愛華網(wǎng)數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具簡介 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
數(shù)控車床刀具種類繁多，功能互不相同。根據(jù)不同的加工條件正確選擇刀具是編制程序的重要環(huán)節(jié)，因此必須對車刀的種類及特點(diǎn)有一個基本的了解。 目前數(shù)控機(jī)床用刀具的主流是可轉(zhuǎn)位刀片的機(jī)夾刀具。下面對可轉(zhuǎn)位刀具作簡要的介紹： (1)數(shù)控車床可轉(zhuǎn)位刀具特點(diǎn) 數(shù)控車床所采用的可轉(zhuǎn)位車刀，其幾何參數(shù)是通過刀片結(jié)構(gòu)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)別，其基本結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)是相同的。但數(shù)控車床的加工工序是自動完成的，因此對可轉(zhuǎn)位車刀的要求又有別于通用車床所使用的刀具，具體要求和特點(diǎn)如表5-1所示。 表5-1可轉(zhuǎn)位車刀特點(diǎn)
(2) 可轉(zhuǎn)位車刀的種類可轉(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)位車刀的種類
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常用車刀及刀片外型圖
| 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，車刀的切削部分是在較大的切削抗力，較高的切削溫度和劇烈的摩擦條件下進(jìn)行工作的。車刀的切削部分是否具備優(yōu)良的切削性能，直接影響了車刀的壽命長短和切削效率的高低，也影響加工質(zhì)量的好壞，因此車刀的切削部分材料應(yīng)該滿足以下的要求：
1，應(yīng)該具有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)該具有的耐磨性
3，應(yīng)該具有耐熱性
4，應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和韌性
5，應(yīng)該具有良好的工藝性
車刀切削部分常用的材料;
近代金屬切削刀具材料從碳素工具鋼、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，使切削速度從每分鐘幾米飚升到千米乃至萬米。隨著數(shù)控機(jī)床和難加工材料的不斷發(fā)展，刀具實(shí)有難以招架之勢。要實(shí)現(xiàn)高速切削、干切削、硬切削必須有好的刀具材料。在影響金屬切削發(fā)展的諸多因素中，刀具材料起著決定性作用。
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)，但始終未能動搖其切削刀具的霸主地位，2000年以后硬質(zhì)合金已成為高速鋼的“天敵”，正在持續(xù)不斷地侵蝕著高速鋼刀具的市場份額，但對于某些如螺紋刀具、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)慣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，W7、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(qiáng)韌性和較高的耐磨性、紅硬性等優(yōu)異性能，在絲錐、拉刀等刀具領(lǐng)域，還會牢牢守住一塊地盤，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、耐磨性的鋼種。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)用十分普遍，在復(fù)雜刀具方面應(yīng)用也比較成功。由于數(shù)控機(jī)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(qiáng)度比前者高20%～30%，韌性提高1.5～2倍，在國外應(yīng)用十分普遍。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)在各工具廠所用材料均系進(jìn)口。值得欣喜的是，河冶科技股份有限公司(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、成套麻花鉆出口及低速切削工具的需要，鋼廠和工具廠共同開發(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年仍呈增長勢頭。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(jī)械制造業(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)代刀具制造和使用領(lǐng)域，“效率第一”的理念已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的“性能價(jià)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)合金不僅具有較高的耐磨性，而且韌性也較高(和超硬材料相比)，所以得到廣泛的應(yīng)用，展望未來，它仍然是應(yīng)用最廣泛的刀具材料。從歷屆機(jī)床工具博覽會上可以看出，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)合金的性能得到很大改善：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長幅度更大，因?yàn)樵诟邷睾透咚偾邢鲄?shù)下，高強(qiáng)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有很高硬度物質(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)慣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。金剛石刀具具有高硬度、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得到廣泛的應(yīng)用，尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，如轎車發(fā)動機(jī)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代的主要切削刀具。近年來，由于數(shù)控機(jī)床的普及和數(shù)控加工技術(shù)的高速發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長壽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，其結(jié)構(gòu)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)在一起的多晶材料，既能勝任淬硬鋼(45~65HRC)、軸承鋼(60~64HRC)、高速鋼(63~66HRC)、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削加工。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绻ぞ呓绲闹匾?。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(jī)床、高效無污染切削、被加工材料硬等因素，迫使刀具材料必須更新?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晶須的作用猶如鋼筋混凝土中的鋼筋，它能成為阻擋或改變裂紋擴(kuò)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，這類刀具材料具有強(qiáng)大的生命力，正以強(qiáng)勁勢頭向前發(fā)展，也許將來會自成一系，成為刀具材料家族新成員。
車刀的幾何形狀：
車刀的切削部分是由“一尖，兩刃，三面，六角”組成：
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任何車刀都是由上述這幾個部分組成的，但是數(shù)量不完全一樣，如切斷刀就有兩個副切削刃和人兩個副后刀面
幾種常見刀具安裝及注意事項(xiàng)：
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(qiáng)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，且至少用兩個螺釘壓緊。
B;車刀刀尖與工件中心等高。刀尖高于工件的軸線，刀具實(shí)際前角增大切削力降低
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，同時主切削刃要與工件回轉(zhuǎn)中心等高，否則如切削無孔工件時，不能切削到中心，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，為了保證齒形正確，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)與車床主軸軸線等高，特別是內(nèi)螺紋車刀的刀尖高必須嚴(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。
高速切削時螺紋時，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(diǎn)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，常用的對刀方法為試切對刀。下面以FANUC—6T系統(tǒng)為例，介紹試切對刀的方法。將工件安裝好之后，先用MDI方式操縱機(jī)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(diǎn)時，對刀輸入為ZO；當(dāng)取工件左端面O，為工件原點(diǎn)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，用同樣的方法，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，停止主軸轉(zhuǎn)動，再量出工件車削后的直徑值φv，根據(jù)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。
