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1、单元4 数控车削刀具选用,任务4.1 数控车削刀具及选用 任务4.2 数控可转位车刀及刀具系统,单元4 数控车削刀具选用,由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是一个活跃的因素。切削加工生产率和刀具寿命的长短、加工成本的高低、加工精度和加工表面质量的优劣等，在很大程度上取决于刀具类型、刀具材料、刀具结构及其他因素的合理选择。,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,【学习目标】 通过本任务学习，达到以下学习目标: 熟悉数控加工对刀具的要求; 熟悉刀具几何参数对刀具性能的影响及选用; 熟悉各种刀具材料的性能特点及选用; 初步具备根据车削加工情况合理选用刀具的能力 【基本知识】 4.1.1
2、了解数控刀具要求 为了适应数控加工高速、高效和高自动化程度等特点，数控加工刀具应比传统加工用刀具有更高的要求。数控加工刀具应满足如下要求。,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,1.刀具材料应具有高的可靠性 数控加工刀具材料应具有高的耐热性、抗热冲击性和高温力学性能;随着科学技术的发展，对工程材料提出了愈来愈高的要求，各种高强度、高硬度、耐腐蚀和耐高温的工程材料愈来愈多地被采用，数控加工刀具应能适应难加工材料和新型材料加工的需要。 2.数控刀具应具有高的精度 数控加工要求刀具的制造精度要高，尤其在使用可转位结构的刀具时，对刀片的尺寸公差、刀片转位后刀尖空间位置尺寸的重复精度，都有严格的
3、精度要求。 3.数控刀具应能实现快速更换 数控刀具应能适应快速、准确的自动装卸，要求刀具互换性好、更换迅速、尺寸调整方便、安装可靠、换刀时间短。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,4.数控刀具应系列化、标准化和通用化 数控刀具实现系列化、标准化和通用化，可尽量减少刀具规格，便于刀具管理，降低加工成本，提高生产效率。 5.为了保证生产稳定进行，数控刀具应能可靠地断屑或卷屑 4.1.2认识车削刀具类型及选用 1.针对不同加工结构的车刀类型 车床主要用于回转表面的加工，如内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等的切削加工。 车刀针对不同的加工结构和加工方法，设计成不同的刀具类型。
4、车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。常用车削刀具种类及用途参见图4-1-1所示。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,2.整体车刀、焊接车刀、机夹车刀 从车刀的刀体与刀片的连接情况看，可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀，如图4-1-2所示。 整体车刀主要是整体高速钢车刀，截面为正方形或矩形，使用时可根据不同用途进行刃磨。整体车刀耗用刀具材料较多，一般只用作切槽、切断刀使用。 焊接车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在普通碳钢刀体上。它的优点是结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活、制造方便，缺点是由于焊接产生的应力会降低硬质合金刀片的使用性能
5、，有的甚至会产生裂纹。 机械夹固车刀简称机夹车刀，根据使用情况不同又分为机夹重磨车刀和机夹可转位车刀。可转位车刀的刀片夹固机构应满足夹紧可靠、装卸方便、定位精确等要求。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,3.尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀 数控车削时，从刀具移动轨迹与形成轮廓的关系看，常把车刀分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。 (1)尖形车刀 以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，例如:刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀，左、右端面车刀，切断(车槽)车刀。用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由
6、一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。如图4-1-3(a)所示，尖形车刀刀尖作为刀位点，刀尖移动形成零件的曲面轮廓。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,(2)圆弧形车刀 圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀，如图4-1-4所示。其特征是:构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓度误差很小的圆弧;该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。 圆弧形车刀特别适宜于车削各种光滑连接(凹形)的成形面。对于某些精度要求较高的凹曲面车削或大外圆弧面的批量车削，以及尖形车刀所不能完成加工的过象限的圆弧面，宜选用圆弧形车刀进行，圆弧形车刀具有宽刃
7、切削(修光)性质，能使精车余量保持均匀而改善切削性能，还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,如图4-1-3(b)所示，圆弧形车刀圆心作为刀位点，刀位点轨迹与零件的曲面轮廓相距一个圆弧刃半径。 (3)成形车刀 成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀(圆弧半径等于加工轮廓的圆角半径)、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中选用成形车刀时，应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细的规格说明。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,4.1.3熟悉刀具基本几
8、何参数及选用 1.车刀的几何形状 金属切削加工所用的刀具种类繁多、形状各异，但是它们参加切削的部分在几何特征上都有相同之处。外圆车刀的切削部分可作为其他各类刀具切削部分的基本形态，其他各类刀具就其切削部分而言，都可以看成是外圆车刀切削部分的演变。因此，通常以外圆车刀切削部分为例来确定刀具几何参数的有关定义。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,外圆车刀切削部分包括: 前刀面:刀具上切屑流过的表面。 后刀面:刀具上与工件过渡表面相对的表面。 副后刀面:刀具上与工件已加工表面相对的表面。 主切削刃:前刀面与后刀面相交而得到的刃边(或棱边)，用于切出工件上的过渡表面，完成主要的金属
9、切除工作。 副切削刃:前刀面与副后刀面相交而得到的刃边，它配合主切削刃完成切削工作，最终形成工件已加工表面。 外圆车刀切削部分的名称和刀具几何角度如图4-1-5所示。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,2.正交平面参考系 刀具切削部分的几何角度是在刀具静止参考系定义的(即刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系)。下面介绍刀具静止参考系中常用的正交平面参考系。 正交平面参考系如图4-1-6所示。 (1)基面 通过切削刃选定点垂直于主运动方向的平面。对车刀，其基面平行于刀具的底面。 (2)切削平面 通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。 (3)正交平面 通过切
10、削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,3.车刀主要几何参数规定 选择刀具切削部分的合理几何参数，就是指在保证加工质量的前提下，能满足提高生产率和降低生产成本的几何参数。合理选择刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效途径。表4-1-1为几个主要角度的定义和作用。 4.前角、后角的选用 前角增大，使刃口锋利，利于切下切屑，能减少切削变形和摩擦，降低切削力、切削温度，减少刀具磨损，改善加工质量等。但前角过大，会导致刀具强度降低、散热体积减小、刀具耐用度下降，容易造成崩刃。减小前角，可提高刀具强度，增大切屑变形，且易断屑。,上
11、一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,前角值不能太小也不能太大，应有一个合理的参数值。选择前角可从表4-1-2列出的几个方面考虑。 后角的主要功用是减小刀具后面与工件的摩擦，减轻刀具磨损。后角减小使刀具后面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差。 后角增大使摩擦减小，刀具磨损减少，提高了刃口锋利程度。但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。 粗加工时以确保刀具强度为主，后角可取较小值;当工艺系统刚性差，易产生振动时，为增强刀具对振动的阻尼作用，宜选用较小的后角。精加工时以保证加工表面质量为主，后角可取较大值。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削
12、刀具及选用,5.主偏角、副偏角选用 调整主偏角可改变总切削力的作用方向，适应系统刚度。如增大主偏角，使背向力(总切削力吃刀方向上的切削分力)减小，可减小振动和加工变形。主偏角减小，刀尖角增大，刀具强度提高，散热性能变好，刀具耐用度提高。还可降低已加工表面残留面积的高度，提高表面质量。 副偏角的功用主要是减小副切削刃和已加工表面的摩擦。使主、副偏角减小，同时刀尖角增大，可以显著减小残留面积高度，降低表面粗糙度值，使散热条件好转，从而提高刀具耐用度。但副偏角过小，会增加副后刀面与工件之间的摩擦，并使径向力增大，易引起振动。同时还应考虑主、副切削刃干涉轮廓的问题。,上一页,下一页,返回,任务4.1
13、数控车削刀具及选用,6.刃倾角选用 刃倾角表示刀刃相对基面的倾斜程度，刃倾角主要影响切屑流向和刀尖强度。切削刃刀尖端倾斜向上，刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对精加工和半精加工有利。切削刃刀尖端倾斜向下，刃倾角为负值，切削开始时刀尖后接触工件，切屑流向已加工表面;在粗加工开始，尤其是断续切削时，可避免刀尖受冲击，起保护刀尖的作用，并可改善刀具散热条件。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,4.1.4熟悉刀具材料选择 1.刀具材料应具备的基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切
14、削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用，因此，刀具材料应具备如下一些基本性能。 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能、磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 2.各种刀具材料性能特点及应用 (1)金刚石刀具材料性能特点及
15、应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，具有很高的导热性能和较低的热膨胀系数，切削刃可以磨得非常锋利，能进行超薄切削和超精密加工。多用于在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削及撞孔。 金刚石刀具的不足之处是热稳定性较差，切削温度超过700800时，就会完全失去其硬度;此外，它不适于切削黑色金属，因为金刚石(碳)在高温下容易与铁原子作用，使碳原子转化为石墨结构，刀具极易损坏。
16、 (2)立方氮化硼刀具材料性能特点及应用 用与金刚石制造方法相似的方法合成的第二种超硬材料立方氮化硼(CBN)，在硬度和热导率方面仅次于金刚石，热稳定性极好，在大气中加热至1 000也不发生氧化。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,CBN的突出优点是热稳定性比金刚石高得多，可达1 200以上(金刚石为700800 0C，另一个突出优点是化学惰性大，与铁元素在1 2001 300下也不起化学反应。CBN对于黑色金属具有极为稳定的化学性能，可以广泛用于钢铁制品的加工。适于用来精加工各种悴火钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金、表面喷涂材料等难切削材料。 立方氮化硼刀具材料韧性和抗弯强度较差。因此，立方氮化硼车刀不宜用于低速、冲击载荷大的粗加工;同时不适合切削塑性大的材料(如铝合金、铜合金、镍基合金、塑性大的钢等)，因为切削这些金属时会产生严重的积屑瘤，而使加工表面恶化。,上一页,下一页,返回,任务4.1 数控车削刀具及选用,(3)陶瓷刀具材料性能特点及应用 陶瓷刀具材料使用的主要原料是地壳中最丰富的元素，因此，陶瓷刀具的推广应用对提高生产率、
