可轉(zhuǎn)位刀具的選用

發(fā)布日期：2012-08-29    蘭生客服中心    瀏覽：3710

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷地推進(jìn)，現(xiàn)代企業(yè)在高目標(biāo)和低成本的追求過(guò)程中，已逐漸改變了傳統(tǒng)的“大而全”、“小而全”的模式，取而代之的是以投入最小的人力、物力獲得最大效益的“主題”生產(chǎn)。體現(xiàn)在金屬切削刀具領(lǐng)域，成本已不再是簡(jiǎn)單的購(gòu)買(mǎi)刀具的費(fèi)用，一方面，采用什么樣的刀具會(huì)影響到產(chǎn)品工藝、機(jī)床的選型和配置、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等，因而受到越來(lái)越多的重視；另一方面，自制刀具是否劃算？人力物力的投入也成為企業(yè)考慮的問(wèn)題。企業(yè)內(nèi)部的成本核算推進(jìn)了生產(chǎn)過(guò)程的專(zhuān)業(yè)化服務(wù)。因此，對(duì)一般機(jī)械加工企業(yè)來(lái)說(shuō)，刀具的配置，更多的是如何選、如何用，而不是在如何設(shè)計(jì)與制造上。

1．可轉(zhuǎn)位刀具選用的一般原則



可轉(zhuǎn)位刀具按工藝類(lèi)別已有相應(yīng)ISO標(biāo)準(zhǔn)和GB國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)以若干位特定的英文字母代碼和阿拉伯?dāng)?shù)字組合，表示該刀具的各項(xiàng)特征及尺寸，在選擇之前需確定加工工藝類(lèi)別，即外圓車(chē)削、內(nèi)孔車(chē)削、切槽、銑削、還是其他。以外圓車(chē)削為例：





圖1刀片夾緊的方式



  1. 刀片夾緊方式的選擇 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，一般夾緊方式有上壓式(代碼為C)、上壓與銷(xiāo)孔夾緊(代碼M)、銷(xiāo)孔夾緊(代碼P)和螺釘夾緊(代碼S)四種，有的公司還有牢固夾緊(代碼為D)圖1。但這仍不可能包括可轉(zhuǎn)位車(chē)刀所有的夾緊方式。例如代號(hào)P是用刀片的中心圓柱形銷(xiāo)夾緊，而夾緊方式有杠桿式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的產(chǎn)品并不一定包括了所有的夾緊方式，因此選用時(shí)要查閱產(chǎn)品樣本。各夾緊方式適用不同形式的刀片，如無(wú)孔刀片常用上壓式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夾緊方式。D和M型夾緊可靠，適用于切削力較大的場(chǎng)合，如加工條件惡劣、鋼的粗加工、鑄鐵等短屑的加工等。P型前刀面開(kāi)放，有利于排屑，一般中、輕切削可選用。S型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，無(wú)阻排屑，是沉孔刀片的夾緊方式，可用正前面刀片，適合于輕切削和小孔加工等。

  2. 刀片外形的選擇 刀片外形與加工的對(duì)象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃數(shù)等等有關(guān)。一般外圓車(chē)削常用80°凸三邊形(W型)，四方形(S型)和 80°棱形( C型)刀片。仿形加工常用55°(D型)、35°(V型)棱形和圓形(R型)刀片。90°主偏角常用三角形(T型)刀片。不同的刀片形狀有不同的刀尖強(qiáng)度，一般刀尖角越大，刀尖強(qiáng)度越大，反之亦然。圓刀片(R型)刀尖角最大，35°菱形刀片(V型)刀尖角最小(圖2)。在選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工條件惡劣與否，按重、中、輕切削針對(duì)性地選擇。在機(jī)床剛性、功率允許的條件下，大余量、粗加工應(yīng)選用刀尖角較大的刀片，反之，機(jī)床剛性和功率小、小余量、精加工時(shí)宜選用較小刀尖角的刀片。



    圖2刀片形狀與刀尖強(qiáng)度、切削振動(dòng)示意圖


    從切削力考慮，刀尖角越大，在車(chē)削中對(duì)工件的徑向分力越大，越易引起切削振動(dòng)。





    圖3Q型刀片

    從有效刃數(shù)來(lái)看，同等條件下，圓形刀片最多，棱形刀片最少，最近又現(xiàn)出了一種80°的四邊形刀片(Q型)(圖3)，這種刀片比80°棱形刀片的有效刃數(shù)增加了一倍。

  3. 刀桿頭部形式的選擇刀桿頭部形式按主
    偏角和直頭、偏頭分有15～18種，各形式規(guī)定了相應(yīng)的代碼，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和刀具樣本中都—一列出，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。有直角臺(tái)階的工件，可選大于或等于叨往偏角的刀桿。一般粗車(chē)，可選主偏角45°～90°的；精車(chē)，可選45°～75°的；中間切入、仿形，可選45°～107.5°的；工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)可選較小值，工藝系統(tǒng)剛性差時(shí)，可選較大值。

  4. 刀片后角的選擇常用的刀片后角有N(0°)、C(7°)、P(11°)、E(20°)等，一般粗加工，半精加工可用N型。半精加工、精加工可用C型、P型、也可用帶斷屑槽形的N型刀片。加工鑄鐵、硬鋼可用N型。加工不銹鋼可用C型、P型。加工鋁合金可用P型、E型等。加工彈性恢復(fù)性好的材料可選用較大一些的后角。

    一般鏜孔刀片，選用C型、P型，大尺寸孔可選用N型。

  5. 左右手刀柄的選擇有三種選擇：R(右手)、L(左手)和N(左右手)。要注意區(qū)分左右刀的方向(圖4)。選擇時(shí)要考慮機(jī)床刀架是前置式還是后置式、前刀面是向上還是向下、主軸的旋轉(zhuǎn)方向以及需要的進(jìn)給方向等，圖5表示了左右手螺紋刀在不同的情況下所得到的不同結(jié)果。





    圖4左右手刀柄


    圖5左右手螺紋刀的應(yīng)用


  6. 刀桿尺寸的選擇 刀桿基本尺寸有刀尖高度，刀桿的寬度和長(zhǎng)度，在標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列中，這些都是相對(duì)應(yīng)的，選擇時(shí)應(yīng)與所使用的機(jī)床相匹配，使車(chē)刀裝在臥式車(chē)床刀架上的刀尖位置處于車(chē)床主軸中心線(xiàn)等高位置，若略低一點(diǎn)可以加墊片解決，但對(duì)于數(shù)控機(jī)床，原則上不得加墊片。刀桿的長(zhǎng)度應(yīng)考慮到刀桿需要的懸伸量，這懸伸量應(yīng)盡可能小。內(nèi)孔刀桿還要考慮加工的最小孔徑等等。

  7. 切削刃長(zhǎng)度的選擇 切削刃的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)加工余量來(lái)定，最多是刃長(zhǎng)的2/3參加切削。要考慮到主偏角對(duì)有效切削刃長(zhǎng)度的影響。

  8. 刀片精度等級(jí)的選擇 刀片精度等級(jí)根據(jù)加工作業(yè)，例如精加工、半精加工、粗加工等選擇，以便在保證作業(yè)任務(wù)完成的前提下，降低加工成本。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有A～U共12個(gè)精度等級(jí)，車(chē)削常用等級(jí)為G、M、U。一般，精密加工選用高精度的G級(jí)刀片；非鐵金屬材料的精加工，半精加工宜選用G級(jí)刀片。淬硬(45HRC以上)鋼的精加工也可選用G級(jí)刀片。精加工至重負(fù)荷粗加工可選用M級(jí)、粗加工可選用U級(jí)刀片。

  9. 刀尖圓弧半徑的選擇 刀尖圓弧半徑不僅影響切削效率，而且關(guān)系到被加工表面粗糙度及精度。從刀尖圓弧半徑與最大進(jìn)給量關(guān)系來(lái)看，最大進(jìn)給量不應(yīng)超過(guò)刀尖圓弧半徑尺寸的80％，否則將惡化切削條件，甚至出現(xiàn)螺紋狀表面和打刀等問(wèn)題。因此，選擇的刀尖圓弧半徑應(yīng)等于或大于零件車(chē)削最大進(jìn)給量的1.25倍。當(dāng)?shù)都饨切∮?0°時(shí)，允許的最大進(jìn)給量應(yīng)下降。

    刀尖圓弧半徑還與斷屑的可靠性有關(guān)。為保證斷屑，切削余量和送給量有一個(gè)最小值，當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑減小，所得到的這兩個(gè)最小值也相應(yīng)減小，因此，從斷屑可靠出發(fā)，通常對(duì)于小余量、小進(jìn)給車(chē)加工作業(yè)應(yīng)采用小的刀尖圓弧半徑，反之宜采用較大的刀尖圓弧半徑。

    刀尖圓弧半徑與進(jìn)給量在幾何學(xué)上是形成被加工零件表面粗糙度的兩個(gè)參數(shù)：h≈f²/8rε(式中，h為加工表面輪廓高µm,f為進(jìn)給量mm/r,rε為刀尖圓弧半徑mm)。由此式可知，當(dāng)被加工零件表面粗糙度與進(jìn)給量已設(shè)定后，就可選擇相應(yīng)的刀尖圓弧半徑rε≥f²/8h．具體數(shù)值見(jiàn)表1。














    表1 rε、f、Ra數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表
    表面粗糙度
    µm
    		刀尖圓弧半徑rε/mm
    0.4
    		0.8
    		1.2
    		1.6
    		2.4
    h
    		Ra
    		進(jìn)給量f(mm/r)
    1.6
    		0.6
    		0.07
    		0.10
    		0.12
    		0.14
    		0.17
    4
    		1.6
    		0.11
    		0.15
    		0.19
    		0.22
    		0.26
    10
    		3.2
    		0.17
    		0.24
    		0.29
    		0.34
    		0.42
    16
    		6.3
    		0.22
    		0.30
    		0.37
    		0.43
    		0.53
    25
    		8.0
    		0.27
    		0.38
    		0.48
    		0.54
    		0.66


  10. 斷屑槽形的選擇 我國(guó)生產(chǎn)的硬質(zhì)合金刀片斷屑槽形分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB2076—87)所推薦的23種斷屑槽形；一類(lèi)是通過(guò)引進(jìn)吸收，開(kāi)發(fā)后生產(chǎn)的斷屑槽形。前一類(lèi)在普通機(jī)床上常采用，后一類(lèi)在我國(guó)兩大硬質(zhì)合金廠的產(chǎn)品樣本中推薦出了相應(yīng)的適用范圍。兩大類(lèi)數(shù)十種槽形無(wú)法—一列出，選用時(shí)可參考有關(guān)樣本。作為常規(guī)的數(shù)控切削加工，刀片的斷屑槽形已向基本槽形加補(bǔ)充槽形兩種模式發(fā)展，即以盡可能小的槽形覆蓋盡可能大的加工范圍，其余充實(shí)槽形來(lái)彌補(bǔ)。糟形根據(jù)加工作業(yè)類(lèi)型和加工對(duì)象的材料特性來(lái)確定，各供應(yīng)商表示方法不一樣，但思路基本一樣：基本槽形按加工作業(yè)類(lèi)型有精加工(代碼F)、普通加工(代碼M)和粗加工(代碼R)。加工材料按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有鋼(P類(lèi))、不銹鋼、合金鋼(M類(lèi))和鑄鐵(K類(lèi))。這兩種情況一組合就有了相應(yīng)的槽形，比如PF就指用于鋼的精加工槽形，KM是用于鑄鐵普通加工的槽形等。如果加工向兩方向擴(kuò)展，如超精加工和重型粗加工，以及材料也擴(kuò)展，如耐熱合金、鋁合金，有色金屬等等，就有了超精加工、重型粗加工和加工耐熱合金、鋁合金等等的補(bǔ)充槽形，選擇時(shí)可查閱具體的產(chǎn)品樣本。


2．選擇的層次問(wèn)題



選擇的層次，在這是指選擇什么檔次的刀具。
我國(guó)的刀具市場(chǎng)已是完全的買(mǎi)方市場(chǎng)，這對(duì)買(mǎi)方有利，但也給買(mǎi)方帶來(lái)了困惑。選擇什么檔次的刀具與機(jī)床的檔次、零部件加工的要求、產(chǎn)品的價(jià)值。企業(yè)的類(lèi)別和企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)狀況等有著密切的關(guān)系。目前，對(duì)中國(guó)的刀具“層次”業(yè)內(nèi)有這么一種認(rèn)為：(1)德國(guó)，(2)歐美、以色列、日本等，(3)韓國(guó)、臺(tái)灣、(4)中國(guó)內(nèi)地。一般來(lái)說(shuō)這些國(guó)家和地區(qū)的刀具價(jià)位是依次遞減的，但這并不是說(shuō)其刀具的性?xún)r(jià)比也是如此，更不是說(shuō)各自在自己的強(qiáng)項(xiàng)方面不是世界頂級(jí)產(chǎn)品(包括價(jià)位)、不是第1層次。山特維克鋼件的切削，肯納、伊斯卡的高溫合金、不銹鋼的加工，攀時(shí)、伊斯卡、山高的鋁及有色金屬的加工；山特維克的車(chē)刀，山高、英格索爾、瓦爾特的銑刀，伊斯卡的糟刀，埃莫克的絲錐，馬寶的鉸刀，EPB、可麥特的鏜刀，鈷領(lǐng)的鉆頭，日本的金屬陶瓷等等。國(guó)內(nèi)：哈工量的銑刀、哈一工、貴工的拉刀、漢江工具廠的齒輪滾刀、西南工具總廠的高速鋼立銑刀、上刃的絲錐、英格的銑和孔加工刀具、湖南鉆石的整體硬質(zhì)合金刀具、廣工的工具系統(tǒng)、成都工具研究所的螺紋刀片、自貢硬質(zhì)合金廠的重型切削和難加工材料硬質(zhì)合金刀片、株洲硬質(zhì)合金廠的數(shù)控車(chē)、銑刀片及超細(xì)顆粒刀片等等，都在各自領(lǐng)域和層次上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，用戶(hù)應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況充分考慮刀具的性?xún)r(jià)比，作出選擇。如產(chǎn)品難加工或加工要求高、有效率、有質(zhì)量的要求，可選用第一層次的刀具，如轎車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)、航空航天領(lǐng)域。普通機(jī)床上的常規(guī)加工用國(guó)產(chǎn)刀具也完全可以勝任。

3.選擇的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題







圖6 封嚴(yán)齒

選擇標(biāo)準(zhǔn)品和非標(biāo)產(chǎn)品對(duì)價(jià)格和供貨期有很大影響。標(biāo)準(zhǔn)品和非標(biāo)產(chǎn)品是相對(duì)的，在這一家是非標(biāo)產(chǎn)品，在另一家可能就是標(biāo)準(zhǔn)品，一般來(lái)說(shuō)，各家公司的強(qiáng)項(xiàng)產(chǎn)品，非標(biāo)的可能性就小一些，例如加工飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件封嚴(yán)齒(圖6)，原有的方案是封嚴(yán)齒A區(qū)的加工需非標(biāo)的2把刀、B區(qū)的加工需3～4把非標(biāo)刀，C區(qū)需2～3把非標(biāo)刀，采用伊斯卡的槽刀，A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)刀具，B區(qū)兩把非標(biāo)刀、C區(qū)兩把非標(biāo)刀。刀具數(shù)量減少、標(biāo)準(zhǔn)品增加，且由于伊斯卡在槽刀上技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的積淀，其非標(biāo)槽刀與標(biāo)準(zhǔn)槽刀價(jià)格和供貨周期相當(dāng)，故優(yōu)勢(shì)就明顯了。

4．選擇的通用性問(wèn)題



市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)變化莫測(cè)，今天的熱銷(xiāo)產(chǎn)品明天可能就滯銷(xiāo)而需要開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，在刀具配置時(shí)就應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)而盡可能選通用性好一些的刀具。通用性應(yīng)有兩個(gè)層面的考慮，一方面指不是專(zhuān)用刀而是通用的標(biāo)準(zhǔn)刀，另一方面是一把刀可以完成更多的加工作業(yè)。比如，前面所提到的Q型刀片是一種很好的刀片，它比80°棱形刀片有效刃數(shù)增加了一倍。但它在切削有直角臺(tái)階的外圓時(shí)要受刀刃長(zhǎng)度的限制(圖3)，因此通用性稍差一些。又比如用普通切槽刀只能切一定尺寸寬度的槽，而采用多功能切糟刀，就可以切包括與刀片尺寸同寬的和更寬的槽以及外圓、端面等，這樣，刀具數(shù)可以減少而加工的對(duì)象和范圍都得到增加，經(jīng)濟(jì)性也就在其中了。

刀具選擇受很多因素限制，如刀片、刀具的品種規(guī)格、刀片的材料牌號(hào)、刀具的精度及價(jià)格等等，選擇方案的好與壞只有根據(jù)實(shí)際情況才能作出判斷。

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