數(shù)控車(chē)床刀具實(shí)習(xí)報(bào)告

1、數(shù)控車(chē)床（刀具）實(shí)習(xí)報(bào)告一：刀具基本概述刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具，又稱(chēng)切削工具。絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，所以刃具”一詞一般就理解為金屬切削刀具 。二：刀具材料制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊 韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），并不易變形。 通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度 越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性， 以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。聚晶立方氮化硼適用

2、丁切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用丁切削不 含鐵的金屆，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼只用作理刀、 板牙和絲錐等工具。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片都已用化學(xué)氣相沉積涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù) 合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用丁硬質(zhì)合金刀具，也可用丁高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和鐵刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障 壁，使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高 13倍以上。由丁在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加 工材料越來(lái)越多，切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高。 為了適 應(yīng)這種情況，

3、刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料； 進(jìn)一步發(fā)展刀具的 氣相沉積涂層技術(shù)，在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾；進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造 精度，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實(shí)現(xiàn)最佳化。刀具材料大致分如下幾類(lèi)：高速鋼、硬質(zhì)合金、金屆陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化 硼以及聚晶金剛石。一般加工中心常用有以下幾種材質(zhì)刀具：碳素工具鋼，合金工具鋼，高速鋼，硬質(zhì)合金，超硬材料。1碳素工具鋼碳素工具鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.65%-1.35%的優(yōu)質(zhì)高碳鋼。用做刀具的牌號(hào)一 股是T10A和T12A，常溫硬度60-64HRC。當(dāng)切削刃熱至200-

4、250度時(shí)，其硬度 和耐磨性就會(huì)迅速下降，從而喪失切削性能。2合金工具鋼為了改善碳素工具鋼的性能，常在其中加入適量合金元素如鋌、銘、車(chē)烏、硅和機(jī)等，從而形成了合金工具鋼，常用牌號(hào)有 9sicr,GCr15,CrWMn等。合金工具鋼與 碳素工具鋼相比，其熱處理后的硬度相近，而耐熱性和耐磨性略高，熱處理性也 較好。但與高速鋼相比，合金工具鋼的切削速度和使用壽命乂遠(yuǎn)不如高速鋼， 使 其應(yīng)用受到很大的限制。因此，合金工具鋼一般僅用丁取代碳素工具鋼。3局速鋼局速鋼是一種含車(chē)烏、鋁、銘、機(jī)等合金兀素較多的局合金工具鋼。局速鋼主要優(yōu) 點(diǎn)是具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，且耐熱性和淬火性良好，其允許的切削速度 是

5、碳素工具鋼和合金工具鋼的兩倍以上。高速鋼刃磨后切削刃鋒利，故乂稱(chēng)之為 鋒鋼和白鋼。高速鋼是一種綜合性能好、應(yīng)用范圍較廣的刀具材料，常用來(lái)制造 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具，如成形車(chē)刀，鐵刀，鉆頭，皎刀。拉刀，齒輪刀具等。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法制造的合金材料，它是由高硬度、高熔點(diǎn)的金屆碳化物WC、TiC等粉末，用鉆等金屆粘結(jié)劑在高溫下燒結(jié)而成。硬質(zhì)合金的硬度較高，常溫下可達(dá) 89-93HRA,耐磨性和耐熱性均高于工具鋼， 在800-1000度時(shí)仍能正常切削，其切削速度是高速鋼的幾倍，刀具壽命也提高 了幾十倍，并能加工高速鋼刀具難以切削加工的材料，因此被廣泛應(yīng)用。但是它也存在抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度比高速鋼

6、低，刃口不能磨得像高速鋼刀具那樣鋒利等 不足之處。4超硬材料超硬材料主要是批金石、立涼席氮化硼和陶瓷。金剛石是自然界中最硬的材料， 其硬度可達(dá)10000HV。天然金剛石價(jià)格昂貴。很少使用。人造金剛石以石墨為 原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。主要用于高速精細(xì)車(chē)削、鯉削有色金屆及其合金和非金屆 材料。切削銅合金或鋁合金時(shí)切削速度可達(dá)800-3800M/MIN。由于金剛石具有較高的耐磨性，加工尺寸和刀具使用壽命長(zhǎng)。所以常應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床 和自動(dòng)機(jī)床上，加工后的粗糙度可達(dá) 0.1-0.025um.但金剛石刀具耐熱性較差，切 削溫度不宜超過(guò)700-800度。強(qiáng)度低、脆性大、對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削。刀具的發(fā)

7、展在人類(lèi)進(jìn)步的歷史上占有重要的地位。刀具是機(jī)械制造中用于切削加 工的工具，中國(guó)是全球最具發(fā)展?jié)摿Φ牡毒呤袌?chǎng)， 不少跨國(guó)刀具集團(tuán)在自身發(fā)展 戰(zhàn)略中，把擴(kuò)大在中國(guó)的刀具銷(xiāo)售作為首選，各企業(yè)的業(yè)太總部、研發(fā)中心、培 訓(xùn)中心、物流中心紛紛落戶(hù)中國(guó)，從而以中國(guó)為中心輻射業(yè)洲，更加直接便捷地 服務(wù)于客戶(hù)，更好地滿(mǎn)足業(yè)太地區(qū)客戶(hù)的需求。數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具材料的要求：金屆切削過(guò)程中,切削層金屆在刀具的作用下承受剪切滑移而塑性變形, 刀具與 工件、切屑之間擠壓與摩擦使刀具切削部分產(chǎn)生很高的溫度，在斷續(xù)切削加工中 還會(huì)受到機(jī)械沖擊及熱沖擊的影響。加劇刀具的磨損，甚至使刀具破損，因此刀具切削部分的材料必須具備以下 幾個(gè)

8、條件1. 較高的硬度和耐磨性刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好刀具材料在常溫下的硬度應(yīng)在 62HRC以上2. 足夠的強(qiáng)度和韌性刀具在切削過(guò)度中承受很大的壓力，有時(shí)在沖擊和振動(dòng)條件下工作，要使刀具不 崩刃和折斷，刀具材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性一般用抗彎強(qiáng)度表示刀具材料的強(qiáng)度，用沖擊值表示刀具材料的韌性3. 較高的耐暖性耐熱性指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度及韌性的性能是衡量刀具材 料切削性能的主要指標(biāo)。這種性能也稱(chēng)刀具材料紅硬性4. 較好的導(dǎo)熱性刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，刀具傳出的熱量越多，有利于降低刀具的切削溫度和提高刀具的耐用度三：刀具結(jié)構(gòu)1：

9、結(jié)構(gòu)要素A:待加工表面-工件上有待切除的表面。已加工表面-工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面。過(guò)渡表面（同義詞：加工表面）-工件上由切削刃形成的那部分表面，它將在下一個(gè)行程，刀具或工件的下一轉(zhuǎn)里被切除，或者由下一個(gè)切削刃切除。前面（前刀面）-刀具上切屑流過(guò)的表面。它直接作用于被切削的金屆層，并控制切屑沿其排出的B:刀面后面（后刀面）-與工件上切削中產(chǎn)生的表面相對(duì)的表面。主后面（同義詞：主后刀面）-刀具上同前面相交形成主切削刃的后面。它對(duì)著過(guò)渡表面。副后面副后刀面）-刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。它對(duì)著已加工表面。主切削刃-起始于切削刃上主偏角為零的點(diǎn)，并至少有一段切削刃擬用來(lái)在工件上切出過(guò)渡表

10、面的那個(gè)整段切削刃。副切削刃-切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角為零的點(diǎn)， 但它向背離主切削刃的方向延伸。各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分 （刀齒或刀片）則鑲裝在刀體上。角度參考系 切削平面-通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直于基面的平面。主切削平面Ps-通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面。它切 于過(guò)渡表面，也就是說(shuō)它是由切削速度與切削刃切線組成的平面。副切削平面-通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與副切削刃相切并垂直于基面的平面?；鍼t-通過(guò)切削刃選定點(diǎn)垂直于合成切削速度方向的平面。在刀具靜止參考 系

11、中，它是過(guò)切削刃選定點(diǎn)的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和測(cè)量時(shí)適 合于安裝或定位的一個(gè)平面或軸線，一般說(shuō)來(lái)其方位要垂直于假定的主運(yùn)動(dòng)方 向。假定工作平面-在刀具靜止參考系中，它是過(guò)切削刃選定點(diǎn)并垂直于基面，一 股說(shuō)來(lái)其方位要平行于假定的主運(yùn)動(dòng)方向。法平面Pn-通過(guò)切削刃選定點(diǎn)并垂直于切削刃的平面。C:刀具角度前角-前面與基面間的夾角。后角-后面與切削平面間的夾角。楔角-前面與后面間的夾角。主偏角-主切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面中測(cè)量。副偏角-副切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面中測(cè)量。刀尖角-主切削平面與副切削平面間的夾角，在基面中測(cè)量。刃傾角-主切削刃與基面間的夾角，在主切

12、削平面中測(cè)量。2:裝夾部分有帶孔和帶柄兩類(lèi)。帶孔刀具依靠?jī)?nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上，借助軸向鍵 或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形鐵刀、套式面鐵刀等。帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車(chē)刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的 麻花鉆、立鐵刀等刀具，切削時(shí)借助夾緊時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多 帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對(duì)焊而成。工作部分 就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ) 切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如 車(chē)刀、刨刀、鯉

13、刀和鐵刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn)部分， 如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、皎刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切 屑，校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機(jī)械夾固式三種：整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃；焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上；機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)乂有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭 夾固在刀體上。硬質(zhì)合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)；瓷刀具都采用機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)。刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力， 從而

14、減小切削力和切削熱。但增大前角，同時(shí)會(huì)降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的 散熱體積。在選擇刀具的角度時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工 性質(zhì)（粗、精加工）等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制 造和測(cè)量用的標(biāo)注角度在實(shí)際工作時(shí)，由于刀具的安裝位置不同和切削運(yùn)動(dòng)方向 的改變，實(shí)際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同，但通常相差很小。四:數(shù)控機(jī)床的換刀系統(tǒng)1回轉(zhuǎn)形式的自動(dòng)換刀裝置：a:刀架抬起b：刀架轉(zhuǎn)位c：刀架加緊2帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)刀庫(kù)分類(lèi)：盤(pán)式刀庫(kù)，鏈?zhǔn)降稁?kù)，格子盒式刀庫(kù)。換刀方式：直接在刀庫(kù)與主軸直接換刀的自動(dòng)換刀裝置； 用機(jī)械手在刀庫(kù)與主軸 之間的換刀裝置；用機(jī)

15、械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀的自動(dòng)換刀裝置。3刀具交換裝置利用刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具的交換裝置；刀庫(kù)機(jī)械手的刀具交換裝 置。4機(jī)械手的形式單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手；單臂雙爪式回轉(zhuǎn)式機(jī)械手；雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手；雙機(jī)械 手；雙臂往復(fù)交義式機(jī)械手；雙臂端面夾緊式機(jī)械手5輔助裝置等等五：常見(jiàn)刀具的磨損和改進(jìn)1磨損原因刀具材料刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素，對(duì)于加工效率、加工質(zhì)量、加工成本 以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，沖擊韌性 越低，材料越脆。硬度和韌性是一對(duì)矛盾，也是刀具材料所應(yīng)克服的一個(gè)關(guān)鍵。對(duì)于石墨刀具，普通的涂層可在選材上適當(dāng)選擇韌性相對(duì)較好一點(diǎn)的，也

16、就是鉆含量稍高一點(diǎn)的；對(duì)于金剛石涂層石墨刀具，可在選材上適當(dāng)選擇硬度相對(duì)較好 一點(diǎn)的，也就是鉆含量稍低一點(diǎn)的； 刀具的幾何角度石墨刀具選擇合適的幾何角度，有助于減小刀具的振動(dòng)，反過(guò)來(lái)，石墨工件也不 容易崩缺；1. 前角，采用負(fù)前角加工石墨時(shí)，刀具刃口強(qiáng)度較好，耐沖擊和摩擦的性能好， 隨著負(fù)前角絕對(duì)值的減小，后刀面磨損面積變化不大，但總體呈減小趨勢(shì)，采 用正前角加工時(shí)，隨著前角的增大，刀具越鋒利，但刀具刃口強(qiáng)度被削弱，反而 導(dǎo)致后刀面磨損加劇。負(fù)前角加工時(shí)，切削阻力大，增大了切削振動(dòng)，采用大正 前角加工時(shí)，刀具磨損嚴(yán)重，切削振動(dòng)也較大。一般粗加工應(yīng)選擇較小前角刀具 或負(fù)前角刀具。2. 后角，如果

17、后角的增大，則刀具刃口強(qiáng)度降低，后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過(guò)大后，切削振動(dòng)加強(qiáng)。后角越小，彈性恢復(fù)層同后刀面的摩擦接觸長(zhǎng) 度越大，它是導(dǎo)致切削刃及后刀面磨損的直接原因之一。從這個(gè)意義上來(lái)看，增 大后角能減小摩擦，可以提高已加工表面質(zhì)量和刀具使用壽命。3. 螺旋角，螺旋角較小時(shí)，同一切削刃上同時(shí)切入石墨工件的刃長(zhǎng)最長(zhǎng)，切削 阻力最大，刀具承受的切削沖擊力最大，因而刀具磨損、銖削力和切削振動(dòng)都是 最大的。當(dāng)螺旋角去較大時(shí)，銖削合力的方向偏離工件表面的程度大，石墨材料 因崩碎而造成的切削沖擊加劇，因而刀具磨損、銖削力和切削振動(dòng)也都有所增大。 因此，刀具角度變化對(duì)刀具磨損、銖削力和切削振動(dòng)的影響

18、是前角、 后角及螺旋 角綜合產(chǎn)生的，所以在選擇方面一定要多加注意。通過(guò)對(duì)石墨材料的加工特性做了大量的科學(xué)測(cè)試， PARA刀具優(yōu)化了相關(guān)刀具的 幾何角度，從而使得刀具的整體切削性能大大提高。刀具的涂層金剛石涂層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段金剛石涂層是 石墨加工刀具的最佳選擇，也最能體現(xiàn)石墨刀具優(yōu)越的使用性能； 金剛石涂層的 硬質(zhì)合金刀具的優(yōu)點(diǎn)是綜合了天然金剛石的硬度和硬質(zhì)合金的強(qiáng)度及斷裂韌性； 但是在國(guó)內(nèi)金剛石涂層技術(shù)還處于起步階段, 還有成本的投入都是很大的，所以 金剛石涂層在不會(huì)有太大發(fā)展，不過(guò)我們可以在普通刀具的基礎(chǔ)上， 優(yōu)化刀具的 角度，選材等方面和改善普通涂層的結(jié)構(gòu)

19、， 在某種程度上是可以在石墨加工當(dāng)中 應(yīng)用的。金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質(zhì)的區(qū)別，所以在設(shè)計(jì)金剛石涂 層刀具時(shí)，由于石墨加工的特殊性，其幾何角度可適當(dāng)放大，容削槽也變大，也不會(huì)降低其刀具鋒口的耐磨性；對(duì)于普通的TiAlN涂層，雖然比無(wú)涂層的刀具其 耐磨有顯著的提高，但比起金剛石涂層來(lái)說(shuō)，在加工石墨時(shí)它的幾何角度應(yīng)適當(dāng) 放小，以增加其耐磨性。4刀具表面處理技術(shù)乂有了新發(fā)展，移動(dòng)菠菜發(fā)布的 國(guó)外最新消息：利用固態(tài)的納米結(jié)構(gòu)硼原子團(tuán)對(duì)刀具表面進(jìn)行改性處理，可較大幅度提高刀具壽命。對(duì)金剛石涂層來(lái)說(shuō)，世界上眾多的涂層公司均投入大量的人力和物力來(lái)研究開(kāi)發(fā) 相關(guān)涂層技術(shù)，但是至今為止，國(guó)外成

20、熟而乂經(jīng)濟(jì)的涂層公司僅僅限于歐洲； PARA作為一款優(yōu)秀的石墨加工刀具，同樣采用世界最先進(jìn)的涂層技術(shù)對(duì)刀具進(jìn) 行表面處理，以確保加工壽命的同時(shí)，保證刀具的經(jīng)濟(jì)實(shí)用。刀具刃口的強(qiáng)化刀具刃口鈍化技術(shù)是一個(gè)還不被人們普遍重視，而乂是十分重要的問(wèn)題。金剛石砂輪刃磨后的硬質(zhì)合金刀具刃口，存在程度不同的微觀缺口（即微小崩刃與鋸口）。石墨高速切削加工刀具性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求，特別是金剛石涂 層刀具在涂層前必須經(jīng)過(guò)刀口的鈍化處理，才能保證涂層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷，使其鋒值減少或消除，達(dá)到圓滑平整，既鋒利堅(jiān)固乂耐用的目的。加工條件選擇適當(dāng)?shù)募庸l件對(duì)于刀具的壽命有相當(dāng)大的影響。1 .切削方式（順銖和逆銖），順銖時(shí)的切削振動(dòng)小于逆銖的切削振動(dòng)。順銖時(shí)的 刀具切入厚度從最大減小到零，刀具切入工件后不會(huì)出現(xiàn)因切不下切屑而造成的 彈刀現(xiàn)象，工藝系統(tǒng)的剛性好，切削振動(dòng)小；逆銖時(shí)，刀具的切入厚度從零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄將在工件表面劃擦一段路徑，此時(shí)刃口如果遇到石墨材料中的硬質(zhì)點(diǎn)或殘留在工件表面的切屑顆粒，都將引起刀具的彈刀或頷振，因此逆銖的切削振動(dòng)大；2. 吹氣（或吸塵）和浸漬電火花液加工，及時(shí)活理工件表面的石墨粉塵，有利于減小刀具二次磨損，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，減少石墨粉塵對(duì)機(jī)床絲杠和導(dǎo)軌的 影響；