数控刀具之车削刀具

数控刀具之—车削刀具编著：吴光辉第二章车削刀具车刀是金属切削加工中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。

车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机夹可转位刀片车刀。

机夹可转位刀片车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越多。

2.1 车削刀具基础1.可转位车刀的结构目前，数控车床上大多使用系列化、标准化刀具。

可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。

其由刀杆、刀片、刀垫和夹紧元件等部分组成（如图2.1a）。

车刀的前、后角是靠刀片在刀杆槽中安装后得到的。

当一条切削刃用钝后可迅速转换成另一条切削刃使用，即可继续工作，直到刀片上的所有的切削刃都用钝，刀片才报废回收，更换新刀片后，车刀又可继续工作。

2.可转位车刀的优点与焊接、整体是刀具相比，可转位刀具具有以下优点：a.刀具寿命高。

由于刀片避免了由焊接和刃磨高温引起的的缺陷，刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具的寿命。

b.生产效率高。

由于机床操作工人不需要在磨刀，可大大的减少停机换刀等辅助时间。

c.有利于推广新技术、新工艺。

可转位车刀由利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。

d.有利于降低刀具成本。

刀杆使用寿命长，且大大减少了刀杆的消耗＆库存量，简化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。

3.可转位刀片可转位刀片的形状、尺寸、精度、结构特点等，均用不同的代码表示。

如下图所示。

编码1表示刀片的形状。

如C表示80°的菱形刀片，T表示三角型刀片；编码2表示刀片的后角。

通常刀具的后角靠刀片安装倾斜形成。

若可转位车刀使用平装结构，则需按后角要求选择相应带后角的刀片。

目前使用比较多的是C、N、P等三种后角；编码3表示刀片的尺寸公差等级，精度较高的公差等级代号位A、F、C、H、E、G；精度较低的公差等级代号有J、K、L、M、N、U。

最常用的刀片公差等级M、G、K等；编码4表示刀片的结构类型（断屑槽及夹固形式）。

如用M表示刀片中间有锁紧孔，并单边带有断屑槽。

用N表示无孔无断屑槽平面型；编码5两位数字表示刀片的切削刃长度。

数字只取尺寸的整数部分；编码6两为数字表示刀片的厚道。

数字也只取厚度的整数部分。

刀片的厚度是指切削刃刀尖处至刀片底面的尺寸。

不同大小的刀片采用不同的厚度。

编码7两位数字表示刀尖圆角半径，用放大10倍的两位数字来表示刀尖圆角半径的大小，如刀尖圆角半径为0.4mm的刀片，编码就用04表示；编码8表示刀片的槽型，每个厂家的刀片槽型代码不同；编码9表示刀片的材质，每个厂家的刀片材质代号也是不同的；（1）刀片的基本形状和刀尖半径刀片具有基本形状和尖角处的圆弧。

刀片的基本形状有很多种，刀尖角从小至35°到大至100°，甚至圆刀片，在此间有方刀片、三角形刀片、以及刀尖角分别为55°、80°的菱形刀片。

不同的刀尖角决定了刀片的应用特性，大的刀尖角适合于重载粗加工，而最尖的刀尖角具有最好的仿形加工能力。

使用大刀尖角、高强度切削刃进行长接触切削，将导致加工过程中的振动趋势以及高功率要求。

在切削中使用可达性高的刀片，则意味着刀片的强度很弱。

刀尖角越大，强度越大，切削热会被分散，床，最应该推荐的是80°的C型。

刀尖半径在车削工序中是关键因素，由于它会影响到被加工表面的粗糙度，因此，需正确选择刀尖半径。

一把刀片可能有多种刀尖半径，通常最小的刀尖半径等于0.2mm，最大的刀尖半径等于2.4mm。

对于一种形状和尺寸的刀片，并不是所有刀尖半径都能提供。

在粗加工车削中，在没有振动风险时，应选择尽可能大的刀尖半径以获得最高的强度。

刀具进给率和刀尖半径之间相互影响。

大刀尖半径提供了高强度切削刃，决定了接触长度一定时，可以使用的最高进给率。

小刀尖半径意味着低强度，但精加工能力高。

（2）刀片断屑槽刀具片断屑槽在很大程度上决定了切削过程。

其专为切削各种材料而设计，它能够以平衡的方式形成切屑，并且还可以提供兼顾的切削刃，以将切屑断裂成可管理的形状。

精加工刀片的槽型具有较小进给和切削深度的应用范围，粗加工刀片的槽型则具有较大进给和切削深度的应用范围。

通用刀片槽型覆盖了较大的中间应用范围，适用于大多数加工场合。

精加工刀片利用刀片圆角处的槽型，而粗加工刀片则使用相对长的主切削刃部分的槽型。

刃边处理的形式取决于刀片的应用范围，可以适用于精加工的磨制锋利刃口，也可以是适用于重载粗加工的宽负倒棱。

切削刃圆角（ER）是最常用的刃边处理形式。

它可以与平面组合使用。

ER尺寸用微米为计量单位，需特殊的工艺来控制精度。

ER的范围是综合刀片材料以及涂层工艺所确定。

4.可转位刀具的夹紧形式可转位车刀的特点体现在通过刀片转位更换切削刃以及所有切削刃以及所有切削刃用钝后更换新刀片。

为此刀片的夹紧应满足以下条件：a.定位精度高。

刀片转位或更换新刀片后，刀尖位置的变化应在工件精度允许范围内；b.刀片夹紧可靠。

夹紧元件应将刀片压向定位面，应保证刀片，刀垫，刀杆接触面紧密帖合，经得起冲击和振动，但夹紧力也不宜过大，应分布均匀，以免压碎刀片；c.排屑流畅。

刀片前面上最好无障碍，保证切屑排出流畅，并容易观察。

特别对于车孔刀，最好不用上压式，防止切屑缠绕划伤已加工的表面；d.使用方便。

转换刀刃和更换新刀片方便、迅速，对小尺寸刀具结构要紧凑。

刀片夹紧机构要满足以上要求式，尽可能使结构简单，制造和使用方便。

主要有以下几种（见图2.1c）：对于不带孔的刀片，特别是带后角的刀片，采用压板压紧式。

这种结构夹紧力大，稳定性高，装夹方便，制造容易。

（2）复合压紧式（M）对于带孔的刀片，采用销轴定位和压板复合式压紧，这种结构由于其夹紧力和稳定性比压板压紧式还高，所以在外圆内孔粗加工中应用相当广泛。

以上两种夹紧方式的主要缺点是，由于前部结构带来的到头尺寸较大。

（3）杠杆压紧式（P）杠杆式夹紧机构有直杆式和曲杆式两种结构形式。

通常较常用的是曲杆式杠杆式压紧机构如图，其刀片由曲杆通过螺钉夹紧，曲杆以其拐角凸出部分为支点摆动，杠杆配合着螺钉上的沟槽随螺钉的上下运动夹紧和松开。

弹簧套制成半圆柱形，刀垫靠弹簧套的张力定位在刀杆上，弹簧套和曲杆之间有较大的间隙，便于曲杆在其中间摆动。

（4）螺钉压紧式（S）如图，用沉头螺钉紧固刀片，此结构紧凑，制造工艺简单，夹紧可靠。

且刀头尺寸小，定位精度由刀体定位面保证，适合对于容屑空间及刀具头部尺寸有要求的情况下。

通常精加工均采用螺丝压紧式。

2.2 外圆车削外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。

（1）外圆车刀的选择编码1刀片夹紧方式的选择在国家标准中，一般夹紧方式有上压式(代码C)、上压与销孔夹紧(代码M)、杠杆夹紧(代码P)和螺钉夹紧(代码S)四种。

各夹紧方式适用不同形式的刀片，如无孔刀片常用上压式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夹紧方式。

M型夹紧可靠，适用于切削力较大的场合，如加工条件恶劣、钢的粗加工、铸铁等短屑的加工等。

P型前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用。

S型结构简单紧凑，无阻排屑，是沉孔刀片的夹紧方式，可用正前面刀片，适合于轻切削和小孔加工等。

编码2刀片外形的选择刀片外形与加工的对象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃数等等有关。

一般外圆车削常用80°凸三边形(W型)，四方形(S型)和 80°棱形( C型)刀片。

仿形加工常用55°(D型)、35°(V 型)棱形和圆形(R型)刀片。

90°主偏角常用三角形(T型)刀片。

不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。

圆刀片(R型)刀尖角最大，35°菱形刀片(V型)刀尖角最小(图2)。

在选用时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削针对性地选择。

在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片，反之，机床刚性和功率小、小余量、精加工时宜选用较小刀尖角的刀片。

从切削力考虑，刀尖角越大，在车削中对工件的径向分力越大，越易引起切削振动。

从有效刃数来看，同等条件下，圆形刀片最多，棱形刀片最少。

编码3刀杆头部形式的选择刀杆头部形式按主偏角和直头、偏头分有15～18种，各形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都一一列出，可以根据实际情况选择。

有直角台阶的工件，可选大于或等于叨往偏角的刀杆。

一般粗车，可选主偏角45°～90°的；精车，可选45°～75°的；中间切入、仿形，可选45°～107.5°的；工艺系统刚性好时可选较小值，工艺系统刚性差时，可选较大值。

编码4刀片后角的选择常用的刀片后角有N(0°)、C(7°)、P(11°)、E(20°)等，一般粗加工，半精加工可用N型。

半精加工、精加工可用C型、P型、也可用带断屑槽形的N型刀片。

加工铸铁、硬钢可用N型。

加工不锈钢可用C型、P型。

加工铝合金可用P型、E型等。

加工弹性恢复性好的材料可选编码5 左右手刀柄的选择有三种选择：R(右手)、L(左手)和N(左右手)。

要注意区分左右刀的方向。

选择时要考虑机床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等，表示了左右手螺纹刀在不同的情况下所得到的不同结果。

编码6、7刀杆尺寸的选择刀杆基本尺寸有刀尖高度，刀杆的宽度和长度，在标准尺寸系列中，这些都是相对应的，选择时应与所使用的机床相匹配，使车刀装在卧式车床刀架上的刀尖位置处于车床主轴中心线等高位置，若略低一点可以加垫片解决，但对于数控机床，原则上不得加垫片。

刀杆的长度应考虑到刀杆需要的悬伸量，这悬伸量应尽可能小。

内孔刀杆还要考虑加工的最小孔径等等。

编码9切削刃长度的选择切削刃的长度应根据加工余量来定，最多是刃长的2/3参加切削。

要考虑到主偏角对有效切削刃长度的影响。

（2）使用刀片的选择刀片精度等级的选择刀片精度等级根据加工作业，例如精加工、半精加工、粗加工等选择，以便在保证作业任务完成的前提下，降低加工成本。

国家标准有A～U共12个精度等级，车削常用等级为G、M、U。

一般，精密加工选用高精度的G级刀片；非铁金属材料的精加工，半精加工宜选用G级刀片。

淬硬(45HRC以上)钢的精加工也可选用G级刀片。

精加工至重负荷粗加工可选用M级、粗加工可选用U级刀片。

刀尖圆弧半径的选择刀尖圆弧半径不仅影响切削效率，而且关系到被加工表面粗糙度及精度。

从刀尖圆弧半径与最大进给量关系来看，最大进给量不应超过刀尖圆弧半径尺寸的80％，否则将恶化切削条件，甚至出现螺纹状表面和打刀等问题。