數(shù)控車床常用刀具及選擇

4/4數(shù)控車床常用刀具及選擇數(shù)控車床常用刀具及選擇

1．?dāng)?shù)控刀具的結(jié)構(gòu)數(shù)控車床刀具種類繁多，功能互不相同。根據(jù)不同的加工條件正確選擇刀具是編制程序的重要環(huán)節(jié)，因此必須對車刀的種類及特點有一個基本的了解。在數(shù)控車床上使用的刀具有外圓車刀、鉆頭、鏜刀、切斷刀、螺紋加工刀具等，其中以外圓車刀、鏜刀、鉆頭最為常用。

數(shù)控車床使用的車刀、鏜刀、切斷刀、螺紋加工刀具均有整體式和機(jī)夾式之分，除經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床

外，目前已廣泛使用可轉(zhuǎn)位機(jī)夾式車刀。

(1)數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具特點

數(shù)控車床所采用的可轉(zhuǎn)位車刀，其幾何參數(shù)是通過刀片結(jié)構(gòu)形狀和刀體上刀片槽座的方位安裝組合形成的，與通用車床相比一般無本質(zhì)的區(qū)別，其基本結(jié)構(gòu)、功能特點是相同的。但數(shù)控車床的加工工序是自動完成的，因此對可轉(zhuǎn)位車刀的要求又有別于通用車床所使用的刀具，具體要求和特點如下表所示。

表2-2可轉(zhuǎn)位車刀特點

(2)可轉(zhuǎn)位車刀的種類可轉(zhuǎn)位車刀按其用途可分為外圓車刀、仿形車刀、端面車刀、內(nèi)圓車刀、

切槽車刀、切斷車刀和螺紋車刀等，見表2-3。

表2-3可轉(zhuǎn)位車刀的種類

(3)可轉(zhuǎn)位車刀的結(jié)構(gòu)形式

①杠桿式：

結(jié)構(gòu)見圖2-16，由杠桿、螺釘、刀墊、刀墊銷、刀片所組成。這種方式依靠螺釘旋緊壓靠杠桿，由杠桿的力壓緊刀片達(dá)到夾固的目的。其特點適合各種正、負(fù)前角的刀片，有效的前角范圍為-60°～

+180°；切屑可無阻礙地流過，切削熱不影響螺孔和杠桿；兩面槽壁給刀片有力的支撐，并確保轉(zhuǎn)位精度。

②楔塊式：

其結(jié)構(gòu)見圖2-17，由緊定螺釘、刀墊、銷、楔塊、刀片所組成。這種方式依靠銷與楔塊的擠壓力將刀片緊固。其特點適合各種負(fù)前角刀片，有效前角的變化范圍為-60～+180。兩面無槽壁，便于仿形切削

或倒轉(zhuǎn)操作時留有間隙。

③楔塊夾緊式：

其結(jié)構(gòu)見圖2-18，由緊定螺釘、刀墊、銷、壓緊楔塊、刀片所組成。這種方式依靠銷與楔塊的壓下力將刀片夾緊。其特點同楔塊式，但切屑流暢不如楔塊式。

此外還有螺栓上壓式、壓孔式、上壓式等形式。

2、刀片材料

刀具材料切削性能的優(yōu)劣直接影響切削加工的生產(chǎn)率和加工表面的質(zhì)量。刀具新材料的出現(xiàn)，往往能大大提高生產(chǎn)率，成為解決某些難加工材料的加工關(guān)鍵，并促使機(jī)床的發(fā)展與更新。

（1）對刀具切削部分材料的要求

金屬切削過程中，刀具切削部分受到高壓、高溫和劇烈的摩擦作用；當(dāng)切削加工余量不均勻或切削斷續(xù)表面時，刀具還受到?jīng)_擊。為使刀具能勝任切削工作，刀具切削部分材料應(yīng)具備以下切削性能：

①高硬度和耐磨性

刀具要從工件上切下切屑，其硬度必須大于工件的硬度。在室溫下，刀具的硬度應(yīng)在60HRC以上。

刀具材料的硬度愈高，其耐磨性愈好。

②足夠的強(qiáng)度與韌性

為使刀具能夠承受切削過程中的壓力和沖擊，刀具材料必須具有足夠的強(qiáng)度與韌性。

③高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性

耐熱性是指刀具材料在高溫條件下仍能保持其切削性能的能力。耐熱性以耐熱溫度表示。耐熱溫度是指基本上能維持刀具切削性能所允許的最高溫度。耐熱性愈好，刀具材料允許的切削溫度愈高。

化學(xué)穩(wěn)定性是指刀具材料在高溫條件下不易與工件材料和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力，包括抗氧化和抗粘結(jié)能力。化學(xué)穩(wěn)定性愈高，刀具磨損愈慢。耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性是衡量刀具切削性能的主要指標(biāo)。

刀具材料除應(yīng)具有優(yōu)良的切削性能外，還應(yīng)具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。它們包括：工具鋼淬火變形要小，脫碳層要淺和淬硬性要好；高硬材料磨削性能要好；熱軋成形的刀具高溫塑性要好；需焊接的刀具材料焊接性能要好；所用刀具材料應(yīng)盡可能是我國資源豐富、價格低廉的。

（2）常用刀具材料

常用刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料和超硬材料四類。

①高速鋼

高速鋼是一種含鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的合金工具鋼，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在l％左右。高速鋼熱處理后硬度為62—65HRC，耐熱溫度為550～600°C，抗彎強(qiáng)度約為3500MPa，沖擊韌度約為每平方米0.3MJ。高速鋼的強(qiáng)度與韌性好，能承受沖擊，又易于刃磨，是目前制造鉆頭、銑刀、拉刀、螺紋刀具和齒

輪刀具等復(fù)雜形狀刀具的主要材料。高速鋼刀具受耐熱溫度的限制，不能用于高速切削。

②硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是由高硬度、高熔點的碳化鎢(WC)，碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鈮(NbC)粉末用鉆(Co)粘結(jié)后壓制、燒結(jié)而成。它的常溫硬度為88～93HRA，耐熱溫度為800～1000℃，比高速鋼硬、耐磨、耐熱得多。因此，硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具大5～10倍。但它的抗彎強(qiáng)度只有高速鋼的l／2～1／4，沖擊韌度僅為高速鋼的幾十分之—。硬質(zhì)合金性脆，怕沖擊和振動。

由于硬質(zhì)合金刀具可以大大提高生產(chǎn)率，所以不僅絕大多數(shù)車刀、刨刀、面銑刀等采用了硬質(zhì)合金，而且相當(dāng)數(shù)量的鉆頭、鉸刀、其他銑刀也采用了硬質(zhì)合金?，F(xiàn)在，就連復(fù)雜的拉刀、螺紋刀具和齒輪刀具，也

逐漸用硬質(zhì)合金制造了。

我國目前常用的硬質(zhì)合金有三類：

鎢鉆類硬質(zhì)合金由WC和Co組成，為YG，接近于ISO的K類，主要用于加工鑄鐵、有色金屬等脆性材料和非金屬材料。常用牌號有YG3、YG6和YG8。數(shù)字表示含Co的百分比，其余為含WC的百分比。

硬質(zhì)合金中Co起粘結(jié)作用，含Co愈多的硬質(zhì)合金韌性愈好，所以YG8適于粗加工和斷續(xù)切削，YG6適于

半精加工，YG3適于精加工和連續(xù)切削。

鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金由WC、TiC和Co組成，為YT，接近于ISO的P類。由于TiC比WC還要硬，耐磨、耐熱，但是還要脆，所以YT類比YG類硬度和耐熱溫度更高。不過更不耐沖擊和振動。因為加工鋼時塑性變形很大，切屑與刀具摩擦很劇烈，切削溫度很高；但是切屑呈帶狀，切削較平穩(wěn)，所以YT類硬質(zhì)合金適于加工鋼料。鎢鈦鉆類硬質(zhì)合金常用牌號有YT30、YTl5和YT5。數(shù)字表示含TiC的百分比。所以YT30適于對鋼料的精加工和連續(xù)切削，YTl5適于半精加工，YT5適于粗加工和斷續(xù)切削。

鎢鈦鉭(鈮)類硬質(zhì)合金由YT類中加入少量的TaC或NbC組成，為YW，接近于ISO的M類．YW類硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱溫度、抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度均比YT類高一些，其后兩項指標(biāo)與YG類相仿。因此，YW類既可加工鋼，又可加工鑄鐵和有色金屑，稱為通用硬質(zhì)合金。常用牌號有YWl和YW2，前者用于半精加工和精加工，后者用于粗加工和半精加工。

現(xiàn)在硬質(zhì)合金刀具上，常采用TiCC、TiN、等高硬材料的涂層。涂層硬質(zhì)合金刀具的壽命比不涂

層的提高2～10倍。

③陶瓷材料

陶瓷材料的硬度、耐磨性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性均憂于硬質(zhì)合金，但比硬質(zhì)合金更脆，目前主要用于精加工?，F(xiàn)用的陶瓷刀具材料有氧化鋁陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷(Si3N4)和Si3N4—復(fù)合陶瓷四種。20世紀(jì)80年代以來，陶瓷刀具迅速發(fā)展，金屬陶瓷、氮化硅陶瓷和復(fù)合陶瓷的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度已接

近硬質(zhì)合金，可用于半精加工以及加切削液的粗加工。

④超硬材料

人造金剛石是在高溫高壓下，借金屬的觸媒作用，由石墨轉(zhuǎn)化而成。人造金剛石用于制造金剛石砂輪以及經(jīng)聚晶后制成以硬質(zhì)合金為基體的復(fù)合人造金剛石刀片作刀具使用。金剛石是自然界最硬的材料，有極高的耐磨性，刃口鋒利，能切下極薄的切屑；但極脆，與鐵系金屬有很強(qiáng)的親合力，不能用于粗加工，不能切削黑色金屑。目前人造金剛石主要用于磨料，磨削硬質(zhì)合金：也可用于有色金屑及其合金的高速精細(xì)車

削和鏜削。

立方氮化硼(CBN)是在高溫高壓下，由六方晶體氮化硼(又稱白石墨)轉(zhuǎn)化為立方晶體而成。立方氮化硼具有僅次于金剛石的極高的硬度和耐磨性，耐熱溫度高達(dá)1400～1500°C，與鐵系金屬在1200～1300°C時還不起化學(xué)反應(yīng)。但在高溫時與水易起化學(xué)反應(yīng)，所以一般用于干切削。立方氮化硼適于精加工淬硬鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料。

3、刀片的形狀

“選擇刀片形狀”圖標(biāo)如圖2-20所示。主要參數(shù)選擇方法如下：

①刀尖角

刀尖角的大小決定了刀片的強(qiáng)度。在工件結(jié)構(gòu)形狀和系統(tǒng)剛性允許的前提下，應(yīng)選擇盡可能大的刀

尖角。通常這個角度在35°到90°之間。

圖2-19中R型圓刀片，在重切削時具有較好的穩(wěn)定性，但易產(chǎn)生較大的徑向力。

②刀片形狀的選擇

刀片形狀主要依據(jù)被加工工件的表面形狀、切削方法、刀具壽命和刀片的轉(zhuǎn)位次數(shù)等因素選擇。正三角形刀片可用于主偏角為60°或90°的外圓車刀、端面車刀和內(nèi)孔車刀。由于此刀片刀尖角小、強(qiáng)度

差、耐用度低、故只宜用較小的切削用量。

正方形刀片的刀尖角為90°，比正三角形刀片的60°要大，因此其強(qiáng)度和散熱性能均有所提高。

這種刀片通用性較好，主要用于主偏角為45°、60°、75°等的外圓車刀、端面車刀和鏜孔刀。

正五邊形