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刀具种类及选择?
授课主要内容
数控刀具的选用:选用数控刀具通常应考虑的因素、数控车削刀具的选用、数控旋转类刀具的选用、数控机床刀柄的选用、工具系统。加工中心使用的刀具由刃具和刀柄两部分组成。刃具有面加工用的各种铣刀和孔加工用的钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀及丝锥等。刀柄要满足机床主轴的自动松开和拉紧定位,并能准确地安装各种切削刀具和适应换刀机械手的夹持等。
一、铣刀的种类及选择
常用铣刀的种类? 铣刀种类很多,常用铣刀如下:
面铣刀?
面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃,端部切削刃为副切削刃,常用于端铣较大的平面。面铣刀多制成套式镶齿结构,刀齿为高速钢或硬质合金,刀体为40Cr。
高速钢面铣刀按国家标准规定,直径d=80~250mm,螺旋角β=10°,刀齿数Z=10~26。
硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比,铣削速度较高、加工表面质量也较好,并可加工带有硬皮和淬硬层的工件,故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同,可分为整体式、机夹一焊接式和可转位式三种。
立铣刀?
立铣刀是数控铣削中最常用的一种铣刀,其结构如图所示。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃,圆柱表面的切削刃为主切削刃,端面上的切削刀为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿,这样可以增加切削平稳性,提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃,所以立铣刀不能作轴向进给,端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。
为了改善切屑卷曲情况,增大容屑空间,防止切屑堵塞,刀齿数比较少,容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数Z=3~4,细齿立铣刀齿数Z=5~8,套式结构Z=10~20,容屑槽圆弧半径r=2~5mm。当立铣刀直径较大时,还可制成不等齿距结构,以增强抗振作用,使切削过程平稳。
标准立铣刀的螺旋角β为40°~45°(粗齿)和30°~35°(细齿),套式结构立铣刀的β为 15°~25°。
直径较小的立铣刀,一般制成带柄形式。φ2~φ71mm的立铣刀为直柄;φ6~φ63mm的立铣刀为莫氏推柄;φ25~80mm的立铣刀为带有螺孔的7:24锥柄,螺孔用来拉紧刀具。直径大干φ40~φ160mm的立铣刀可做成套式结构。
模具铣刀?
模具铣刀由立铣刀发展而成,适用于加工空间曲面零件,有时也用于平面类零件上有较大转接凹圆弧的过渡加工。模具铣刀可分为圆锥形立铣刀(圆锥半角 =3°、5°、7°、10°)、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种,其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃,圆周刃与球头刃圆弧连接,可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d=4~63mm。
键槽铣刀?
键槽铣刀有两个刀齿,圆柱面和端面都有切削刃,端面刃延至中心,既象立铣刀,又像钻头。加工时先轴向进给达到槽深,然后沿键槽方向铣出键槽全长。
国家标准规定,直柄键槽铣刀直径d=2~22mm,锥柄键精铣刀直径 d=14~50mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损,重磨时,只需刃磨端面切削刃,因此重磨后铣刀直径不变。
鼓形铣刀?
主要用于对变斜角类零件的变斜角面的近似加工。它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上,端面无切削刃。
二、孔加工刀具的选择
钻孔刀具及其选择? 钻孔刀具较多,有普通麻花钻、可转位浅孔钻及扁钻等。应根据工件材料、加工尺寸及加工质量要求等合理选用。
1.麻花钻
在加工中心上钻孔,大多是采用普通麻花钻。麻花钻有高速钢和硬质合金两种。
麻花钻的切削部分有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。两个螺旋糟是切屑流经的表面,为前刀面;与工件过渡表面(即孔底)相对的端部两曲面为主后刀面;与工件已加工表面(即孔壁)相对的两条刃带为副后刀面。前刀面与主后刀面的交线为主切削刃,前刀面与副后刀面的交线为副切削刃,两个主后刀面的交线为横刃。横刃与主切削刀在端面上投影之间的夹角称为横刃斜角,横刃斜角ψ=50°~55°;主切削刃上各点的前角、后角是变化的,外缘处前角约为30°,钻心处前角接近0°,甚至是负值;两条主切削刃在与其平行的平面内的投影之间的夹角为顶角,标准麻花钻的顶角2φ=118°。
根据柄部不同,麻花钻有莫氏锥柄和圆柱柄两种。直径为8~80mm的麻花钻多为莫氏锥柄,可直接装在带有莫氏锥孔的刀柄内,刀具长度不能调节。直径为0.l~20mm的麻花钻多为圆柱柄,可装在钻夹头刀柄上。中等尺寸麻花钻两种形式均可选用。
麻花钻有标准型和加长型。
在加工中心上钻孔,因无夹具钻模导向,受两切削刃上切削力不对称的影响,容易引起钻孔偏斜,故要求钻头的两切削刃必须有较高的刃磨精度。
2. 扩孔刀具?
标准扩孔钻一般有3~4条主切削刃,切削部分的材料为高速钢或硬质合金,结构形式有直柄式、锥柄式和套式等。
扩孔直径较小时,可选用直柄式扩孔钻,扩孔直径中等时,可选用锥柄式扩孔钻,扩孔直径较大时,可选用套式扩孔钻。
扩孔钻的加工余量较小,主切削刃较短,因而容屑槽浅、刀体的强度和刚度较好。它无麻花钻的横刃,加之刀齿多,所以导向性好,切削平稳,加工质量和生产率都比麻花钻高。
扩孔直径在20~60mm之间时,且机床刚性好、功率大,可选用图8-20所示的可转位扩孔钻。这种扩孔钻的两个可转位刀片的外刃位于同一个外圆直径上,并且刀片径向可作微量(±0.1mm)调整,以控制扩孔直径。
3.镗孔刀具
镗孔所用刀具为镗刀。镗刀种类很多,按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。
单刃镗刀刚性差,切削时易引起振动,所以镗刀的主偏角选得较大,以减小径向力。镗铸铁孔或精镗时,一般取 =90°;粗镗钢件孔时,取 =60°~75°,以提高刀具的耐用度。
镗孔径的大小要靠调整刀具的悬伸长度来保证,调整麻烦,效率低,只能用于单件小批生产。但单刃镗刀结构简单,适应性较广,粗、精加工都适用。
在孔的精镗中,目前较多地选用精镗微调镗刀。这种横刀的径向尺寸可以在一定范围内进行微调,调节方便,且精度高,其结构如图所示。调整尺寸时,先松开拉紧螺钉6,然后转动带刻度盘的调整螺母3,等调至所需尺寸,再拧紧螺钉6,使用时应保证锥面靠近大端接触(即镗杆90°锥孔的角度公差为负值),且与直孔部分同心。健与健槽配合间隙不能太大,否则微调时就不能达到较高的精度。
镗削大直径的孔可选用图示的双刃镗刀。这种镗刀头部可以在较大范围内进行调整,且调整方便,{zd0}镗孔直径可达1000 mm。
双刃镗刀的两端有一对对称的切削刃同时参加切削,与单刃镗刀相比,每转进给量可提高一倍左右,生产效率高。同时,可以xx切削力对镗杆的影响。
4.铰孔刀具?
加工中心上使用的铰刀多是通用标准铰刀。此外,还有机夹硬质合金刀片单刃铰刀和浮动铰刀等。
加工精度为IT 7~IT10级、表面粗糙度Ra为0.8~1.6μm的孔时,多选用通用标准铰刀
通用标准铰刀如图所示,有直柄、锥柄和套式三种。锥柄铰刀直径为10~32mm,直柄铰刀直径为6~20mm,小孔直柄铰刀直径为l~6 mm,套式铰刀直径为25~80mm。
铰刀工作部分包括切削部分与校准部分。切削部分为锥形,担负主要切削工作。切削部分的主偏角为5°~15°,前角一般为0°,后角一般为5°~8°。校准部分的作用是校正孔径、修光孔壁和导向。为此,这部分带有很窄的刃带( =0°, =0°)。校准部分包括圆柱部分和倒锥部分。圆柱部分保证铰刀直径和便于测量,倒锥部分可减少铰刀与孔壁的摩擦和减小孔径扩大量。
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机用铰刀
a)直柄机用铰刀? b)锥柄机用铰刀? c)套式机用铰刀? d)切削校准部分角度
标准铰刀有4~12齿。铰刀的齿数除与铰刀直径有关外,主要根据加工精度的要求选择。齿数过多,刀具的制造重磨都比较麻烦,而且会因齿间容屑槽减小,而造成切屑堵塞和划伤孔壁以致使铰刀折断的后果。齿数过少,则铰削时的稳定性差,刀齿的切削负荷增大,且容易产生几何形状误差。铰刀齿数可参照表1选择。
表1? 铰刀齿数选择
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铰刀直径/ mm?1.5~3?3~14?14~40?>40???
齿数 ?一般加工精度?4?4?6?8???
??高加工精度?4?6?8?10~12?
加工IT 5~IT7级、表面粗糙度Ra为0.7μm的孔时,可采用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀。这种铰刀的结构如图所示,刀片3通过楔套4用螺钉1固定在刀体上,通过螺钉7、销子6可调节铰刀尺寸。导向块2可采用粘结和铜焊固定。机夹单刀铰刀应有很高的刃磨质量。因为精密铰削时,半径上的铰削余量是在10μm以下,所以刀片的切削刃口要磨得异常锋利。
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?硬质合金单刃铰刀
l、7—螺钉? 2—导向块? 3—刀片? 4—模套? 5—刀体? 6—铺子
铰削精度为IT 6~IT7级,表面粗糙度Ra为0.8~1.6μm的大直径通孔时,可选用专为加工中心设计的浮动铰刀

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