車刀及其應(yīng)用課件

1、教學(xué)單元5 車刀及其應(yīng)用5.1 任務(wù)引入5.2 相關(guān)知識(shí)5.3 任務(wù)實(shí)施5.1 任務(wù)引入如圖5-1所示的階梯軸，請(qǐng)分析一下若想完成該軸的加工，需要用到哪種車刀?車刀的幾何參數(shù)該如何選擇?返回5.2 相關(guān)知識(shí)車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具，也是研究銑刀、鉆頭等其他切削刀具的基礎(chǔ)。車刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于各種車床上，可加工外圓、內(nèi)孔、端面、螺紋以及其他成形回轉(zhuǎn)表面，也用于切槽和切斷。車刀的種類很多，按用途可分為外圓車刀、端面車刀、切斷刀、螺紋車刀和內(nèi)孔車刀等，如圖5-2所示;按結(jié)構(gòu)又分為整體式、焊接式、機(jī)夾式,可轉(zhuǎn)位式和成形車刀等，如圖5-3所示。車刀結(jié)構(gòu)類型、特點(diǎn)及用途，如表5-1所示。整體式

2、車刀一般用高速鋼制造，俗稱“白鋼刀”，形狀為長(zhǎng)條形，截面為正方形或矩形，使用時(shí)可根據(jù)需要將切削部分刃磨成各種角度和形狀。下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)5.2.1焊接式車刀焊接式車刀是由一定形狀的刀片和刀桿通過釬焊連接而成。一般刀片選用硬質(zhì)合金，刀桿用碳素結(jié)構(gòu)鋼(45鋼)制作。硬質(zhì)合金焊接車刀優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，可以根據(jù)需要進(jìn)行刃磨，使用靈活，刀具剛性好，硬質(zhì)合金利用較充分，故使用較為廣泛。硬質(zhì)合金焊接車刀的主要缺點(diǎn)是，其切削性能主要取決于工人刃磨的技術(shù)水平，與現(xiàn)代化生產(chǎn)不相適應(yīng)。此外，刀桿不能重復(fù)使用，當(dāng)?shù)镀ネ昊虮缐暮?，刀桿也隨之報(bào)廢，成浪費(fèi)。在制造工藝上，由于硬質(zhì)合金刀片和刀桿材料的線膨

3、脹系數(shù)不同，焊接時(shí)易產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)焊接工藝不合理時(shí)易導(dǎo)致硬質(zhì)合金產(chǎn)生裂紋。另外，還可能出現(xiàn)刃磨熱應(yīng)力和裂紋等。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)焊接車刀的質(zhì)量取決于刀片的選擇、刀桿和刀槽的形狀和尺寸、焊接工藝和刃磨質(zhì)量等。一、硬質(zhì)合金焊接刀片的選擇硬質(zhì)合金刀片除正確選擇材料的牌號(hào)以外，還應(yīng)合理選擇刀片的型號(hào)。我國(guó)目前采用的硬質(zhì)合金焊接刀片分為A,B,C,D,E五類，刀片型號(hào)由一個(gè)字母和一個(gè)或兩個(gè)數(shù)字組成。字母表示刀片形狀，后面的數(shù)字表示刀片的主要尺寸。常用硬質(zhì)合金刀片型號(hào)如圖5-4所示和見表5-2選擇刀片型號(hào)時(shí)，刀片形狀主要根據(jù)車刀用途和主偏角來選擇。刀片長(zhǎng)度l尺寸主要根據(jù)背吃刀量和主偏角決定。

4、上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)外圓車刀一般應(yīng)使參加工作的切削刃長(zhǎng)度不超過刀片長(zhǎng)度的60%70%，刀片寬度t在切削空間允許時(shí)可選擇較寬，以增大支承面和重磨次數(shù)。刀片厚度、主要取決于切削力的大小，切削力越大，刀片厚度、須相應(yīng)增大。對(duì)于切斷刀和切槽刀用的刀片寬度t，應(yīng)根據(jù)槽寬或切斷刀寬度來選取。切斷刀寬可按 估算(dw為工件直徑)。二、刀槽形狀的選擇刀桿上應(yīng)根據(jù)采用的刀片形狀和尺寸開出刀槽(圖5-5)。開口槽制造簡(jiǎn)單，但焊接面積小，適用于C型刀片，有時(shí)也用D型。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)半封閉槽焊接后刀片牢固，但制造復(fù)雜，只能用立銑刀單件加工，適用于A,B型刀片。封閉槽能增加焊接面積，制造困

5、難，適合于E型刀片。切口槽用于車槽、切斷刀?？墒沟镀附永喂?，但制造復(fù)雜，適用于D型刀片。刀槽的尺寸可查有關(guān)手冊(cè)或按刀片配制。三、車刀刀桿與刀頭形狀和尺寸焊接車刀刀桿常用中碳鋼制造，截面有矩形、方形和圓形三種。普通車床多采用矩形截面。當(dāng)切削力較大時(shí)(尤其是進(jìn)給力較大時(shí))，可采用方形截面。圓形刀桿多用于內(nèi)孔車刀。矩形和正方形刀桿的截面尺寸，一般可按機(jī)床中心高查表選取，見表5-3。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)刀桿長(zhǎng)度可按刀桿高度月的6倍左右估算，并選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列，如100mm,125mm,150mm,175mm等。切斷車刀工作部分的長(zhǎng)度需大于工件的半徑。內(nèi)孔車刀的刀桿長(zhǎng)度需大于工件孔深。刀頭

6、形狀可分為直頭和偏頭兩種(圖5-6)。直頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便:偏頭通用性好，能車外圓和端面。刀頭結(jié)構(gòu)尺寸見尺寸相關(guān)手冊(cè)。5.2.2機(jī)夾式車刀機(jī)夾式車刀又稱為機(jī)夾可重磨式車刀，是用機(jī)械加固的方法，將預(yù)先刃磨好的刀片固定在刀桿上。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)與硬質(zhì)合金焊接車刀相比，機(jī)夾可重磨式車刀有很多優(yōu)點(diǎn)，如刀片不經(jīng)高溫焊接，避免了因焊接引起的刀片硬度下降和產(chǎn)生裂紋等缺陷，延長(zhǎng)了刀具的壽命;刀桿可以多次重復(fù)使用，使刀桿材料利用率大大提高，刀桿成本下降;刀片用鈍后可多次刃磨，不能使用時(shí)還可以回收。缺點(diǎn)是在使用過程中仍需刃磨，不能完全避免由于刃磨而引起的熱應(yīng)力和裂紋;其切削性能仍取決于工人刃磨的

7、技術(shù)水平;刀桿制造復(fù)雜。機(jī)夾車刀沒有標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)形式很多。目前常用機(jī)夾式車刀有切斷車刀、切槽車刀、螺紋車刀等。常用機(jī)夾式車刀的夾緊結(jié)構(gòu)有上壓式、自鎖式和彈性壓緊式等(見圖5-7)上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)按國(guó)標(biāo)生產(chǎn)的機(jī)夾式切斷車刀，內(nèi)、外螺紋車刀都采用上壓式(見圖5-8)。般都采用V形槽底的刀片，以防止切削時(shí)受力后，刀片發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)?？赊D(zhuǎn)位車刀是使用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的機(jī)夾車刀，如圖5-9所示，刀墊2和刀片3套裝在刀桿1的夾固元件4上，由該元件將刀片壓向支承面而緊固。車刀的前后角靠刀片在刀桿槽中安裝后獲得。可轉(zhuǎn)位刀片和焊接式車刀的刀片不同，它是由硬質(zhì)合金廠壓模成形，使刀片具有供切削時(shí)選用的幾

8、何參數(shù)(不需刃磨)，刀片為多邊形，每條邊都可作為切削刃。當(dāng)一條切削刃用鈍后，松開加緊裝置，將刀片轉(zhuǎn)為調(diào)換到另一條切削刃，夾緊后即可繼續(xù)切削，直到刀片上所有切削刃都用鈍后，才能更換刀片。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)可轉(zhuǎn)位車刀除了具有焊接式和機(jī)夾式車刀的優(yōu)點(diǎn)外，還具有不需刃磨, 可轉(zhuǎn)位和更換切削刃簡(jiǎn)捷，幾何參數(shù)穩(wěn)定等特點(diǎn)，完全避免了因焊接和刃磨引起的熱效應(yīng)和熱裂紋。其幾何參數(shù)完全由刀片和刀桿上的刀槽保證，不受工人技術(shù)水平的影響，因此切削性能穩(wěn)定，切削效率高，有利于合理使用硬質(zhì)合金和新型復(fù)合材料，有利于刀片和刀桿的專業(yè)化生產(chǎn)等，很適合現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。實(shí)踐證明可轉(zhuǎn)位車刀比焊接車可提高效率 0.51

9、倍。一把可轉(zhuǎn)位車刀刀桿可使用80200個(gè)刀片，刀桿材料消耗僅為焊接車刀的3%5%。由于不需重磨可采用涂層刀片，對(duì)數(shù)控車床更為有利，并為世界各國(guó)廣泛采用，是刀具發(fā)展的重要方向?？赊D(zhuǎn)位車刀的應(yīng)用與日俱增，但由于刃形和幾何參數(shù)受到刀具結(jié)構(gòu)和工藝限制，它還不能完全取代焊接式車刀和機(jī)夾式車刀。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)一、可轉(zhuǎn)位刀片可轉(zhuǎn)位刀片的型號(hào)由代表一定意義的字母和數(shù)字代號(hào)按一定順序排列所組成，共有十個(gè)號(hào)位，每個(gè)號(hào)位的含義如表5-4所示。任一刀片都必須標(biāo)記前七個(gè)號(hào)位，后三個(gè)號(hào)位在必要時(shí)才使用?？赊D(zhuǎn)位刀片的外形有正三角形、正方形、正五邊形、菱形、圓形等，常用刀片為三角形和正方形，如圖5-10所示

10、。刀片又分為帶孔無后角和不帶孔有后角兩種形式，其中孔是夾持刀片用的。若刀片有后角，則在刀片裝入刀槽時(shí)就不需要安裝后角;若刀片無后角，則在刀片裝入刀槽時(shí)就需將刀片安裝出一定的后角。車削用刀片的精度等級(jí)可分為精密級(jí)(G)、中等級(jí)(M)、和普通級(jí)(U)。可轉(zhuǎn)為刀片的形狀、尺寸、精度、結(jié)構(gòu)等均已標(biāo)準(zhǔn)化(GB 2079-1987),設(shè)計(jì)時(shí)的一些代號(hào)、有關(guān)參數(shù)以及斷屑槽形狀和參數(shù)可查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行選取。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)二、幾種典型的夾緊結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)位吃刀夾緊機(jī)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響其使用效果。應(yīng)當(dāng)力求刀片轉(zhuǎn)位和更換新片簡(jiǎn)便迅速，轉(zhuǎn)位后重復(fù)定位精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾固牢靠，夾緊元件

11、制造工藝性良好，且盡量不外露，以免妨礙切屑流出。可轉(zhuǎn)位車刀與機(jī)夾式車刀雖同屬機(jī)械夾固方式，但它多利用刀片上的孔進(jìn)行夾固，因此夾緊機(jī)構(gòu)有其獨(dú)特之處。最具代表性的夾緊機(jī)構(gòu)有下面四種。(1)偏心式它是利用螺釘上端部的一個(gè)偏心銷，將刀片夾緊在刀桿上，如圖5-11所示。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)該結(jié)構(gòu)靠偏心夾緊，靠螺釘自鎖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但不能雙邊定位。由于偏心量較小，要求刀片制造精度高:偏心量太大時(shí)則又在切削力沖擊下容易使刀片松動(dòng)，故偏心式夾緊機(jī)構(gòu)適用于連續(xù)平穩(wěn)切削場(chǎng)合。(2)杠桿式應(yīng)用杠桿原理對(duì)刀片進(jìn)行夾緊。當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺釘時(shí)，通過杠桿產(chǎn)生的夾緊力將刀片定位夾緊在刀槽側(cè)面上;旋出螺釘時(shí)刀片松開

12、，半圓筒形彈簧刀片可保持刀墊不動(dòng)，如圖5-12所示。該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:定位精度高，夾固牢靠，受力合理，使用方便，但工藝性較差，適合于專業(yè)工具廠大批量的生產(chǎn)。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)(3)楔塊式該結(jié)構(gòu)是把刀片通過內(nèi)孔定位在刀桿刀片槽的銷軸上，由壓緊螺釘下壓帶有斜面的楔塊，使其一面緊靠在刀桿的凸臺(tái)上，另一面將刀片推往刀片中間孔的圓柱銷上，將刀片壓緊，如圖5-13所示。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作，且定位精度較低，夾緊力與切削力相反。(2)上壓式與機(jī)夾式車刀一樣，也有上壓式夾緊機(jī)構(gòu)，其工作原理也相同。如圖5-14所示。這種結(jié)構(gòu)主要用于夾緊帶后角及中間無孔的刀片。5.2.4成形車刀成形車刀又稱樣板刀，是一種高

13、生產(chǎn)效率的專用工具，其刃形是根據(jù)工件的廓形設(shè)計(jì)的。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)主要用于大批量生產(chǎn)，在普通車床、六角車床、半自動(dòng)及自動(dòng)車床上加工內(nèi)外回轉(zhuǎn)體成形表面。由于大多數(shù)成形車刀均按徑向進(jìn)給設(shè)計(jì)，故又稱徑向成形車刀。與普通車刀相比，成形車刀有如下特點(diǎn):(1)生產(chǎn)效率高一把成形車刀相當(dāng)于多把切削刃形狀不同的普通車刀組合在一起同時(shí)參加切削。利用成形車刀進(jìn)行加工，一次進(jìn)給便可完成零件各表面的加工。(2)加工質(zhì)量穩(wěn)定成形表面的精度與工人熟練程度無關(guān)，主要取決于刀具切削刃的制造精度，所以它可以保證被加工工件表面形狀和尺寸精度的一致性和互換性。加工精度可達(dá)到IT8IT10，表面粗糙度可達(dá)Ra6.33

14、.2m上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)(3)刀具使用壽命長(zhǎng)由于刀具可重磨的次數(shù)多，總的使用壽命比普通車刀長(zhǎng)的多。(2)刃磨簡(jiǎn)單刀具磨鈍后，只需重磨前刀面，而一般成形車刀的前刀面為平面，所以刃磨很方便。(5)刀具制造成本高成形車刀的刃形形狀復(fù)雜，制造較麻煩，刀具成本較高，故主要用在成批大量生產(chǎn)中。目前在汽車、拖拉機(jī)、紡織機(jī)械等行業(yè)里應(yīng)用較多。(6)成形車刀切削刃工作長(zhǎng)度較長(zhǎng)、進(jìn)給力大、易引起振動(dòng)，因此應(yīng)注意提高工藝系統(tǒng)剛性。(7)進(jìn)給速度應(yīng)較低且均勻，切削刃應(yīng)光整鋒利，澆注切削液應(yīng)充分等。成形車刀切削速度較低，通常切削碳鋼時(shí)為2040 m/min上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)一、成形車刀的種類

15、和用途1.按結(jié)構(gòu)和形狀可分為平體、棱體和圓體三種成形車刀(1)平體成形車刀 平體成形車刀如圖5-15(a)所示，刀具形狀和普通車刀相似，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、成本低，但可重磨次數(shù)不多，使用壽命較短。常用于加工簡(jiǎn)單的外成形表面，如車螺紋、車圓弧和鏟齒等。(2)棱體成形車刀棱體成形車刀如圖5-15(b)所示，刀體呈棱柱形，刀頭和刀桿分開制作，利用燕尾槽裝夾在刀桿燕尾槽中可重磨次數(shù)比平體成形車刀多，刀體剛性較好，用于加工外成形表面。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)(3)圓體成形車刀圓體成形車刀如圖5-15(c)所示，刀體是個(gè)帶孔回轉(zhuǎn)體，并磨出容屑缺口和前刀面，利用刀體內(nèi)孔與刀桿連接。它允許重磨的次數(shù)最

16、多，制造也比棱體成形車刀容易，且可加工零件上的內(nèi)、外成形表面，所以應(yīng)用較廣泛。但加工誤差較大，加工精度不如前兩種成形車刀高。2.按進(jìn)給方向可分為徑向進(jìn)給和切向進(jìn)給成形車刀(1)徑向進(jìn)給成形車刀如圖5-15所示的均為徑向進(jìn)給成形車刀。車削時(shí)，整條切削刃沿工件徑向同時(shí)切入，切削行程短，生產(chǎn)效率高，所以應(yīng)用廣泛。但當(dāng)切削刃寬度較大時(shí)，徑向力就會(huì)增大，容易引起振動(dòng)，使加工表面粗糙度增大，故不適用于加工細(xì)長(zhǎng)和剛性差的工件。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)(2)徑向進(jìn)給成形車刀 如圖5-16所示。車削時(shí)，切削刃沿工件加工表面的切線方向切入。由于切削刃相對(duì)于工件有較大的傾斜角，所以切削刃是依次先后切入和切出

17、，始終只有一小段切削刃在工作，從而減小了切削力，切削過程比較平穩(wěn)。但切削行程長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。適于加工細(xì)長(zhǎng)、剛性較差且廓形深度差別小的外成形表面。二、成形車刀的安裝成形車刀的加工精度不僅取決于刀具廓形的設(shè)計(jì)和制造，而且與刀具的安裝有關(guān)。安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)(1)刀具裝夾必須牢固。(2)刀刃最外緣點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))應(yīng)對(duì)準(zhǔn)工件中心。(3)棱體成形車刀安裝時(shí)定位基準(zhǔn)平面與圓體成形車刀的軸線應(yīng)平行于工件的軸心線。(4)刀具安裝后的前角和后角應(yīng)符合設(shè)計(jì)所規(guī)定的大小。上一頁下一頁返回5.2 相關(guān)知識(shí)三、成形車刀的刃磨成形車刀用鈍后的刃磨，一般是在萬能工具磨床上用碗形砂輪沿前刀面進(jìn)行

18、。刃磨的基本要求是保持其原始前角和后角不變。如圖5-17所示，刃磨車刀時(shí)，使棱體成形車刀的前面與砂輪的工作端面平行;使圓體成形車刀的中心與砂輪的工作端面偏移h值。hc=Rsin(af+f)為檢驗(yàn)?zāi)コ龅那暗睹嫖恢檬欠裾_，對(duì)于棱體成形車刀可測(cè)量其楔角值，即=90-(af+f)值;對(duì)刊員!體成形車刀可檢驗(yàn)它的前面是否與端面上劃出的檢驗(yàn)圓相切，檢驗(yàn)圓是以hc值為半徑的圓。上一頁返回5.3 任務(wù)實(shí)施5.3.1車刀種類的選擇要想完成圖5-1階梯軸的車削加工，需要下列種類的車刀，如表5-5所示。5.3.2車刀幾何參數(shù)的選擇以切槽刀為例講解車刀幾何參數(shù)的選擇。階梯軸材料為45鋼，選擇刀頭材料為高速鋼，采用焊

19、接式結(jié)構(gòu)。一般切斷刀的主切削刃較窄，刀頭較長(zhǎng)，所以強(qiáng)度較差。其主要參數(shù)選擇如下:下一頁返回5.3 任務(wù)實(shí)施(1)前角:切中碳鋼時(shí)，前角取2030;切削鑄鐵時(shí)，前角取010(2)后角:切脆性材料時(shí)，后角取小些;切塑性材料時(shí)，后角取大些。一般取48(3)副后角:切斷刀有兩個(gè)對(duì)稱的起減少摩擦作用的副后角，一般取12(2)主偏角:由于切斷刀采用橫向走刀，因此一般采用90的主偏角。(5)副偏角:為了不過多削弱刀頭強(qiáng)度，一般取11.5(6)刃傾角:主切削刃是平直的，所以刃傾角為0(7)主切削刃寬度:車窄槽時(shí)，一般將主切削刃寬度刃磨成與工件槽寬相等。上一頁下一頁返回5.3 任務(wù)實(shí)施(8)刀頭長(zhǎng)度:刀頭長(zhǎng)度要

20、適中，刀頭太長(zhǎng)容易引起振動(dòng)甚至使刀頭折斷。計(jì)算公式為: L=h+(23)式中L刀頭長(zhǎng)度，單位為mm h工件被切入的深度，單位為mm。切實(shí)心件時(shí)，等于工件半徑:切空心件時(shí)，等于壁厚。企業(yè)點(diǎn)評(píng):中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)徐斐高級(jí)工程師:車刀主要在于結(jié)構(gòu)及角度的正確選用，要掌握使用車刀時(shí)的正確安裝，同時(shí)具備刀具角度的刃磨能力。上一頁返回 圖5-1 階梯軸(45鋼) 返回 圖5-2 各種焊接式車刀 返回1-切斷刀:2-90左偏刀:3-90右偏刀:4-彎頭車刀:5-直頭車刀:6-成形車刀:7-寬刃精車刀: 8-外螺紋車刀:9-端面車刀:10-內(nèi)螺紋車刀:11-內(nèi)槽車刀:12-通孔車刀:13-盲孔車刀 圖5-3 車刀返回