10计辅廖旭正文.docx

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10计辅廖旭正文

前言

现代制造技术的开展与数控加工设备的广泛使用，极大地推动了切削技术的进步。

随着生产加工过程数控化和自动化的需要，对金属切削刀具提出了高可靠度、高精度、长寿命、快速转位更换、断屑良好等更高要求。

自80年代以来，可转位不重磨刀具已被各国广泛应用，但是可转位不重磨刀片与刀具CAD/CAM技术的应用和开展，使刀具结构设计与切削局部的形状种类变得十分繁多，给机械加工和刀具设计人员合理选择刀具带来一定困难。

同时，刀片型号的增加也给刀片采购和销售带来不便，为用户快速、高效与正确选择刀具增加困难。

为使企业对市场需求迅速做出响应，在切削加工中，快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。

根据不同加工特征，自动选择所需刀具对实现高度自动化切削加工或无人加工具有十分重要的意义。

金属切削刀具是实现机械加工,得到一个合格零件的最主要的因素,教师傅就常说“三分功夫七分刀〞,在加工时如何选刀、磨刀是保证产品质量,提高生产效率的主要因素。

传统的机械加工主要采用焊接式刀具,现在随着数控机床的大量使用,使用越来越多的是机夹刀具和组合刀具,这些刀具的刀片和刀杆已经标准化,由一些专业的生产厂家生产,使用时技术人员和操作者根据具体的加工条件、工件材料,查询刀具样本选择适宜的刀片、刀杆和刀具主柄,组装成一把刀具,安装在机床的刀架上进展加工。

这时对工人的技能要求主要是如何选刀、装刀、调刀、对刀,而不是磨刀了。

一般在选择刀具时,首先要根据工件形状、材料、加工条件与相关的工艺情况选择刀片的形状和材质,然后根据刀片与机床的要求,并考虑组合后刀具的各个角度要求,选择相应的刀杆或刀柄,进展组装,安装在机床的刀架进展加工。

数控刀具的选择和切削用量确实定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。

第一章常见数控刀具

数控加工中刀具选用需要考虑各种问题与从各个方面考虑刀具的各种因素来确定刀具的选用。

按照刀具材料可分为：

高速钢刀具，硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀具和金刚石刀具。

按照刀具结构可分为：

整体式，焊接式，机夹式（可转位和不转位），内冷式和减振式。

按照切削工艺分为：

车削刀具，孔加工刀具〔如钻头，丝锥和镗刀等〕，铣削刀具等。

按照数控工具系统的开展可分为：

由整体式工具系统向模块式工具系统开展。

有利于提高劳动生产率，提高加工效率，提高产品质量。

标准化数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。

1.1孔加工刀具类：

　　在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，在此就其主要突出的新结构、新品种简要分述如下：

1.1.1数控钻头：

1.1.1.1整体式钻头：

钻尖切削刃由对称直线型改良为对称圆弧型（r＝1／2D），以增长切削刃、提高钻尖寿命；钻芯加厚，提高其钻体刚度，用"S"型横刃（或螺旋中心刃）替代传统横刃，减小轴向钻削阻力，提高横刃寿命；采用不同顶角阶梯钻尖与负倒刃，提高分屑、断屑、钻孔性能和孔的加工精度；镶嵌模块式硬质（超硬）材料齿冠；油孔内冷却与大螺旋升角（≤40°〕结构等。

最近研制出整体式细颗粒陶瓷（Si3N4）、Ti基类金属陶瓷材料钻头。

1.1.1.2机夹式钻头：

钻尖采用长方异形专用对称切削刃、钻削力径向自成平衡的可转位刀片替代其它几何形状、钻削力径向总体合成平衡的可转位刀片，以减小钻削振动，提高钻尖自定心性能、寿命和孔的加工精度。

1.1.2复合（组合）孔加工数控刀具：

　　集合了钻头、铰刀、扩（锪）孔刀与挤压刀具的新结构、新技术，整体式、机夹式、专用复合（组合）孔加工数控刀具研发速度很快。

总体而言：

采用镶嵌模块式硬质（超硬）材料切削刃（含齿冠）与油孔内冷却、大螺旋槽等结构是其目前开展趋势。

1.1.3数控铰刀：

　　大螺旋升角（≤45°〕切削刃、无刃挤压铰削与油孔内冷却的结构是其总体开展方向，最大铰削孔径己达φ≤400mm。

1.1.4镗刀：

　　单刃微调精细镗刀正被多刃扩（锪）孔刀、铰刀与复合（组合）孔加工专用数控刀具替代。

国外研制出采用工具系统内部推拉杆轴向运动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成镗削球面（曲面）、斜面与反向走刀切削加工零件背面的数控智能精细镗刀，代表了镗刀开展方向。

1.1.5丝锥：

　　研发出大螺旋升角（≤45°〕丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、硬状况，设计专用刃倾角、前角等。

1.1.6扩（锪）孔刀：

多刃、配置各种数控工具柄与模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩（锪）孔刀具开展方向。

1.2数控铣刀类：

1.2.1　整体式立铣刀

硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角（≤62°〕结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线（或螺旋中心刃）形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度与刀具寿命。

适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。

1.2.2　机夹式立铣刀

由各类机夹立铣刀的由可转位刀片（往往设有三维断屑槽形）组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿（均为短切削刃），可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。

数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真与数控加工技术成形制造。

1.2.3机夹式数控面铣刀

刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片（几何形状多种）带有三维断屑槽形。

数控铣刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速迴转体动平衡与安全夹固技术，一些高速迴转刀体上还应用空气动力学原理，利用旋风冷切削刃，在干式切削加工时降低切削刃的温度，提高刀具寿命。

第二章　数控刀具研究与选用

2.1金属切削刀具的主要角度

从属切削刀具的种类繁多，但它们的切削局部都可以近似地用外圆车刀的切削局部来描述。

确定刀具角度的正交平面参考系和车削刀具几何角度如图2-1，2-2所示。

图2-1正交平面参考系

图2-2车削刀具几何角度

车刀的五个根本角度：

〔1〕前角γo：

是前刀面切削平面之间的夹角，表示前刀面的倾斜程度。

〔2〕后角αo：

是主后刀面与切削平面之间的夹角，表示主后刀面倾斜的程度。

〔3〕主偏角κτ：

是主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；

〔4〕副偏角κτˊ：

是副切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角；

〔5〕刃倾角λ0：

是主切削刃与基面之间的夹角。

刀具主要角度的选择原如此：

前角。

增大前角，切屑易流出，可使切削力减少，切削很轻快。

但前角过大，刀刃强度降低。

后角。

增大后角可减少刀具后刀面与工件之间的摩擦。

但后角过大，刀刃强度降低。

主偏角。

在切削深度和进给量不变的情况下，增大主偏角，可使切削力沿工件轴向力加大，径向力减小，有利于加工细长轴并减小振动。

刃倾角。

增大刃倾角有利于承受冲击。

刃倾角为正值时，切屑向待加工方向流动；刃倾角为负值时，切屑向已加工面方向流动。

通常，精车时取0~4°；粗加工时取－10°～－5°。

2.2常用数控刀具结构

2.2.1整体式刀具结构

整体式刀具是指刀具切削局部和夹持局部为一体式结构的刀具。

制造工艺简单，刀具磨损后可以重新修磨。

2.2.2机夹式刀具结构

机夹式刀具是指刀片在刀体上的定位形式。

机夹式刀具分为机夹可转位刀具和机夹不可转位刀具。

数控机床一般使用标准的机夹可转位刀具。

机夹可转位刀具一般由刀片、刀垫、刀体和刀片定位夹紧元件组成。

如下列图。

可转位刀片的夹紧方式：

楔块上压式、杠杆式（如图）、螺钉上压式。

要求：

夹紧可靠、定位准确、排屑流畅、结构简单、操作方便。

图2-3

2.2.3可转位刀片的代码

机夹式可转位刀片的代码由10位字符组成。

各字符的含义不要求。

常用W（不等角六边形），S（正方形），T（等边三角形）。

2.3数控机床刀具的选择

2.3.1选择刀具时应考虑的因素

〔1〕被加工工件的材料类别〔黑色金属，有色金属或合金〕；

〔2〕工件毛坯的成形方法〔铸造，锻造，型材等〕；

〔3〕切削加工工艺方法〔车，铣，钻，扩，铰，镗，粗加工，半精加工，精加工等〕；

〔4〕工件的结构与几何形状，精度，加工余量以与刀具能承受的切削用量等因素；

〔5〕其他因数包括生产条件和生产类型。

2.3.2刀具的选择

〔1〕尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸提高刀具的强度和刚度，减小刀具振动；

〔2〕选择较大主偏角〔大于75°，接近90°〕；粗加工时选用负刃倾角刀具，精加工时选用正刃倾角刀具；

〔3〕精加工时选用无涂层刀片与小的刀尖圆弧半径；

〔4〕尽可能选择标准化、系统化刀具；

〔5〕选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。

数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。

机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金等。

数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀、端面车刀、外螺纹刀、切断刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、孔加工刀具〔包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等〕。

首先根据加工内容确定刀具类型，根据工件轮廓形状和走刀方向来选择刀片形状（如图

图2-4所示）。

主要考虑主偏角，副偏角（刀尖角）和刀尖半径值。

可转位刀片的选择：

（1）刀片材料选择：

高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石。

（2）刀片尺寸选择：

有效切削刃长度、主偏角等。

（3）刀片形状选择：

依据外表形状、切削方式、刀具寿命等。

（4）刀片的刀尖半径选择

1）粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖半径值。

2）精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖半径值。

在数控铣床上使用的刀具主要立铣刀、面铣刀、球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等。

如下列图。

常用到面铣刀、立铣刀、球头铣刀和环形铣刀。

除此以外还有各种孔加工刀具，如钻头〔锪钻、铰刀、丝锥等〕镗刀等。

面铣刀〔也叫端铣刀〕如下列图，面铣刀的圆周外表和端面上都有切削刃。

面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。

立铣刀如下列图，立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。

立铣刀的圆柱外表和端面上都有切削刃，它们可同时进展切削，也可单独进展切削。

结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金是铣刀工作局部的常用材料。

模具铣刀如下列图，模具铣刀由立铣刀开展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。

它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。

铣刀工作局部用高速钢或硬质合金制造。

首先根据加工内容和工件轮廓形状确定刀具类型，再根据加工局部大小选择刀具大小。

（1）铣刀类型的选择：

1）加工较大平面选择面铣刀，

2）加工凸台、凹槽、平面轮廓选择立铣刀，

3）加工曲面较平坦的部位常采用环形〔牛鼻刀〕铣刀，

4）曲面加工选择球头铣刀，

5）加工空间曲面模具型腔与凸模外表选择模具铣刀，

6）加工封闭键槽选键槽铣刀，等等

图2-5

（2）铣刀参数的选择

●面铣刀主要参数选择

a）标准可转位面铣刀直径在Φ16－Φ630〕：

粗铣时直径选小的，精铣时铣刀直径选大些，最好能包容待加工外表的整个宽度〔多20%〕。

b）依据工件材料和刀具材料以与加工性质确定其几何参数：

铣削加工通常选前角小的铣刀，强度硬度高的材料选负前角，工件材料硬度不大选大后角、硬的选小后角，粗齿铣刀选小后角，细齿铣刀取大后角，铣刀的刃倾角通常在-５－-１５度，主偏角在４５－９０度

●立铣刀主要参数选择　

a）、刀具半径r应小于零件内轮廓最小曲率半径ρ

b）、零件的加工高度H≤〔1/4－1/6〕r

c）、不通孔或深槽选取l=H+（5~10）mm

d）、加工外形与通槽时选取l=H+rε+（5~10）mm

e）、加工肋时刀具直径为D=（5~10）b

f）、粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径D

D=d