；X轴或Y轴丝杆磨损。

3、解决方法

（1）主轴编码器同步皮带磨损

由于数控车床车削螺纹时，主轴与车刀的运动关系是由机床主机信息处理中心发出的指令来操控的，车削螺纹时，主轴转速稳定不变，X 或Y 轴能够依据工件导程巨细和主轴转速来调整移动速度，所以中心有必要检测到主轴同步实在转速，以发出正确指令操控X 或Y 轴正确移动。

如果体系检测不到主轴的实在转速，在实际车削时会发出不同的指令给X或Y，那么这时主轴转一转，刀具移动的距离就不是一个导程，第二刀车削时螺纹就会乱扣。这种情况下，咱们只有修理机床，更换主轴同步皮带。

（2）编制输入的程序不正确

车削螺纹时为了避免乱扣，有必要确保后一刀车削轨道要与前一刀车削轨道重合，在普车上咱们用倒顺车法来防备乱扣。

在数控车床上，咱们用程序来防备乱扣，就是在编制加工程序时，咱们用程序操控螺纹刀在车削前一刀后，退刀，使后一刀起点方位与前一刀起点方位重合(相当于在普车上车削螺纹时，螺纹刀退回到前一刀所车出的螺旋槽内)，这样车出的螺纹就不会乱扣。

有时，由于程序输入的导程不正确(后一段程序导程与前一段程序导程不一致)，车削时也会呈现乱扣现象。

（3）X 轴或Y 轴丝杆磨损严重：修理机床，更换X 轴或Z轴丝杆。

螺距不正确

主轴编码器传送回机床体系的数据不经确；X 轴或Y 轴丝杆和主轴的窜动过大；编制和输入的程序不正确。

（1）主轴编码器传送数据不经确：修理机床，更换主轴编码器或同步传送皮带；

（2）X 轴或Y 轴丝杆和主轴窜动过大：调整主轴轴向窜动，X 轴或Y 轴丝杆空隙能够用体系空隙主动补偿功用补偿;

（3）检视程序，务必使程序中的指令导程与图纸要求一致。

牙型不正确

车刀刀尖刃磨不正确；车刀装置不正确；车刀磨损。

（1）车刀刀尖刃磨不正确：正确刃磨和测量车刀刀尖角度，对于牙型角精度要求较高的螺纹车削，能够用标准的机械夹固式螺纹刀车削，或者把螺纹刀用磨床刃磨。

（2）车刀装置不正确：装刀时用样板对刀，或者经过用百分表找正螺纹刀杆来装正螺纹刀。

（3）车刀磨损：依据车削加工的实际情况，合理选用切削用量，及时修磨车刀。

螺纹外表粗糙度大毛病剖析

（1）刀尖产生积屑瘤；

（2）刀柄刚性不行，切削时产生轰动；

（3）车刀径向前角太大；

（4）高速切削螺纹时，切削厚度太小或切屑向倾斜方向排出，拉毛已加工牙侧外表；

（5）工件刚性差，而切削用量过大；

（6）车刀外表粗糙度差。

（1）用高速钢车刀切削时应下降切削速度，并正确挑选切削液；

（2）添加刀柄截面，并减小刀柄伸出长度；

（3）减小车刀径向前角；

（4）高速钢切削螺纹时，终一刀的切屑厚度一般要大于0.1mm，并使切屑沿笔直轴线方向排出；

（5）挑选合理的切削用量；

（6）刀具切削刃口的外表粗糙度应比零件加工外表粗糙度值小2 —— 3 层次。

螺纹加工常见问题及解决方法

总归，车削螺纹时产生的毛病形式多种多样，既有设备的原因，也有刀具、操作者等的原因，在排除毛病时要具体情况具体剖析，经过各种检测和确诊手法，找出具体的影响要素，采纳有效的解决方法。

在德国刀具制作商Horn公司每两年举办一次的“技术开放日”上，媒体记者获邀参观了该公司坐落德国图宾根市的硬质合金刀片毛坯生产线，亲眼见证了用包含多种不同成分的混合粉料生产可转位刀片的全进程。

Horn公司生产的各种刀具产品（如铣刀、车刀、拉刀、铰刀等）广泛采用了可转位刀片。图1中的旋转展台展示了该公司蕞新开发的一些立异产品，包含圆柄和削柄25A端面切槽体系、用于S100内冷却车削刀片的新式刀夹等。

图1

Horn公司在世界各地的刀具生产厂都能够对烧结而成的刀片进行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都来自坐落图宾根的Horn

Hartstoffe硬质合金生产厂。制坯工艺的地一步是将不同配比的碳化物、结合剂资料（如钴和钽）以及后续加工所需的添加剂经精密称量后制成混合粉料（图2）。在冶金实验室对质料进行的检验检测后，对其进行搅拌混合，直至达到所要求的浓度，然后送至下一道工序，用三种成型办法（轴向压制成型、挤出成型或打针成型）之一进行毛坯成型加工。

图2

如果刀片的形状比较简单，一般可采用如图3所示的电动轴向压坯机压制成型。这种常用的刀片压制办法是将粉料放入模具之中，经过单向或双向加压，压制出终究形状。虽然该办法比其他成型办法更简洁（如在烧结前无需参加添加剂），但却不适合压制较杂乱的刀片形状，因为刀片脱模或许比较困难（或许完全无法脱模）。Horn公司这台压坯机采用了机器人自动装料/卸件设备（见压坯机左侧）。

图3

形状较杂乱的刀片一般是在如图4所示的活塞式挤出成型机上成型。该机推挤原资料经过一个模具而取得所需的形状。值得注意的是，利用浮动芯轴销，能够在刀片毛坯内部构成内冷却通道。在挤出成型机下部能够看到，构成的生坯呈长条状，还需要将其切成所需长度，经过清洁后再送去进行预烧结和烧结。

图4

用于挤出成型的粉料中含有各种蜡和其他添加剂，这些添加剂可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡胶状（见图5），这些长条形生坯还要切成所需尺度，并在后续工序中成型。随后，这些添加剂将在预烧结工序中予以去除。

图5

Horn公司还开发了一种用于大批量生产杂乱形状刀片毛坯的金属打针成型工艺（图6所示为两个装在流道上的刀片的3D设计图）。该工艺所用的打针成型机能够设置超过5000种不同的工艺参数和变量。注入资料的体积范围为0.2－20 cm3，打针速度为6m/sec，打针压力蕞大可达2,200bar，模具重量范围为150－200kg。

图6

与打针成型机、压坯机和挤出成型机相邻的工区（见图7）专门担任为硬质合金刀片生产线制作东西和夹具。为此，Horn公司装备了电火花加工机床、车床、三轴和五轴铣床、平面磨床和坐标磨床等机床，以及微喷砂体系、激光测量仪和三坐标测量机等设备。

图7

用挤出成型机或打针成型机成型的刀片生坯经过清洁后，还必须进行预烧结。这道工序耗时2－4天，生坯要在氢气氛炉中逐步加热到850℃左右，使其中的各种添加剂受热挥发，并使生坯预固化。刀片毛坯经过预烧结后，即可进入烧结阶段（用轴向压坯机成型的毛坯无需预烧结，可直接进行烧结）。经过在1,350℃－1,550℃的高温文可达100bar的气体压力下进行烧结，刀片资料即可取得其终究的物理性能。在烧结进程中，资料部分呈液相状况，碳化物以相同的方法重新排列，构成无孔隙的同质结构。此外，烧结后刀片的体积大约会比烧结前缩小20％－22％（见图8）。整个烧结进程大约需要持续20小时才干完结。

图8

经过一系列计量室测试和质量控制程序（包含扫描电镜检测、维氏硬度检测、密度检测、磁饱和度检测等）之后，各批制品刀片毛坯将从硬质合金工厂运送到同样坐落Horn工业园区的刀具生产厂，并在那里的***磨床（见图9）上刃磨出刀片的终究形状。DMG/森精机公司专门为Horn公司提供的铣床渠道也能够满意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生产厂的加工机床总数超过200台，这些机床均按所加工的刀片类型分组。

图9

图10所示为Horn公司员工将刃磨好的刀片置于夹具上，准备对其进行清洁和喷砂处理。处理完毕后，再将这些夹具移至涂层炉中（Horn公司共有8台涂层炉）进行PVD或CVD涂层。完结涂层工序后，制品刀片就能够包装发货了。

图10

图11所示为Horn公司生产夹持刀片的刀体和刀夹的加工车间。

图11

Horn公司从事各种刀片生产任务的许多员工都曾参加过企业自己的学徒训练计划。图12中正在操作五轴加工中心的学徒已处于训练的高及阶段。在参与手动和数控加工之前，学徒们先要学习一些基本技能（如整理文档）。