刀具课件第8章

1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。2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3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f为进给前角，f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/mm150180～200260～300350～400方形刀杆断面2H/mm2162202252302矩形刀杆断面BH/mm21220162520302540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4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＞rcosl或（B–m）＞rcost（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＞cos45t（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5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。6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。7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l2345678910车削用刀片型号TNUM160308ER—A4铣削用刀片型号SPAN1203EDTR铣削用刀片毛坯型号XSPUN130308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r代号形状说明刀尖角rH正六边形120°W等边不等角六边形80°①0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°①T正三角形60°B82°①CDEMV菱形80°①55°①75°①86°①35°①K55°①R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ABCDEFGNPO3°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8图8-11可转位刀片有无断屑槽和中心固定孔各种情况代号精密级（允许偏差/㎜）代号普通级（允许偏差/㎜）msdmsdA±0.005±0.025±0.025J±0.005±0.025±0.05～±0.15F±0.005±0.025±0.013K±0.013±0.025±0.05～±0.15C±0.013±0.025±0.025L±0.025±0.025±0.05～±0.15H±0.013±0.025±0.013M±0.08～±0.20±0.13±0.05～±0.15E±0.025±0.025±0.025N±0.08～±0.20±0.025±0.05～±0.15G±0.025±0.130±0.025U±0.13～±0.38±0.13±0.08～±0.254—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。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