常用金属切削刀具与砂轮.ppt

本节要点 金属切削刀具的基本知识 常用金属切削刀具与砂轮 金属切削机床的基本知识 磨床 组合机床 车床 齿轮加工机床 数字控制机床简介 机床夹具 第二节常用金属切削刀具与砂轮 第二节常用金属切削刀具与砂轮 一 车刀应用最广的一种刀具 它可以在车床上加工外圆 端平面 螺纹 内孔 也可用于切槽和切断等 结构形式 整体车刀 焊接式车刀 机夹重磨式和机夹可转位式四种 几种常用的车刀 第二节常用金属切削刀具与砂轮 1 硬质合金焊接式车刀一般在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽 用焊料将刀片焊接在刀槽内 并按所选定的几何角度刃磨后使用的车刀 结构 如图特点 结构简单 刚性好 适应性强 可根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度 型号 已标准化 如70 75 90 95 外圆车刀 45 90 端面车刀 切槽刀 外螺纹车刀 皮带轮车刀 A B型切断车刀 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 硬质合金机夹重磨式车刀 图2 15机夹重磨式车刀 特点 用机械的方法将硬质合金刀片夹固在刀杆上的车刀 刀片磨损后 可卸下重磨 然后再安装使用 类型 上压式和侧压式 第二节常用金属切削刀具与砂轮 上压式 这种形式是采用螺钉和压板从上面压紧刀片 通过调整螺钉来调节刀片位置的一种机夹车刀 其特点是结构简单 加固牢靠 使用方便 刀片平装 用钝后重磨后面 上压式是加工中应用最多的一种 侧压式 这种形式一般多利用刀片本身的斜面 有楔块和螺钉从刀片侧面来加夹紧刀片 其特点是刀片竖装 对刀槽制造精度的要求可适当降低 刀片用钝后重磨前面 1 刀杆2 刀垫3 刀片4 压紧螺钉5 调解螺钉6 压板 1 刀片2 调解螺钉3 楔块4 刀杆5 压紧螺钉 第二节常用金属切削刀具与砂轮 3 机夹可转位式车刀 定义 将预先加工好的有一定几何角度的多角硬质合金刀片 用机械的方法装夹在特制的刀杆上的车刀 特点 刀具的几何角度是由刀片形状及其在刀杆槽中的安装位置来确定的 不需要刃磨 基本结构如图 夹紧机构 应夹紧可靠 装卸方便 定位准确 结构简单 图2 16可转位式车刀的结构 1 可转为刀片2 弹簧套3 刀垫4 压紧螺钉5 杠杆6 刀杆 第二节常用金属切削刀具与砂轮 机夹可转位式车刀常用夹紧机 上压式 偏心式 杠销式 拉杆式 楔块式 综合式 第二节常用金属切削刀具与砂轮 二 孔加工刀具 一 分类 1 从实体材料上加工出孔的刀具 常用的有麻花钻 中心钻和深孔钻等 2 对工件上已有孔进行再加工的刀具 常用的有扩孔钻 铰刀及镗刀等 二 麻花钻 是形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具 一般用于孔的粗加工 IT11以下精度 表面粗糙度Ra25 6 3um 第二节常用金属切削刀具与砂轮 1 麻花钻结构 1 柄部 钻头的装夹部分 用来传递力和力偶矩 2 颈部 柄部和工作部的连接处 并作为磨削外径时砂轮退刀和打标记的地方 也是柄部与工作部分不同材料的焊接部分 3 工作部分 导向部分 钻头的导向部分由两条螺旋槽所形成的两螺旋形刃瓣组成 两刃瓣由钻心连接 切削部分 钻头的切削部分由两个螺旋形前面 两个由刃磨得到的后面 两条刃带 副后面 两条副切削刃和一调横刃组成 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 麻花钻切削部分的组成 3 麻花钻的切削部分 前刀面 螺旋槽的螺旋面 主后刀面 与工件过渡表面 孔底 相对的端部两曲面 副后刀面 与工件已加工表面 孔壁 相对的两条棱边 主切削刃 螺旋槽与主后刀面的两条交线 副切削刃 棱边与螺旋槽的两条交线 横刃 两后刀面在钻心处的交线 麻花钻切削部分的组成1 前面2 8 副切削刃 棱边 3 7一主切削刃4 6 后面5一横刃9一副后面 第二节常用金属切削刀具与砂轮 4 钻头的工作部分 有两条对称的螺旋槽 是容屑和排屑的通道 导向部分磨有两条棱边 为了减少与加工孔壁的摩擦 棱边直径磨有 0 03 0 12 100的倒锥量 即直径由切削部分顶端向尾部逐渐减小 从而形成了副偏角 r 麻花钻的两个主切削刃由钻芯连接 为了增加钻头的强度和刚度 钻芯制成正锥体 锥度为 1 4 2 100 第二节常用金属切削刀具与砂轮 5 麻花钻的主要几何参数 1 螺旋角 概念 钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线间的夹角 螺旋角对切削过程的影响 螺旋角的大小不仅影响排屑情况 而且它就是钻头的进给前角 较大的螺旋角 使钻头的前角增大 故切削扭矩和轴向力减小 切削轻快 排屑也较容易 但是螺旋角过大 会削弱钻头的强度和散热条件 使钻头的磨损加剧 标准麻花钻的 18 30 小直径钻头 值较小 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 顶角2 和主偏角Kr顶角 两主切削刃在与其平行的轴向平面上投影之间的夹角 顶角是钻头在刃磨测量时的几何角度 标准麻花钻的2 118 此时的主切削刃是直线 主偏角 主偏角与顶角不同 它是主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角 由于主切削刃各点基面位置不同 故主切削刃各点的主偏角是变化的 钻头的顶角直接决定了主偏角Kr的大小 Kr 顶角对切削过程的影响顶角越小 切削刃长度增加 单位切削刃长度上负荷降低 刀尖角 r增大 改善了散热条件 提高了钻头的耐用度且轴向力减小 但顶角越小 切屑变薄 切屑平均变形增加 故使扭矩增大 第二节常用金属切削刀具与砂轮 3 端面刃倾角 ST 在端面投影中主切削刃与基面间的夹角 切削刃上不同点的端面刃倾角是不同的 外缘处的 ST最小 靠近钻心处的 ST最大 标准麻花钻主切削刃的端面刃倾角总为负值 4 前角 0 在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角 由于钻头的前刀面是螺旋面 且各点处的基面和正交平面位置亦不相同 故主切削刃上各处的前角也是不相同的 由外缘向中心逐渐减小 标准麻花钻切削刃上各点的前角值变化很大 从钻头最外缘到钻心 前角值可由30 逐渐变为 30 故靠近中心处的切削条件很差 5 后角 f 在假定工作平面 即以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面 内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角 第二节常用金属切削刀具与砂轮 在切削过程中 f在一定程度上反映了主后刀面与工件过渡表面之间的摩擦关系 而且测量也比较容易 考虑到进给运动对工作后角的影响 同时为了补偿前角的变化 使刀刃各点的楔角较为合理 并改善横刃的切削条件 麻花钻的后角刃磨时应由外缘处向钻心逐渐增大 一般后刀面磨成圆锥面 也有磨成螺旋面或圆弧面的 标准麻花钻的后角 最外缘处 为8 20 大直径钻头取小值 小直径钻头取大值 第二节常用金属切削刀具与砂轮 6 横刃角度横刃是通过钻心的 在钻头端面上的投影近似为一条直线 因此横刃上各点的基面和切削平面的位置是相同的 在横刃剖面O O内 横刃前角 o 为负值 横刃后角 o 90 o 标准麻花钻的 o 54 60 o 26 30 由于横刃前角是很大的负前角 所以钻削时横刃处发生严重的挤压 而造成定心不好和很大的轴向力 三 扩孔钻 不加以详细讲解 第二节常用金属切削刀具与砂轮 四 铰刀1 用途 中 小尺寸孔的半精 精加工 磨 研孔前的预加工 2 特点 齿数多 6 12个 导向性好 芯部直径大 刚性好 铰削余量小 切削速度低 加上切削过程中的挤压作用 所以能获得较高的加工精度 IT6 IT8 和较好的表面质量 Ra1 6 Ra0 4um 3 类型 手用铰刀和机用铰刀 手用铰刀又分为整体式和可调式机用铰刀分带柄的和套式4 铰刀的基本结构 第二节常用金属切削刀具与砂轮 1 铰刀的结构组成 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 铰刀的直径及公差铰刀是定尺寸刀具 直径与公差由被加工孔的直径及精度确定 同时 也要考虑铰刀的使用寿命和制造成本 铰刀直径的公称尺寸d应等于被加工孔的公称尺寸D 铰刀的直径公差应根据被铰削孔的公差IT 铰刀的制造公差G 铰刀磨耗备量N和铰削过程中孔径的变形性质来确定 3 铰刀的几何角度铰刀的主要几何角度有 前角 后角 切削锥角 1 前角 后角 前角制造方便 一般为0 粗铰塑性材料 取前角5 10 硬质合金铰刀前角取0 5 后角一般为6 8 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 切削锥角2 主要影响抗力的大小 孔的精度 表面粗糙度 锥角2 小 进给力小 导向性好 切削厚度过小 切削变形大 卷屑 排屑困难 并且切入切出时间增长 为了减轻劳动强度 减小进给力及改善切入时的导向性 手用铰刀取较小的2 值 通常2 1 3 对于机用铰刀 工作时的导向由机床及夹具来保证 故可选较大2 值 以减小切削刃长度和机动时间 第二节常用金属切削刀具与砂轮 五 铣刀铣刀的种类 形状虽多 但都可以归纳为圆柱铣刀和面铣刀两种基本形式 每个刀齿可以看作是一把简单的车刀 所不同的是铣刀回转 刀齿较多 因此只通过对一个刀齿的分析 就可以了解整个铣刀的几何角度 1 定义 刀齿分布在圆周表面或端面上的多刃回转刀具 2 用途 加工平面 台阶 沟槽和各种成形表面 3 铣刀的几何角度 1 圆柱铣刀的几何角度 前角和后角都标注在端剖面上 若是螺旋齿 还要标注螺旋角 法剖面前角 n和法后角 n三个参数 前角 o和法向前角 n两者的关系为 tanrn tanrocos 圆柱铣刀的主偏角为90 无副偏角 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 面铣刀的几何角面铣刀的一个刀齿 相当于一把小车刀 其几何角度基本与外圆车刀相类似 所不同的是铣刀每齿基面只有一个 即以刀尖和铣刀轴线共同确定的平面为基面 因此面铣刀每个刀齿都有前角 后角 主偏角和刃倾角四个基本角度 如图8 9 注意 在设计 制造 刃磨时 还需要进给 切深剖面系中的有关角度 如图8 9中的 f f 第二节常用金属切削刀具与砂轮 4 铣刀几何角度的选择 1 前角的选择 根据刀具和工件的材料确定 一般小于车刀 高速钢比硬质合金刀具要大 塑性材料 前角增大 脆性材料 前角减小 强度 硬度提高 负前角 见下表 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 后角的选择 在铣削过程中 铣刀的磨损主要发生在后刀面上 采用较大的后角可以减少磨损 当采用较大的负前角时 可适当增加后角 具体数值可参考表 第二节常用金属切削刀具与砂轮 3 刃倾角的选择 立铣刀和圆柱铣刀的外圆螺旋角 就是刃倾角 s 增大 实际前角增大 切削刃锋利 切屑易于排出 铣削宽度较窄的铣刀 增大 的意义不大 故一般取 0或较小的值 具体数值参考下表 第二节常用金属切削刀具与砂轮 4 主偏角与副偏角的选择 第二节常用金属切削刀具与砂轮 5 硬质合金端铣刀 1 硬质合金机夹重磨式端铣刀 是将硬质合金刀片焊接在小刀齿上 再用机械夹固的方法装夹在刀体的刀槽中 有体外刃磨和体内刃磨 2 硬质合金可转位端铣刀 第二节常用金属切削刀具与砂轮 6 铣削方式 1 圆周铣的铣削方式 周铣的两种方式 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 端铣的铣削方式 见下图 2 不对称逆铣 若切入时切削厚度小于切出时切削厚度为不对称逆铣 3 不对称顺铣 若切入时切削厚度大于切出时切削厚度为不对称顺铣 1 对称铣 铣刀轴线位于铣削弧长的对称中心位置 即切入 切出时切削厚度相同时为对称铣 第二节常用金属切削刀具与砂轮 六 拉刀1 拉刀类型 拉刀按加工表面分为内拉刀和外拉刀 按拉削方式分普通式 轮切式 及综合式 按受力不同分拉刀 推刀和旋转拉刀 按结构不同分整体式 焊接式 装配式和镶齿式 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 拉刀组成及其作用头部 与机床连接 传递运动和拉力 颈部 头部和过渡锥的连接部分 也是打标记的地方 过度锥部 引导拉刀 使其容易进入工件的预制孔 前导部 引导拉刀平稳地 不发生歪斜地过渡到切削部分 并可检查预制孔是否过小 以免拉刀因第一刀齿负荷过大而损坏 切削部分 担负全部加工余量的切除工件 由粗切齿 过渡齿和精切齿组成 其刀齿直径尺寸自前往后逐渐增大 校准部 最后几个无齿升量和分屑槽的刀齿 起修光和校准作用 提高孔的加工精度和表面质量 亦可做精切齿的后备齿 后导部 保持拉刀最后的正确位置 防止拉刀刀齿在切离工件后 因自重下垂而损坏已加工表面或刀齿 尾部 对长而重的拉刀起支撑托起 防止拉刀下垂作用 第二节常用金属切削刀具与砂轮 3 拉刀刀齿的几何参数及选用1 齿升量af 前后相邻刀齿半径差 用以达到每齿切除金属层 粗切齿齿升量af 为了缩短拉刀长度 应该尽量加大 使得各刀齿切除总余量的0 6 0 8 精切齿齿升量af 按拉削表面质量要求选取 一般af 0 01 0 02mm 校准齿齿升量一般取0 是最好起修光和校准拉削表面作用 2 齿距P 相邻两刀齿之间的轴向距离 它取决于容屑空间 同时工作齿数及拉大强度 3 前角 0 根据加工材料性能选取 一般取10 15 第二节常用金属切削刀具与砂轮 4 后角 0 直接影响到拉刀刃磨后的径向尺寸 故取值较小 5 刃带宽ba1 为了增加拉刀的重磨次数提高切削过程的平稳性和便于制造是控制刀齿的直径 在刀齿后刀面上留有一后角为0 的棱边 根据切削原理中后角的选择原则 应取较大的后角 但后角过大 刀齿直径较小 拉刀寿命减短 第二节常用金属切削刀具与砂轮 4 拉削方式拉削方式又称拉削图形 它是指拉削时工件表面的成形方式和加工余量的切除方式 采用何种拉削方式 既影响着刀齿的负荷分配 拉削力 工件表面质量 又影响到拉刀耐用度 拉刀总长等 拉削方式主要分位分层式拉削 分块式拉削和综合式拉削 1 分层式是每层加工余量各由一个刀齿切除 但根据工件表面最终轮廓的形成过程不同又可以分为同廓式与渐成式两种 第二节常用金属切削刀具与砂轮 同廓式是指各齿的廓形与加工表面的最终廓形相似 最终廓形是由最后一个切削齿拉削形成的 渐成式是指加工表面最终廓形是由各齿拉削后衔接形成的 即由各刀齿的副切削刃逐渐切成 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 分块式 各组刀齿分别切削加工表面不同位置的加工余量 最后由一圆形齿修光 3 综合式 前部刀齿制作成单齿分块式 后面部分刀齿作成同廓分层式 第二节常用金属切削刀具与砂轮 七 齿轮刀具1 齿轮刀具的类型 齿轮的种类很多 加工要求又各有不同 因此齿轮刀具的品种极其繁多 通常按加工齿轮的品种和加工原理的方法来分类 1 按加工齿轮的品种分 加工渐开线圆柱齿轮的刀具 加工蜗轮的刀具 加工锥齿轮的刀具 加工非渐开线齿形工件的刀具 2 按加工原理分 又可分为成形齿轮刀和展成齿轮刀具 成形齿轮刀具这类刀具的切削刃廓形与被加工的直齿齿轮端剖面内的槽形相同 这类刀具中有盘形齿轮铣刀 指形齿轮铣刀 齿轮拉刀 插齿刀盘等 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 展成齿轮刀具这类刀具切削刃的廓形不同于被切齿轮任何剖面的槽形 切齿时除主运动外 还需有刀具与齿坯的相对啮合运动 称展成运动 工件齿形是由刀具齿形在展成运动中的若干位包络切削形成的 用这类刀具加工齿轮时 刀具本身好像也是一个齿轮 它和被加工的齿轮各自按啮合关系要求的速比转动 而由刀具齿形包络出齿轮的齿形 这类刀具中有齿轮滚刀 插齿刀 梳齿刀 剃齿刀 加工非渐开线齿形的各种滚刀 蜗轮刀具和锥齿轮刀具等 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 插齿刀1 插齿刀的工作原理插齿刀形状如齿轮 有前角和后角以形成切削刃 用展成原理来插制齿轮 插齿时插齿刀本身有往复的切削运动 插齿刀和被切齿轮有配合的展成运动 圆周进给 这种运动一方面包络形成齿轮的渐开线齿廓 另一方面也是连续的确分齿运 动 插齿刀每次后退空行程时 有让刀运动以避免刀具和加工齿面的摩擦 让刀运动可由刀具或工件完成 开始切削时有径向切入进给 达到要求的切深时 径向进给停止 圆周进给的展成运动继续进行 直到齿轮切完为止 同一插齿刀可以加工模数和齿形角相同而齿数不同的齿轮 可以加工标准齿轮 也可加工变位齿轮 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 插齿刀的类型 盘形直齿插齿刀 主要用于加工外齿轮和大直径的内齿轮 碗形直齿插齿刀 主要用于加工多联齿轮和某些内齿轮 锥柄直齿插齿刀 主要用于加工内齿轮 插齿刀可以用于加工斜齿外齿轮和斜齿内齿轮 这时可使用斜齿插齿刀 如左图 插齿刀还可以加工带锥度的外齿轮和内齿轮 如图a所示 加工端面齿的非渐开线齿轮 如图b所示 第二节常用金属切削刀具与砂轮 3 插齿刀的类型 规格与用途插齿刀精度分为AA A B三级 分别加工6 7 8级精度的齿轮 第二节常用金属切削刀具与砂轮 3 齿轮滚刀可用来加工外啮合的直齿轮 斜齿轮 标准齿轮和变位齿轮加工齿轮的范围很大 从模数从0 1mm到40mm的齿轮 均可用滚刀加工 1 齿轮滚刀的工作原理利用螺旋齿轮啮合原理来加工齿轮的 在加工过程中 滚刀相当于一个螺旋角很大的斜齿圆柱齿轮 与被加工齿轮作空间啮合 滚刀的刀齿就将齿轮齿形逐渐包络出来 2 齿轮滚刀的选用 详见P38页表2 4 I型直径较大 适用于AA级精密滚刀 这种滚刀用于加工7级精度的齿轮 II型直径较小 适用于A B C级精度的滚刀 用于加工8 9 10级精度的齿轮 单头滚刀的精度较高 多用于精切齿 多头滚刀精度较差 但生产率高 常用图6 28齿轮滚刀的结构的滚刀 m 10轴向齿形均为直线 而螺旋升角及旋向则决定了刀具在机床上的安装方位 第二节常用金属切削刀具与砂轮 3 选用齿轮滚刀时 应注意以下几点 齿轮滚刀的基本参数 如模数 压力角 齿顶高系数等 应按被切齿轮的相同参数选取 齿轮滚刀的参数标注在其端面上 齿轮滚刀的精度等级 应按被切齿轮的精度要求或工艺文件的规定选取 齿轮换刀的旋向 应尽可能与被切齿轮的旋向相同 以减小滚刀的安装角度 避免产生切削振动 以提高加工精度和表面质量 滚切直齿轮 一般用右旋滚刀 滚切左旋齿轮 最好选用左旋滚刀 第二节常用金属切削刀具与砂轮 八 砂轮砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具 砂轮是在磨料中加入结合剂 经压坯 干燥和焙烧而制成的多孔体 由于磨料 结合剂及制造工艺不同 砂轮的特性差别很大 因此对磨削的加工质量 生产率和经济性有着重要影响 砂轮的特性主要是由磨料 粒度 结合剂 硬度 组织 形状和尺寸等因素决定 1 砂轮磨料种类及应用范围磨料是磨削加工过程中的主体 它不仅要具备很高的硬度 耐热性 热稳定性和化学稳定性 还应具有一定韧性 以便承受一定磨削力 主要分氧化物系 碳化物系和超硬磨料系 各磨料以各自不同的性能 可确定以下的主要加工范围 见表2 5 金刚石磨料 棕刚玉 第二节常用金属切削刀具与砂轮 第二节常用金属切削刀具与砂轮 2 砂轮粒度选择磨料粒度是反应磨粒几何尺寸的大小 也是反映工件表面粗糙度和加工效率的重要指标 粒度粗细还影响磨削热量的生成及磨具表面堵塞 筛选法 颗粒大于40um 区分较大的磨粒 即磨料所能通过筛网在每英寸长度 25 4mm 上所含网眼数60的筛网 粒度号越大 磨粒的实际尺寸越小 沉积法 区分微细磨粒 如