车刀刃磨技术1

车床刀具刃磨技术研究 汪 超 黄小良 刀具刃磨技术可查资料较多，资料相对完整，但涉及刀具刃磨一些细节及技巧大都未仔细 阐述。刀具刃磨对产品质量（包括尺寸精度，形位精度、表面粗糙度），生产效率以及加工成 本都有直接影响。而且通过正确有效的刀具刃磨可延长刀具使用寿命。刀具刃磨不好，加工表 面压力会降低，而且刀具易钝，易蹦刃，刀具损耗大，且会大大浪费磨刀所需时间。现研究刀 具刃磨技术，刀具刃磨质量好，工作表面质量高，切屑锋利，刀具经久耐用，即节省经费，又 节约工时，提高生产率，提高加工表面压力，在实际中产生很大经济效益。 一、常用车刀的种类和用途 1. 车刀的种类 车刀按用途不同可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、内孔车刀、圆头 车刀和螺纹车刀等 2. 车刀的用途 常用车刀的基本用途 （1）90°车刀（偏刀） 用来车削工件的外圆、台阶和端面。 （2）45°车刀（弯头车刀） 用来车削工件的外圆、端面和倒角。 （3）切断刀 用来切断工件或在工件切槽。 （4）内孔车刀 用来车削工件的内孔。 （5）圆头车刀 用来车削工件的圆角、圆槽或车成形面工件。 （6）螺纹车刀 用来削螺纹。 3. 硬质合金可转位（不重磨）车刀 这是近年来国内外大力发展和广泛应用的先进刀具 之一。片刀不需要焊接，用机械夹固定方式装夹在刀杆上。当刀片上的一条切削刃磨钝后，只 需送开夹紧装置，将刀片转过一个角度，即可用新的切削刃继续切削，从而大大缩短换刀和磨 刀时间民兵提高刀杆利用率。 硬质合金可转位车刀根据加工内同的不同，轩辕不同形状和角度的刀片（如正边形、凸三 边形、四边形、五边形等刀片）可组成外圆车刀、端面车刀、切断刀、内孔车刀、螺纹车刀等。 二、车削的基本概念 1. 切削运动 在切削加工中，为了切去多余的金属，必须使工件和刀具做相对的切削运 动。按照在切削过程中的作用，切削运动分主动运动和进给运动。 （1）主运动 由机床或人力提供的主要运动，他促使刀具和工件之间产生相对运动，从 而使刀具前面接近工具。 （2）进给运动 由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动， 加上主运动，即可不断地或连续地切除切屑，并得出具有所需几何特性的已加工表面。 车削时，工件的旋转是主运动。通常。主运动的速度较高。消耗的切削功率较大。车刀沿 着所要形成的工件表面的纵向或横向移动是进给运动。 2. 切削时工件上的三个表面 车刀在切削工件时，使工件上形成已加工表面、过渡表面 和待加工表面。 （1）已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面。 （2）待加工表面 工件上有待切除的表面 （3）过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的 下一转里被切除，或者由下一切削刃切除。 三、车刀的几何形状 1. 车刀的组成 车刀是由刀头（或刀片）和刀柄两部分组成。刀头部分担负切削工作， 所以又称切削部分。刀柄用来夹车刀。 车刀的刀头由以下部分组成，： （1）前刀面（前面） 刀具上切屑流过的表面。 （2）后刀面（后面） 与工件上切削中产生的表面相对的表面。分主后刀面和副刀面。 同前面相交形成主切削刃的是主后刀面；同前面相交形成的是副后刀面。 （3）切削刃 刀具前面上拟作切削用的刃 （4）主切削刃 起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟作用来在工件 上切出过渡表面的那个整段切削刃。 主切削刃担负主要的切削工作。 （5）副切削刃 切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于主偏角为零的点，但它向背离 主切削刃的方向延伸。 副切削刃配合主切削刃完成切削工作。 （6）刀尖 指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。为了提高刀尖强度， 很多刀具都在刀尖处磨出圆弧型或直线型过渡刃。圆弧过渡刃又称刀尖圆弧。一般硬质合金车 刀的刀尖圆弧半径rε=0.5～1mm。 （7）修光刃 副切削刃近刀尖处一小段平直的切削刃。装刀时必须使修光刃与进给方向 平行，且修光刃长度必须大雨工件每转一转车刀沿进给方向的移动量，才能起修光作用。 任何车刀都有上述组成部分，但数量不完全相同。如典型的外圆车刀有三个刀面、两条切 削刃和一个刀尖。切断刀旧有四个到面（两个副后刀面）、三条切削刃和两个刀尖。此外，切 削刃可以直线，也可以是曲线，如车成形面的成形车刀的切削刃就是曲线。 2. 确定车刀倒角的辅助平面 为了确定和测量车刀的角度，需要建立以下几个假想的辅 助平面为基准，（见图）。 （1）基面（Pr） 过切削刃选定的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合 于安装或定位的一个平面或轴线，一般水来其方位要垂直于假定的主运动方向。 （2）切削平面（Pa） 通过切削刃相切并垂直于基面的平面。 （3）正交平面（Po） 通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。 （4）法平面（Pn） 通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。 （5）将顶工作平面(Pf) 通过切削刃选定点并垂直于基面，它平行或垂直于刀具在制造、 刃磨几测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般来说其方位要平行于假定的进给运动 方向。 （6）背平面（Pp） 通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。 3. 车刀的角度和主要作用 车刀切削部分共有六个独立的基本角度：前角（ro）、主后角 （ao）、副后角（a′o）、主偏角（κr）、副偏角（κ′r）、刃倾角（λs）。 （1）前角（ro） 前刀面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。前角影响刃口的锋利和 强度、影响切削变形和切削力。增大前角能使车刀刃口锋利，减少切削变形，可使切削省力， 并使切屑容易排出。 （2）后角（ao） 后刀面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。副后面与切削平 面间的夹角则为副后角（a′o）后角的作用主要是减少后刀面与工件之间的摩擦。 （3）主偏角（κr） 主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。主偏角的主 要作用是可以改变主切削刃和刀头的受力情况和散热条件。 （4）副偏角（κ′r） 副切削平面与假定工作平面间的夹角在基面中测量。副偏角的主 要作用是减少副切削刃与工件加工表面之间的摩擦。 （5）刃倾角（λs） 主切削刃与基面之间的夹角，在主切削平面中测量。刃倾角的主要 作用是可以控制切屑的排出方向；当刃倾角为负值时，还可增加刀头强度和当车刀受冲击时保 护刀尖。 刃倾角有正值、负值和零度三种。当刀尖是主切削刃的最高点时，刃倾角为正值。切削时， 切屑排向工作待加工表面，车出的工件表面粗糙度较细，但刀尖强度较差。当刀尖是主切削刃 的最低点时，刀倾角为负值。切削时，切屑排向工件已加工表面，容易擦毛已加工表面，但刀 尖强度好，在车削有冲击工件是，冲击点先接触在远离刀尖的切削刃处，从而保护了刀尖，每 当主切削刃与基面平行时，刃倾角等于零度。切削时，切屑基本上垂直于主切削刃方向排除。 车刀除了上述六个基本角度外，还可以计算出两个常用的派生角度： （6）楔角（βo） 前面与后面间的夹角，在正交平面中测量。它影响刀头的强度，楔角 可用下式计算 β。=90°-（λo+αo） （2-1） （7）刀尖角（εr） 主切削平面和副切削平面间的夹角，在基面中测量。它影响刀尖强 度和散热条件，刀尖角可以用下式计算 Εr=180°-（κr+κ′r） （2-2） 四、车刀的工作角度 前面介绍的是车刀静止状态的角度（即标注角度），它们是假设刀尖对准工件轴线，进给 量为零的条件下规定的角度。车刀在工作上四，由于装得高低、歪斜，它的工作角度不等于标 注角度。在一般情况下，工作角度与标注角度相差无几，可忽略不计，但两者相差较大时，就 应考虑。 1. 车刀装得高低对角度的影响 车外圆（或横车）时，如果车刀刀尖装得高于工件轴线， 由于切削平面和基面的相对位置发生变化，而使前角增大，后角减小。相反，刀尖装得低于工 件轴线，则前角减小，后角增大。 2. 车刀装得歪斜对角度的影响 车刀在水平面内装夹歪斜会使主偏角和副偏角的数值发 生变化。 一般车刀装得略微歪斜，对加工影响不大。但对螺纹车刀、切断刀或精车刀影响就较大。 螺纹车刀若装夹歪斜，会产生螺纹牙型半角误差；切断刀装夹歪斜，会使工件切断而不平，甚 至使刀头折断；精车刀装夹歪斜，会影响工件的表面粗糙度。 五、车刀角度的初步选择 1.前角 前角的数值与工件材料、加工性质和刀具材料有关。选择前角的大小主要根据以 下几个原则： （1）车削塑性金属时可取较大的前角；车削脆性金属时应取较小的前角。工件材料软， 可选择较大的前角；工件材料硬，应选择较小的前角。 （2）粗加工，尤其是车削有硬皮的铸、锻件时，为了保证切削刃有足够的强度，应取较 小的前角；精加工时，为了得到较细的表面粗糙度，一般应取较大的前角。 （3）车刀材料的强度、韧性较差，前角应取小些；反之。前角可取得较大。 2. 后角 后角太大会降低车刀的强度；后角太小，会增加后面与工件的摩擦。选择后角 主要根据以下几个原则： （1）粗加工时，应取较小的后角（硬质合金车刀：αo=5°～7°；高速钢车刀：αo=6°～ 8°）；精加工时，应取较大的后角（硬质合金车刀：αo=8°～10°；高速钢车刀：αo=8°～ 12°）。 （2）工件材料较硬，后角应取小些；工件材料较软，后角可取大些。 副后角（α′o）一般磨成与后主角（αo）相等。 3. 主偏角 常用的车刀主偏角有45°、60°、75°和90°等几种。 选择主编角首先应考虑工件的形状。如加工台阶轴之类的工件，车刀主偏角必须等于或大 于90°；加工中间切入的工件，一般选用45°～60°的主偏角。 4. 副偏角 减小副偏角，可以减小工件的表面粗糙度。相反，副偏角太大时，刀尖角（ε r）就减小，影响刀头强度。 副偏角一般为6°～8°左右。当加工中间切入的工件时，副偏角应取得较大（κ′r=45°～ 60°）。 5. 刃倾角 一般车削时（指工件圆整时、切削厚度均匀），取零度的刃倾角；继续切削 和强力削时，为了增加刀头强度，应取负的刃倾角；精车时，为了减小工件的表面粗糙度，刃 倾角应取正值。 六、常用的车刀材料 1. 对车刀材料的性能要求 车刀切削部分在很高的切削温度下工作，连续经受强烈的摩 擦，并承受很大的切削力和冲击力，所以车刀切削部分的材料必须具备下列基本性能： (1)硬度高 作为车刀材料的常温硬度一般要求在60HRC以上。 (2)耐磨性好 车刀耐性是表示车刀材料抗磨损的能力。一般刀具材料的硬度越高，耐磨 性亦越好。 (3)耐热性好 耐热性是指车刀在高温下仍能正常切削的性能。它是评定刀具材料切削性 能好坏的重要标志。 (4)足够的强度和韧性 为了承受较大的切削力或冲击力，车刀材料必须有足够的强度和 韧性，才能防止脆裂和崩刃。 2. 常用的车刀材料 目前常用的车刀材料有高速钢和硬质合金两大类。 （1）高速钢 高速钢是一种含钨（W）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的工具钢。 高速钢刀具制造简单，刃磨方便，磨出的刀具刃口锋利，而且韧性比硬质合金高，能承受较大 的冲击力，因此常用于承受冲击力较大的场合。高速钢也常作为小型车刀（自动车床、仪表车 床用刀具）、梯形螺纹精车刀以及成形刀具的材料。但高速钢的耐热性较差，因此不能用于高 速切削。 常用的高速钢牌号是W18Cr4V（每个化学元素后的数字，是指材料中含该元素的百数）。 （2）硬质合金 硬质合金是钨和钛（Ti）的碳化物粉末加钴（Co）作为粘结剂，高压压 制成型后再高温烧结而成的粉末冶炼金制品。 硬质合金在1000℃左右的高温下仍能保持良好的切削性能，它的硬度较高，耐磨性也很好， 因此可选用比高速钢刀具高几倍甚至几十倍的切削速度，并能切削高速钢刀具无法切削的难加 工材料。 硬质合金的缺点是韧性较差、性较脆、怕冲击，但这一缺陷，可以通过刃磨合理的刀具角 度来弥补。所以硬质合金是目前应用最广泛的一种车刀材料。 硬质合金按其成分不同，长用的有钨钴合金和钨钛合金两类。 钨钴类硬质合金由碳化物钨（WC）和钴组成。它的代号是YG。这类合金的韧性较好，因此 适用于加工铸铁，脆性铜合金等脆性材料或冲击性较大的场合。 钨钴类合金按不同的含钴量，分为YG3、YG6、YG8等多种牌号。牌号后的数字表示表示含 钴量的百分数，期于是碳化钨。一般情况下，YG8用于粗加工，YG6用于半精加工，YG3用于精 加工。 钨钛钴类硬质合金有碳化钨、钴和碳化钛(TiC)组成。它的代号是YT。这类合金的耐磨性 和抗粘贴性较好，能承受较高的切削温度，所以适用于加工纲或其他韧性较大的塑性材料。但 车刀刃磨技术.pdf