第五章 組合刀具

1、1第 一 篇主講：陶福春主講：陶福春成形刀具設(shè)計(jì)成形刀具設(shè)計(jì)2 組合刀具是由兩把或兩把以上同類或不同類的刀具組合成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的組合刀具是由兩把或兩把以上同類或不同類的刀具組合成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的刀具。它可以同時(shí)加工或順序加工幾個(gè)表面。廣泛用于數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床和自刀具。它可以同時(shí)加工或順序加工幾個(gè)表面。廣泛用于數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床和自動線上，在通用機(jī)床上的使用也日益增多。組合刀具也稱復(fù)合刀具。動線上，在通用機(jī)床上的使用也日益增多。組合刀具也稱復(fù)合刀具。第五章第五章 組合刀具組合刀具第一節(jié)組合刀具的類型及特點(diǎn)第一節(jié)組合刀具的類型及特點(diǎn)一、組合刀具的類型一、組合刀具的類型1按工藝類型分類按工藝類型

2、分類(1)同類工藝組合刀具例如組合擴(kuò)孔鉆、組合鏜刀、組合鉸刀等，如表同類工藝組合刀具例如組合擴(kuò)孔鉆、組合鏜刀、組合鉸刀等，如表3-1所示。所示。34 2按組合刀具的結(jié)構(gòu)分類 (1)整體式組合刀具（表3-2中的鉆一擴(kuò)組合刀具） (2)裝配式組合刀具（表3-2中的鉆一倒角組合刀具） 此外，還可按組成單個(gè)刀具的數(shù)目可分為兩階組合刀具、三階組合刀具等。 二、組合刀具的特點(diǎn) 組合刀具具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)生產(chǎn)效率高：用同類工藝組合刀具同時(shí)加工幾個(gè)表面時(shí)，能使機(jī)動時(shí)間重合；用不同類工藝組合刀具對一個(gè)或幾個(gè)表面順序進(jìn)行加工時(shí)，能減少（換刀等）輔助時(shí)間。能大大提高生產(chǎn)效率，一般可使機(jī)動和輔助時(shí)間縮短30%50

3、%。 (2)加工精度高：采用組合刀具加工，可減少工件的安裝和定位誤差，保證工件加工表面之間獲得較高的位置精度。 (3)加工成本低：由于組合刀具集中了工序或工步，因而減少了機(jī)床或工位數(shù)量，對生產(chǎn)自動線則可節(jié)省投資，對操作者的技術(shù)等級要求較低。 (4)加工范圍廣：孔加工組合刀具可加工柱形孔、錐孔、螺紋孔、復(fù)雜截形的多階孔以及相距一定距離的同軸孔等，還可以锪平面、加工沉孔及凸臺等。組合銑刀可以加工各種平面及成形表面。組合刀具的不足：但是，組合刀具與單個(gè)刀具相比，必須專門設(shè)計(jì)、制遣，且組合刀具的設(shè)計(jì)、制造及刃磨都較麻煩，所以只有用于成批生產(chǎn)的組合機(jī)床、自動機(jī)床上，特別是用在大量生產(chǎn)的自動線上，才是經(jīng)濟(jì)

4、合理的。5第二節(jié)組合刀具的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)組合刀具是根據(jù)所用的機(jī)床、零件加工表面形狀、尺寸和工藝要求等進(jìn)行的。它的切削部分幾何參數(shù)確定原則如同普通刀具，但在設(shè)計(jì)各單刀的組合結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮刀具結(jié)構(gòu)與尺寸調(diào)整、排屑與剛度、導(dǎo)向和潤滑等同題。 組合刀具中，生產(chǎn)上使用最多的是孔加工組合刀具，通常加工孔徑為5mm100mm、孔深可為孔徑4倍以內(nèi)的孔?，F(xiàn)以孔加工組合刀具為例，介紹組合刀具的設(shè)計(jì)方法。 一、確定各單刀類型及組合形式 組合刀具上的單刀類型及組合形式是根據(jù)零件的工藝、加工面形狀、尺寸、精度和粗糙度要求而定。為使組合刀具同時(shí)完成幾個(gè)工步或相近工序的工作，必須把構(gòu)成組合刀具的單一刀具按需要結(jié)合到一起，這

5、種結(jié)合的方法稱為刀具的組合方法。通常有三種結(jié)合方法： (1)成形法 構(gòu)成成形刀齒的方法。 (2)錯齒法 刀齒交錯排列的方法。 (3)整體聯(lián)結(jié)法 把不同單一刀具按尺寸大小排列，并順次聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。 6若在實(shí)心材料上加工IT8IT7公差等級、Ra0.80.4m粗糙度孔時(shí)，通常可選用圖3-1a所示的鉆一擴(kuò)一鉸組合刀具。加工較大直徑的孔，可采用圖3-lb所示的扁鉆一鏜組合刀具，該刀具結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，且能做成直徑尺寸可調(diào)結(jié)構(gòu)。此外，根據(jù)加工的孔距和孔徑精度來確定同時(shí)切削或先后切削組合形式。一般粗、精加工不宜同時(shí)進(jìn)行，以防止切削力不平衡，影響加工精度。7二、合理選擇刀具材料 1)對于同時(shí)在多層壁上加

6、工孔的組合刀具，由于承受較大扭矩，應(yīng)選用強(qiáng)度較高的刀具材料。如三階硬質(zhì)合金整體組合鉸刀，刀體材料可選用T10A、9SiCr和40Cr等。 2)當(dāng)各單個(gè)刀具之間的直徑尺寸的差異和切削持續(xù)時(shí)間相差甚大時(shí)，為了使它們的壽命盡可能接近，應(yīng)分別選用不同的刀具材料。直徑大、切削持續(xù)時(shí)間長的單個(gè)刀具，應(yīng)采用涂層硬質(zhì)合金等耐熱性好的刀具材料。 3)對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多階組合刀具，由于其制造、刃磨較困難，為獲得較高的刀具壽命，應(yīng)選用涂層硬質(zhì)合金等耐磨性較好的刀具材料。 4)切削部分與刀體可考慮分別采用不同的材料。如切削部分采用涂層高速鋼、涂層硬質(zhì)合金等，刀體采用45鋼等。8三、正確選擇結(jié)構(gòu)形式 (1)從保證刀具足夠

7、的強(qiáng)庋和剛度來選擇結(jié)構(gòu)形式組合刀具所承受的總切削力，是同時(shí)參加工作的各階刀具切削力的總和，所以扭矩與軸向力都較大，而其刀體直徑尺寸又受到工件孔徑的限制。因此，對于強(qiáng)度和剛度較差的刀具（細(xì)長形孔加工組合刀具），應(yīng)采用整體式結(jié)構(gòu)。 (2)從保證工件加工精度及表面質(zhì)量來選擇結(jié)構(gòu)形式整體式組合刀具不僅剛性較好，而且位置精度較高。所以，凡組合刀具中，只要有一階是精加工刀具（如鉆一擴(kuò)一鉸組合刀具），都應(yīng)制成整體式結(jié)構(gòu)，以保證加工質(zhì)量。 （3）從保證合理的刀具壽命來選擇結(jié)構(gòu)形式 由于刀齒的徑向位置不同，在同一轉(zhuǎn)數(shù)下，各刀齒切削速度不同，從而造成各刀齒磨損不一致，壽命有差異。為使磨損趨向一致，壽命差異較小，以

8、減少換刀次數(shù)，一般可采用鑲焊結(jié)構(gòu)或裝配式結(jié)構(gòu)，便于根據(jù)各階刀具的工作條件分別采用不同的刀具材料。 (4)從保證刃磨方便來選擇結(jié)構(gòu)形式凡要刃磨端面的組合刀具，一般應(yīng)制成裝配式結(jié)構(gòu)為好。如制成整體式結(jié)構(gòu)，在刃磨端齒時(shí)，會碰傷前階刀具。 整體式組合刀具能使各單刀間保持較高的同軸度、垂直度等位置精度，但刀具利用率低，重磨后尺寸不能調(diào)整，所以常用作小尺寸刀具。較大尺寸的組合刀具常做成鑲裝結(jié)構(gòu)。如圖3-2a所示為鉆一擴(kuò)鑲裝組舍刀具，鉆頭和擴(kuò)鉆分別固定在刀體上，利用螺釘調(diào)節(jié)鉆頭軸向伸出長度。9 組合刀具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，以使制造與重磨容易。在結(jié)構(gòu)允許的前提下，應(yīng)盡量采用分體裝配式及機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片等結(jié)構(gòu)。這樣

9、既可克服整體式組合刀具刃磨困難，又可避免某一單個(gè)刀具損壞而導(dǎo)致整刀報(bào)廢。例如，圖3-2b所示的擴(kuò)一锪一鏜倒角裝配式組合刀具中的鉆锪刀體與鏜桿本體采用分體裝配式結(jié)構(gòu)。該刀具可在一次走刀中粗加工出43mm、55mm和57mm三個(gè)同軸孔（坯件上已有一個(gè)35mm的鑄造底孔），并在孔中加工出2mm45的倒角。為了考慮扁鉆重磨后軸向尺寸的改變，它的后端可由锪刀體內(nèi)調(diào)節(jié)螺釘。加以調(diào)整。锪55mm沉頭孔的刀具因切削負(fù)荷重，刀具磨損快，所以采用了機(jī)夾可轉(zhuǎn)位7片。該刀具工效較高，但組合程度越高，刀具結(jié)構(gòu)布置也越困難。 目前，機(jī)夾可轉(zhuǎn)位組合刀具的推廣使用已日益增多，圖3-3所示為硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位擴(kuò)一刮倒角組合刀具，用

10、它擴(kuò)孔、倒角和刮平面。刀片用YT14正三邊形和正四邊形，并采月內(nèi)六角螺釘把刀片直接夾緊在刀體上。該刀具結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，刀片夾緊較牢靠。擴(kuò)制體和刮、倒角體采取分體制造，用圓柱銷和錐端緊定螺釘連接。采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)可簡飯刀具制造工藝，刀片可采用體外刃磨，并節(jié)約刀體材料，減少刀具制造、刃磨等輔助時(shí)間提高生產(chǎn)效率12倍。 組合孔加工刀具的組成多數(shù)是用微調(diào)鏜刀頭和可轉(zhuǎn)位A型刀夾組合而成。因?yàn)槲⒄{(diào)錨刀頭已標(biāo)準(zhǔn)化，由機(jī)床附件廠專業(yè)生產(chǎn)，可轉(zhuǎn)位A型刀夾也是標(biāo)準(zhǔn)件(GBT14661-93),所以使得設(shè)計(jì)和制造簡單，使用也較方便。1011四、容屑與排屑四、容屑與排屑 孔加工組合刀具同時(shí)參加工作昀刀齒較多，會

11、產(chǎn)生大量切屑互相干擾和阻塞，孔加工組合刀具同時(shí)參加工作昀刀齒較多，會產(chǎn)生大量切屑互相干擾和阻塞，致使刀落崩裂甚至折斷刀具，設(shè)計(jì)時(shí)必須十分重視。一般應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：致使刀落崩裂甚至折斷刀具，設(shè)計(jì)時(shí)必須十分重視。一般應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1) 大容屑空間標(biāo)準(zhǔn)孔加工刀具（如擴(kuò)孔鉆、鉸刀等）的容屑空間偏小，有的是由大容屑空間標(biāo)準(zhǔn)孔加工刀具（如擴(kuò)孔鉆、鉸刀等）的容屑空間偏小，有的是由于齒數(shù)太多，有的是容屑槽深度太淺。設(shè)計(jì)孔加工組合刀具時(shí)，應(yīng)考慮在刀齒強(qiáng)于齒數(shù)太多，有的是容屑槽深度太淺。設(shè)計(jì)孔加工組合刀具時(shí)，應(yīng)考慮在刀齒強(qiáng)度允許下，盡量增大容屑槽深度或適當(dāng)減少齒數(shù)。度允許下，盡量增大容屑槽深度或適當(dāng)減少齒數(shù)。

12、 對于用端面齒進(jìn)行切削的孔加工組合刀具（如锪平面、锪沉孔用組合刀具），對于用端面齒進(jìn)行切削的孔加工組合刀具（如锪平面、锪沉孔用組合刀具），要注意保證端面齒始終保持足夠的容屑槽深度，以免切屑阻塞。要注意保證端面齒始終保持足夠的容屑槽深度，以免切屑阻塞。(2) 排屑應(yīng)暢通排屑應(yīng)暢通 為了使切屑能暢通無阻地排出，設(shè)計(jì)孔加工組合刀具時(shí)，應(yīng)盡量為了使切屑能暢通無阻地排出，設(shè)計(jì)孔加工組合刀具時(shí)，應(yīng)盡量使各階刀具所切下的切屑從各自的排屑槽排出，也可使前、后刀具的排屑槽圓滑使各階刀具所切下的切屑從各自的排屑槽排出，也可使前、后刀具的排屑槽圓滑連通，控制流向，使切屑互不干擾。順利排出。連通，控制流向，使切屑互不

13、干擾。順利排出。 增大排屑槽的螺旋角也有利于排屑。一般麻花鉆的螺旋角為增大排屑槽的螺旋角也有利于排屑。一般麻花鉆的螺旋角為30。，組合鉆的螺。，組合鉆的螺旋角則可增大至旋角則可增大至40。左右。在寬度較大的切削刃上開出分屑槽，也有利于排屑。左右。在寬度較大的切削刃上開出分屑槽，也有利于排屑。 必要時(shí)，可以采取高壓切削液進(jìn)行強(qiáng)制排屑。必要時(shí)，可以采取高壓切削液進(jìn)行強(qiáng)制排屑。 圖圖3-4a所示的交錯分布容屑槽，避免了切屑流出時(shí)相互干擾，損壞加工表面。所示的交錯分布容屑槽，避免了切屑流出時(shí)相互干擾，損壞加工表面。圖圖3-4b為鉆一錐鉸組合刀具，它是利用刀刃上磨制分屑槽達(dá)到分屑、減小切削寬為鉆一錐鉸組

14、合刀具，它是利用刀刃上磨制分屑槽達(dá)到分屑、減小切削寬度的目的。圖度的目的。圖3-4c為組合刀具上增加切削液澆注通道，利用排出的切削液獲得冷為組合刀具上增加切削液澆注通道，利用排出的切削液獲得冷卻和沖走切屑的效果。卻和沖走切屑的效果。1213五、保證良好的導(dǎo)向五、保證良好的導(dǎo)向 具有良好導(dǎo)向的組合刀具，在工作時(shí)能保持正確位置，提高工藝系具有良好導(dǎo)向的組合刀具，在工作時(shí)能保持正確位置，提高工藝系統(tǒng)剛性，改善切削過程穩(wěn)定性，從而保證工件加工精度和粗糙度。統(tǒng)剛性，改善切削過程穩(wěn)定性，從而保證工件加工精度和粗糙度。 組合刀具切削時(shí)產(chǎn)生較大的切削力，特別是同時(shí)切削的組合刀具，它組合刀具切削時(shí)產(chǎn)生較大的切削

15、力，特別是同時(shí)切削的組合刀具，它的切削力與各單刀切削面積及排屑阻力有關(guān)。為此，刀具的導(dǎo)向部分已的切削力與各單刀切削面積及排屑阻力有關(guān)。為此，刀具的導(dǎo)向部分已成為孔加工組合刀具的重要組成部分。成為孔加工組合刀具的重要組成部分。 對于剛性較差、受力大或加工孔的同軸度要求高的組合刀具，通常在對于剛性較差、受力大或加工孔的同軸度要求高的組合刀具，通常在刀具上做出導(dǎo)向心柱。根據(jù)工件的形狀和加工表面所在位置，導(dǎo)向部分刀具上做出導(dǎo)向心柱。根據(jù)工件的形狀和加工表面所在位置，導(dǎo)向部分可做在組合刀具的前端、后端、中間或前、后端位置處，如圖可做在組合刀具的前端、后端、中間或前、后端位置處，如圖35所示。所示。 常用

16、的導(dǎo)向心柱形狀是帶直槽或左旋油槽的圓柱體。轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可常用的導(dǎo)向心柱形狀是帶直槽或左旋油槽的圓柱體。轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可用鑲銅條、膠木條與支承孔接觸。導(dǎo)向心柱與支承座上導(dǎo)套的配合精度，用鑲銅條、膠木條與支承孔接觸。導(dǎo)向心柱與支承座上導(dǎo)套的配合精度，粗加工時(shí)用害，精加工時(shí)用署。圖粗加工時(shí)用害，精加工時(shí)用署。圖 3-5c為導(dǎo)向心柱與滾動導(dǎo)向支承配為導(dǎo)向心柱與滾動導(dǎo)向支承配合，能減步接觸面間的摩擦。合，能減步接觸面間的摩擦。 圖圖3-5d是階梯锪孔一倒角組合刀具，它是利用加工工件上已做好的孔是階梯锪孔一倒角組合刀具，它是利用加工工件上已做好的孔作為導(dǎo)向支承。當(dāng)該孔精度較高時(shí)，各加工孔可獲得較高的同軸度，

17、并作為導(dǎo)向支承。當(dāng)該孔精度較高時(shí)，各加工孔可獲得較高的同軸度，并可省略導(dǎo)向支承裝置?？墒÷詫?dǎo)向支承裝置。1415六、合理確定刀具長度六、合理確定刀具長度 孔加工組合刀具的長度決定于其工作行程（包括刀具切入量與切出孔加工組合刀具的長度決定于其工作行程（包括刀具切入量與切出量）、被加工孔的長度、刀具備磨量及導(dǎo)向安裝情況等，設(shè)計(jì)時(shí)必須根量）、被加工孔的長度、刀具備磨量及導(dǎo)向安裝情況等，設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)具體情況全面考慮。據(jù)具體情況全面考慮。 同類工藝孔加工組合刀具一般用于同時(shí)加工多層壁上的孔，其行程長同類工藝孔加工組合刀具一般用于同時(shí)加工多層壁上的孔，其行程長度由其中較大的一個(gè)孔長而定。如圖度由其中較大

18、的一個(gè)孔長而定。如圖3-6所示，行程長度為所示，行程長度為L1+L2+L3在確在確定刀具長度時(shí)，應(yīng)考慮到待前定刀具長度時(shí)，應(yīng)考慮到待前一把刀具切人工件一定深度、切削過程比較穩(wěn)定的情況下，后一把刀具才開始切入，即L1 L1 .因?yàn)榍耙话训毒邉偳腥霑r(shí)，由于刀具（刀體）懸伸量大，在切削力作用下會產(chǎn)生晃動，此時(shí)如果后一刀具也切入勢必造成切削力驟增，刀具晃動得更厲害，使孔徑顯著擴(kuò)大，影響了加工精度，特別是在沒有鉆模時(shí)更為嚴(yán)重。16 不同類工藝孔加工組合刀具一般用于順序加工同一個(gè)孔。為了提高孔的加工精度和表面質(zhì)量，應(yīng)避免前（粗加工）、后（半精加工或精加工）刀具同時(shí)切削。如在設(shè)計(jì)鉆一擴(kuò)組合刀具，決定刀具的長度時(shí)，應(yīng)考慮到鉆頭完全切出后擴(kuò)孔鉆才開始投入工作，即L4L 2（見圖3-6b）。 組合機(jī)床同一主軸箱上往往還有其它刀具同時(shí)工作，這就要求統(tǒng)一考慮工作行程，最后確定刀具長度。 圖3-7為組合擴(kuò)孔鉆加工階梯孔時(shí)計(jì)算刀具長度及工作行程的例子。 如圖所示，階梯孔的深度L=(34+12)mm=46mmo 組合擴(kuò)孔鉆的工作行程 L=l1+l2+l3式中 L工作行程 l1切入量，一般取23mm； l3切出量，一般取23mm； l2孔深。 按圖3-7所示，該組合擴(kuò)孔鉆的工作行程長度為 L=-(