數(shù)控車床加工刀具種類的區(qū)分與加工應(yīng)用

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發(fā)表時(shí)間：2014-07-01 00:00

數(shù)控車床車刀的磨削部分是較大的磨削抗力，較高的磨削溫度和劇烈的摩擦條件下進(jìn)行工作的車刀的磨削部分是否具備優(yōu)良的磨削性能，直接影響了車刀的壽命是非和磨削效率的凹凸，也影響加工質(zhì)量的好壞，以車刀的磨削局部資料應(yīng)該滿足以下的要求：

車削的過程中，應(yīng)該具備高硬度刀具資料的硬度高于工件的硬度1.31.5倍2應(yīng)該具備的耐磨性3應(yīng)該具備耐熱性4應(yīng)該具備足夠的強(qiáng)度和韌性5應(yīng)該具備良好的工藝性車刀磨削部分常用的資料;近代金屬磨削刀具資料從碳素東西鋼、高速鋼發(fā)展到今日的硬質(zhì)合金、立方氮化硼等超硬刀具材料，使磨削速度從每分鐘幾米飚升到千米乃至萬米。隨著數(shù)控機(jī)床和難加工材料的不時(shí)發(fā)展，刀具實(shí)有難以招架之勢。

要使成為事實(shí)高速磨削、干磨削、硬磨削必需有好的刀具資料。影響金屬磨削發(fā)展的諸多因素中，刀具資料起著決議性作用。高速鋼高速鋼自1900年面世至2000年，盡管各種超硬資料不時(shí)涌現(xiàn)，但始終未能動(dòng)搖其磨削刀具的霸主地位，2000年以后硬質(zhì)合金已成為高速鋼的死敵”正在接二連三地侵蝕著高速鋼刀具的市場份額，但對(duì)某些如螺紋刀具、拉削刀具等對(duì)韌性要求較高的刀具，高速鋼仍可與硬質(zhì)合金“分庭抗禮”甚至占明顯優(yōu)勢。

人們習(xí)氣上將高速鋼分為四大類：1通用高速鋼(HSS以W18Cr4V為代表的HSS曾輝煌過一個(gè)世紀(jì)，為我國刀具行業(yè)做出過杰出的歷史性貢獻(xiàn)，但由于還存在不少弊端，現(xiàn)已逐步淡出市場；M2鋼的市場份額已由上世紀(jì)90年代的60%70%下降到目前的20%30%9341國自行研制的HSS市場份額占20%左右，W七、M7等其他HSS產(chǎn)量比較低。HSS已占高速鋼總量60%以上。由于HSS強(qiáng)韌性和較高的耐磨性、紅硬性等優(yōu)異性能，絲錐、拉刀等刀具范疇，還會(huì)牢牢守住一塊土地，不過陣地在逐年減少。2高性能高速鋼(HSS-EHSS-E指在HSS成分基礎(chǔ)上加入CoAl等合金元素，并適當(dāng)增加含碳量，以提高耐熱性、耐磨性的鋼精。這類鋼的紅硬性比較高，經(jīng)625℃×4h后硬度仍保持60HRC以上，刀具的耐用度為HSS刀具的1.53倍。以M35M42為代表的HSS-E產(chǎn)量逐年在增加，501國自產(chǎn)的高性能高速鋼，成形銑刀、立銑刀等方面應(yīng)用十分普及，龐大刀具方面應(yīng)用也比較成功。由于數(shù)控機(jī)床、加工中心、高難加工資料發(fā)展迅速，HSS-E刀具資料亦逐步增加。3粉末高速鋼(HSS-PM和冶煉高速鋼相比，HSS-PM力學(xué)性能有顯著的提高。硬度相同的條件下，后者的強(qiáng)度比前者高20%30%韌性提高1.52倍，外洋應(yīng)用十分普及。國在上世紀(jì)70年代曾研制出多種牌號(hào)的HSS-PM并投入市場，但不知何故夭折，現(xiàn)在各東西廠所用材料均系進(jìn)口。值得欣喜的河冶科技股分有限公司(原河北冶金研究院)已能生產(chǎn)HSS-PM并小批量供貨，效果不錯(cuò)。

由于資源日益枯竭和HSS-PM自身優(yōu)良的綜合性能及市場的需求，HSS-PM必將會(huì)有一個(gè)長足的進(jìn)步。3低合金高速鋼(DH由于合金資源越來越少、全套麻花鉆入口及低速磨削東西的需要，鋼廠和東西廠共同開發(fā)出301F205D101等多種牌號(hào)的DH2003年我國生產(chǎn)高速鋼6萬噸，其中DH兩萬噸，占高速鋼的1/32004年DH占高速鋼的40%2005年、2006年仍呈增加勢頭。但其中水分不少，有些根本不屬高速鋼，硬度也達(dá)不到63HRC也被標(biāo)以HSS硬質(zhì)合金機(jī)械打造業(yè)需要“高精度、高效率、高可靠性和專用化”經(jīng)營理念，當(dāng)代刀具打造和使用范疇，效率第一”理念已經(jīng)取代了保守的性能價(jià)格比”老概念，這一變化為高技術(shù)含量的高效刀具的發(fā)展掃清了障礙。硬質(zhì)合金不只具備較高的耐磨性，而且韌性也較高(和超硬材料相比)所以獲得廣泛的應(yīng)用，展望未來，仍然是應(yīng)用最廣泛的刀具資料。從過去各屆機(jī)床東西博覽會(huì)上可以看出，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具幾乎覆蓋了所有的刀具品種。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和刀具技術(shù)的進(jìn)步，硬質(zhì)合金的性能獲得很大改善：一是開發(fā)了提高韌性的12μm細(xì)顆粒硬質(zhì)合金；二是開發(fā)了涂層硬質(zhì)合金。與高速鋼刀具相比，硬質(zhì)合金涂層刀具的市場份額增加幅度更大，因?yàn)樵诟邷睾透咚倌ハ鲄?shù)下，高強(qiáng)度更為重要。超硬刀具材料超硬材料是指以金剛石為代表的具備很高硬度物質(zhì)的總稱。超硬材料的范疇雖沒有一個(gè)嚴(yán)格的規(guī)定，但人們習(xí)氣上把金剛石和硬度接近于金剛石硬度的資料稱為超硬材料。

金剛石金剛石是目前世界上已發(fā)現(xiàn)的最硬的一種材料。金剛石刀具具備高硬度、高耐磨性和高導(dǎo)熱性等性能，有色金屬和非金屬加工中獲得廣泛的應(yīng)用，尤其在鋁和硅鋁合金高速磨削加工中，如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱和各種活塞等的加工中，金剛石刀具是難以替換的主要磨削刀具。近年來，由于數(shù)控機(jī)床的普及和數(shù)控加工技術(shù)的高速發(fā)展，可使成為事實(shí)高效率、高穩(wěn)定性、短命命加工的金剛石刀具的應(yīng)用日漸普及。

金剛石刀具現(xiàn)在和將來都是數(shù)控加工中不可缺少的重要刀具。2立方氮化硼(CBN立方氮化硼是氮化硼的同素異構(gòu)體，其布局與金剛石相似，硬度高達(dá)80009000HV耐熱度達(dá)1400℃，耐磨性好。近年來開發(fā)的多晶立方氮化硼(PCBN高溫高壓下將微細(xì)的CBN顆粒通過結(jié)合相燒結(jié)在一路的多晶材料，既能足以擔(dān)任淬硬鋼(45~65HRC軸承鋼(60~64HRC高速鋼(63~66HRC冷硬生鐵的粗車和精車，又能足以擔(dān)任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速磨削加工。3陶瓷刀具陶瓷刀具是最有發(fā)展?jié)摿Φ牡毒咧?，目前已引起世界東西界的重視。

工業(yè)發(fā)達(dá)的德國，約70%加工鑄件的工序是由陶瓷刀具來完成的而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具總量的8%~10%由于數(shù)控機(jī)床、高效無污染磨削、被加工資料硬等因素，迫使刀具資料必需更新?lián)Q代，陶瓷刀具正是順乎潮流，不時(shí)改革創(chuàng)新，Al2O3陶瓷基體中添加20%~30%SiC晶液制成晶須增韌陶瓷材料，SiC晶須的作用如同鋼筋混凝土中的鋼筋，能成為阻擋或改變裂紋擴(kuò)展方向的障礙物，使刀具的韌性大幅度提高，一種很有發(fā)展前途的刀具資料。為了提高純氧化鋁陶瓷的韌性，加入含量小于10%金屬，構(gòu)成所謂金屬陶瓷，這類刀具資料具備強(qiáng)大的生命力，正以強(qiáng)勁勢頭向前發(fā)展，也許將來會(huì)自成一系，成為刀具資料親族新成員。車刀的幾何形狀：車刀的磨削部分是由“一尖，兩刃，三面，六角”組成：外圓車刀的磨削局部可以看作是各類刀具磨削部分的基本形態(tài)。

外圓車刀的磨削部分，其布局要素及其定義如下： 1前刀面Ay切下的切屑沿其流出的外表。 2主后刀面Aa與工件上過渡外表相對(duì)的外表。 3副后刀面A＇a與工件上已加工外表相對(duì)的外表。 4主磨削刀S前刀面與主后刀面的交線，承擔(dān)主要磨削工作。 5副磨削刃S＇—前刀面與副后刀面的交線，協(xié)同主磨削刃完成磨削工作，并最終形成已加工表面。 6刀尖—主磨削刃與副磨削刃連接處的那局部磨削刃。不論什么車刀都是由上面所說的這幾個(gè)部分組成的但是數(shù)量不完全一樣，如切斷刀就有兩個(gè)副磨削刃和人兩個(gè)副后刀面幾種罕見刀具裝置及注意事項(xiàng)：1外圓車刀安裝：A稱刀伸出刀架部分的長度應(yīng)盡量短，以增強(qiáng)其剛性，一般為刀柄厚度115倍）車刀墊片一般不要逾越兩片。并于刀架邊緣對(duì)起，且至罕用兩個(gè)螺絲壓緊。B;車刀刀尖與工件中心等高。

刀尖高于工件的軸線，刀具現(xiàn)實(shí)前角增大磨削力降低2切斷刀的裝置：A切斷刀一定要垂直工件的軸線，刀體不能傾斜，以免副后刀面與工件摩擦，影響加工質(zhì)量B刀體不宜伸出過長，同時(shí)主磨削刃要與工件回轉(zhuǎn)中心等高，否則如磨削無孔工件時(shí)，不能磨削到中心，且容易折斷車刀C刀體底面如果不平，會(huì)引起副后角的變化。3螺紋刀的裝置：車螺紋時(shí)，為了保證齒形不錯(cuò)，對(duì)裝置螺紋刀提出了嚴(yán)格的要求A刀尖高裝夾螺紋刀時(shí)，刀尖位置一般應(yīng)與車床主光軸軸線等高，出格是內(nèi)螺紋車刀的刀尖高必需嚴(yán)格保證，以免出現(xiàn)扎刀阻刀讓刀及螺紋面不光等現(xiàn)象。高速磨削時(shí)螺紋時(shí)，為了振動(dòng)和扎刀，其硬質(zhì)合金刀的刀尖應(yīng)略高與車床主光軸軸線0.10.3B刀頭伸出的長度刀頭一般不要伸出過長，約為刀桿厚度11.5倍。內(nèi)螺紋刀的刀頭加上刀桿后的徑向長度應(yīng)該比螺紋孔直徑小35倍，以免退刀時(shí)碰傷牙頂數(shù)控車床對(duì)刀：數(shù)控加工中，工件坐標(biāo)系確定后，還要確定刀尖點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的位置，即常說的對(duì)刀問題。數(shù)控車床上，前，常用的對(duì)刀要領(lǐng)為試切對(duì)刀。下面以FA NUC6T系統(tǒng)為例，先容試切對(duì)刀的要領(lǐng)。將工件裝置好之后，先用MDI方式支配機(jī)床，用已選好的刀具將工件端面車一刀，然后堅(jiān)持刀具在縱向(Z向)尺寸不變，沿橫向(X向)退刀。當(dāng)取工件右端面O為工件原點(diǎn)時(shí)，對(duì)刀輸入為ZO當(dāng)取工件左端面O為工件原點(diǎn)時(shí)，需要丈量從內(nèi)端面到加工面的長度尺寸J此時(shí)對(duì)刀輸入為Zδ，用同樣的要領(lǐng)，再將工件外圓外表車一刀，然后堅(jiān)持刀具在橫向上的尺寸不變，從縱向退刀，停止主光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再量收工件車削后的直徑值φv依照β 和 φv值即可確定刀具在工件坐標(biāo)系中的位置。其它各刀都需要進(jìn)行以上操作，從而確定每把刀具在工件坐標(biāo)系中的位置。

功能互不相同。依照不同的加工條件不錯(cuò)選擇刀具是編制順序的重要環(huán)節(jié)，以必需對(duì)車刀的品類及特點(diǎn)有一個(gè)基本的解。數(shù)控車床刀具品類繁多。

目前數(shù)控機(jī)床用刀具的主流是可轉(zhuǎn)位刀片的機(jī)夾刀具。下面對(duì)可轉(zhuǎn)位刀具作簡要的先容：1數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具特點(diǎn)數(shù)控車床所采用的可轉(zhuǎn)位車刀，其幾何參數(shù)是通過刀片布局形狀和刀體上刀片槽座的方位裝置組合形成的與通用車床相比一般無本質(zhì)的區(qū)分，其基本布局、功能特點(diǎn)是相同的但數(shù)控車床的加工工序是自動(dòng)完成的以對(duì)可轉(zhuǎn)位車刀的要求又有別于通用車床所使用的刀具，具體要乞降特點(diǎn)。可轉(zhuǎn)位車刀特點(diǎn)要求特點(diǎn)目精度高采用M級(jí)或更高精度等級(jí)的刀片；多采用精密級(jí)的刀桿；用帶微調(diào)裝置的刀桿在機(jī)外預(yù)調(diào)好。保證刀片重復(fù)定位精度，方便坐標(biāo)設(shè)定，保證刀尖位置精度。可靠性高采用斷屑可靠性高的斷屑槽型或有斷屑臺(tái)和斷屑器的車刀；采用布局可靠的車刀，采用復(fù)合式夾緊布局和夾緊可靠的其它布局。斷屑穩(wěn)定，來不得紊亂和帶狀切屑；適應(yīng)刀架快速移動(dòng)和換位和全般自動(dòng)磨削過程中夾緊不得有松動(dòng)的要求。換刀迅速采用車削東西系統(tǒng)；采用快換小刀夾。迅速更換不同形式的磨削部件，完成多種磨削加工，提高生產(chǎn)效率。刀片資料刀片較多采用涂層刀片。滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求，提高加工效率。刀桿截形刀桿較多采用正方形刀桿，但因刀架系統(tǒng)布局差異大，有的需采用專用刀桿。

刀桿與刀架系統(tǒng)匹配。可轉(zhuǎn)位車刀的品類可轉(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，可轉(zhuǎn)位車刀的品類類型主偏角適用機(jī)床外圓車刀普通車床和數(shù)控車床仿形車刀仿形車床和數(shù)控車床端面車刀普通車床和數(shù)控車床內(nèi)圓車刀普通車床和數(shù)控車床切斷車刀普通車床和數(shù)控車床螺紋車刀普通車床和數(shù)控車床切槽車刀普通車床和數(shù)控車床3常用車刀及刀片外型圖車刀刀頭外圓車刀內(nèi)孔車刀螺紋車刀切斷刀和切槽刀焊接式車刀刀片鋁加工刀片車刀和鏜刀片金屬陶瓷刀片螺紋車刀刀片切斷刀和切槽刀可焊式刀片對(duì)車刀材料的基本要求：