數(shù)控刀具是機械制造中用于切削加工的工具,又稱切削工具。廣義的切削工具既包括刀具,還包括磨具;同時“數(shù)控刀具”除切削用的刀片外,還包括刀桿和刀柄等附件!
刀具是機械制造中用于切削加工的工具,又稱切削工具。 絕大多數(shù)的刀具是機用的,但也有手用的。由于機械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料,所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。還有特別應用的一類刀具,用于地質(zhì)勘探、打井、礦山鉆探,稱為礦山刀具
刀具按工件加工表面的形式可分為五類:加工各種外表面的刀具包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等;孔加工刀具包括鉆頭、擴孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等;螺紋加工刀具包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等;齒輪加工刀具包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪和拉刀等;切斷刀具包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外,還有組合刀具。按切削運動方式和相應的刀刃形狀,刀具又可分為三類:通用刀具如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴孔鉆、鉸刀和鋸等;成形刀具這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀,如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等;特殊刀具加工一些特殊工件,如:齒輪,花鍵等用的刀具。如、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等
高速銑削工藝在汽車、飛機和模具制造業(yè)中應用廣泛。由于銑刀高速旋轉(zhuǎn)時刀具各部分承受的離心力已遠遠超過切削力本身的作用而成為刀具的主要載荷,而離心力達到一定程度時會造成刀具變形甚至破裂,因此研究高速銑刀的安全性技術(shù)對發(fā)展高速銑削技術(shù)有著極其重要的意義
制造刀具的材料具有很高的高溫硬度和耐磨性,必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性,良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等),并不易變形。通常當材料硬度高時,耐磨性也高;抗彎強度高時,沖擊韌性也高。但材料硬度越高,其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性,以及良好的可加工性,現(xiàn)代仍是應用廣的刀具材料,其次是硬質(zhì)合金。聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等;聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬,及合金、塑料和玻璃鋼等;碳素工具鋼和合金工具鋼只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片已用化學氣相沉積涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具,也可用于高速鋼刀具,如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學擴散和熱傳導的障壁,使刀具在切削時的磨損速度減慢,涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上。
根據(jù)制造業(yè)發(fā)展的需要,多功能復合刀具、高速刀具將成為刀具發(fā)展的主流。面對日益增多的難加工材料,刀具行業(yè)改進刀具材料、研發(fā)新的刀具材料和更合理的刀具結(jié)構(gòu)。硬質(zhì)合金材料及涂層應用增多。細顆粒、超細顆粒硬質(zhì)合金材料是發(fā)展方向;納米涂層、梯度結(jié)構(gòu)涂層及全新結(jié)構(gòu)、材料的涂層將大幅度提高刀具使用性能;物理涂層(PVD)的應用繼續(xù)增多。新型刀具材料應用增多。陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韌性進一步增強,應用場合日趨增多。切削技術(shù)快速發(fā)展。高速切削、硬切削、干切削繼續(xù)快速發(fā)展,應用范圍在迅速擴大。
刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素,對于加工效率、加工質(zhì)量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,沖擊韌性越低,材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾,也是刀具材料所應克服的一個關(guān)鍵。對于石墨刀具,普通的TiAlN涂層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的,也就是鈷含量稍高一點的;對于金剛石涂層石墨刀具,可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的,也就是鈷含量稍低一點的
石墨刀具選擇合適的幾何角度,有助于減小刀具的振動,反過來,石墨工件也不容易崩缺;1.前角,采用負前角加工石墨時,刀具刃口強度較好,耐沖擊和摩擦的性能好,隨著負 前角值的減小,后刀面磨損面積變化不大,但總體呈減小趨勢,采用正前角加工時,隨著前角的增大,刀具越鋒利,但刀具刃口強度被削弱,反而導致后刀面磨損加劇。負前角加工時,切削阻力大,增大了切削振動,采用大正前角加工時,刀具磨損嚴重,切削振動也較大。一般粗加工應選擇較小前角刀具或負前角刀具。2.后角,如果后角的增大,則刀具刃口強度降低,后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大后,切削振動加強。后角越小,彈性恢復層同后刀面的摩擦接觸長度越大,它是導致切削刃及后刀面磨損的直接原因之一。從這個意義上來看,增大后角能減小摩擦,可以提高已加工表面質(zhì)量和刀具使用壽命。3.螺旋角,螺旋角較小時,同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長長,切削阻力大,刀具承受的切削沖擊力大,因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是大的。當螺旋角去較大時,銑削合力的方向偏離工件表面的程度大,石墨材料因崩碎而造成的切削沖擊加劇,因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。因此,刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產(chǎn)生的,所以在選擇方面一定要多加注意。通過對石墨材料的加工特性做了大量的科學測試,PARA刀具優(yōu)化了相關(guān)刀具的幾何角度,從而使得刀具的整體切削性能大大提高。
1、刃口磨損。改進辦法:提高進給量;降低切削速度;使用更耐磨的刀片材質(zhì);使用涂層刀片。2、崩碎。改進辦法:使用韌性更好的材質(zhì);使用刃口強化的刀片;檢查工藝系統(tǒng)的剛性;加大主偏角。3、熱變形。改進辦法:降低切削速度;減少進給;減少切深;使用更具熱硬性的材質(zhì)。4、切深處破損。改進辦法:改變主偏角;刃口強化;更換刀片材質(zhì)。5、熱裂紋。改進辦法:正確使用冷卻液;降低切削速度;減少進給;使用涂層刀片。6、積屑。改進辦法:提高切削速度;提高進給;使用涂層刀片或金屬陶瓷刀片;使用冷卻液;使刃口更鋒利。7、月牙洼磨損。改進辦法:降低切削速度;降低進給;使用涂層刀片或金屬陶瓷刀片;使用冷卻液。8、斷裂。改進辦法:使用韌性更好的材質(zhì)或槽型;減少進給;減少切深;檢查工藝系統(tǒng)的剛性。注意:通常當后刀面磨損達0.7毫米時,應更換刀片刃口;精加工時大磨損量為0.04毫米。