刀具课件第8章.docx
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刀具课件第8章
第8章车刀
在金属切削加工中，车削是应用最广的加工方法之一。
车刀可以用来加工外圆、内孔和端面等，也可以用来切槽或做切断工作。
车刀是应用最广的一种单刃刀具，也是学习、分析其他各类刀具的基础。
8.1车刀的分类和用途
车削加工通常都是在车床上进行的，主要用于加工回转表面及其端面。
在加工中一般工件做旋转运动，刀具做纵向和横向进给运动。
车刀的种类很多，一般可按用途和结构分类。
1.按用途分类
车刀按其用途可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀和螺纹车刀等。
如图8-1所示为按用途分类的车刀。
（a）外圆车刀（b）内孔车刀（c）端面车刀
（d）切断车刀（e）螺纹车刀
图8-1按用途分类的车刀
2.按结构分类
车刀按其结构可分为整体车刀、焊接车刀、焊接装配车刀、成形车刀、机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀。
其中机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀具有较多优点，尤其机夹可转位车刀是国家重点推广项目之一，故它们的相关内容将在本章第三、四节中详细介绍。
1）整体车刀
如图8-2所示，用整块高速钢做成长条形状，称为整体车刀，俗称为“白钢刀”。
该车刀的刃口可磨得较锋利，主要用于小型车床或加工有色金属。
图8-2整体车刀
2）焊接车刀
焊接车刀是将一定形状的刀片和刀柄用紫铜或其他焊料通过镶焊连接成一体的车刀，如图8-3所示。
其刀片一般选用硬质合金，刀柄一般选用45钢。
图8-3焊接车刀
焊接车刀结构简单，制造方便，可根据需要刃磨。
焊接车刀的硬质合金刀片利用充分，但其切削性能取决于工人的刃磨水平，并且焊接时会降低硬质合金刀片的硬度，易产生热应力，严重时会导致硬质合金刀片产生裂纹，影响刀具寿命。
此外，焊接车刀刀杆不能重复使用，当刀片用完后，刀杆也随之报废。
一般车刀，特别是小车刀多为焊接车刀。
3）焊接装配车刀
焊接装配车刀是将硬质合金刀片钎焊在小刀块上，再将小刀块装配到刀杆上，如图8-4所示。
焊接装配车刀多用于重型车刀，采用装配式结构以后，既可使刃磨省力，刀杆也可重复使用。
图8-4焊接装配车刀
1、5—螺钉；２—小刀块；３—刀片；４—断屑器；６—刀杆；７—销
4）成形车刀
成形车刀又称为样板刀，是在普通车床、自动车床上加工内外成形表面的专用刀具。
用它能一次切出成形表面，故操作简便、生产率高。
用成形车刀加工零件可达到公差等级IT8～IT10，粗糙度Ra=5～10μm。
成形车刀制造较为复杂，当切削刃的工作长度过长时，易产生振动，故主要用于批量加工小尺寸的零件。
成形车刀按其形状可分为平体成形车刀、棱形成形车刀和圆形成形车刀，如图8-5所示，图中
为进给前角，
为进给后角。
图8-5成形车刀的分类
8.2硬质合金焊接车刀
焊接式车刀的硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨后，会产生内应力和裂纹，使切削性能下降，对提高生产效率不利，但由于焊接车刀结构紧凑、制造方便，目前在我国仍广泛使用。
8.2.1硬质合金焊接车刀刀片的型号及选用
硬质合金焊接车刀刀片分为A、B、C、D、E五类。
刀片型号由一个字母和一个或二个数字组成。
字母表示刀片形状、数字代表刀片主要尺寸。
硬质合金焊接车刀各种型号刀片的主要用途为：
A型用于90°外圆车刀、端面车刀等；B型用于直头外圆车刀、端面车刀、镗孔刀等；C型用于直头外圆镗孔刀、弯头外圆镗孔刀、宽刃刀等；D型用于切断刀、切槽刀等；E型用于螺纹车刀。
8.2.2常用焊接车刀的形状
1.刀杆外形及尺寸的确定
常用焊接车刀刀杆断面形状为矩形或方形，一般选矩形,刀杆高度H按机床中心选则，常用焊接车刀刀杆截面尺寸见表8-2。
当高度尺寸受限制时，可加宽为方形，以提高其刚性。
表8-2常用焊接车刀刀杆截面尺寸
机床中心高/mm
150
180～200
260～300
350～400
方形刀杆断面
/mm2
162
202
252
302
矩形刀杆断面
/mm2
常用焊接车刀刀杆外形可分为直头刀杆和弯头刀杆两类，如图8-6所示。
直头刀杆简单便于制造，弯头刀杆通用性好，既能车端面又能车外圆。
（a）直头刀杆（b）45°弯头刀杆
图8-6常用焊接车刀刀杆外形
常用焊接车刀刀杆外形尺寸计算方法为：
（1）直头刀杆。
直头刀杆外形尺寸的表达式为
m＞
或（B–m）＞
（8-1）
式中，m为刀尖偏距（mm）；l为切削刃长度（mm）；t为副切削刃长度（mm）；B为刀杆宽度（mm）。
（2）45°弯头刀杆。
45°弯头刀杆外形尺寸的表达式为
m＞
（8-2）
刀杆上支承部分高度H1与刀片厚度s应有一定的比例，如图8-7所示。
当H1/s＞3时，焊接后刀片表面引起的拉应力不显著，不易产生裂纹；当H1/s＜3时，刀片表面层的拉应力较大，易出现裂纹。
图8-7刀杆支承部分高度与刀片厚度的比例
刀杆长度可按刀杆高度H的6倍估计，并选用标准尺寸系列，如100、125、150、175、…
2.刀槽的形式及结构
为使刀片焊接牢固，刃磨量小，故要在刀杆上加工出刀槽，常见刀槽形式有开口槽、半封闭槽、封闭槽和切口槽。
其结构如图8-8所示。
（a）开口槽（b）半封闭槽（c）封闭槽（d）切口槽
图8-8刀槽形式
1）开口槽
开口槽形状简单，加工容易，但焊接面积小，适用于C型硬质合金焊接车刀的刀片。
2）半封闭槽
半封闭槽制造较困难，但其硬质合金焊接车刀的刀片牢固，适用于A、B型硬质合金焊接车刀的刀片。
3）封闭槽
封闭槽夹持硬质合金焊接车刀的刀片牢固，焊接可靠，适用于E型硬质合金焊接车刀的刀片。
4）切口槽
切口槽用于底面积较小的切断刀、切槽刀，从而增大焊接面积提高结合强度，适用于D型硬质合金焊接车刀的刀片。
8.3机械夹固重磨式车刀
机械夹固重磨式车刀是用机械夹固的方法将刀片固定在刀杆上，由刀杆、刀片和夹紧机构等组成，如图8-9所示。
图8-9机械夹固重磨式车刀
1—刀杆；2—刀片；3—压板；4—螺钉；5—调整螺钉
这种车刀是针对于硬质合金焊接车刀的缺陷而出现的。
与硬质合金焊接车刀相比，机械夹固重磨式车刀有很多优点，如刀片不经高温焊接，排除了产生焊接应力和裂纹的可能性，刀杆可以多次重复使用，使刀杆材料利用率提高，刀杆成本下降，刀片用钝后可多次刃磨，不能使用时还可以回收。
其缺点是在使用过程中仍需刃磨，不能完全避免由于刃磨而引起的热裂纹，其切削性能仍取决于工人刃磨的技术水平，刀杆制造复杂。
机械夹固重磨式车刀刀片的夹固方式应满足刀片在重磨后能够调整尺寸的要求。
常用的刀片夹固方式为上压式、侧压式和弹性夹固式。
8.4机夹可转位车刀
机夹可转位车刀是将可转位刀片用机械夹固的方法装夹在特制刀杆上的一种车刀，如图8-10所示。
它由刀杆及刀柄、刀垫、刀片、螺钉等组成。
刀片上压制出断屑槽，周边经过精磨、刃口磨钝后可方便的转位换刀，不需重磨就可使新的切削刃投入使用，只有当全部切削刃都用钝后才需更换新的刀片。
图8-10机夹可转位车刀
1—刀杆；2—刀片；3—刀垫；4—夹紧元件
机夹可转位车刀除了具有焊接车刀、机械夹固重磨式车刀的优点外，还具有切削性能和断屑性能稳定，停车换刀时间短，完全避免了焊接和刃磨引起的热应力和热裂纹，有利于合理使用硬质合金和新型复合材料，有利于刀杆和刀片的专业化生产等优点。
因此，机夹可转位车刀应用范围不断地扩大，已成为刀具发展的一个重要方向。
8.4.1机夹可转位车刀的特点及应用
可转位刀片与焊接刀片相比有以下特点：
（1）可转位刀片成为独立的功能元件，更利于根据加工对象选择各种材料的刀片，刀片材料采用硬质合金，也可采用陶瓷多晶立方氮化硼或多晶金刚石，其切削性能得到了扩展和提高。
（2）机夹可转位车刀避免了焊接工艺的影响和限制，避免了硬质合金钎焊时容易产生裂纹的缺点，而且其刀体可重复使用，节约了钢材和制造费用，因此，其经济性好。
（3）由于可转位刀片是标准化和集中生产的，其几何参数易于一致，换另一个新切削刃或新的刀片后，切削刃空间位置相对刀体固定不变，节省了换刀、对刀等所需的辅助时间，提高了机床的利用率。
机夹可转位车刀的发展极大地促进了刀具技术的进步，同时机夹可转位车刀的刀体的专业化、标准化生产又促进了刀体制造工艺的发展。
机夹可转位车刀的应用范围很广，包括各种车刀、镗刀、铣刀、外表面拉刀、大直径深孔钻和套料钻等。
8.4.2机夹可转位车刀型号
可转位刀片是机夹可转位车刀的切削部分，也是机夹可转位车刀最关键的零件。
其结构设计、几何尺寸、制造精度的确定及选用等，都要根据机夹可转位车刀的类型及使用的具体要求来进行。
我国硬质合金可转位刀片的国家标准采用的是ISO标准，已经颁布了6项。
在《切削刃具用可转位刀片型号表示规则》（GB／T2076—2007）中，可转位刀片的型号由代表一给定意义的字母和数字代号按一定顺序排列所组成，共有l0个号位。
其型号格式举例见表8-2。
表8-2可转位刀片的型号格式举例
号位
特定字母
l
2
3
4
5
6
7
8
9
10
车削用刀片型号
T
N
U
M
16
03
08
E
R
—A4
铣削用刀片型号
S
P
A
N
12
03
ED
T
R
铣削用刀片毛坯型号
X
S
P
U
N
13
03
08
标准规定：
任何一个刀片的型号都必须用前7个号位，后3个号位在必要时才使用。
不论有无第8、9两个号位，第10号位都必须用“—”与前面号位隔开，并且其字母不得使用第8、9两个号位已使用过的7个字母（F、E、T、S、R、L、N），当第8、9号位只使用其中一位时，则写在第8号位上，且中间不需空格。
第5、6、7号位使用不符合标准规定的尺寸代号时，第4号位要用X表示，并需用略图或详细的说明书加以说明。
可转位刀片的型号格式说明如下：
1—刀片形状：
用一个字母表示，见表8-3。
表8-3可转位刀片形状
代号
形状说明
刀尖角
代号
形状说明
刀尖角
H
正六边形
120°
W
等边不等角六边形
80°①
0
正八边形
135°
P
正五边形
108°
L
矩形
90°
S
正方形
90°
A
平行四边形
85°①
T
正三角形
60°
B
82°①
C
D
E
M
V
菱形
80°①
55°①
75°①
86°①
35°①
K
55°①
R
圆形
G
六角形
100°
注：
①表示所示的角度是较小的角度。
2—刀片法后角：
用一个字母表示，见表8-4。
表8-4刀片法后角
A
B
C
D
E
F
G
N
P
O
3°
5°
7°
15°
20°
25°
30°
0°
11°
其余
3—刀片的极限偏差等级：
用一个字母表示，刀片主要尺寸（m、s、d）的极限偏差等级代号对应的允许偏差见表8-5。
表8-5刀片主要尺寸的极限偏差等级代号对应的允许偏差
代号
精密级（允许偏差/㎜）
代号
普通级（允许偏差/㎜）
m
s
d
m
s
d
A
±0.005
±0.025
±0.025
J
±0.005
±0.025
±0.05～±0.15
F
±0.005
±0.025
±0.013
K
±0.013
±0.025
±0.05～±0.15
C
±0.013
±0.025
±0.025
L
±0.025
±0.025
±0.05～±0.15
H
±0.013
±0.025
±0.013
M
±0.08～±0.20
±0.13
±0.05～±0.15
E
±0.025
±0.025
±0.025
N
±0.08～±0.20
±0.025
±0.05～±0.15
G
±0.025
±0.130
±0.025
U
±0.13～±0.38
±0.13
±0.08～±0.25
4—刀片有无断屑槽和中心固定孔：
由于可转位刀片是用机械夹固的方法将刀片夹紧在可转位刀具上的，因此，通常按刀片在刀杆或刀体上的安装方法不同，把可转位刀片分为无孔可转位刀片、圆孔可转位刀片和沉孔可转位刀片。
刀片有无断屑槽和中心固定孔，用一个字母表示，其各种情况如图8-11所示。
图8-11可转位刀片有无断屑槽和中心固定孔各种情况
5—刀片边长位数：
用一个字母表示。
取刀片理论边长的整数部分，如边长为16.5㎜的刀片代号为16；若舍去小数部分后只剩一位数字，则在该数字前加“0”，如边长为9.525mm的刀片代号为09。
6—刀片厚度：
取舍去小数值的刀片厚度作代号，若舍去小数部分后只剩一位数字，则在该数字前加“0”；当刀片厚度的整数值相同，小数部分值不同时，则将小数部分值大的刀片代号用“T”代替“0”，如刀片厚度分别为3.18mm和3.97㎜时，则前者代号为“03”，后者代号为“T3”。
7—对于车削刀片，表示刀片刀尖转角形状或刀尖圆弧半径，刀片刀尖转角为圆角时，用放大l0倍的刀尖圆弧半径作代号。
对于铣刀片，表示刀片主偏角，铣刀片用一个字母表示主偏角大小。
8—对于车削刀片，表示切削刃截面形状，用一个字母表示切削刃形状。
其中，F表示尖锐切削刃，E表示倒圆切削刃，T表示倒棱切削刃，S表示倒棱又倒圆切削刃。
对于铣刀片，用一个字母表示修光刃法向后角的大小。
尖角刀片和圆刀片的数字代号为“00”。
9—对于车削刀片，表示切削方向，用一个字母表示，R表示右切，L表示左切，N表示左、右切。
对于铣刀片，表示切削刃截面形状，用一个字母表示。
其中，F表示尖锐切削刃，E表示倒圆切削刃，T表示倒棱切削刃，S表示倒棱又倒圆切削刃。
10—对于车削刀片，表示切屑槽型式及槽宽,用一个字母和一个数字表示刀片断屑槽型式及槽宽。
对于铣刀片，表示切削方向，用一个字母表示，R表示右切，L表示左切，N表示左、右切。
8.4.3可转位刀片的夹紧结构
可转位刀片装夹的基本要求包括以下几点：
（1）可转位刀片定位准确，使得其转位或更换方便、迅速。
（2）可转位刀片夹紧力方向应尽可能与切削力方向一致，并应将其推向定位支承面，以利于定位和夹紧可靠，在切削过程中不能产生松动或使刀尖位置发生变化。
（3）可转位刀片夹紧力不宜过大，且应均匀分布，以免压碎刀片。
（4）可转位刀片夹紧机构应力求紧凑，尽可能无外露件，以利于切屑和切削液流动畅通和便于断屑。
（5）可转位刀片的制造工艺性好。
常用的可转位刀片夹紧结构很多，常见的类型有上压式夹紧结构、杠杆式夹紧结构、楔块式夹紧结构、偏心式夹紧结构和综合式夹紧结构。
1.上压式夹紧结构
上压式夹紧结构采用夹紧元件从上面将刀片夹紧，具有夹紧可靠、定位精确的优点，但刀头尺寸较大，夹紧元件可能妨碍切屑的流出。
这种夹紧结构适用于无孔刀片夹紧和中、重负荷的切削，如图8-12（a）所示。
2.杠杆式夹紧结构
杠杆式夹紧结构是利用杠杆原理对刀片进行夹固，拧动螺钉推动杠杆绕其支点顺时针转动一个角度，将刀片压向两个定位面并夹紧，如图8-12（b）所示。
这种夹紧结构简单，装卸方便，定位精确，且排屑顺畅，不会刮伤夹紧元件，故应用较广，适于在中、小型机床上使用。
3.楔块式夹紧结构
楔块式夹紧结构是利用斜面夹紧的原理将刀片夹紧，拧动螺钉带动楔块下压，楔块一面靠紧刀杆上的凸台，另一面将刀片推往刀片中间孔的圆柱销上压紧刀片，如图8-12（c）所示。
这种夹紧结构简单，夹紧可靠，但由于利用孔的一个侧面定位，刀片转位后定位精度不易保证，且夹紧力与切削力相反。
此外，由于切削热的影响，将产生较大的内应力，可能造成刀片碎裂和圆柱销变形。
4.偏心式夹紧结构
偏心式夹紧结构是利用轴上端部的偏心将刀片夹紧在刀杆上，如图8-12（d）所示。
由于螺纹能自锁，故夹紧较为可靠。
这种夹紧结构简单，装卸方便，切屑流出顺利，不会刮伤夹紧元件，但往往只能使刀片靠单面加紧，难以保证两个定位侧面都贴合，不能双边定位，定位精度稍差。
当偏心量过小时，要求刀片制造的精度高；当偏心量过大时，在冲击和振动下刀片易松动，因此，偏心式夹紧结构适于连续平稳切削的场合，故其通常在中、小型机床上进行连续切削时使用。
5.综合式夹紧结构
为了增强夹紧力，避免刀片因振动而产生位移，可将上述四种夹紧结构综合使用，如图8-12（e）所示。
这种夹紧结构的特点是夹紧力大，刀片定位精度高，夹紧力与切削力方向一致，使用可靠。
图8-12可转位刀片的夹紧结构
本章小结
通过对本章的学习，初步了解了在金属切削加工中，车削是应用最广的加工方法之一。
车刀可以用来加工外圆、内孔和端面等，也可以用来切槽或做切断工作。
车刀是应用最广的一种单刃刀具，也是学习、分析其他各类刀具的基础。
车刀按其用途可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀和螺纹车刀等。
车刀按其结构可分为整体车刀、焊接车刀、焊接装配车刀、成形车刀、机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀。
此外，本章还重点介绍了硬质合金焊接车刀刀片的型号及选用，机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀的相关知识。
习题8
8-1按用途分类，车刀有哪些种类？
8-2按结构分类，车刀有哪些种？
8-3硬质合金焊接车刀各种型号刀片的主要用途有哪些？
8-4硬质合金焊接车刀的刀槽有几种形式？
各适用于何种刀片？
8-5什么是机械夹固重磨式车刀？
和硬质合金焊接车刀比有哪些优点？
8-6可转位刀片与焊接刀片相比有什么特点？
8-7可转位刀片装夹的基本要求有哪些？
8-8可转位刀片的常用夹紧机构有哪些类型，各有什么特点？
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