第三章金屬切削刀具

本章主要介紹在金屬切削加工中最常用的車刀、孔加工刀具、銑刀、數(shù)控機床刀具和砂輪的結構、材料、規(guī)格及加工范圍等內容。這些內容實踐性很強,并且又與金屬切削的基本知識緊密相連,所以在學習上要理論聯(lián)系實際,通過學習,要達到能根據(jù)生產實際情況,正確地選擇刀具和使用刀具的目的。第一節(jié)車刀

車刀是金屬切削加工中應用最廣泛的一種刀具。它可用于臥式車床、立式車床、轉塔式車床、自動車床和數(shù)控車床上加工外圓、內孔、端面、成形回轉表面等。車刀的種類很多,按用途可分為外圓車刀、端面車刀、螺紋車刀、鏜孔刀、切斷刀及成形刀等,如圖3-1所示。按結構的不同,又可分為整體式車刀、焊接式車刀、機夾車刀、可轉位車刀和成形車刀等,如圖3-2所示。圖3-1按用途分類的車刀1—車槽刀2—內孔車槽刀3—內螺紋車刀4—閉孔車刀

5—通孔車刀6—45°彎頭車刀

7—90°車刀8—外螺紋車刀9—75°外圓車刀10—成形車刀11—90°左外圓車刀圖3-2按結構分類的車刀a)整體式車刀b)焊接式車刀c)機夾車刀d)可轉位車刀e)成形車刀第一節(jié)車刀

整體式車刀一般用高速鋼制造,它刃磨方便,使用靈活,但硬度、耐熱性較低,通常用于車削有色金屬工件,小型車床上車削較小的工件。

焊接式車刀、機夾車刀、可轉位式車刀應用廣泛,成形車刀結構較復雜,本節(jié)將分別對這些車刀進行介紹。一、焊接式車刀

焊接式車刀是由硬質合金刀片和普通結構鋼或鑄鐵刀桿通過焊接連接而成。

焊接式車刀結構簡單、緊湊;剛性好、抗振性能強;制造、刃磨方便;使用靈活。目前應用仍十分普遍。但是,刀片經過高溫焊接,強度、硬度降低,切削性能下降;刀片材料產生內應力,容易出現(xiàn)裂紋等缺陷;刀柄不能重復使用,浪費原材料;換刀及對刀時間較長,不適用于自動車床和數(shù)控車床。

焊接式車刀質量的好壞,不僅與刀片材料的牌號、刀具的幾何參數(shù)有關,還與刀片型號的選擇,刀柄形狀等有密切關系。1.刀片

刀片的形狀和尺寸用刀片型號來表示。國家對硬質合金刀片型號制訂了專門的標準GB/T5244—1985,見表3-1。

刀片型號由一個字母和一個或二個數(shù)字組成。字母表示刀片形狀,數(shù)字表示刀片的主要尺寸,如:第一節(jié)車刀第一節(jié)車刀

第一節(jié)車刀第一節(jié)車刀

刀柄長度可按刀柄高度H的6倍左右估算,并選用標準尺寸系列,如100mm、125mm、150mm、175mm等。

為了使硬質合金刀片與刀柄能牢固地連接,在刀柄的頭部必須開出各種形狀的刀槽用來安放刀片,進行焊接。常用的刀槽形狀有開口式、半封閉式、封閉式和切口式四種,如圖3-3所示。

開口式:制造簡單,焊接面積小,焊接應力也小,適用于C型刀片。

半封閉式:焊接后刀片較牢固,但焊接應力較大,適用于A、B型刀片。

封閉式:增加了焊接面積,使焊接后刀片牢固,但焊接應力大,刀槽制造較困難,適用于E型刀片。圖3-3刀槽的形狀a)開口式b)半封閉式c)封閉式d)切口式第一節(jié)車刀

切口式:使刀片焊接牢固,但刀槽制造復雜,適用于D型刀片。

刀槽的尺寸一般有hg、bg、Lg,如圖3-4所示。這些尺寸可通過計算求得或按刀片配制得到。為了便于刃磨,一般要使刀片露出刀槽0.5~1mm,刀槽前角γog=γo+(5°~10°),刀槽后角αog=αo+(2°~4°)。圖3-4刀槽的尺寸第一節(jié)車刀

圖3-5常用車刀頭部的形狀尺寸a)直頭車刀b)90°外圓刀c)45°彎頭刀d)切斷刀第一節(jié)車刀二、機夾車刀

機夾車刀是將普通硬質合金刀片用機械方法夾固在刀柄上,刀片磨鈍后,卸下刀片,經重新刃磨,可再裝上繼續(xù)使用。1.機夾車刀的特點1)刀片不經焊接,避免了因高溫焊接而引起的刀片硬度下降,以及產生裂紋等缺陷,因此提高了刀具的使用壽命。2)縮短換刀時間,提高了生產率。3)刀柄可重復多次使用,提高了刀柄壽命,節(jié)約了刀柄材料。4)有些壓緊刀片的壓板可起斷屑作用。5)刀片磨鈍后,仍需重新刃磨,因此,裂紋的產生不能完全避免。2.機夾車刀的夾緊結構常用的機夾式車刀夾緊結構有如下幾種:(1)上壓式如圖3-6所示,通過壓板2和壓緊螺釘4從頂面壓緊刀片5,夾緊可靠。刀墊6用來保護刀柄,調節(jié)刀片上下位置。調節(jié)螺釘3可用來調節(jié)刀片的縱向和橫向位置,調節(jié)簡便。但其缺點是壓板與壓緊螺釘有礙觀察切削區(qū)的工作情況。圖3-6上壓式車刀1—刀柄2—壓板3—調節(jié)螺釘4—壓緊螺釘5—刀片6—刀墊第一節(jié)車刀(2)側壓式如圖3-7所示。通過緊固螺釘3和楔塊2將刀片從側面壓緊在刀柄槽內,夾緊可靠。調節(jié)螺釘4用來調節(jié)刀片1的位置,調節(jié)方便,刀片上無障礙物,便于觀察切削區(qū)的工作情況。

除了上述兩種夾緊結構外,還有彈性力夾緊式、切削力夾緊式等。按照結構簡單,夾緊可靠,裝卸方便,調整快捷等原則,還可以設計出一些新的夾緊結構形式。圖3-7側壓式外圓車刀1—刀片2—楔塊3—緊固螺釘4—調節(jié)螺釘?shù)谝还?jié)車刀三、可轉位車刀

可轉位車刀是把硬質合金可轉位刀片用機械方法夾固在刀柄上,刀片上具有合理的幾何參數(shù)和多條切削刃。在切削過程中,當某一條切削刃磨鈍以后,只要松開夾緊機構,將刀片轉換一條新的切削刃,夾緊后又可繼續(xù)切削,只有當?shù)镀纤械那邢魅卸寄モg了,才需更換新刀片。1.可轉位車刀的特點(1)壽命提高刀片不需焊接和刃磨,完全避免了因高溫引起的刀具材料應力和裂紋等缺陷。(2)加工質量穩(wěn)定刀片、刀柄是專業(yè)化生產的,刀具的幾何參數(shù)穩(wěn)定可靠,刀片調整、更換重復定位精度較高,從而特別有利于大批量生產的質量穩(wěn)定。(3)生產效率高當一條切削刃或一個刀片磨鈍后,只需轉換切削刃或更換刀片即可繼續(xù)切削,減少了調整、換刀的時間,節(jié)約了輔助生產時間。(4)有利于推廣新技術、新工藝可轉位車刀有利于推廣使用涂層、陶瓷等新型刀具材料,有利于推廣使用先進的數(shù)控車床。(5)有利于降低刀具成本刀柄的重復使用,刀具壽命的提高,刀具庫存量的減少,可簡化刀具管理,都能使刀具成本下降。

綜上所述,顯示了可轉位車刀的突出優(yōu)點,為此,國家已把可轉位式車刀列為重點推廣項目,可轉位式車刀是車刀的發(fā)展方向。第一節(jié)車刀第一節(jié)車刀2.可轉位刀片

國家對硬質合金可轉位式刀片型號制訂了專門的標準GB/T2076—1987,刀片型號由給定意義的字母和數(shù)字的代號按一定順序位置排列所組成。共有10個號位,每個號位的代號所表達的含義如圖3-8所示。刀片型號標準規(guī)定,任何一個刀片型號都必須用前7個號位的代號表示,第10個號位的代號必須用短橫線“—”與前面號位的代號隔開。

號位1表示刀片形狀,最常用的形狀有:正三邊形(代號T),用于主偏角為60°、90°的外圓、端面、內孔車刀;正四邊形(代號S),刀尖強度高,散熱面積大,用于主偏角為45°、60°、75°的外圓、斷面、內孔、倒角車刀;菱形(代號V、D),用于仿形、數(shù)控車床上使用。

號位2表示刀片后角,應用最廣的后角是0°(代號N),車刀的實際后角靠刀片安裝傾斜形成。

號位3表示刀片偏差等級,刀片的內切圓直徑d,刀尖位置m和刀片厚度S為基本參數(shù),其中d和m的偏差大小決定了刀片的轉位精度。刀片精度共有11級,代號A、F、C、H、E、G、J、K、L為精密級;代號U為普通級;代號M為中等級,應用較多。

號位4表示刀片結構類型。主要說明刀片上有無安裝孔,其中代號M型的有孔刀片應用最多。有孔刀片一般利用孔來夾固定位,無孔刀片一般用上壓式方法夾固定位。第一節(jié)車刀

號位5、6分別表示刀片的切削刃長度和厚度。其代號用整數(shù)表示。如切削刃長為16.5mm,則代號為“16”。當?shù)镀那邢魅虚L度和厚度為個位數(shù)時,代號前應加“0”,如切削刃長為9.526mm,厚度為4.76mm,則代號分別為“09”和“04”。選擇刀片切削刃長度應保證大于實際切削刃長度的1.5倍,選擇刀片厚度應保證刀片有足夠強度,一般f和ap較大時,選較厚的刀片。

號位7表示刀片的刀尖圓弧半徑,代號是用刀尖圓弧半徑的10倍數(shù)字表示的,如刀尖圓弧半徑為0.8mm,則代號為“08”。

號位8表示刀片刃口形狀;代號F表示鋒刃;代號E表示倒圓刃;代號T表示負倒棱;代號S表示負倒棱加倒圓。

號位9表示刀片切削方向,代號R表示右切刀片;代號L表示左切刀片;代號N表示既能右切也能左切的刀片。

號位10表示刀片斷屑槽槽型和槽寬。斷屑槽有16種槽型,用字母表示;槽寬有7種,用數(shù)字1~7表示。3.可轉位車刀的夾緊結構

可轉位式車刀的夾緊結構應能滿足刀片重復定位精度好,夾緊可靠;轉換切削刃和更換刀片方便、迅速;結構簡單,制造容易等要求。常用的夾緊結構有:(1)偏心式偏心式夾緊機構(見圖3-9)所示是利用偏心自鎖力來夾緊刀片的。刀片用偏心銷定位,旋轉偏心銷,使偏心銷上端將刀片夾緊在刀槽的側面上。該結構的特點是結構簡單、緊湊,裝卸刀片方便快速,但是自鎖力不強,一般適用于在中小車床上進行連續(xù)平穩(wěn)的切削。第一節(jié)車刀(2)杠桿式杠桿式(見圖3-10)是利用杠桿原理來夾緊刀片的。通過旋轉壓緊螺釘,使之朝下移動,推動杠桿擺動,使杠桿的另一端將刀片定位夾緊在刀槽的側面上。該結構的特點是定位精度高、夾緊可靠;刀片調整、裝卸方便;但是結構復雜,制造成本高。圖3-9偏心式夾緊機構1—刀柄2—刀墊3—刀片4—偏心銷圖3-10杠桿式夾緊機構1—彈簧套2—杠桿3—刀墊4—刀片

5—刀柄6—壓緊螺釘7—彈簧8—調節(jié)螺釘?shù)谝还?jié)車刀(3)楔塊式楔塊式(見圖3-11)的結構為刀片用圓柱銷定位,通過旋緊壓緊螺釘,帶動帶有斜面的楔塊朝下壓,由于楔塊有斜面的一側與刀槽的斜側面緊貼,使楔塊另一側面將刀片頂向圓柱銷,從而將刀片夾緊。該結構的特點是夾緊可靠,能承受沖擊;刀片調整、更換方便;但是定位精度較低。(4)上壓式上壓式(見圖3-12),主要用于不帶孔的刀片,通過壓緊螺釘和壓板將刀片夾緊。該結構的特點是定位可靠,夾緊力大;結構簡單,制造方便;但是對排屑有阻礙作用,適用于粗加工或間斷切削的場合。圖3-11楔塊式夾緊機構1—刀柄2—刀墊3—圓柱銷4—刀片5—彈簧墊圈6—壓緊螺釘7—楔塊圖3-12上壓式夾緊機構1—刀柄2—螺釘3—刀墊4—刀片5—壓板6—壓緊螺釘?shù)谝还?jié)車刀四、成形車刀

隨著現(xiàn)代科學技術和生產的發(fā)展,具有一定精度和互換性要求的回轉體成形表面的工件被廣泛地應用。對于這些工件,如果仍然采用普通車刀來加工,不但要求工人有較高的技術水平,而且勞動強度大,生產率低,質量又不易保證,而采用成形車刀來加工,情況就大不一樣了。

成形車刀是加工回轉體成形表面的專用刀具,其切削刃形是根據(jù)工件廓形設計的,可用在各類車床上加工出回轉體的內、外成形表面。1.成形車刀的特點(1)加工質量穩(wěn)定成形車刀刃形的設計是根據(jù)工件的廓形,制造時又規(guī)定了一定的精度要求,這樣,使刃形能保證與工件成形表面的形狀和尺寸相對應。另外,工件成形表面由成形車刀一次加工而成,因此,經過加工的工件成形表面能得到較高的尺寸精度和形狀位置精度,具有較好的互換性,加工尺寸精度可達IT8~IT10,表面粗糙度可達Ra3.2~6.3μm。(2)生產效率高成形車刀同時參加切削的刀刃長度較長,且一次切削成形,減少了復雜的工藝過程,節(jié)約了時間。(3)刀具壽命長成形車刀可經多次重磨,仍能保持刃形不變。(4)刀具成本較高成形車刀的設計和制造較復雜。特別是數(shù)控機床加工技術的運用,更限制了成形車刀的發(fā)展。第一節(jié)車刀2.成形車刀的類型

成形車刀按結構形狀可分為平體、棱體和圓體成形車刀三種,如圖3-13所示。(1)平體成形車刀除了切削刃的形狀必須按工件成形表面設計制造外,其余結構和裝夾方法與普通車刀基本相同。其優(yōu)點是結構簡單,裝夾方便,制造容易,成本低;缺點是重磨次數(shù)少,剛性較差。最常見的有螺紋車刀等。圖3-13成形車刀a)平體b)棱體c)圓體第一節(jié)車刀(2)棱體成形車刀刀體外形為棱柱體,棱柱體的一面是成形刃,另一面是用于連接刀柄的燕尾。其優(yōu)點是切削刃強度高,散熱條件好,固定可靠,剛性好,重磨次數(shù)比平體成形車刀多;缺點是只能加工外成形表面,制造較復雜。(3)圓體成形車刀刀體外形為回轉體,軸心有安裝孔,在回轉體上開出缺口,形成切削部分。其優(yōu)點是重磨次數(shù)最多,可加工內、外成形表面,制造較容易;缺點是切削刃強度較低,散熱條件較差,加工精度比棱體成形車刀差。3.成形車刀的幾何角度(1)前角和后角的表示如圖3-14所示,成形車刀必須具有合理的前、后角才能有效地工作。由于成形車刀的切削刃形復雜,使切削刃上各點的正交平面方向均不同,因此,不能像普通車刀一樣,將前角、后角定義在正交平面內。為此,規(guī)定在假定工作平面(即垂直于工作軸線的平面)pf內確定前角和后角,并且將切削刃上最外點(離工件中心最近點)“1'”處的前角和后角,定義為該成形車刀的名義前角和后角,分別用γf和αf表示。圖3-14成形車刀的前角和后角a)棱體b)圓體第一節(jié)車刀(2)前角和后角的形成棱體和圓體成形車刀的前角和后角的形成方法與普通車刀不同,它們是經安裝后才形成前角和后角的。1)棱體成形車刀前角和后角的形成如圖3-14a所示。制造時,將棱體成形車刀的后面磨成與燕尾安裝基面K平行,將前面磨成與水平面呈傾斜(γf+αf)的角度。安裝時,將切削刃上最外點“1'”調整至與工件中心等高,將刀體傾斜αf角,由此,確定了成形車刀與工件的相對位置,于是就形成了棱體成形車刀的前角γf和后角αf。2)圓體成形車刀前角和后角的形成,如圖3-14b所示。制造時,將圓體成形車刀前面做成低于刀具中心O'一段距離h的平面。h值可由下列公式求出。h=Rsin(γf+αf)

安裝時,將切削刃上最外點“1'”調整至與工件中心O等高,使刀具中心O'高于工件中心O一段距離H。H值可由下列公式求出:H=Rsinαf式中R——成形車刀最大外圓半徑(mm)。

這時,確定了成形車刀與工件的相對位置,于是就形成了圓體成形車刀的前角γf和后角αf。

成形車刀前角和后角的具體數(shù)值可按表3-3、表3-4查取。第一節(jié)車刀注:表中所列γf角適用于高速鋼成形車刀。若為硬質合金成形車刀,在加工鋼料時,可將表列數(shù)值減小5°。第一節(jié)車刀(3)前角和后角的變化1)棱體成形車刀前角和后角的變化,如圖3-15a所示。切削刃上只有最外點“1'”和工件中心等高,其余各點均低于工件中心,于是,這些點的基面和切削平面位置相對于點“1'”的基面和切削平面位置發(fā)生了變化,因此,其前角后角也都發(fā)生了變化。如“2'”點比工件中心低,作“2'”與工件中心O的連線,這連線為“2'”點的基面,基而與前面的夾角,即為“2'”點處的前角γf2,γf2顯然小于γf1;再作過“2'”點的工件上圓的切線,這切線為“2'”點的切削平面,切削平面與“2'”點的后面的夾角,即為“2'”點處的后角αf2,αf2顯然大于αf1。由此可得前角與后角變化的規(guī)律是,切削刃上離最外點越遠的點,前角越小,后角越大,楔角不變。2)圓體成形車刀前角和后角的變化,如圖3-15b所示。由于切削刃上只有最外點與工件中心等高,使切削刃上其余點的前角變小,后角變大。又由于切削刃上任意點的后角是由切削平面和刀具上該點的切線(即后面)后構成,隨著該點遠離切削刃上最外點,其切削平面與切線朝相反的方向變化,使后角變得更大,楔角變小。由此可得前角和后角變化的規(guī)律是,切削刃上離最外點越遠的點,前角越小,后角越大,楔角也越小。第一節(jié)車刀圖3-15切削刃上各點前角、后角的變化a)棱體b)圓體第一節(jié)車刀4.成形車刀的裝夾

工件成形表面的加工質量,不僅與成形刀具的設計制造有關,而且與成形刀具的安裝有關。成形車刀是通過專門刀夾安裝在機床上的。常用的棱體、圓體成形車刀的裝夾結構形式如圖3-16、圖3-17所示。

棱體成形車刀3以燕尾作為定位基準,裝夾在刀夾5的燕尾槽內,并用夾緊螺釘1夾固,車刀底部的調節(jié)螺釘2可用來調整刀尖高度,并可增強刀具工作時的剛性。

圓體成形車刀9以內孔作為定位基準,套在安裝軸11上,并通過銷釘10與齒盤1的端面聯(lián)接,以防車削受力時轉動。齒盤的斷面齒與扇形板2端面齒相嚙合,改變它們之間的位置,可粗調刀尖的高度。扇形板的側面有幾個齒(相當于蝸輪齒),與蝸桿6嚙合,轉動蝸桿,可微調刀尖的高度。銷釘5是用來限制扇形板轉動范圍的。當調整完畢后,擰緊夾緊螺母4,就可將圓體成形刀夾固在刀夾體7上,刀夾體通過螺釘8夾固在機床上。圖3-16棱體刀的裝夾1—夾緊螺釘2—調節(jié)螺釘3—刀體4—螺釘5—刀夾圖3-17圓體刀的裝夾1—齒盤2—扇形板3、5、10—銷釘4—螺母6—蝸桿7—刀夾8—螺釘9—刀體11—安裝軸第二節(jié)孔加工刀具

從實體材料上加工出孔或擴大已有孔的刀具稱為孔加工刀具。如麻花鉆、中心鉆、扁鉆、深孔鉆等可以在實體材料上加工出孔,而鉸刀、擴孔鉆、鏜刀等可以在已有孔的材料上進行擴孔加工?？准庸さ毒叩奶攸c是:1)大部分孔加工刀具為定尺寸刀具,刀具本身的尺寸精度和形狀精度不可避免地對孔的加工精度有重要的影響。2)孔加工刀具尺寸由于受到被加工孔直徑的限制,刀具橫截面尺寸較小,特別是用于加工小直徑孔和深徑比(孔的深度與直徑之比的數(shù)值)較大的孔的刀具,其橫截面尺寸更小,所以刀具剛性差,切削不穩(wěn)定,易產生振動。3)孔加工刀具是在工件已加工表面的包圍之中進行切削加工,切削呈封閉或半封閉的狀態(tài),因此排屑困難,切削液不易進入切削區(qū),難以觀察切削中的實際情況,對工件質量、刀具壽命都將產生不利的影響。4)孔加工刀具種類多、規(guī)格多。

根據(jù)以上所述,加工一個孔的難度要比加工外圓大得多?？准庸さ毒叩牟牧稀⒔Y構、幾何要素等將直接會影響被加工孔的質量。本節(jié)以麻花鉆和鉸刀為例,介紹孔加工刀具的有關知識。第二節(jié)孔加工刀具

圖3-18高速鋼麻花鉆第二節(jié)孔加工刀具

圖3-19麻花鉆切削部分的組成1—前面2、8—副切削刃(棱邊)

3、7—主切削刃4、6—后面5—橫刃9—副后面10—螺帽槽第二節(jié)孔加工刀具3.麻花鉆的幾何參數(shù)(1)麻花鉆的參考面為了能定義麻花鉆的幾何角度,必定要引入?yún)⒖济妗?)基面pγ是通過切削刃上某選定點,并垂直于該點切削速度方向的平面,也是通過該點又包含鉆頭軸線的平面,如圖3-20所示。

因切削刃不通過鉆頭軸線,切削刃上各點的切削速度方向不同,所以切削刃上各點的基面位置是不同的,如圖3-21所示。圖3-20麻花鉆上的prpspo圖3-21切削刃上各點速度與基面的關系第二節(jié)孔加工刀具2)切削平面ps是通過切削刃上某選定點,并與該點切削速度方向重合的平面,如圖3-20所示。由于切削刃上各點的切削速度方向是不同的,因此切削刃上各點的切削平面位置也是不同的,如圖3-21所示。但是,切削刃上任一點的切削平面與該點基面始終是相互垂直的。3)正交平面p0是通過切削刃上某選定點,并同時與基面、切削平面互相垂直的平面,如圖3-20所示。由于切削刃上各點的基面、切削平面位置是不同的,因此,切削刃上各點的正交平面位置也是不同的。4)端平面pt是與鉆頭軸線垂直的平面,如圖3-22所示。5)中剖面pc是通過鉆頭軸線并與主切削刃平行的平面,如圖3-22所示。6)柱剖面pz是通過切削刃上某選定點,并在該點作平行于鉆頭軸線的直線,直線繞鉆頭軸線旋轉一圈,所得的圓柱面,如圖3-22所示。7)假定工作平面pf是通過切削刃上某選定點,與鉆頭進給運動方向平行,且垂直于基面的平面。圖3-22麻花鉆上的ptpcpz第二節(jié)孔加工刀具

第二節(jié)孔加工刀具2)頂角2?為兩主切削刃在中剖面內投影的夾角,如圖3-24所示。

減小頂角,可使主切削刃長度增長,單位長度切削刃上的切削載荷減輕,軸向力減小,刀尖角εr增大,有利于主、副切削刃相交處強度的提高和散熱條件的改善。但是,頂角太小,將使鉆尖強度降低,切削厚度減小,切屑卷曲嚴重,不利于排屑。標準麻花鉆的頂角為2?=118°。頂角的大小可根據(jù)鉆削工件材料而選擇:如加工鋼和鑄鐵時,頂角取118°左右;加工黃銅和軟青銅時,頂角取130°左右;加工硬橡膠、硬塑料和膠木時,頂角取50°~90°之間。圖3-23麻花鉆的螺旋角圖3-24麻花鉆的幾何角度第二節(jié)孔加工刀具3)端面刃傾角λt為主切削刃上某選定點的基面與主切削刃在端平面內投影的夾角,如圖3-24所示。主切削刃上某選定點x的端面刃傾角的計算式為sinλtx=-(r/rx)式中r——鉆心半徑(mm);

rx——主切削刃上某選定點至鉆頭軸線的距離(mm)。

從上式可知,主切削刃上各選定點,越靠近鉆心,端面刃傾角越大。規(guī)定端面刃傾角為負值。4)主偏角κr為主切削刃上某選定點的切線在基面內的投影與進給方向之間的夾角,如圖3-24所示。

主切削刃上某選定點的主偏角的計算式為tanκγx=tanφcosλtx式中φ——鉆頭頂角的1/2;

λtx——主切削刃上同一點的端面刃傾角。

從上式可知,主切削刃上各選定點,越接近鉆心,端面刃傾角越大,主偏角越小;在主切削刃的最外緣處,主偏角最大,κrx≈?,這時,可用頂角代替主偏角來分析某些問題。5)前角γo為主切削刃上某選定點在正交平面內的前面與基面之間的夾角,如圖3-24所示。第二節(jié)孔加工刀具

第二節(jié)孔加工刀具①后角數(shù)值沿主切削刃上各點的變化正好與前角相反,如圖3-25所示,這樣,后角變化與前角變化相適應,使切削刃上各點的楔角不致相差太大,刃口散熱體積基本一致,從而達到切削刃上各點強度相對平衡。②如圖3-26所示,由于進給運動的影響,主切削刃上各點的工作后角會發(fā)生變化,其計算式為αfxe=αfx-uxtanux=f/πdx式中αfxe——工作后角;

αfx——后角;

f——鉆削進給量(mm/r);

ux——后角變量;

dx——主切削刃上選定點的直徑。圖3-25麻花鉆幾何角度的變化情況圖3-26鉆頭的工作后角第二節(jié)孔加工刀具

由上式可知,由于f是常數(shù),隨著dx的減小,ux將增大,致使工作后角αfxe更小。為使接近鉆頭中心處工作后角不致太小,影響鉆削,應將該處的后角αfx刃磨得大些。

通常,鉆頭的后角是指切削刃外緣處的后角,其數(shù)值一般為αf=8°~20°,鉆頭直徑大,后角取小值;反之則取大值。7)橫刃斜角?為橫刃與主切削刃在端平面內投影的夾角,如圖3-24所示。

標準麻花鉆的橫刃斜角為φ=50°~55°,φ減小,橫刃鋒利程度增大,但橫刃長度增長,使鉆心定心不穩(wěn),軸向力增大。

如圖3-24所示,在橫刃上任意一點的正交平面Q—Q內,由于橫刃前面已位于基面的前方,所以橫刃前角γφ為負值,橫刃后角αφ=90°-|γφ|。標準麻花鉆γφ=-54°~-60°,αφ=30°~36°。由此可知,麻花鉆在這樣大的負前角條件下進行鉆削,必然會產生嚴重的摩擦和擠壓以及較大的軸向力,對加工質量產生很不利的影響。

綜上所述,鉆頭的幾何角度,有些是制造確定的,使用者是不便改變的,如螺旋角;有些是刃磨確定的,使用者可以根據(jù)需要進行調整,如頂角、后角和橫刃斜角;有些是制造和刃磨兩個因素確定的,如主偏角、端面刃傾角和前角。4.改善麻花鉆切削性能的措施

麻花鉆有許多長處,但也存在著一些缺陷。這些缺陷是:1)主切削刃上前角分布不合理,從外緣處30°左右變化到靠近鉆心處-30°左右,使切削刃上各點的切削條件差異較大,外緣處前角過大,刀刃強度較差,靠近鉆心處前角又太小,鉆削擠壓嚴重。第二節(jié)孔加工刀具2)橫刃較長,且有很大的橫刃負前角,鉆削時,橫刃處的摩擦擠壓嚴重,軸向力增大,定心不穩(wěn),鉆削條件惡劣。3)主切削刃太長,會使切削寬度增大,使切屑在各點處流出的速度相差很大,造成切屑呈螺旋形,而螺旋形的切屑占有較大空間,因此,排屑不順利,切削液也難以進入切削區(qū)。4)在主、副切削刃的交匯處,刃口強度最低,切削速度最高,且副后角為零度,從而使該處的摩擦嚴重,熱量驟增,磨損迅速。

為了克服鉆頭的上述缺陷,改善鉆頭的切削性能,一般可采取如下兩種措施:(1)麻花鉆的修磨根據(jù)麻花鉆存在的缺陷,一般采用下列修磨方法:1)修磨主切削刃把原來的直線主切削刃修磨成折線或圓弧形,如圖3-27所示。其優(yōu)點是刀尖角由εr增大至εo,使刀尖強度增加和散熱條件得到改善,切削刃單位長度上的切削載荷減小,刀具磨損減緩。圖3-27修磨主切削刃第二節(jié)孔加工刀具2)修磨橫刃如圖3-28所示,把原來較長的橫刃和很小的橫刃前角,修磨成較短的橫刃(圖3-28a或較大的橫刃前角(圖3-28b、c)。其優(yōu)點是,鉆削時減少了橫刃處的摩擦和擠壓,使軸向力顯著減小,定心平穩(wěn),從而提高鉆孔精度和生產效率。圖3-28修磨橫刃第二節(jié)孔加工刀具3)修磨前面如圖3-29所示,把原來的前面修磨成不同形狀,可得到不同的效果。如圖3-29a所示,修磨主、副切削刃交匯處的前面,將此處的前角磨小,可以增強該處切削刃的強度,避免“扎刀”現(xiàn)象的產生;圖3-29b所示,沿主切削刃的前面上磨出倒棱,以增強切削刃的強度,改善切削性能。圖3-29c所示,在前面上磨出斷屑臺,以利于斷屑排屑。圖3-29修磨前面第二節(jié)孔加工刀具4)修磨刃帶把原來刃帶上零度的副后角修磨成6°~8°的副后角,如圖3-30所示,其結果是減少了刃帶與孔壁之間的摩擦,減小了刃帶的磨損,有利于提高孔加工的質量。5)開分屑槽在兩個主后面上交錯地磨出分屑槽,如圖3-31所示,鉆削時,分屑槽將切屑分割成幾條窄而厚的切屑,減少了切屑的卷曲,使排屑通暢,切削液能容易地進入切削區(qū),改善了切削條件,特別是鉆削大而深的孔時效果更明顯。、圖3-30修磨刃帶圖3-31開分屑槽第二節(jié)孔加工刀具(2)群鉆群鉆是我國機械工人在長期的生產實踐中,針對標準麻花鉆存在的缺陷,綜合各種修磨方法和成功經驗,設計出的一種先進鉆頭。為了適應不同工件材料、不同孔徑的鉆削需要,群鉆已形成了多種系列。

如圖3-32所示,為加工一般鋼件、直徑為?15~?40mm的基本型群鉆。它是用標準高速鋼麻花鉆修磨而成。其結構的主要特征是切削刃由七條構成,即內直刃(兩條)、圓弧刃(兩條)、外直刃(兩條)、橫刃(一條);鉆尖三個,即原來的鉆尖(稱中心鉆尖)、圓弧刃和外直刃的交點(兩個);分屑槽在一側的外直刃上磨出,或在兩側外直刃上交錯地磨出。中心鉆尖的橫刃僅比另兩個鉆尖高(h)出0.03d0(d0為鉆頭外徑),中心鉆尖的橫刃長度僅為原長的1/4~1/7?；拘腿恒@在結構上對標準麻花鉆作了較大改進,具有以下一些優(yōu)點:圖3-32基本型群鉆結構與幾何參數(shù)1—分屑槽2—月牙槽3—內直刃4—橫刃5—圓弧刀6—外直刀第二節(jié)孔加工刀具1)圓弧刃、內直刃和橫刃上的前角分別增大10°、25°、4°~6°左右,使刃口鋒利,而且使切削刃上的前角分布趨向合理,提高了切削性能。2)不僅使橫刃的長度縮短,橫刃高度降低,而且有三個鉆尖,鉆削時,軸向力降低了35%~50%,轉矩降低了10%~30%,使定心、導向作用明顯增強。3)圓弧刃和分屑槽把切屑的分段變窄,充分改善切屑的卷曲、折斷、排出的效果,使切削液能順利的進入切削區(qū)。4)磨損減緩,鉆削時輕快省力,生產效率高,可獲得較好的加工精度和表面粗糙度。二、硬質合金鉆頭

在機械加工中,鉆削約占25%。目前,鉆孔的刀具仍以高速鋼麻花鉆為主,但是,隨著高速度、高剛性、大功率的數(shù)控機床、加工中心的應用日益增多,高速鋼麻花鉆已滿足不了先進機床的使用要求。于是在20世紀70年代出現(xiàn)了無橫刃硬質合金鉆頭和硬質合金可轉位淺孔鉆頭等,其結構和參數(shù)與高速鋼麻花鉆相比發(fā)生了根本的變革,適用于高速度、大功率的切削,因此,硬質合金鉆頭日益受到人們的重視。第二節(jié)孔加工刀具1.無橫刃硬質合金鉆頭(1)無橫刃硬質合金鉆頭的結構(見圖3-33)無橫刃硬質合金鉆頭的外形與標準高速鋼麻花鉆相似,在合金鋼鉆體上開出螺旋槽,其螺旋角比標準麻花鉆略小(β=20°),鉆心直徑略粗,在鉆體頂部焊有兩塊韌性好、抗粘結性強的硬質合金刀片,兩塊刀片在鉆頭軸心處留有b=0.8~1.5mm的間隙。為了保證鉆尖的強度,在靠近鉆頭軸心處的兩塊刀片切削刃被磨成圓弧形或折線形,而不靠近鉆頭軸心處的兩塊刀片切削刃被磨成直線形;圓弧刃或折線刃B處前角γoB=18°~20°,直線刃A處前角為γoA=25°~28°,在切削刃上磨出一定寬度的倒棱bγ1,以改善刃口的強度和散熱條件;在前面處開出斷屑臺,以利于斷屑排屑;兩條切削刃所形成的頂角為2?=125°~145°,硬質合金刀片外緣處留有刃帶,而合金鋼鉆體直徑比硬質合金刀片外緣直徑小,從而減少了鉆削時無橫刃硬質合金鉆頭與孔壁的摩擦。圖3-33無橫刃硬質合金鉆頭第二節(jié)孔加工刀具(2)無橫刃硬質合金鉆頭的特點1)軸向力降低。由于無橫刃且各段切削刃處前角均為正值,大大改善了鉆削條件,使軸向力明顯減小,如鉆削45鋼時,其軸向力比標準麻花鉆降低了34%~45%。2)切削速度提高。其切削速度達到1~1.5m/s,是高速鋼麻花鉆的2~5倍,使生產率提高。3)刀具磨損小。由于刀具采用了硬質合金材料,且有較合理的幾何參數(shù),所以,刀具磨損顯著減緩。如鉆100件45鋼工件,如用高速鋼麻花鉆加工,后面磨損量VB=0.9~1.2mm,而用無橫刃硬質合金鉆頭鉆削,后面磨損量VB=0.1~0.2mm。4)加工質量提高。由于刀具無橫刃,切削刃上前角分布趨向合理,刃帶與孔壁接觸面積減小,所以能使工件加工質量提高。5)刀具制造復雜。對硬質合金刀片的焊接要求高。另外,刀具僅適于在工藝系統(tǒng)剛性好的條件下進行鉆削。第二節(jié)孔加工刀具2.硬質合金可轉位淺孔鉆(1)硬質合金可轉位淺孔鉆的結構如圖3-34所示,硬質合金可轉位淺孔鉆的鉆體為合金鋼,在鉆體上開有兩條螺旋槽或直槽。在槽的前端開有凹坑,通過沉頭螺釘裝夾兩塊硬質合金可轉位刀片,也可裝夾切削性能更好的涂層刀片。刀片的形狀常采用凸三邊形(等邊不等角六邊形),三邊形、四邊形等。兩塊刀片徑向位置相互錯開,以便切除孔底全部金屬,如圖3-35所示?？拷@體軸心的刀片稱為內刀片,遠離鉆體軸心的刀片稱為外刀片。內、外刀片不是按180°對稱配置的,而是如圖3-35中的A向視圖所示,采取偏置θ角的方法來配置的。內、外刀片應有搭接量Δr(徑向交錯量),如圖3-36所示。一般Δr=2~5mm,預設搭接量的目的是切除孔底的全部金屬，為了能保護外刀片的后備刀尖不發(fā)生磨損(即后備刀尖不參加切削工作。因為刀片轉位以后,后備刀尖將成為鉆頭的刀尖,保護它,對于刀片轉位后的加工質量、鉆頭的壽命至關重要),內刀片的后備刀尖不通過鉆頭軸心,而與鉆頭軸心保持Δh的距離,一般Δh=0.01~0.02d0(d0為鉆頭直徑)。Δh的作用也是保護內刀片的后備刀尖不發(fā)生磨損。第二節(jié)孔加工刀具圖3-34硬質合金可轉位淺孔鉆圖3-35兩塊刀塊的位置圖3-36兩塊刀片切削時的圖形第二節(jié)孔加工刀具(2)硬質合金可轉位淺孔鉆的特點切削速度高,vc=(150~300)m/min,是高速鋼鉆頭的3~10倍;切削性能好,主要原因是采用了先進的刀具材料,如硬質合金刀片、涂層刀片和陶瓷刀片等;更換調整刀片方便,大大節(jié)約了輔助時間;目前硬質合金可轉位淺孔鉆的加工孔徑范圍是?16~?60mm,孔深最高不超過3.5~4d0。該鉆頭不僅可用于實心材料上的鉆孔,也可用于擴孔;它特別適用于數(shù)控機床和加工中心上使用。三、鉸刀

鉸刀是對已有孔進行精加工的一種刀具。鉸削切除余量很小,一般只有0.1~0.5mm。鉸削后的孔精度可達IT6~IT9,表面粗糙度可達Ra0.4~1.6μm。鉸刀加工孔直徑的范圍從?1~?100mm,它可以加工圓柱孔、圓錐孔、通孔和盲孔。它可以在鉆床、車床、數(shù)控機床等多種機床上進行鉸削,也可以用手工進行鉸削。鉸刀是一種應用十分普遍的孔加工刀具。1.鉸刀的種類

鉸刀的種類很多,通常是按使用方式把鉸刀分為手用鉸刀和機用鉸刀,如圖3-37、圖3-38所示。手用鉸刀的刀齒部分較長,用專用扳手套在鉸刀尾部的方榫上,通過手動旋轉和進給,使鉸刀進行切削,由于手用鉸刀切削速度低,所以加工孔的精度和表面粗糙度質量較好;機用鉸刀的刀齒部分較短,由機床夾住鉸刀的柄部,并帶動旋轉和進給(或工件旋轉,鉸刀進給),使鉸刀進行切削。由于機用鉸刀的切削速度相對較高,所以生產效率高。第二節(jié)孔加工刀具

此外,鉸刀還可按刀具材料分為高速鋼鉸刀和硬質合金鉸刀;按加工孔的形狀分為圓柱鉸刀(圖3-37)和圓錐鉸刀(圖3-39);按鉸刀直徑調整方式分為整體式鉸刀和可調式鉸刀,如圖3-39、圖3-40所示。圖3-37手用鉸刀圖3-38機用鉸刀圖3-39圓錐鉸刀圖3-40可調節(jié)式鉸刀第二節(jié)孔加工刀具2.鉸刀的組成

鉸刀是由工作部分、柄部和頸部三部分組成,如圖3-41所示。工作部分分為切削部分和校準部分。切削部分又分為引導錐和切削錐。引導錐使鉸刀能方便地進入預制孔。切削錐起主要的切削作用。校準部分又分為圓柱部分和倒錐部分,圓柱部分起修光孔壁、校準孔徑、測量鉸刀直徑以及切削部分的后備作用。倒錐部分起減少孔壁摩擦、防止鉸刀退刀時孔徑擴大的作用。柄部是夾固鉸刀的部位,起傳遞動力的作用。手用鉸刀的柄部均為直柄(圓柱形),機用鉸刀的柄部有直柄和莫氏錐柄(圓錐形)之分。頸部是工作部分與柄部的連接部位,用于標注打印刀具尺寸。圖3-41鉸刀的組成第二節(jié)孔加工刀具3.鉸刀的結構要素以圖3-42所示的整體圓柱機用鉸刀為例:(1)直徑與公差鉸刀的直徑和公差是指校準部分中圓柱部分的直徑和公差。由于被鉸孔的尺寸和形狀的精度最終是由鉸刀的直徑和公差決定的,因此,鉸刀直徑的基本尺寸d0應等于被鉸孔直徑的基本尺寸dw,而鉸刀直徑的公差與被鉸孔直徑的公差IT、鉸刀本身的制造公差G、鉸刀使用時所需的磨損儲備量N、鉸削后被鉸孔直徑擴張量P或收縮量Pa有關。

被鉸孔直徑的公差IT,可通過查閱公差表獲得:鉸刀的制造公差G,一般取被鉸孔直徑公差的1/3~1/4;鉸刀的磨損儲備量N,是通過與鉸刀的制造公差合理調節(jié)而確定,因為鉸刀的制造公差大了,就會減少鉸刀的磨損儲備量,使鉸刀壽命縮短,反之就會增大鉸刀的磨損儲備量,使鉸刀的制造難度增加;被鉸孔直徑的擴張量P或收縮量Pa,可通過實驗得到。(如鉸刀安裝偏離機床旋轉中心,刀齒徑向跳動較大,切削余量不均勻,機床主軸間隙過大等,都會使被鉸孔直徑擴張;而當鉸削薄壁工件,硬質合金鉸刀高速鉸削時,由于彈性變形和熱變形,被鉸孔直徑會收縮。)圖3-42鉸刀結構第二節(jié)孔加工刀具

當鉸削后被鉸孔直徑產生擴張量時,根據(jù)圖3-43a所示,鉸刀在制造時的極限尺寸應為:d0max=dwmax-Pmaxd0min=dwmax-Pmax-G=dmax-G

當鉸削后被鉸孔直徑產生收縮量時,根據(jù)圖3-43b所示,鉸刀在制造時的極限尺寸應為:d0max=dwmax+Pamind0min=dwmax+Pamin-G=d0max-G

鉸削后,被鉸孔直徑不管是擴張還是收縮,隨著鉸刀的使用,鉸刀的外徑磨損至d0min-N時,即為鉸刀使用的最小極限尺寸。此時,被鉸出的孔直徑為最小極限尺寸dwmin,若鉸刀再繼續(xù)使用,被鉸孔直徑小于dwmin,屬于不合格孔徑,此時的鉸刀外徑已屬于報廢的尺寸。圖3-43鉸刀直徑公差的分布dwmax—孔的最大極限尺寸dwmin—孔的最小極限尺寸d0max—鉸刀最大極限尺寸d0min—鉸刀最小極限尺寸Pmax—孔的最大擴張量Pmin—孔的最小擴張量Pamax—孔的最大收縮量Pamin—孔的最小收縮量IT—孔的公差G—鉸刀制造公差N—鉸刀磨合儲備量第二節(jié)孔加工刀具(2)齒數(shù)齒數(shù)是指鉸刀工作部分的刀齒數(shù)量。一般而言,齒數(shù)多,則每齒切削載荷小,工作平穩(wěn),導向性好,鉸孔精度提高,表面粗糙度降低;但齒數(shù)太多,反而使刀齒強度下降,容屑空間減小,排屑不暢。

齒數(shù)是根據(jù)鉸刀直徑和工件材料確定的,鉸刀直徑大,齒數(shù)取多些;反之,齒數(shù)取少些。鉸削脆性材料,齒數(shù)取多些,鉸削塑性材料,齒數(shù)取少些。在常用鉸刀直徑do=6~40mm范圍內,齒數(shù)一般取(4~8)個。

齒數(shù)有偶數(shù)和奇數(shù)之分,一般齒數(shù)取偶數(shù),是為了測量鉸刀的直徑方便。有時齒數(shù)也取奇數(shù),這是為了增大小直徑鉸刀的刀齒強度,擴大容屑空間。(3)刀齒的分布刀齒在圓周上的分布有等齒距和不等齒距兩種形式,如圖3-44所示。圖3-44刀齒的分布a)等齒距齒刀b)不等齒距鉸刀第二節(jié)孔加工刀具

等齒距鉸刀,如圖3-44a所示。齒間角W均相等,制造容易,測量方便,應用廣泛。但是在鉸削過程中,當鉸刀的刀齒遇到粘滯在孔壁上的切屑或工件材料中夾雜著硬點或軟點時,刀齒所受的載荷將發(fā)生周期性的變化,即每一刀齒會周期性地進入前一刀齒所形成的刀痕中去,使加工表面留下縱向刻痕,降低了孔壁質量。

不等齒距鉸刀,如圖3-44b所示。相鄰的齒間角W不相等,但對頂角相等,在鉸削過程中,由于每瞬時各刀齒都處在新的位置,避免了每一刀齒周期性地進入前一刀齒所形成的刀痕中去,從而提高了鉸削孔的質量,在鉸削大直徑的孔時,質量的提高更會明顯。(4)齒槽方向鉸刀的齒槽方向有直槽(直齒)和螺旋槽(螺旋齒)兩種形式,如圖3-45所示。圖3-45鉸刀齒槽的方向第二節(jié)孔加工刀具

直槽鉸刀:制造方便,刃磨容易,檢測簡單,應用廣泛。

螺旋槽鉸刀:切削平穩(wěn),排屑性能提高,鉸削孔質量好,特別是鉸削孔壁上有鍵槽或不連續(xù)內表面時,可避免發(fā)生鉸刀被卡住或刀齒崩裂的現(xiàn)象。

螺旋槽鉸刀有右旋和左旋之分,如圖3-46所示。左螺旋槽鉸刀因其向已加工表面排屑,故適用于鉸削不通孔;左螺旋槽鉸刀因其向待加工表面排屑,故適用于鉸削通孔。圖3-46螺旋槽鉸刀a)右螺旋槽b)左螺旋槽第二節(jié)孔加工刀具(5)幾何角度1)主偏角κγ如圖3-42所示,主偏角的大小對鉸削時的導向性、軸向力、鉸刀切入切出孔的時間等有影響。主偏角較小時,鉸刀的導向性好,軸向力小,鉸削平穩(wěn),有利于被鉸孔的精度和表面粗糙度的質量提高。但鉸刀切入切出孔的時間增加,不利于生產率的提高,難以鉸出孔的全長。

主偏角大小的確定,主要取決于鉸刀的種類、孔的結構、工件的材料等。手用鉸刀κγ=1°左右;機用鉸刀加工鋼件時κγ=12°~15°,加工鑄鐵時κγ=3°~5°,加工盲孔時κγ=45°左右。2)前角γp鉸刀前角規(guī)定在背平面內度量,如圖3-42所示。由于鉸削余量很小,切屑也就很小很薄,鉸削時,切屑與鉸刀前面接觸很少。因此前角大小對切削變形影響不明顯,為增強刀齒強度和制造方便,前角一般取γp=0°。3)后角αp(αo)鉸刀校準部分的后角規(guī)定在背平面內度量,切削部分的后角規(guī)定在正交平面內度量,如圖3-42所示。鉸削時,由于切削厚度很小,鉸刀磨損主要發(fā)生在后面上,為減輕磨損,按理應取較大后角。但是,鉸刀是定尺寸刀具(即刀具尺寸直接決定工件尺寸),過大的后角在鉸刀重磨后其直徑很快減小,從而降低鉸刀的使用壽命。為此,鉸刀的后角在切削部分一般取6°~10°,校正部分略大些,取10°~15°。第三節(jié)銑刀第三節(jié)銑刀

銑刀是一種在回轉體表面上或端面上分布有多個刀齒的多刃刀具。

銑刀是金屬切削加工中應用非常廣泛的一種刀具。銑刀的種類多,主要用于臥式銑床、立式銑床、數(shù)控銑床、加工中心機床上加工平面、臺階面、溝槽、切斷、齒輪和成形表面等,如圖3-47所示。

銑刀是多齒刀具,每一個刀齒相當于一把車刀,因此采用銑刀加工工件,生產效率高。目前銑刀是屬于粗加工和半精加工刀具,其加工精度為IT8~IT9,表面粗糙度值為Ra1.6~6.3μm。一、銑刀的幾何參數(shù)

銑刀的種類很多,結構也各有千秋,但是,圓柱銑刀和面銑刀是較具代表性的銑刀。能夠了解掌握它們的一些幾何參數(shù),其他種類銑刀的幾何參數(shù)也就比較容易了解掌握了。圖3-47銑刀加工的部分內容a)圓柱銑刀銑平面b)面銑刀銑平面c)立銑刀銑側平面d)立銑刀銑槽e)三面刃銑刀f)三面刃銑刀銑臺階面g)T形銑刀銑T形槽h)鋸片銑刀切斷工件i)角度銑刀銑角度j)角度銑刀銑燕尾槽k)鍵槽銑刀銑鍵槽l)模具銑刀銑型腔m)成形銑刀銑圓弧面第三節(jié)銑刀1.銑刀的參考面

銑刀相當于多把車刀的組合,為分析方便,選取一個刀齒(相當于一把車刀)進行分析討論。

銑刀幾何角度的確定與車刀一樣,必須要規(guī)定一些參考面。常用的參考面有以下幾個,如圖3-48所示。(1)基面pr

是通過切削刃上某選定點,并垂直于該點的切削速度vc方向的平面,也是過該點并包含銑刀軸線的平面。(2)切削平面ps是通過切削刃上某選定點,與切削刃相切且垂直于基面的平面。(3)正交平面po

是通過切削刃上某選定點,并同時垂直于該點基面和切削平面的平面。(4)法平面pn是通過切削刃上某選定點,并垂直于切削刃的平面。圖3-48銑刀常用的參考面a)圓柱銑刀參考面b)面銑刀參考面視頻第三節(jié)銑刀2.銑刀的幾何角度(1)圓柱銑刀的幾何角度如圖3-49所示。

法前角γn和前角γo:為了便于設計和制造,規(guī)定在刀具設計圖上均標注法平面內前角γn,但是測量前角時,一般常用正交平面內前角γo,兩者的關系式為tanγo=tanγn/cosβ式中β——圓柱銑刀的外圓螺旋角。

后角αo:為了便于測量,規(guī)定在刀具設計圖上均標注正交平面內后角αo。

螺旋角β:是螺旋切削刃展開成直線后,與銑刀軸線間的夾角。螺旋角也是圓柱銑刀的刃傾角λs。β能使刀齒逐漸切入和切離工件,使沖擊減少,切削平穩(wěn);β能增大實際工作前角,使刃口鋒利,切削輕快;β能形成長螺旋形切削,排屑容易。圖3-49圓柱銑刀的幾何角度第三節(jié)銑刀

圖3-50面銑刀的幾何角度第三節(jié)銑刀3.銑刀幾何角度的選擇(1)前角的選擇

銑刀前角的選擇原則與車刀基本相同。工件材料軟,塑性高,前角取大些;工件材料強度大硬度高,前角取小些;刀具材料是硬質合金,前角取小些;刀具材料是高速鋼,前角取大些。由于銑削是斷續(xù)切削,銑刀切入和切離工件都有沖擊,所以,前角數(shù)值一般比車刀前角略小,其具體數(shù)值可參考表3-5。第三節(jié)銑刀

第三節(jié)銑刀二、銑刀的種類及結構

銑刀種類繁多,按用途分類,銑刀大致可分為以下幾種:1.圓柱銑刀

圓柱銑刀主要用于臥式銑床上加工平面。圓柱銑刀一般為整體式,如圖3-48a、3-49所示,該銑刀材料為高速鋼,主切削刃分布在圓柱上,無副切削刃。該銑刀有粗齒和細齒之分。粗齒銑刀,齒數(shù)少,刀齒強度大,容屑空間大,重磨次數(shù)多,適用于粗加工;細齒銑刀,齒數(shù)多,工作較平穩(wěn),適用于精加工。

圓柱銑刀的直徑范圍d=50~100mm,齒數(shù)Z=6~14個,螺旋角β=30°~45°。當螺旋角β=0°時,螺旋刀齒變?yōu)橹钡洱X,目前生產上應用少。2.面銑刀

面銑刀主要用于立式銑床上加工平面、臺階面等。面銑刀的主切削刃分布在銑刀的圓柱面上或圓錐面上,副切削刃分布在銑刀的端面上。面銑刀按結構可以分為整體式面銑刀、硬質合金整體焊接式面銑刀、硬質合金機夾焊接式面銑刀、硬質合金可轉位式面銑刀等形式。第三節(jié)銑刀(1)整體式面銑刀(見圖3-51)由于該銑刀往往是采用高速鋼材料,使其切削速度、進給量等都受到限制,阻礙了生產效率的提高。又由于該銑刀的刀齒損壞后,很難修復,所以,整體式面銑刀應用少。(2)硬質合金整體焊接式面銑刀(見圖3-52)該銑刀是由硬質合金刀片與合金鋼刀體經焊接而成,其結構緊湊,切削效率高,制造較方便。但是,刀齒損壞后,很難修復,所以該銑刀應用不多。圖3-51整體式面銑刀圖3-52整體焊接式面銑刀第三節(jié)銑刀(3)硬質合金機夾焊接式面銑刀如圖3-53所示。該銑刀是將硬質合金刀片焊接在小刀頭上,再采用機械夾固的方法將小刀頭裝夾在刀體槽中,其切削效率高。刀頭損壞后,只要更換新刀頭即可,延長了刀體的使用壽命。所以,該銑刀應用較多。(4)硬質合金可轉位式面銑刀該銑刀是將硬質合金可轉位刀片直接裝夾在刀體槽中,切削刃用鈍后,將刀片轉位或更換新刀片即可繼續(xù)使用。

裝夾轉位刀片的機構形式有多種,圖3-54所示的是上壓式中的壓板螺釘裝夾機構。該機構刀片采用六點定位方法,即除了刀片底面由刀墊(圖3-54中未示出)支承而限制三個自由度外,其徑向和軸向的三個自由度則分別由刀墊1上的兩個支承點和軸向支承塊2上的一個支承點限制,從而控制了切削刃的徑向和端面跳動量,使該刀片的重復定位精度達0.02~0.04mm。該機構采用螺釘壓板夾固刀片,螺釘?shù)膴A緊力大,且夾緊可靠。圖3-53硬質合金機夾焊接式面銑刀圖3-54硬質合金可轉位式面銑刀1—刀墊2—軸向支承塊3—可轉位刀片第三節(jié)銑刀

硬質合金可轉位式銑刀與可轉位式車刀一樣,具有加工質量穩(wěn)定,切削效率高,刀具壽命長,刀片調整、更換方便,刀片重復定位精度高等特點。適合于數(shù)控銑床或加工中心上使用。該銑刀是目前生產上應用最廣泛的刀具之一。3.立銑刀

立銑刀主要用于立式銑床上加工凹槽、臺階面、成形面(利用靠模)等。圖3-55所示為高速鋼立銑刀。該立銑刀的主切削刃分布在銑刀的圓柱面上,副切削刃分布在銑刀的端面上,且端面中心有頂尖孔,因此,銑削時一般不能沿銑刀軸向作進給運動,只能沿銑刀徑向作進給運動。該立銑刀有粗齒和細齒之分,粗齒齒數(shù)3~6個,適用于粗加工;細齒齒數(shù)5~10個,適用于半精加工。該立銑刀的直徑范圍是?2~?80mm。柄部有直柄、莫氏錐柄、7∶24錐柄等多種形式。該立銑刀應用較廣,但切削效率較低。圖3-55高速鋼立銑刀第三節(jié)銑刀

圖3-56所示為硬質合金可轉位式立銑刀,其基本結構與高速鋼立銑刀相差不多,但切削效率大大提高,是高速鋼立銑刀的2~4倍,且適合于數(shù)控銑床、加工中心上的切削加工。圖3-56可轉位立銑刀第三節(jié)銑刀4.鍵槽銑刀

鍵槽銑刀主要用于立式銑床上加工圓頭封閉鍵槽等,如圖3-57所示。該銑刀外形似立銑刀,端面無頂尖孔,端面刀齒從外圓開至軸心,且螺旋角較小,增強了端面刀齒強度。端面刀齒上的切削刃為主切削刃,圓柱面上的切削刃為副切削刃。加工鍵槽時,每次先沿銑刀軸向進給較小的量,然后再沿徑向進給,這樣反復多次,就可完成鍵槽的加工。由于該銑刀的磨損是在端面和靠近端面的外圓部分,所以修磨時只要修磨端面切削刃,這樣,銑刀直徑可保持不變,使加工鍵槽精度較高,銑刀壽命較長。

鍵槽銑刀的直徑范圍?2~?63mm,柄部有直柄和莫氏錐柄。圖3-57鍵槽銑刀第三節(jié)銑刀5.三面刃銑刀

三面刃銑刀主要用于臥式銑床上加工槽、臺階面等。三面刃銑刀的主切削刃分布在銑刀的圓柱面上,副切削刃分布在兩端面上。該銑刀按刀齒結構可分為直齒、錯齒和鑲齒三種形式。(1)直齒三面刃銑刀

如圖3-58所示。該銑刀結構簡單,制造方便,但副切削刃前角為零度,切削條件較差。該銑刀直徑范圍do=50~200mm;寬度B=4~40mm。圖3-58直齒三面刃銑刀第三節(jié)銑刀(2)錯齒三面刃銑刀如圖3-59所示,該銑刀每齒有螺旋角并左右相互交錯,每齒只在一端面上有副切削刃,副切削刃前角由螺旋角β形成。與直齒三面刃銑刀相比,該銑刀切削平穩(wěn)、輕快、排屑容易,生產上應用廣泛。(3)鑲齒三面刃銑刀如圖3-60所示,該銑刀的刀齒分布、作用和效果與錯齒三面刃銑刀相同,不同的是刀齒用高速鋼材料做成背面帶有齒紋的楔形刀片,并把刀片鑲入用優(yōu)質結構鋼材做成刀體的帶有齒紋的刀槽內,這樣,一方面節(jié)約了大量高速鋼等優(yōu)良材料;另一方面當銑刀經多次重磨后寬度變小時,只要將同向刀片取出,錯動一個齒紋,再依次裝入同向齒槽內,銑刀寬度就增大了,從而提高了刀具壽命。鑲齒三面刃銑刀的直徑范圍do=80~315mm;寬度B=12~40mm。

除了高速鋼三面刃銑刀外,還有硬質合金焊接三面刃銑刀、硬質合金機夾三面刃銑刀等。圖3-59錯齒三面刃銑刀圖3-60鑲齒三面刃銑刀第三節(jié)銑刀6.角度銑刀

角度銑刀主要用于臥式銑床上加工各種角度槽、斜面等。角度銑刀的材料一般是高速鋼。角度銑刀根據(jù)本身外形不同,可分為單刃銑刀、不對稱雙角銑刀和對稱雙角銑刀三種。(1)單角銑刀如圖3-61所示,圓錐面上切削刃是主切削刃,端面上的切削刃是副切削刃。該銑刀直徑范圍d=40~100mm;角度范圍θ=18°~90°。(2)不對稱雙角銑刀如圖3-62所示。兩圓錐面上切削刃是主切削刃,無副切削刃。該銑刀直徑范圍d=40~100mm;角度范圍θ=50°~100°,δ=15°~25°。(3)對稱雙角銑刀如圖3-63所示,兩圓錐面上的切削刃是主切削刃,無副切削刃。該銑刀直徑范圍d=50~100mm;角度范圍θ=15°~90°。

角度銑刀的刀齒強度較小,銑削時,應選擇恰當?shù)那邢饔昧?防止振動,防止崩刃。圖3-61單角銑刀圖3-62不對稱雙角銑刀圖3-63對稱雙角銑刀第三節(jié)銑刀7.模具銑刀

模具銑刀主要用于立式銑床上加工模具型腔、三維成形表面等。模具銑刀按工作部分形狀不同,可分為圓柱形球頭銑刀、圓錐形球頭銑刀和圓錐形立銑刀三種形式。

圓柱形球頭銑刀如圖3-64所示。圓錐形球頭銑刀如圖3-65所示。在該兩種銑刀的圓柱面、圓錐面和球面上的切削刃均為主切削刃,銑削時不僅能沿銑刀軸向作進給運動,也能沿銑刀徑向作進給運動,而且球頭與工件接觸往往為一點,這樣,該銑刀在數(shù)控銑床的控制下,就能加工出各種復雜的成形表面,所以該銑刀用途獨特,很有發(fā)展前途。

圓錐形立銑刀如圖3-66所示。圓錐形立銑刀的作用與立銑刀基本相同,只是該銑刀可以利用本身的圓錐體,方便地加工出模具型腔的出模角。圖3-64圓柱形球頭銑刀圖3-65圓錐形球頭銑刀圖3-66圓錐形立銑刀第三節(jié)銑刀三、銑刀的改進與先進銑刀1.銑刀的改進

為了提高工件加工質量,提高切削效率,延長刀具壽命,對銑刀改進是一項非常重要的內容。銑刀的改進可從以下幾個方面進行。(1)減少刀齒數(shù)立銑刀、鋸片銑刀等,在粗加工或銑削塑性鋼材時,切屑很容易在容屑槽中堵塞,從而影響生產效率提高,甚至會產生崩刃的現(xiàn)象。而減少刀齒數(shù),可以增大容屑空間,使排屑通暢,而且還可以提高刀齒的強度和剛性。(2)增大刀齒螺旋角

銑削是斷續(xù)切削,銑刀是多齒刀具,增大刀齒螺旋角使刀齒能逐漸切入和切離工件,且同時工作的刀齒數(shù)增多,使切削力波動小,切削平穩(wěn)。增大刀齒螺旋角,使實際工作前角增大,實際刃口鈍圓半徑減小,使銑刀變得鋒利,切削變形減小,從而可提高加工表面質量,減小刀齒的磨損;增大刀齒螺旋角,容易形成長螺旋形切屑,使排屑方便。但是,螺旋角不能過分大,否則制造和刃磨都很困難。目前,螺旋角最大一般不超過75°。(3)改善切削刃形

圓柱銑刀、立銑刀等銑刀的切削刃較長,切下的切屑往往很寬,使切屑卷曲,排出困難。為此,在切削刃上開出若干分屑槽,如圖3-67所示,使原來切下寬而薄的切屑變成若干條窄而厚的切屑,改善了切屑的卷曲和排出;另外,窄而厚的切屑,使切削變形減小,切削力和切削熱降低,從而,可以采用較大的切削用量,有利于生產率的提高。圖3-67分屑銑刀第三節(jié)銑刀(4)采用硬質合金材料

采用硬質合金材料是提高銑刀切削性能的重要途徑之一。用硬質合金材料做成的銑刀,其切削速度是高速鋼銑刀的5倍以上,其磨損比高速鋼銑刀慢得多;另外,有些工件的加工,高速鋼已難于或無法勝任,而硬質合金銑刀能進行切削。因此,在大批量生產或要求高效率的加工場合,應盡可能采用硬質合金銑刀。2.先進刀具

隨著刀具領域里的科技不斷發(fā)展,研究不斷深入,目前已經出現(xiàn)了許多各具特點、能夠滿足不同加工要求的先進刀具。下面介紹幾把較先進的銑刀:(1)波形刃立銑刀如圖3-68所示,將普通立銑刀的螺旋前面或后面加工成波浪形的螺旋面,從而使切削刃成為一條波浪形的曲線,并使立銑刀相鄰切削刃上的波峰與波谷沿軸向錯開。銑削時,波形刃立銑刀把原來由一條切削刃切除的寬切屑,分割成很多小塊,大大減小了切削寬度,增加了切削厚度,使切屑變形減小,銑削力和銑削功率下降。因此,波形刃立銑刀適用于大的切削用量下工作,生產效率高。但該銑刀加工出的表面粗糙度較大,故只宜用于粗加工。圖3-68波形刃立銑刀第三節(jié)銑刀(2)硬質合金可轉位式螺旋立銑刀如圖3-69所示,該銑刀的刀片沿刀體螺旋槽間隔排列,并且相鄰螺旋槽上的刀片沿刀體軸向相互錯開,使分屑性能提高,排屑順利。刀片為有沉孔的可轉位刀片,用沉頭螺釘偏心壓緊,聯(lián)接可靠,調整、更換刀片方便。刀片為硬質合金材料,使切削性能大大提高。該銑刀螺旋角β=25°~30°,減小