數(shù)控機(jī)床刀具選擇ppt課件

1、2.1 刀具材料及其選用,數(shù)控機(jī)床刀具的選擇,刀具材料是指刀具切削部分的材料。在金屬切削加工中，刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)效率、工件的加工精度和已加工表面質(zhì)量、刀具消耗和加工成本。正確選擇刀具材料是設(shè)計(jì)和選用刀具的重要內(nèi)容之一,2.1.1 刀具材料應(yīng)具備的基本性能,高硬度 刀具材料的硬度必須更高于被加工工件材料的硬度。高速鋼的硬度為6370HRC；硬質(zhì)合金的硬度為8993HRA,足夠的強(qiáng)度和韌性 一般用刀具材料的抗彎強(qiáng)度b（單位為Pa：N/m2）表示它的強(qiáng)度大小。用沖擊韌度ak（單位為J/m2）表示其韌性的大小，它反映刀具材料抗脆性斷裂和崩刃的能力,高耐磨性和耐熱性 刀具材料的耐磨性是指

2、抵抗磨損的能力。一般說(shuō)，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料的耐磨性和耐熱性有著密切的關(guān)系。其耐熱性通常用高溫硬度來(lái)衡量，或叫紅硬性。高溫硬度越高，表示耐熱性越好,良好的導(dǎo)熱性 刀具材料的導(dǎo)熱性用熱導(dǎo)率單位為W/（mK）來(lái)表示,良好的工藝性好和經(jīng)濟(jì)性 為了便于制造、要求刀具材料有較好的可加工性。經(jīng)濟(jì)性是評(píng)價(jià)新型刀具材料的重要指標(biāo)之一，刀具材料的選用應(yīng)結(jié)合本國(guó)資源，降低成本,抗粘接性 防止工件與刀具材料分子間在高溫高壓作用下互相吸附產(chǎn)生粘接,化學(xué)穩(wěn)定性 指刀具材料在高溫下，不易與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),2.1.2 刀具材料的種類及其選用,數(shù)控機(jī)床刀具從制造所采用的材料上可以分為：高速鋼刀具，硬

3、質(zhì)合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀具，聚晶金剛石刀具。目前數(shù)控機(jī)床用得最普遍的刀具是硬質(zhì)合金刀具,1）高速鋼（High Speed Steel，HSS,高速鋼是一種含鎢（W）、鉬（MO）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素較多的工具鋼，它具有較好的力學(xué)性能和良好的工藝性，可以承受較大的切削力和沖擊,普通高速鋼 國(guó)內(nèi)外使用最多的普通高速鋼是W6Mo5Cr4V2（M2鉬系）及W18Cr4V（W18鎢系）鋼，含碳量為0.7%0.9%，硬度6366HRC，不適于高速和硬材料切削,新牌號(hào)的普通高速鋼W9Mo3Cr4V（W9）是根據(jù)我國(guó)資源情況研制的含鎢多、含鉬少的鎢鉬鋼。硬度6566.5 HRC，硬度和韌性

4、配合較好，熱塑性、熱穩(wěn)定性都較好，焊接性能、磨削加工性能都較高，磨削效率比M2高20，表面粗糙度值也小,高性能高速鋼 指在普通高速鋼中加入一些合金，如Co、Al等，使其耐熱性、耐磨性又有進(jìn)一步提高，熱穩(wěn)定性高。但綜合性能不如普通高速鋼，不同牌號(hào)只有在各自規(guī)定的切削條件下，才能達(dá)到良好的加工效果。我國(guó)正努力提高高性能高速鋼的應(yīng)用水平，如發(fā)展低鈷高碳鋼W12Mo3Cr4V3Co5Si、含鋁的超硬高速鋼W6Mo5Cr4V2A1、W10Mo4Cr4V3Al，提高韌性、熱塑性、導(dǎo)熱性，其硬度達(dá)6769HRC，可用于制造出口鉆頭、鉸刀、銑刀等,粉末冶金高速鋼 可以避免熔煉鋼產(chǎn)生的碳化物偏析。其強(qiáng)度、韌性比

5、熔煉鋼有很大提高。可用于加工超高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、鈦合金等難加工材料。用于制造大型拉刀和齒輪刀具，特別是切削時(shí)受沖擊載荷的刀具效果更好,2）硬質(zhì)合金（Cemented Carbide,鎢鈷類（YG,WC+Co，強(qiáng)度好，硬度和耐磨性較差，用于加工脆性材料、有色金屬和非金屬材料。常用牌號(hào)：YG3、YG6、YG8、YG6X。數(shù)字表示Co的百分含量， Co多韌性好，用于粗加工； Co少用于精加工,1)普通硬質(zhì)合金,鎢鈦鈷類（YT,TiC+WC+Co類（YT）：常用牌號(hào)有YT5、YT14、YT15、YT30等。此類硬質(zhì)合金硬度、耐磨性、耐熱性都明顯提高，但韌性、抗沖擊振動(dòng)性差，主要用于加工鋼料,不宜加工脆

6、性材料。含TiC量多，含Co量少，耐磨性好，適合精加工；含TiC量少，含Co量多，承受沖擊性能好，適合粗加工,鎢鈦鉭（鈮）鈷類（YW,添加 TaC 或 NbC，提高高溫硬度、強(qiáng)度、耐磨性。用于加工難切削材料和斷續(xù)切削。常用牌號(hào)：YW1、YW2,2)新型硬質(zhì)合金,碳化鈦基類（YN,TiC+Ni+Mo，硬度高、抗粘接、抗月牙洼磨損和抗氧化能力強(qiáng)。用于合金鋼、工具鋼、淬火鋼的連續(xù)精加工。牌號(hào)：YN05、YN10,3）新型刀具材料 涂層刀具,刀具基體材料上涂一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而得到的刀具材料,常用涂層材料:TiN、TiC、Al2O3,陶瓷刀具材料（Ceramics,主要成分 Al2O3，硬

7、度、耐熱性和耐磨性高于硬質(zhì)合金，不粘刀。但脆性大，易蹦刃, 主要用于切削 45 - 55HRC 的工具鋼和淬火鋼,a. Al2O3基陶瓷刀具,主要成分Si3N4，強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度、切削穩(wěn)定性高于Al2O3 基陶瓷刀具，主要用于端銑和切有氧化皮的毛坯工件，也可對(duì)鑄鐵、淬硬鋼進(jìn)行精加工和半精加工,b. Si3N4基陶瓷刀具,c. 塞隆(Sialon)陶瓷,Si3N4中加入Al2O3等形成的新材料。迄今陶瓷中強(qiáng)度最高的材料，化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化能力都很好,超硬刀具材料,a.聚晶金剛石（Poly Crystalline Diamond，PCD,金剛石和立方氮化硼的統(tǒng)稱，用于超精加工和硬脆材料加工,硬

8、度高、耐磨性好，但耐熱性差、強(qiáng)度低、脆性大，與鐵親和力強(qiáng)，用于高速精細(xì)車削、鏜削有色金屬及其合金和非金屬材料，不宜加工黑色金屬,b. 立方氮化硼（Cubic Boron Nitride, CBN,硬度和耐磨性僅次于金剛石，但熱穩(wěn)定性好，主要用于加工高硬度(64-70HRC)的淬硬鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料,2.2 數(shù)控機(jī)床刀具種類及特點(diǎn),2.2.1 數(shù)控機(jī)床的刀具系統(tǒng) 數(shù)控刀具指的是數(shù)控機(jī)床和加工中心用刀具，在國(guó)外發(fā)展很快，品種很多，已形成系列。在我國(guó)，由于對(duì)數(shù)控刀具的研究開(kāi)發(fā)起步較晚，數(shù)控刀具成了工具行業(yè)中最薄弱的一環(huán),圖2-1 按機(jī)床類型分類的數(shù)控刀具,按刀具切削部分的材料可分為高

9、速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等刀具；按刀具的結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、焊接式、機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式和涂層刀具；按所使用機(jī)床的類型、結(jié)構(gòu)和性能可分為車刀、鉆頭、鉸刀和銑刀（如圖2-1所示）等,圖2-2 鏈輪式自動(dòng)換刀裝置,典型數(shù)控刀具系統(tǒng),圖2-3 轉(zhuǎn)盤式自動(dòng)換刀系統(tǒng),這2種刀具系統(tǒng)是加工中心上應(yīng)用比較普遍的刀具系統(tǒng),1）刀柄 加工中心上一般采用7：24圓錐刀柄，如圖2-4所示,圖2-4 自動(dòng)換刀機(jī)床用7：24圓錐工具柄部簡(jiǎn)圖,2）工具系統(tǒng),整體式結(jié)構(gòu) 圖2-5所示是TSG82工具系統(tǒng)，選用時(shí)一定要按圖示進(jìn)行配置,表2-1是TSG82工具系統(tǒng)的代碼和意義,模塊式結(jié)構(gòu) 圖2-6所示為TMG工具系統(tǒng)

10、的示意圖,2.2.2 數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn),刀片和刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)的規(guī)范化、典型化； 刀片或刀具材料及切削參數(shù)與被加工工件的材料之間匹配的選用原則； 刀片或刀具的耐用度及其經(jīng)濟(jì)壽命指標(biāo)的合理化； 刀片及刀柄的定位基準(zhǔn)的優(yōu)化； 刀片及刀柄對(duì)機(jī)床主軸的相對(duì)位置的要求高； 對(duì)刀柄的強(qiáng)度、剛性及耐磨性的要求高； 刀柄或工具系統(tǒng)的裝機(jī)重量限制的要求； 對(duì)刀具柄的轉(zhuǎn)位，裝拆和重復(fù)精度的要求； 刀片及刀柄切入的位置和方向的要求； 刀片和刀柄高度的通用化、規(guī)則化、系列化； 11整個(gè)數(shù)控工具系統(tǒng)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的優(yōu)化,2.3 可轉(zhuǎn)位刀片及其代碼,2.3.1 可轉(zhuǎn)位刀具的優(yōu)點(diǎn) 刀具壽命高 生產(chǎn)效率高 有利于推廣新

11、技術(shù)、新工藝 以機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀為例，圖2-7表示可轉(zhuǎn)位車刀的組成,圖2-7 可轉(zhuǎn)位車刀的組成 刀桿；2刀墊；3刀片 4夾固元件,2.3.2 可轉(zhuǎn)位刀片的代碼極其標(biāo)記方法,選用機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀片，首先要了解其中的關(guān)鍵是各類型的機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀片的代碼（Code）。按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1832-1985的可轉(zhuǎn)位刀片的代碼方法，是由10位字符串組成的，其排列如下,刀片的幾何形狀及其夾角； 刀片主切削刃后角（法后角）； 刀片內(nèi)接圓d與厚度s的精度級(jí)別； 刀片型式、緊固方法或斷屑槽； 刀片邊長(zhǎng)、切削刃長(zhǎng)； 刀片厚度； 刀尖圓角半徑r或方偏角Kr或修光刃后角n； 切削刃狀態(tài)，刀尖切削刃或倒棱切削刃。 進(jìn)刀方向或倒

12、刃寬度； 廠商的補(bǔ)充符號(hào)或倒刃角度。 根據(jù)可轉(zhuǎn)位刀片的切削方式不同，應(yīng)分別按車、銑、鉆、鏜的工藝來(lái)敘述可轉(zhuǎn)拉刀片代碼的具體內(nèi)容。由于刀片內(nèi)容很多，在此不做一一敘述。表2-2給出了可轉(zhuǎn)位車刀片、銑刀片的標(biāo)記方法（GB2076-1987,字符串是代表刀片某種參數(shù)的意義,2.4 數(shù)控刀具的選擇,1）選擇刀片（刀具）應(yīng)考慮的要素 被加工工件材料的類別 被加工件材料性能的狀況 切削工藝的類別 被加工工件的幾何形狀 要求刀片（刀具）能承受的切削用量（切削深度、進(jìn)給量、切削速度）。 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的條件（操作間斷時(shí)間、振動(dòng)、電力波動(dòng)或突然中斷）。 被加工工件的生產(chǎn)批量，影響到刀片（刀具）的經(jīng)濟(jì)壽命,2）選擇鏜孔（

13、內(nèi)孔）刀具的考慮要點(diǎn),盡可能選擇大的刀桿直徑，接近鏜孔直徑。 盡可能選擇短的刀臂 選擇主偏角（切入角Kr）接近90，大于75。 選擇無(wú)涂層的刀片品種（刀刃圓弧?。┖托〉牡都獍霃剑╮=0.2）。 精加工采用正切削刃（正前角）刀片和刀具，粗加工采用負(fù)切削刃（負(fù)前角）刀片和刀具。 鏜深的盲孔時(shí)，采用壓縮空氣（氣冷）或冷卻液（排屑和冷卻）。 選擇正確的、快速的鏜刀柄夾具,車削加工時(shí)刀具形狀和工件形狀的關(guān)系,3）選用數(shù)控銑刀時(shí)注意事項(xiàng),在數(shù)控機(jī)床上銑削平面時(shí)，應(yīng)采用可轉(zhuǎn)位式硬質(zhì)合金刀片銑刀。 高速鋼立銑刀多用于加工凸臺(tái)和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因?yàn)槊髅嬗杏不瘜雍蛫A砂現(xiàn)象，會(huì)加速刀具的磨損。 加工余量較小，并且要求表面粗糙度較低時(shí)，應(yīng)采用立方氮化硼（CBN）刀片端銑刀或陶瓷刀片端銑刀。 鑲硬質(zhì)合金立銑刀可用于加工凹槽、窗口面、凸臺(tái)面和毛坯表面。 鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀可以進(jìn)行強(qiáng)力切削，銑削毛坯表面和用于孔的粗加工,可采用直徑比槽寬小一些的立銑