數(shù)控刀具的種類!數(shù)控車床刀具的種類及要求
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數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具簡介
數(shù)控車床刀具品類繁多，功能互不相同。按照不同的加工條件不錯選擇刀具是編制程序的重要環(huán)節(jié)，是以必需對車刀的品類及特點有一個基本的了解。
目前數(shù)控機床用刀具的主流是可轉(zhuǎn)位刀片的機夾刀具。下面對可轉(zhuǎn)位刀具作簡要的先容：
(1) 數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具特點
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安裝組合形成的，與通用車床相比一般無本質(zhì)的區(qū)分，其基本布局、功能特點是相同的。但數(shù)控車床的加工工序是自動完成的，是以對可轉(zhuǎn)位車刀的要求又有別于通用車床所使用的刀具，具體要乞降特點如表5-1所示。
表5-1 可轉(zhuǎn)位車刀特點
要求
特 點
目 的
精度高
采用M級或更高精度等級的刀片；
多采用精密級的刀桿；
用帶微調(diào)裝置的刀桿在機外預(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)刀架快速移動和換位和全般自動磨削過程中夾緊不得有松動的要求。
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。
刀片材料
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。
⑵ 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，見表5-2。
表5-2 可轉(zhuǎn)位車刀的品類
類型
主偏角
適用機床
外圓車刀
900、500、600、750、450
普通車床和數(shù)控車床
仿形車刀
930、107.50
仿形車床和數(shù)控車床
端面車刀
900、450、750
普通車床和數(shù)控車床
內(nèi)圓車刀
450、600、750、900、910、930、950、107.50
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
對車刀材料的基本要求：
在車削的過程中，車刀的磨削部分是在較大的磨削抗力，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，是以車刀的磨削部分材料應(yīng)該滿足以下的要求：
1，應(yīng)該具備高硬度 刀具材料的硬度高于工件的硬度1.3—1.5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材料;
近代金屬磨削刀具材料從碳素東西鋼、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)控機床和難加工材料的不斷發(fā)展，刀具實有難以招架之勢。要使成為事實高速磨削、干磨削、硬磨削必需有好的刀具材料。在影響金屬磨削發(fā)展的諸多因素中，刀具材料起著決議性作用。
高速鋼
高速鋼自1900年面世至2000年，盡管各種超硬材料不斷涌現(xiàn)，但始終未能動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，但對某些如螺紋刀具、拉削刀具等對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是我國自行研制的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的強韌性和較高的耐磨性、紅硬性等優(yōu)異性能，在絲錐、拉刀等刀具范疇，還會牢牢守住一塊土地，不過陣地在逐年減少。
2)高性能高速鋼(HSS-E)
HSS-E是指在HSS成分基礎(chǔ)上加入Co、Al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1.5～3倍。
以M35、M42為代表的HSS-E產(chǎn)量逐年在增加，501是我國自產(chǎn)的高性能高速鋼，在成形銑刀、立銑刀等方面應(yīng)用十分遍及，在龐大刀具方面應(yīng)用也比較成功。由于數(shù)控機床、加工中心、高難加工材料發(fā)展迅速，HSS-E刀具材料亦逐步增加。
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。在硬度相同的條件下，后者的強度比前者高20%～30%，韌性提高1.5～2倍，在外洋應(yīng)用十分遍及。我國在上世紀(jì)70年代曾研制出多種牌號的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。值得欣喜的是，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。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必將會有一個長足的進(jìn)步。
3)低合金高速鋼(DH)
由于合金資源越來越少、全套麻花鉆出口及低速磨削東西的需要，鋼廠和東西廠共同開發(fā)出301、F205、D101等多種牌號的DH。2003年我國生產(chǎn)高速鋼6萬噸，其中DH兩萬噸，占高速鋼的1/3；2004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
機械打造業(yè)需要“高精度、高效率、高可靠性和專用化”的經(jīng)營理念，在當(dāng)代刀具打造和使用范疇，“效率第一”的理念已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的“性能價格比”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)合金不僅具備較高的耐磨性，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，它仍然是應(yīng)用最廣泛的刀具材料。從過去各屆機床東西博覽會上可以看出，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1～2μm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，因為在高溫和高速磨削參數(shù)下，高強度更為重要。
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材料稱為超硬材料。
1)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，在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)動機缸體、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，可使成為事實高效率、高穩(wěn)定性、長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)8000～9000HV，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)是在高溫高壓下將微細(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牡毒咧唬壳耙岩鹗澜鐤|西界的重視。在工業(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)控機床、高效無污染磨削、被加工材料硬等因素，迫使刀具材料必需更新?lián)Q代，陶瓷刀具正是順乎潮流，不斷改革創(chuàng)新，在Al2O3陶瓷基體中添加20%~30%的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，它能成為阻擋或改變裂紋擴展方向的障礙物，使刀具的韌性大幅度提高，是一種很有發(fā)展前途的刀具材料。為了提高純氧化鋁陶瓷的韌性，加入含量小于10%的金屬，構(gòu)成所謂金屬陶瓷，這類刀具材料具備強大的生命力，正以強勁勢頭向前發(fā)展，也許將來會自成一系，成為刀具材料親族新成員。
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：
外圓車刀的磨削部分可以看作是各類刀具磨削部分的基本形態(tài)。圖2-1所示是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表面。
2）主后刀面Aa—與工件上過渡表面相對的表面。
3）副后刀面A＇a—與工件上已加工表面相對的的表面。
4）主磨削刀S—前刀面與主后刀面的交線，它承擔(dān)主要磨削工作。
5）副磨削刃S＇—前刀面與副后刀面的交線，它協(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部分磨削刃。
不論什么車刀都是由上面所說的這幾個部分組成的，但是數(shù)量不完全一樣，如切斷刀就有兩個副磨削刃和人兩個副后刀面
幾種常見刀具安裝及注意事項：
1外圓車刀安裝：
A稱刀伸出刀架部分的長度應(yīng)盡量短，以增強其剛性，（一般為刀柄厚度1～1。5倍）車刀墊片一般不要超過兩片。并于刀架邊緣對起，且至罕用兩個螺絲壓緊。
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)實前角增大磨削力降低
2切斷刀的安裝：
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，不能磨削到中心，且容易折斷車刀
C刀體底面如果不平，會引起副后角的變化。
3螺紋刀的安裝：
車螺紋時，為了保證齒形不錯，對安裝螺紋刀提出了嚴(yán)格的要求
A刀尖高 裝夾螺紋刀時，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。
高速磨削時螺紋時，為了振動和扎刀，其硬質(zhì)合金刀的刀尖應(yīng)略高與車床主光軸軸線0.1—0.3
B 刀頭伸出的長度 刀頭一般不要伸出過長，約為刀桿厚度1—1.5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3—5倍，以免退刀時碰傷牙頂
數(shù)控車床對刀：
在數(shù)控加工中，工件坐標(biāo)系確定后，還要確定刀尖點在工件坐標(biāo)系中的位置，即常說的對刀問題。在數(shù)控車床上，前，常用的對刀要領(lǐng)為試切對刀。下面以FANUC—6T系統(tǒng)為例，先容試切對刀的要領(lǐng)。 將工件安裝好之后，先用MDI方式操縱機床，用已選好的刀具將工件端面車一刀，然后保持刀具在縱向(Z向)尺寸不變，沿橫向(X向)退刀。當(dāng)取工件右端面O為工件原點時，對刀輸入為ZO；當(dāng)取工件左端面O，為工件原點時，需要測量從內(nèi)端面到加工面的長度尺寸J，此時對刀輸入為Zδ，用同樣的要領(lǐng)，再將工件外圓表面車一刀，然后保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，再量出工件車削后的直徑值φv，按照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。
