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选刀指导与实例分析重点讲义资料
《金属切削原理与刀具》
选刀指导与实例分析
上海电机学院机械学院
二零零九年
目录
第一章车刀的选取与实例分析1
第二章铣刀的选取与实例分析11
附录I山特维克(Sandvik)刀具样本----车削(部分)15
附录II山特维克(Sandvik)刀具样本----铣削(部分)59
第一章车刀的选取与实例分析
一、选刀步骤
1、确定工序、刀具和夹紧系统
确定工序指的是当前拟选取的刀具是用于纵向车削、仿形车削还是车端面等。
根据工序选择适合的刀具和夹紧系统。
2、选择刀片
选择刀片主要包括形状、尺寸、槽型、工序类型、刀具材料牌号等。
刀片形状应满足主偏角要求和满足刀具的可达性及通用性要求,例如刀具的副切削刃不能和已加工表面发生干涉。
为满足强度以及经济性要求,应选择尽可能大的刀尖角。
选择尽可能大的刀尖半径,以获得更坚固的切削刃;如果存在导致振动的趋势,则选择较小的刀尖半径。
3、选择刀杆
根据刀片选取适当的刀杆。
二、可转位车刀的刀片型号
硬质合金可转位刀片的国家标准采用ISO国际标准。
为适应我国国情,在国际标准规定的9个号位之后,加一短横线,再用一个字母和一位数字表示刀片断屑槽型式和宽度。
因此我国可转位刀片的型号,共用10个号位来表示,参见图1。
按照规定,任何一个型号刀片都必须用前7个号位,后3个号位在必要时才使用。
但对于车刀刀片,十号位属于标准要求标注的部分。
不论有无八、九两个号位,十号位都必须用短横线与前面号位隔开,并且其字母不得使用八、九两个号位已使用过的字母。
1、号位1表示刀片形状,用一个英文字母代表
边数多的刀片,刀尖角大,刀楔的强度和散热条件好,耐冲击,并且切削刃多,因而寿命高,但切削刃较短,从而允许的背吃刀量就越小。
总的说来,顶角越大刀片强度越高、散热性能越强、切削力越大;顶角越小仿形加工能力越强;可用刃数越多刀片越经济。
一般而言,正三边形刀片和正四边形刀片最常用,菱形刀片用于仿形车床和数控车床,圆形刀片用于成形面加工。
在数控机床上80的C型刀片最为常用,在美国C型刀片占大多数,在日本T型刀片虽常用,但C型刀片用量也极多。
C型刀片与T型、S型相比,安装与加工精度高,D型与V型菱形刀片,虽然安装与加工精度也高,但C型刀尖顶角为80,相对刀头强度大、耐损伤、更易长期保持精度。
刀片形状的选用参见表1。
图1可转位车刀刀片标记方法示例
表1常用刀片形状的选用
刀片形状
应用场合
正三边形T
用于60、90、93外圆、端面、内孔车刀,但只适用于较小的切削用量
正四边形S
通用性广,可用于外圆、端面、内孔、倒角车刀
带副偏角三角边F
用于90外圆、端面、内孔车刀,除加工工艺系统刚性差者均宜采用
凸三边形W
用于90外圆、端面、内孔车刀,除加工工艺系统刚性差者均宜采用
圆形R
用于车削曲面、成形面、精车
菱形V、D
用于数控车床
(2)号位2表示刀片后角,用一个英文字母代表
后角共有10种型号。
最常用的是N型(0),一般用于粗、半精车;C(7)、P(11)型刀片一般用于半精车、精车、仿形加工和加工内孔。
在实际使用中,后角为零的刀片被广泛使用。
但加工中,实际后角不可为零,因此车刀刀杆上刀槽的形状必须使刀片装上后形成后角,这样必然造成刀片后部上抬,前角成为负值,前角为负值的刀片刀刃强度大,但锋利性差,各种各样断屑槽的开发,可弥补这个缺点,从而使后角为零的刀片得到极为广泛的使用。
后角为零的刀片,上下面积、结构、形状可做得完全相等。
此时上下面均可作为前刀面使用,使实际可用刀刃数增大一倍,如菱形刀片可使用4个刀刃,T型、S型分别可使用6个到8个刀刃,经济性好。
后角为正值的刀片可形成较大的前角,大多用于被加工体刚性低时,或內圆镗孔、加工铝材、钢材与仿形加工等。
(3)号位3表示刀片尺寸公差等级,用一个英文字母代表
这是为了保证刀片安装在刀槽中和刀片转位后的定位精度。
可转位刀片有16种精度,其中6种精度适用于车刀,代号为H、E、G、M、N、U。
H最高,U最低。
在刀片精度等级中,M级是最常用的,是较经济低廉的,应优先选用,A级到G级刀片经过研磨,精度较高。
刀片精度要求较高时,常选用G级。
小型精密刀具的刀片可达E级或更高。
(4)号位4表示刀片固定方式及有无断屑槽,用一个英文字母代表
刀片固定方式的选择实际上就是对车刀刀片夹紧结构的选择。
这一项主要表示刀片有孔还是无孔,无孔的只能用压板夹固,有孔的可用螺钉或孔内杠杆等夹固。
一般双面刀片上下面均有断屑槽,上下面刀刃均可用,经济性好,但适用于较轻负荷,单面刀片可适用于较重负荷。
无断屑槽刀片适用于铸铁粗加工,因刃部强度大,支撑面大,即使在严酷条件下也可稳定切削。
(5)号位5表示切削刃长度,用两位数字代表
选取舍去小数值部分的刀片切削刃长度作为代号。
例如代号16表示刀刃(整数部分)长度为16mm。
切削刃长度应根据背吃刀量ap进行选择。
一般通槽形的刀片切削刃长度应1.5倍的背吃刀量,封闭槽形的刀片切削刃长度应2倍的背吃刀量。
(6)号位6表示刀片厚度,主切削刃到刀片定位底面的距离,用两位数字代表
选取舍去小数值部分的刀片厚度作为代号。
例如代号03表示刀片(整数部分)厚度为3mm。
刀片厚度大,可承受切削负荷大。
刀片厚度应根据背吃刀量ap和进给量f进行选择,主要保证刀片有足够的强度来承受切削力。
(7)号位7表示刀尖圆弧半径
刀尖圆弧半径用省去小数点的圆角半径毫米数表示,如刀片圆弧半径为0.3mm,则代号为03,刀片圆弧半径为1.2mm,则代号为12。
若为尖角或圆形刀片,则代号为00。
一般刀尖圆弧半径小的用于背吃刀量小的精加工、细长轴加工与机床刚性差的情况。
而刀尖圆弧半径大的用于需要刀刃强度大的断续切削、大直径工件粗加工与机床刚度好的加工。
刀尖圆弧半径的大小还影响表面粗糙度。
Sandvik刀具的推荐值:
一般粗加工时T-MAXP(上压式夹紧)型刀片刀尖圆弧半径选0.8mm,CoroTurn(螺钉夹紧)107/111型刀片刀尖圆弧半径选0.4mm。
一般半精加工时T-MAXP型刀片刀尖圆弧半径选0.8mm,CoroTurn107/111型刀片刀尖圆弧半径选0.8mm。
一般精加工时T-MAXP型刀片刀尖圆弧半径选1.2mm,CoroTurn107/111型刀片刀尖圆弧半径选0.8mm。
(8)号位8表示刃口形式,用一个英文字母代表
刃口形式有尖锐刀刃(F)、倒圆刀刃(E)、倒棱刀刃(T)、倒棱又倒圆刀刃(S)。
刃口形式对切削刃强度和寿命有明显的影响。
车削用的可转位刀片,基本上是倒圆刀刃。
(9)号位9表示切削方向,用一个英文字母代表
R为右切,L为左切,N为左、右均能切。
(10)号位10表示断屑槽型与槽宽,分别用一个英文字母及一个阿拉伯数字代表
断屑槽槽宽用舍去小数位部分的槽宽毫米数表示。
例如,槽宽为0.8mm,代号为0;槽宽为3.5mm,代号为3。
根据结构特点,断屑槽可分为开口式和封闭式两大类。
前者保证主切削刃获得大前角,但断屑范围窄,多用于切削用量变化不大的场合,且左切、右切两种刀片不能混用;后者槽不开通,左、右切削刃可以通用,但切削力较大。
典型的断屑槽类型、特点及适用场合参见表2。
表2常用断屑槽特点与适用场合
槽型代号
槽型特点及适用场合
切削用量
f/(mm/r)
ap/mm
A
槽宽前、后相等。
断屑范围比较窄。
用于切削用量变化不大的外圆,端面车削与内孔车削
0.15~0.6
1.0~6.0
K
槽前窄后宽,断屑范围较宽,主要用于半精车和精车。
0.1~0.6
0.5~6.0
V
槽前后等宽,切削刃强度较好,断屑范围较宽。
用于外圆、端面、内孔的精车、半精车和粗车。
0.05~1.2
0.5~10.0
W
三级断屑槽型,断屑范围较宽,粗、精车都能断屑,但切削力较大。
主要用于半精车和精车,要求系统刚性好。
0.08~0.6
0.5~0.6
C
加大刃倾角,切削径向力小。
用于系统刚性较差的情况。
0.08~0.5
1.0~5.0
B
圆弧变截面全封闭式槽形,断屑范围广。
用于硬材料,各种材料半精加工、精加工以及耐热钢的半精加工。
0.1~0.6
1.0~6.0
G
无反屑面,前面成内孔下凹的盆形,前角较小。
用于车削铸铁等脆性材料。
0.15~0.6
1.0~6.0
M
两级封闭式断屑槽,刀尖角为82,用于背吃刀量变化较大的仿形车削。
0.2~0.6
1.5~6.0
三、实例分析一
本节以一个典型零件外圆柱面的加工为例,分析车削刀具的选用方法。
1、工艺分析
齿圈工序图如图2所示,对工序图进行工艺分析。
(1)该零件是减速器上的齿圈,本工序中主要加工齿圈外部的圆柱面和两个槽,零件为盘套类零件,刚性一般,容易变形,加工过程比较复杂,刀具容易干涉,选择刀具和切削用量时都应注意。
齿圈加工前即毛坯件状态如图3所示。
图2齿圈工序图
图3齿圈加工前状态图
(2)对各部分的加工余量进行计算以便选择合适的刀具,参照图2、图3。
圆柱面的单面加工余量为1.75mm;该圆柱面上两个槽的深度为2.25mm;
圆柱面的单面加工余量为3mm;
两个
凸缘的外圆柱面的单面加工余量为2.5mm;外侧端面的加工余量为2mm,内侧端面加工余量约为3mm。
该零件材料为38CrNiMo,硬度为HRC37~43,加工零件的刚性差,加工过程中切削深度不能过大,应分成粗加工、半精和精加工进行。
从零件的结构上分析,该零件应采用心轴型夹具以内孔及一侧端面定位,以零件的另一端面作为夹紧面。
2、加工刀具类型选择
该零件的加工部位较多,而且又存在干涉,选择刀具时要注意刀具的几何尺寸大小。
(1)加工零件两端
的圆柱面时应采用两把90偏刀进行加工,同时该零件圆柱面上还有两个带有30倒角的槽,切槽时无法加工其30倒角,应采用这两把偏刀在加工外圆柱面时加工出来,为避免副切削刃干涉,副偏角应大于30,考虑现有刀具类型和保证刀具的强度,选择主偏角为93,副偏角为32的外圆车刀。
用右偏刀车右边圆柱面、30倒角及右端凸缘外侧面,刀片的订货号是DNMG110408—PM(GC4225)(P29),刀杆的订货号是PDJNR2525M11(P121),设定刀号为T01。
用左偏刀车左边圆柱面、30倒角及左端凸缘外侧面,刀片的订货号是DNMG110408—PM(GC4225)(P29),刀杆的订货号是PDJNL2525M11(P121),设定刀号为T02。
(2)车削两端
的圆柱面上的槽时,选择普通的切槽刀即可.同样为避免刀杆与
的凸缘干涉,选用两把切槽刀进行加工,用右偏刀车右边槽,刀片的订货号是N123G2—0318—0003—GM(GC4225)(P409),刀杆的订货号是RFl23G10—2525B(P420),设定刀号为T03。
用左偏刀车左边槽。
刀片的订货号是N123G2—0318—0003—GM(GC4225)(P409),刀杆的订货号是LFl23G10—2525B(P420),设定刀号为T04。
槽的深度为2.25mm。
选择悬伸大于3mm的切槽刀即可。
(3)车削
圆柱面和
凸缘端面及两凸缘内侧面可选用同一把刀,但考虑零件的外形,必须用两把刀具进行加工,用右偏刀加工左半部分
的圆柱面、R8的圆弧、凸缘内侧面和
的凸缘端面,刀片的订货号是VBMT110204—UF(GC1525)(P59),刀杆的订货号是SVJBR2525M11-B1(P144),设定刀号为T05。
用左偏刀加工右半部分的轮廓,刀片的订货号是VBMT110204—UF(GC1525)(P59),刀杆的订货号是SVJBL2525M11-B1(P144),设定刀号为T06。
3、填写刀具调整单,见表3。
表3刀具准备单
刀号
刀具名称
刀具订货号
备注
T01
外圆车刀
刀片订货号DNMG110408—PM(GC4225)(P29)
刀杆订货号PDJNR2525M11(P121)
加工工件右部
T02
外圆车刀
刀片订货号DNMG110408—PM(GC4225)(P29)
刀杆订货号PDJNL2525M11(P121)
加工工件左部
T03
车槽刀
刀片订货号N123G2—0318—0003—GM(GC4225)(P409)
刀杆订货号RFl23G10—2525B(P420)
加工工件右部
T04
车槽刀
刀片订货号N123G2—0318—0003—GM(GC4225)(P409)
刀杆订货号LFl23G10—2525B(P420)
加工工件左部
T05
外圆车刀
刀片订货号VBMT110204—UF(GC1525)(P59)
刀杆订货号SVJBR2525M11-B1(P144)
加工左半部分
T06
外圆车刀
刀片订货号VBMT110204—UF(GC1525)(P59)
刀杆订货号SVJBL2525M11-B1(P144)
加工右半部分
四、实例分析二
本节以一个典型轴类零件的加工为例,进一步分析车削刀具的选用方法。
1、工艺分析
零件图如图4所示,对零件图进行工艺分析。
该零件材料为45#钢,属于优质碳素结构钢,平均含碳量为0.45%,属于中碳钢,正火后布氏硬度为HB170~210左右,属于中等硬度,切削性能好,易于加工,加工时容易保证精度和表面粗糙度。
材料的综合力学性能良好,是生产中应用最为广泛的一种材料,但淬透性低,水淬时易生成裂纹,主要用于制造强度高的运动件。
该零件毛坯为外径90mm,长155mm的圆棒料。
该零件的结构比较复杂,加工部位较多,加工中需要调头两次装夹才能完成,故分成两道工序进行加工,工序一加工零件左端
、
的外径、R6的圆弧及两个宽为5mm的槽。
然后调头,利用软铜皮包住
的外圆柱面装夹完成工序二的加工,即加工零件剩余的所有外轮廓。
技术条件:
未注倒角C0.5、未注圆角R0.2、材料45#
图4典型轴类零件图
2、加工刀具类型选择
本零件的加工部位较多,形状比较复杂,因而需要的刀具种类也很多。
工序一:
(1)加工零件左端
、
的外径及R6的圆弧(零件左半部分外轮廓)时需要采用一把外圆车刀,对刀具无特殊要求,只要选择一把主偏角大于90的右偏刀即可,结合常用的刀具类型,选择主偏角为93的外圆车刀,为提高刀具刚性,采用刀尖角为55的菱形刀片,刀片订货号为DCMT11T308—PF(GC4215)(P50)。
刀杆的订货号为SDJCR2525M11(P139),设定刀号为T01。
(注:
该机床应装夹高度为25mm的刀柄)。
(2)加工零件左端两个宽度为
mm的槽,公差为0.018mm,精度高不易保证,不能用定尺寸刀具保证,只能利用稍窄的槽刀通过走点的方式保证,因此选用一把宽度为4mm的槽刀来加工。
刀片的订货号是N123H2—0400—0003—GM(GC4225)(P409),刀杆的订货号是RFl23H13—2525BM(P420),设定刀号为T02。
工序二:
(1)当加工零件右半部分时,考虑到R250.042圆弧面对刀具副偏角的影响,应选副偏角大一些的刀具加工,根据常用的刀具类型,选择主偏角为93,使用35菱形刀片的外圆车刀,刀片订货号为VBMT160408—PF(GC4215)(P59)。
刀杆的订货号为SVJBR2525M16(P144),设定刀号为T03。
该刀具的刀尖角较小,刚性差,此时的背吃刀量应选择小一些,以防止刀片折断。
(2)零件右端有两个宽度为6mm和3mm的退刀槽,宽度为6mm的槽深为2.5mm,宽度为3mm的槽深为2mm,精度要求不高,可采用相应宽度的槽刀直接加工而成,刀头的伸出量大于3mm即可。
宽度为6mm的槽刀较为少见,而且切削刃过长,加工效果不好,为减少刀具种类,可采用加工左端槽时用的刀号为T02宽度为4mm的槽刀加工。
宽度为3mm的槽可选用一把宽度为3mm的槽刀加工即可。
查刀具样本,刀片订货号N123G2—0300—0003—GM(GC4225)(P409),刀杆订货号RFl23G10—2525B(P420),设定刀号为T04。
(3)零件右部有M461.5—6h的外圆柱螺纹,螺纹的牙型角为60,可以选用标准刀具。
刀片的螺距选择1.5mm,查刀具样本,刀片的订货号为R166.0G—16MM01—150(GC1020)(P531),刀杆的订货号是R166.4FG-2525-16(P551),设定刀号为T05。
3、填写刀具调整单,见表4。
表4刀具准备单
刀号
刀具名称
刀具订货号
备注
T01
外圆车刀
刀片订货号DCMT11T308—PF(GC4215)(P50)
刀杆订货号SDJCR2525M11(P139)
加工工件左半部
T02
车槽刀
刀片订货号N123H2—0400—0003—GM(GC4225)(P409)
刀杆订货号RFl23H13—2525BM(P420)
刀宽为4mm
T03
外圆车刀
刀片订货号VBMT160408—PF(GC4215)(P59)
刀杆订货号SVJBR2525M16(P144)
加工工件右半部
T04
车槽刀
刀片订货号N123G2—0300—0003—GM(GC4225)(P409)
刀杆订货号RFl23G10—2525B(P420)
刀宽为3mm
T05
外螺纹车刀
刀片订货号R166.0G—16MM01—150(GC1020)(P531)
刀杆订货号R166.4FG—2525—16(P551)
加工M461.5
第二章铣刀的选取与实例分析
一、选刀步骤
1、确定工序和刀具系统
确定工序指的是当前拟选取的刀具是用于面铣、方肩铣、仿形铣、槽铣或其它。
根据工序、工件材料以及加工余量等因素选择适合的刀具系统。
2、选择刀具
在选定的刀具系统中选择合适的刀具。
二、实例分析
本节以一个数控加工中心典型盘盖类零件为例,分析铣削刀具的选用方法。
1、工艺分析
零件的工序图如图5所示,对零件图进行工艺分析。
(1)零件的结构形状及尺寸精度要求如图5所示,工件材料为可锻铸铁,硬度值为HB130。
硬度相对较低,加工中切削力较小,选用的刀具或刀片的硬度可稍低一些,为提高切削效率,选择刀片时可选择前角较大,刀刃比较锋利的硬质合金刀片。
该零件的加工部位较多,采用的刀具类型也较多,主要加工部位有:
的孔,凸缘花边,凸缘上的两个槽,两个
的孔。
加工前状态如图6所示。
2、根据各加工部位选择刀具类型
(1)
的孔的尺寸公差为0.03mm,表面粗糙度为Ra1.6,属于精度较高的孔,尺寸较大,只能利用镗刀镗削加工,查上道工序图,本道工序的余量为3mm(直径方向),应分成粗、精两刀完成,故选择两把镗刀:
粗加工镗刀和精加工镗刀,刀号分别为T01、T02。
有关镗刀的选取不属于铣刀选取范围,故不再此处说明。
(2)根据凸缘花边的结构形状,只能利用立铣刀加工,考虑到该结构上最小凹圆弧的半径为8mm,精加工刀具可采用直径Dc小于或等于16mm的立铣刀,查看前道工序图,凸缘的厚度为15mm,零件外部为圆形,余量较大,不能利用16mm的立铣刀直接加工而成,应先选择一把直径大一些的立铣刀进行粗加工,去除大部分余量,然后再选一把直径小于或等于16mm的立铣刀进行精加工,根据开口槽的宽度为30mm,查看刀具样本,选择的粗加工立铣刀为直径为25mm的铣刀,其订货号为R216.35—25030—BC45B(GC1620)(P698),具有5个刀齿,最大切深为45mm,设定刀号为T03。
精加工选用直径为14mm的立铣刀,其订货号为R215.36—14060—AC26L(GC1620)(P706),具有6个刀齿,最大切深为26mm,设定刀号为T04。
图5零件工序图
图6零件前道工序图
(3)加工凸缘上的两个半圆槽时可以按照加工键槽的方法进行加工,先用钻头在键槽的两端各钻一个孔,然后利用键槽铣刀铣削加工至尺寸要求,一般钻孔应先打中心孔,故加工本结构应采用中心钻打中心孔,钻头钻孔,键槽铣刀铣削加工三个工步进行。
中心钻选用直径为3mm的即可,设定刀号为T05,钻头选用直径为10mm的普通钻头即可,设定其刀号为T06。
铣削键槽应采用键槽铣刀,但查看刀具样本,直径为12mm的铣刀最大切深为12mm,而工件厚度为15mm,只能选用其他形式的立铣刀,选用精加工立铣刀,刀具直径为12mm,刀具订货号为R215.36—12060—AC26L(GC1620)(P706),该刀具有六个刀齿,最大切深为26mm,刚性较好,能保证加工精度。
设定刀号为T07。
有关钻头的选取不属于铣刀选取范围,故不再此处说明。
(4)加工凸缘上的两个
的孔时选择刀具比较容易,根据该孔的尺寸精度和形位公差要求,应采用钻孔和镗孔相结合的工艺方法,钻孔前先打中心孔,故应采用中心钻、钻头和镗刀三把刀具进行加工。
中心钻采用前一把刀号为T05,直径为3mm的即可,孔的最终尺寸为20mm,钻孔应钻到19mm左右,故选用一个18.5mm的钻头,选用普通钻头即可,设定其刀号为T08。
镗削余量大约为1mm,镗刀应选用一把单刃精镗刀,设定刀号为T09。
有关钻头、镗刀的选取不属于铣刀选取范围,故不再此处说明。
3、填写刀具调整单,见表5。
表5刀具准备单
刀号
刀具名称
刀具订货号
备注
T01
粗镗刀
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T02
精镗刀
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T03
立铣刀
R216.35—25030—BC45B(GC1620)(P698)
刀具直径25mm
T04
立铣刀
R215.36—14060—AC26L(GC1620)(P706)
刀具直径14mm
T05
中心钻
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----
T06
钻头
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----
T07
键槽铣刀
R215.36—12060—AC26L(GC1620)(P706)
刀具直径12mm
T08
钻头
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----
T09
单刃精镗刀
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