1、项目四项目四 数控车削刀具及孔加工刀具数控车削刀具及孔加工刀具4.1 机夹可转位车刀基础知识机夹可转位车刀基础知识 机夹可转位刀具能满足耐用、断屑性能稳定、停车换刀时间短等要求，硬质合金机夹可转位车刀是一种把可转位刀片用机械夹固的方法装夹在特制的刀杆上使用的刀具 在使用过程中，当切削刃磨钝后，无需刃磨，只要通过刀片的转位，即可用新的切削刃继续切削，只有当可转位上所有的切削刃都磨钝后，才换装新刀片。刀片、刀杆都是机夹可转位车刀的核心结构，机夹车刀的刀片、刀杆均为专业厂家生产，刀片以硬质合金材料为主，大量采用涂层技术以提高刀具寿命。数控车削刀具结构以机夹可转位不重磨为主流，对于需要刃磨特殊形状的刀
2、具也可采用高速工具钢整体刀具型式，焊接刀具、成形刀具逐渐退出数控车削刀具市场。数控车刀的分类由于切削刀刃形状的简单化而逐渐归整为外圆与端面车刀、内圆车刀、切槽与切断车刀和螺纹车刀四大主要类别。4.1.1 机夹可转位车刀的选择机夹可转位车刀的选择 机夹可转位车刀是装配出来的，把标准刀片用某种机械夹固锁紧方式安装在标准刀杆上。一、硬质合金机夹可转位车刀的选择1根据粗精加工性质及加工材料选择机械夹固锁紧方式（1）D型刚性锁紧系统：适合于钢材（P）、铸铁（K）内外圆粗精加工，适合中短零件加工，适合孔径大于25mm的大孔加工。（2）S型螺钉锁紧系统：适用于钢材（P）、铸铁（K）内外圆精加工，适合细长零件
3、加工，适合孔径大于8.5mm的小孔加工。2.根据加工性质选择刀杆 选择刀杆的主要依据是主偏角和刀尖角两个指标，主偏角可以用来控制刀具切削力与背向力的大小及分配，同时保证刀尖部位具有一定的强度和散热体积。主偏角在90附近背向力较小，切削力较大，切削稳定性好，切削震动小，车台阶轴用的都是主偏角大于或等于90的刀杆。比如D型刚性锁紧系统刀杆（外圆加工）常用第一种刀杆DCLN，DCLN刀杆的主偏角是95，刀尖角是80，副偏角计算得出180-95-80=5。刀尖角常有C型（80）、W型（80）、D型（55）、V型（35），C型刀片搭配刀杆可以形成两种主偏角，W型刀片刀刃数量最多，经济性最好，D型、V型常
4、用于曲面仿形车削。刀尖角分别是：C型80；D型55；R型圆刀片；S正方型90；T正三边型60；V菱型35；W型80 选择刀杆的时候还需注意副偏角，副偏角的主要作用之一是保证刀具副切削刃在切削过程中不与工件表面发生摩擦、干涉，要让开工件 DVJN刀杆，图中虽然没有标出副偏角，但标注了刀具让开工件的角度44，也就是刀具与工件轴心线的角度是44，这种刀杆的主偏角是93、刀尖角35，副偏角可计算得出180-93-35=52 如果工件存在锥度、斜度、曲面，锥度、斜度、曲面的切线与工件轴心线的角度应小于44，才能用52副偏角的DVJN刀具加工这种零件，刀具与零件才不会发生干涉 可转位机夹刀具的角度有两套，
5、刀片有一套角度，刀杆有一套角度，刀片安装在刀杆后，两套角度叠加综合，形成刀具的加工角度。D型刚性锁紧系统刀杆（外圆加工）和S型螺钉锁紧系统刀杆（外圆加工），每一种刀杆又有多种尺寸大小可选，如图所示刀杆参数。刀杆参数确定了，刀杆的型号就确定了，比如订货号DCLNR2525M12刀杆，刀杆参数解释如表4.1。第3位指的是刀杆主偏角，每一种主偏角有一个字母表示，L代表主偏角为95。第4位指的是刀片后角，右侧标有“负型/正型”，“负型/正型”指的就是刀片后角。每一种后角都用一个字母代表，负型刀片后角为0，也就是图中的N型，其余都是正型刀片，常用的后角有5B型、7C型等。从传统刀具角度而言，后角作用之一
6、是使刀具后刀面在切削加工过程中不与工件表面发生摩擦、干涉，要避开工件，也就是说后角不可能为0，但要注意这里指的是刀片后角，刀具后角是安装出来的，肯定大于0。第5位是刀杆类型，有右手刀、左手刀之分，分别用字母R表示右手刀；L表示左手刀；一般多为R右手刀。第6位-第8位代表刀杆尺寸长宽高，常用的有矩形刀杆2525的截面。第9位代表切削刃长度，图表中的是切削刃长度12mm。刀杆选定的同时，刀杆的前角、刃倾角也就定了，刀杆前角-6，刀杆刃倾角-6，这种刀杆就是负前角刀杆，也叫负型刀杆，一般D型刚性锁紧系统刀杆都是刀杆前角为负值的负前角刀杆。如果刀杆前角为0，就是正前角刀杆，也叫正型刀杆，一般S型螺钉锁
7、紧系统刀杆都是刀杆前角为0的正前角刀杆。结合前面所述负型刀片、正型刀片，我们知道刀片有正负，刀杆也有正负，而且负型刀片+负前角刀杆搭配安装，正型刀片+正前角刀杆搭配安装，才能正确使用数控机夹可转位车刀。锁紧系统图右上方标明了符合该刀杆的刀片，图4-5所示的刀片都是刀片后角为0的负型刀片，有单双面两种结构；图4-6所示的都是正型刀片，刀片后角或为5或为7等等，只有单面刀片。3.选择刀片 选择刀杆的同时，就框定了刀片范围，DCLNR2525M12刀杆，只能选配C型（80）的刀片，刀片基本型号CN1204，但要进一步选择刀片圆角及断屑槽型式，刀片也有订货号规定，如表4.2所示。第3位是刀片公差，反映
8、刀片制造精度，M为中等级别，此外还有更高精度的，比如G级，也有更低精度的，比如U级 第4位为刀片加工和固定特征，也就是刀片以什么样的结构安装在刀杆上，这个结构与刀杆的夹固锁紧方式是对应的，也就是说D型刚性锁紧系统刀杆只能安装负型刀片（刀片后角为0的N型）因为负型刀片上下对称，所以在结构上可以制成单面、双面两种结构，双面刀片的切削刃数量是单面刀片的2倍，经济性很好 一般负型双面刀片制成结构G，负型单面刀片制成结构M。S型螺钉锁紧系统刀杆只能安装正型刀片，正型刀片多用结构T，因为存在刀片正后角，只能制成单面刀片。图4-5、4-6即表达了刀杆夹固锁紧方式，又表达了刀片夹固特征，还清楚地表达了刀杆与刀
9、片的搭配关系，即负型刀杆+负型刀片搭配，正型刀杆+正型刀片搭配。正是因为刀杆刀片的固定搭配关系，与D型刚性锁紧系统刀杆搭配的负型单面刀片，最适合粗重加工，负型双面刀片适合中等加工、精加工；S型螺钉锁紧系统刀杆搭配的正型单面刀片，特别适合精细加工。第5位-第7位表示刀片尺寸大小，每一位均用两位数字表示。其中第7位是表达刀尖圆弧半径，大的刀尖圆弧半径在工艺系统足够时有利于改善被加工零件的表面粗糙度，在相同的加工效率时获得数值较小的表面粗糙度值。但凡事有利有弊，刀尖圆弧半径越大，切削带来的震动越大，反过来又影响表面加工质量。一般粗加工，要求刀尖坚固，刀尖圆弧半径可取大点，比如0.60.8。精加工要求
10、刀尖锋利，刀尖圆弧半径可取小点，比如0.20.4。刀片订货号第8位为断屑槽型式，断屑槽结构在刀片什么地方呢？如图4-16所示的刀片，刀片上的花纹就是断屑槽 断屑槽的主要任务是使车削加工时的切屑形成合适的形状，在合适的长度断开，以便排出切屑。断屑槽不但能断屑，还含有刀片前角，图中的19就是断屑槽前角，也就是刀片前角。刀片断屑槽型式也是选择的结果，如图4-17所示，基本形状：N代表负型刀片，P代表正型刀片；断屑区域：表示粗精加工；切削刃类型：表示刀片的锋利程度与坚固程度，粗加工要求刀片坚固，精加工要求刀片锋利。如断屑槽型式NM9-负型刀片、中等加工或粗加工、刀片坚固；断屑槽型式NF4-负型刀片、精
11、加工、刀片锋利程度中等。由于不同的加工任务（如粗加工、半精加工、精加工）具有不同的切削深度和进给量，切屑的卷曲和断裂就会不同，因此需要不同的断屑槽型，不同的断屑槽型可实现粗精加工，也就是说刀片基本型号可以相同，但基本型号相同的刀片可以选择不同的断屑槽型，实现粗精加工分开。粗加工可以选择刀片CNMG120408-NM9，负型双面刀片，刀片坚固，刀片尺寸120408，适合粗加工、中等加工；精加工可以选择CNMG120404-NF3，负型双面刀片，刀片较锋利，适合精加工。两者都是CNMG1204刀片，断屑槽结构不一样，就分出了粗精加工刀片。刀片选择还要跟上材料，也就是图4-18、4-19中的笑脸，是
12、最合适的材料，比如CNMG120408-NM9刀片，笑脸显示的材料有WPP05或WPP10，连起来就是CNMG120408-NM9 WPP10；比如CNMG120404-NF3刀片，笑脸显示的材料有WPP01或WPP10，连起来就是CNMG120404-NF3 WPP10。注意刀片材料的选择一定要选笑脸，哭脸或黑脸的材料不宜选择。图中的刀片材料字母P表示钢材，字母K表示铸铁。至此完成了刀杆、刀片的选择，要注意的是刀杆与刀片是有配合关系的，不能随意选择安装，刀杆、刀片选定后，刀杆、刀片就分别拥有了各自的角度。刀杆上拥有的角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刀杆前角、刀杆刃倾角共5个角度，刀片有拥有的角
13、度有刀尖角、刀片后角、刀片前角共3个角度 刀杆角度、刀片角度综合叠加，就形成了切削加工用的数控刀具角度，具体见表所示，要特别注意前角与后角，是刀片角度与刀杆角度计算出来的。以上述选择的刀杆与刀片为例，刀杆DCLNR2525M12，刀片CNMG120404-NF3 WPP10，数控刀具安装角度计算如表4.4。4.2 孔加工孔加工刀具刀具 （1）孔加工所用刀具的尺寸受被加工孔尺寸的限制，刚性差，容易产生弯曲变形和振动；（2）用定尺寸刀具加工孔时，孔加工的尺寸往往直接取决于刀具的相应尺寸，刀具的制造误差和磨损将直接影响孔的加工精度；（3）加工孔时，切削区在工件内部，排屑及散热条件差，加工精度和表面质
14、量都不易控制。一、钻孔与扩孔1钻孔 钻孔加工有两种方式，一种是钻头旋转，例如在钻床、镗床上钻孔，另一种是工件旋转，例如在车床上钻孔。4.2 孔加工孔加工刀具刀具 两种钻孔方式产生的误差是不相同的 在钻头旋转的钻孔方式中，由于切削刃不对称和钻头刚性不足而使钻头引偏时，被加工孔的中心线会发生偏斜或不直，但孔径基本不变；在工件旋转的钻孔方式中则相反，钻头引偏会引起孔径变化，而孔中心线仍是直的。常用的钻孔刀具有：中心钻、麻花钻、深孔钻等。（1）中心钻 中心钻加工中心孔，打中心孔时，应选取较高的转速，中心钻常用的有A型（不带护锥）和B型（带120护锥）两种。（2）麻花钻 标准麻花钻的结构如图所示，其柄部
15、是钻头的夹持部分，并用来传递扭矩；钻头柄部有直柄与锥柄两种，钻头直径大于13mm 时制成莫氏带扁尾锥柄钻头，扁尾是为防止锥柄打滑和用斜铁将锥柄从钻套中取出来；钻头直径小于13mm时制成直柄钻头。麻花钻工作部分包括切削部分和导向部分 由于麻花钻构造上的限制，钻头的弯曲刚度和扭转刚度均较低，加之定心性不好，钻孔加工的精度较低，一般只能达到IT13IT11，表面粗糙度也较差，Ra值一般为5012.5m 钻孔时的背吃刀量是钻头直径的一半 用高速钢钻头钻钢料孔时的切削速度为2040m/min，钻铸铁时切削速度稍低些，进给采用手动 在车床上钻孔时，由于切削液很难深入到切削区，在加工中应经常退出钻头，以利排
16、屑冷却钻头 直柄麻花钻通过钻夹头装夹后再装到机床上 钻夹头的后端是锥柄，将它插入车床尾座套筒的锥孔中来实现钻头和机床的连接 锥柄麻花钻可以直接或通过过渡套和机床连接，当钻头锥柄的锥度号数和尾座套筒锥孔的锥度号数相同时，可以直接把钻头插入，实现它们的连接，如果锥度号数不同，就必须通过一个过渡套才能连接（3）深孔钻 一般把深径比在5100以上的孔称为深孔 由于深孔加工散热差，排屑困难，钻杆刚性差，易使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜，影响加工精度和生产率，故应选用深孔刀具加工 对深径比在520的普通深孔，可在车床或钻床上用加长麻花钻加工 对深径比在20以上的深孔，应在深孔钻床上用深孔钻加工 常用的深孔钻
17、有单刃外排屑深孔钻（枪钻）、错齿内排屑深孔钻、喷吸钻2 扩孔 扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作进一步加工，以扩大孔径并提高孔的加工质量 扩孔加工既可以作为精加工孔前的预加工，也可以作为要求不高的孔的最终加工 扩孔钻结构形式有直柄式、锥柄式、套式结构 扩孔与钻孔相比，扩孔具有下列特点：（1）扩孔钻齿数多（34个齿）、导向性好，切削比较稳定；（2）扩孔钻没有横刃、切削条件好；（3）加工余量较小，容屑槽可以做得浅些，钻芯可以做得粗些，刀体强度和刚性较好。扩孔加工的精度一般为IT10IT9级，表面粗糙度Ra值为6.33.2m。扩孔除了可以加工圆柱孔之外，还可以用各种特殊形状的扩孔钻（亦称锪钻
18、）来加工各种沉头座孔和锪平端面 （a）图为锪沉头孔，锪钻的前端常带有导向柱，用以加工孔导向；（b）图为孔口倒角；（c）图为锪凸台端面。3.铰孔 铰刀是对中小直径尺寸的内孔进行半精加工和精加工的常用刀具，由于铰削余量小，铰刀齿数较多（48齿），刚性和导向性好 铰刀精度有H7、H8、H9等级，铰孔尺寸精度一般为IT9IT7级，表面粗糙度Ra值一般为3.20.8m 铰孔相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔生产率高，容易保证孔的精度 铰孔不能校正孔轴线的位置误差，孔的位置精度应由前工序保证。铰孔不宜加工阶梯孔和盲孔 锥柄铰刀直径为1032mm，直柄铰刀直径为620mm，小孔直柄铰刀直径为16mm，套式铰刀直
19、径为2580mm 铰刀不仅可加工圆形孔，也可用锥度铰刀加工锥孔 铰孔通常采用较低的切削速度（高速钢铰刀加工钢和铸铁时，vc5m/min）以避免产生积屑瘤 孔径越大，进给量取值越大，高速钢铰刀加工钢和铸铁时进给量常取为0.21mm/r 一般粗铰余量取为0.350.15mm，精铰余量取为0.150.05mm，背吃刀量是铰削余量的一半 铰刀在车床上的安装有两种方法：一种是将刀柄直接或通过钻夹头（对直柄铰刀）、过渡套筒（对锥柄铰刀）插入车床尾座套筒的锥孔中 二是将铰刀通过浮动套筒插入尾座套筒的锥孔中二、攻螺纹与套螺纹二、攻螺纹与套螺纹 用丝锥在工件孔中切削出内螺纹的加工方法称为攻螺纹（俗称攻丝）用板牙
20、在圆柱棒上切出外螺纹的加工方法称为套螺纹（俗称套扣、套丝）1.攻螺纹 攻螺纹工具有丝锥、绞杠，丝锥是用来加工较小直径内螺纹的成形刀具，绞杠是用来夹持丝锥的工具，攻螺纹包括划线、钻孔、攻螺纹等环节（2）钻孔深度的确定 攻盲孔（不通孔）的螺纹时，因丝锥不能攻到底，所以孔的深度要大于螺纹的长度，孔深可按公式计算 H孔深=螺纹有效深度+0.75螺纹大径（3）孔口倒角 攻螺纹前要在钻孔的孔口进行倒角，以利于丝锥的定位和切入，倒角的深度大于螺纹的螺距2.套螺纹 套螺纹工具有板牙、板牙架，板牙是用加工外螺纹的刀具；板牙架是用来夹持板牙、传递扭矩的工具脆性材料（铸铁、青铜等）：钻孔直径d0=d-（1.051.1）p；塑性材料（钢、紫铜等）：钻孔直径d0=d-p式中：d-螺纹大径，p-螺距（1）圆杆直径的确定 经验公式：圆杆直径=d-(0.130.2)p 式中：d-螺纹大径;p-螺距（2）圆杆端部的倒角 套螺纹前圆杆端部应倒角，使板牙容易对准工件中心，同时也容易切入，倒角长度应大于一个螺距，斜角为1530
