与传统的车削方法相比,数控车削对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高,而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求熟悉数控加工刀具结构、功能,并优选刀具参数。

1.车刀和刀体的连接方式

由于工件材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同,车刀的种类也异常繁多。车刀与刀体的连接固定方式主要分为焊接式与机械夹紧式可转位两大类。

(1)焊接式车刀　将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上称为焊接式车刀。这种车刀的优点是结构简单,制造方便,刚性较好;缺点是由于存在焊接应力,使刀具材料的使用性能受到影响,甚至出现裂纹,此外,刀杆不能重复使用。硬质含金刀片不能充分回收利用,造成刀具材料的浪费。

根据工件加工表面以及用途不同,常见焊接式车刀如图4-1所示。其中1为外切槽刀,2为左偏刀,3为右偏刀,4、5为外圆车刀,6为成形车刀,7为宽刃车刀,8为外螺纹车刀,9为端面车刀,10为内螺纹车刀,11为内切槽刀,12、13为内孔车刀。

图4-1　焊接式车刀种类

(2)机械夹紧式可转位车刀:刀片和刀杆靠机械力连接,如图4-2所示,上压式夹固机构的车刀由刀杆1、刀片2、刀垫3以及夹紧元件4组成。刀片每边都有切削刃,当某切削刃磨损钝化后。只需松开夹紧元件,将刀片转一个位置便可继续使用,只有当多边形刀片的所有刀刃都磨钝后,才需要更换刀片。

图4-2　上压式夹紧机构

2.车刀类型

数控车削常用刀具的类型一般分为三类:即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。

(1)尖形车刀　以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成,如90°内外圆车刀,左(右)端面车刀,切槽(断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。

用这类车刀加工零件时,其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到,它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的。

(2)圆弧形车刀　圆弧形车刀是一种较为特殊的数控加工用车刀。其特征是,构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧,而该圆弧上的每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆弧的圆心上。车刀圆弧半径理论与被加工零件的形状无关,并可按需要灵活确定或经测定后确认。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面,特别适宜于削各种光滑连接(凹形)的成型面。

(3)成型车刀　成型车刀又称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中,常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用成型车刀,当确有必要选用时,则应在工艺文件或加工程序单上进行详细说明。(www.daowen.com)

3.刀片材质与选用

数控车刀应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。影响刀片选择最重要的因素有零件的加工精度,工件的材质的软硬、锈蚀、耐热程度,断屑情况,加工的间断、连续和振动倾向等。数控车削加工时应尽量采用机械夹紧刀片,其目的是减少换刀时间和方便对刀,便于实现机械加工的标准化。国际标准把硬质合金刀片材料分为P、K、M 三类,分别加工钢、铸铁、合金钢以及其他材料。

4.刀片的形状

刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。刀片是机夹可转位车刀的一个最重要组成元件。刀片可分为带圆孔、带沉孔以及无孔三大类。形状有三角形、正方形、五边形、六边形、圆形、菱形等共17种。刀片的形状和切屑边长均已标准化。

刀尖角的大小决定了刀片的强度,在工件结构形状和系统刚性允许的前提下,应选择尽可能大的刀尖角,刀尖角通常在35°到90°之间。图4-3所示为刀片刀尖角与刀片切削性能的关系。

图4-3　刀尖角与切削性能的关系

5.刀尖圆弧半径的选择

刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度,刀尖圆弧半径大,表面粗糙度值增大,切削力增大且易产生振动,切削性能变坏,但刀刃强度增加,刀具前后刀面磨损减少。通常在切深较小的精加工、细长轴加工、机床刚度较差情况下,选用刀尖圆弧较小些;而在需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工中,选用刀尖圆弧大些。图4-4所示为刀尖圆弧半径与被加工零件粗糙度、刀具耐用度的关系。

图4-4　刀尖圆弧半径与零件粗糙度、刀具耐用度的关系

精加工时需根据工件表面粗糙度要求、轮廓深度、精加工进给量推算出刀尖圆弧半径R的经验公式:

式中　Rt——轮廓深度,(μm);

f——进给量,(mm/r);

R——刀尖圆弧半径,(mm)。