金属切削原理与刀具..ppt

第五章 车刀与车削加工技术 车刀是机械加工中应用最广的一种刀具，车刀的种类很多，各具 有不同的结构特点如何根据加工要求合理选择车刀，这就是本章我 们主要学习的知识 知识目标 1. 掌握车刀的种类和用途 2. 掌握车刀的结构特点 3. 掌握典型材料的车削加工技术 技能目标 能根据加工要求合理选择车刀和切削用量参数 5.1 车刀的种类与用途 车刀是金属切削加工中使用最广的刀具，也是研究铣刀、刨刀、 钻头等其他切削刀具的基础 车刀种类很多，具体可按用途和结构分类 1. 按用途分类 车刀按用途可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀和切槽刀、 螺纹车刀、内孔车刀等 1) 外圆车刀主要用于车削圆柱形或圆锥形外表面 主偏角45的车刀，既可以车外圆，也可以车端面和倒角；主偏角 75的强力车刀，用于大切深和大进给的车外圆；主偏角90的车 刀，用来车削外圆、阶台和端面，还可以车细长轴；主偏角93的 车刀，主要用于车削细长轴 2) 端面车刀专门用于车削工件的端面 3) 切断刀和切槽刀用来切断工件或在工件上切沟槽 4) 螺纹车刀用来车螺纹 5) 内孔车刀。

用来车削工件的内孔 图 5-1 车刀类型和用途 a）75偏头外圆车刀 b）90偏头端面车刀 c）45偏头外 圆车刀 d）90偏头外圆车刀 e）93偏头仿形车刀 f ) QC系列 切槽刀,切断刀g)机夹式切断刀 h)75内孔车刀 i)90内孔车刀 j)外螺纹 车刀 k)内螺纹车刀 2. 按结构分类 车刀按结构可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹式车刀和可转位车 刀4种类型 图5-2 车刀的结构型式 ａ）整体式 ｂ）焊接式 ｃ）机夹式 ｄ）可转位式 5.2 焊接式车刀 5.2.1 焊接式车刀的概念及特点 1. 焊接车刀的概念 1) 与其他形式的刀具相比，焊接车刀的结构简单、紧凑，刚性好，制 造方便 2) 通过刃磨可获得比较理想的形状和角度，使用灵活 3) 焊接时易产生热应力，降低了硬质合金刀片的强度，致使车刀工作 时易出现崩刃、碎裂等现象 4) 车刀的性能取决于操作者的刃磨质量，且刃磨时产生的高温在刀具 冷却时也会产生内应力，从而降低刀具的抗弯强度 5) 刀杆不能重复使用，材料消耗较大 焊接车刀是由一定形状的刀片(一般是硬质合金刀片)和刀杆(一般 选用45钢)通过焊接连接而成。

焊接车刀是目前车刀中应用较为广泛的 刀具 2. 焊接车刀的特点 5.2.2 硬质合金刀片的型号 1. 硬质合金刀片的型号 硬质合金刀片除应正确选择材料的牌号外，还应合理选择型号 我国目前采用的硬质合金刀分为A、B、C、D、E 5类，刀片型号由1个 字母和3位数字组成字母和第1位数字代表刀片的形式，后两位数字 表示刀片的主要尺寸例如： 2. 硬质合金刀片的形状 常见的刀片形状，其主要适用场合如下： 3. 刀片的合理选择 刀片形状的选择依据车刀的用途及主、副偏角的大小；刀片尺寸选 择时主要考虑刀片的长度，长度L一般为切削宽度的1.6~2倍，刀片厚度 S要根据切削力的大小决定，切削面积越大，工件材料强度越高，刀片 的厚度必须相应的增大；车槽车刀的刃宽不应大于工件的槽宽；切断车 刀的宽度B，可根据直径d估算，经验公式为B=0.6 d 4. 刀槽的形状和尺寸 常用的刀槽形状有开口槽、半封闭槽、封闭槽和切口槽四种，如图： 图５-３ 刀槽的形式 ａ）开口槽 ｂ）半封闭槽 ｃ）封闭槽 ｄ）切口槽 1) 开口槽：制造简单，焊接面积最小，刀片内应力小，适用于A1、C3、C4 、B1、B2型刀片。

2) 半封闭槽：刀片焊接面积大，刀片焊接牢靠制造时只能用立铣刀单件加 工，生产效率低适用于A2、A3、A4、A5、A6、B3和D1型刀片 3) 封闭槽、切口槽：刀片焊接面积最大，刀片焊接牢靠焊接后，刀片内应 力大，易产生裂缝适用于C1刀片 5. 车刀刀柄与刀头形状和尺寸 刀柄横剖面形状有矩形、正方形和圆形三种，其中以矩形刀柄应用最多 刀头形状可分为直头和偏头两种直头结构简单，制造方便；偏头通用性 好，能车外圆和端面 图５-５ 常用焊接式车刀 ａ）直头外圆车刀 ｂ）90偏头外圆车刀 ｃ）45偏头车刀 ｄ）切断车刀 5.3 机夹式车刀 1. 机夹式车刀的特点 机夹式车刀是将标准硬质合金刀片用机械夹固的方法安装在刀杆 的刀槽中，刀片磨损后可卸下，经过刃磨后又重新装上继续使用这 类车刀具有如下特点： 1) 刀片不需要焊接，避免了因焊接引起的硬质合金硬度降低，提 高了刀具耐用度 2) 由于刀具耐用度的提高，且换刀时间缩短，从而提高了生产效 率 3) 刀杆可重复使用，刀片可重磨次数多，从而降低了生产成本 2. 机夹式车刀的常用结构形式 常用机夹式车刀的夹紧结构有上压式、自锁式和弹性压紧式 图５-６ 机夹式车刀夹紧结构形式 ａ）上压式 ｂ）自锁式 ｃ）弹性压紧式 图５-７ 上压式切断车刀和内、外螺纹车刀 ａ）切断车刀 ｂ）外螺纹车刀 ｃ）内螺纹车刀 a) 上压式：如切断车刀，内、外螺纹车刀都采用上压式，并一般都采用V 形槽底的刀片，以防止切削时受力后，刀片发生转动。

b) 自锁式：可调切断直径的机夹式切断刀，采用压制成形的断屑槽刀片 ，其槽形能使切屑变窄(如下图)，避免切屑卡死在槽内而使刀片折断 根据切断工件直径，可调节刀板在刀夹中伸出距离一般径向进给时 ，才推荐自锁式夹紧结构 c) 弹性压紧式：若需径向进给加工时，一般推荐采用弹性压紧式，例如 仿形加工和越程槽加工等，所用的刀片见下图： 图５-９ Ｑ-Ｃ系列刀片 ａ）切断刀片 ｂ）切槽刀片 ｃ）仿形加工刀片 5.4 可转位式车刀 5.4.1 可转位式车刀的概念及特点 1. 可转位式车刀的概念 可转位式车刀就是将压制有合理的几何参数、断屑槽型、装夹孔和具有 数个切削刃的多边形刀片，用夹紧元件、刀垫，以机械夹固方法，将刀片夹 紧在刀体上当刀片的一条切削刃磨钝后，只需将夹紧机构松开，将刀片转 一个角度，换另一个新切削刃重新夹紧后便可继续切削，当所有切削刃用钝 后，换一块新刀片即可继续切削，不需要更换刀体 图５-10 可转位车刀的组成 １－杠杆 ２－螺杆 ３－刀垫 ４－卡簧 ５－刀片 ６－刀柄 2. 可转位式车刀的特点 可转位车刀与焊接式车刀相比，具有如下特点： 1) 刀片不需焊接、刃磨，提高了刀具耐用度，减少了换刀时间，可提高劳 动生产率，保证加工精度，减轻工人劳动强度。

2) 刀杆可重复使用，节省了材料，提高了刀片的利用率，降低了生产成本 3) 有利于刀具的标准化和集中生产，可充分保证刀具的制造质量 4) 在烧结刀片前可在刀片上压制各种形状的断屑槽，以实现可靠的断屑 5.4.2 可转位式车刀刀片的型号及表示方法 可转位刀片是可转位车刀的切削部分，也是可转位车刀最关键的部件 ，其形状、几何尺寸、制造精度和结构种类繁多，合理选用可转位刀片是 使用可转位车刀的重要内容 1. 可转位刀片型号表示规则 可转位刀片的型号由代表一定意义的字母和数字代号按一定顺序排列所 组成，共有10个号位，任何一个型号刀片都必须标注前7位代号，后3个代号 在必要时才标注但对于车刀刀片，第10号位属于标准要求标注的部分，不 论有无第8、9两个号位，第10号位都必须用短横线”-”与前面号位隔开，并且 其字母不得使用第8、9号位已经使用过的字母 图５-11 可转位车刀刀片标记方法示例 5.4.3 可转位式车刀刀片的夹固形式 2. 可转位刀片典型夹紧形式 1) 杠杆式夹紧：当旋进压紧螺钉时，杠杆受力摆动，杠杆上端的柱形面将 刀片压向刀槽两定位侧面并紧固。

刀垫用弹簧套定位，松开刀片时，刀 垫借弹簧套的张力保持原来的位置不会移动 这种夹紧形式定位准确，受力合理，夹紧稳定可靠，刀片转位或更换迅 速、方便，排屑流畅，但杠杆制造困难适用于中、轻型负荷的切削加 工 1. 夹固结构的基本要求 2) 楔块式夹紧：楔块式夹紧的结构如图所示，利用圆柱销定位，通 过压紧螺钉将楔块下压使楔块侧面将刀片压紧弹簧垫圈可以防止螺钉松 动，并当螺钉松开时，抬起楔块 这种夹紧形式结构简单，夹紧可靠，但定位精度较低，适用于强力 切削 3) 上压式夹紧：对于不带孔的刀片，特别是带后角的刀片，则需采 用上压式夹紧，其结构如图所示利用桥型压板或鹰爪形压板通过螺钉从 上面将刀片夹紧 这种夹紧形式的夹紧力与切削力方向一致，夹紧可靠；结构简单， 刀片转位和装卸方便，制造容易；刀片在刀槽内能两面靠紧，可获得较高 的刀尖位置精度但压板会妨碍切屑的流出；夹固元件易被损伤；刀头体 积大，影响操作 4) 偏心式夹紧：偏心式夹紧的结构如图所示它以螺钉作为转轴， 螺钉上端为偏心圆柱销，偏心量为e当转动螺纹偏心销时，偏心销就 可以将刀片夹紧在刀槽内并且自锁。

这种夹紧形式结构简单，使用方便，切屑流出顺畅，但定位精度不 高，夹紧力较小适用于中、小型车床上连续切削的精加工和半精加工 5.4.4 可转位式车刀的合理使用 可转位刀具是一种先进刀具推广可转位刀具，一方面是提高刀具的设计 制造质量，扩大品种；另一方面，正确合理地使用也是非常重要的 1) 刀片的夹紧：在紧固可转位刀片是，用力不要过大，以免损坏刀片和夹 紧元件；紧固时应切实保证刀片与各定位面贴紧，不得有缝隙、切屑等杂物 2) 刀尖圆弧半径rε的选择：一般原则是，粗加工时取大些， rε=0.5~2mm ；精加工时取小些， rε=0.2~0.5mm 3) 刀刃的修磨：基本原则是刀具材料越硬、越脆或工件材料的硬度、强度 越高时，刀具的修磨参数越大；进给量越大，修磨参数也应越大 4) 磨钝标准VB：制定合理的磨钝标准和寿命是合理使用可转位车刀的一 个重要措施其刀片的VB值可取得大些，一般取VB≤△h(△h为刀片相对刀槽 的高出量)目前，一般设计都取△h=0.5mm 5) 切削用量的选择：进给量f的最大值不宜超过刀尖圆弧半径γε的3/4，同 时f还应大于切削刃钝圆半径γn的3倍和负倒数棱宽度bγ1的(0.3~1.2)倍；背吃 刀量ap的选择应使主切削刃有效切削长度不大于刀片刀刃边长的(1/2~2/3)；切 削速度vc应略高于焊接刀具切削速度的10%。

6) 可转位车刀的几何角度的选择： 可转位车刀几何角度形成 ａ）刀片角度 ｂ）刀槽角度 ｃ）车刀角度 5.5 其他车刀简介 5.5.1 超硬材料车刀 1. 超硬材料车刀分类 超硬材料车刀包括：金刚石车刀和立方氮化硼车刀两种 1) 金刚石车刀：可分为天然单晶金刚石车刀、人造聚晶金刚石车 刀和聚晶金刚石复合刀片车刀3种 2) 立方氮化硼车刀：可分为聚晶烧结体和复合刀片两种 2. 超硬材料车刀的刀片夹固方式 1) 机械夹固式： 2) 焊接或粘接式： 3) 复合式： 4) 可转位式： 3. 超硬材料车刀的切削用量与几何参数选择 1) 金刚石车刀的切削用量与几何参数选择：单晶金刚石车刀的后角一般取 5~8；前角一般取负值；主偏角一般取30~90，多采用45 2) 立方氮化硼车刀：车削淬硬钢和高强度铸铁时的几何参数的选取 5.5.2 成形车刀 成形车刀(又称样板车刀)是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形 需要根据加工零件的廓形来设。