2022年数控车床刀具实习报告 .pdf

数控车床（刀具）实习报告一：刀具基本概述刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为 金属切削刀具。二：刀具材料制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。硬质合金可转位刀片都已用化学气相沉积涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高13 倍以上。由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。刀具材料大致分如下几类：高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金刚石。一般加工中心常用有以下几种材质刀具：碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，超硬材料。1 碳素工具钢碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65%-1.35%的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是 T10A 和 T12A，常温硬度 60-64HRC。当切削刃热至 200-250度时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。2 合金工具钢为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢，常用牌号有9sicr,GCr15,CrWMn 等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -3 高速钢高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬火性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为锋钢和白钢。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀，铣刀，钻头，铰刀。拉刀，齿轮刀具等。硬质合金硬质合金是用粉末冶金方法制造的合金材料，它是由高硬度、高熔点的金属碳化物 WC、TiC 等粉末，用钴等金属粘结剂在高温下烧结而成。硬质合金的硬度较高，常温下可达89-93HRA，耐磨性和耐热性均高于工具钢，在 800-1000 度时仍能正常切削，其切削速度是高速钢的几倍，刀具寿命也提高了几十倍，并能加工高速钢刀具难以切削加工的材料，因此被广泛应用。但是它也存在抗弯强度和冲击韧度比高速钢低，刃口不能磨得像高速钢刀具那样锋利等不足之处。4 超硬材料超硬材料主要是批金石、立凉席氮化硼和陶瓷。金刚石是自然界中最硬的材料，其硬度可达10000HV。天然金刚石价格昂贵。很少使用。人造金刚石以石墨为原料经高温烧结而成。主要用于高速精细车削、镗削有色金属及其合金和非金属材料。切削铜合金或铝合金时切削速度可达800-3800M/MIN。由于金刚石具有较高的耐磨性，加工尺寸和刀具使用寿命长。所以常应用在数控机床、组合机床和自动机床上，加工后的粗糙度可达0.1-0.025um.但金刚石刀具耐热性较差，切削温度不宜超过 700-800 度。强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削。刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。刀具是机械制造中用于切削加工的工具，中国是全球最具发展潜力的刀具市场，不少跨国刀具集团在自身发展战略中，把扩大在中国的刀具销售作为首选，各企业的亚太总部、研发中心、培训中心、物流中心纷纷落户中国，从而以中国为中心辐射亚洲，更加直接便捷地服务于客户，更好地满足亚太地区客户的需求。数控机床对刀具材料的要求：金属切削过程中，切削层金属在刀具的作用下承受剪切滑移而塑性变形，刀具与工件、切屑之间挤压与摩擦使刀具切削部分产生很高的温度，在断续切削加工中还会受到机械冲击及热冲击的影响。加剧刀具的磨损，甚至使刀具破损，因此刀具切削部分的材料必须具备以下几个条件1.较高的硬度和耐磨性刀具切削部分的硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好刀具材料在常温下的硬度应在62HRC 以上2.足够的强度和韧性刀具在切削过度中承受很大的压力，有时在冲击和振动条件下工作，要使刀具不崩刃和折断，刀具材料必须具有足够的强度和韧性一般用抗弯强度表示刀具材料的强度，用冲击值表示刀具材料的韧性3.较高的耐暖性耐热性指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度及韧性的性能是衡量刀具材料切削性能的主要指标。这种性能也称刀具材料红硬性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -4.较好的导热性刀具材料的导热系数越大，刀具传出的热量越多，有利于降低刀具的切削温度和提高刀具的耐用度三：刀具结构1：结构要素A:待加工表面-工件上有待切除的表面。已加工表面-工件上经刀具切削后产生的表面。过渡表面(同义词：加工表面)-工件上由切削刃形成的那部分表面，它将在下一个行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一个切削刃切除。前面(前刀面)-刀具上切屑流过的表面。它直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的B:刀面后面(后刀面)-与工件上切削中产生的表面相对的表面。主后面(同义词：主后刀面)-刀具上同前面相交形成主切削刃的后面。它对着过渡表面。副后面副后刀面)-刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。它对着已加工表面。主切削刃-起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。副切削刃-切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸。各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。角度参考系切削平面-通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。主切削平面 Ps-通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。它切于过渡表面，也就是说它是由切削速度与切削刃切线组成的平面。副切削平面-通过切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。基面 Pt-通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向。假定工作平面-在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点并垂直于基面，一般说来其方位要平行于假定的主运动方向。法平面 Pn-通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。C:刀具角度前角-前面与基面间的夹角。后角-后面与切削平面间的夹角。楔角-前面与后面间的夹角。主偏角-主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。副偏角-副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -刀尖角-主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量。刃倾角-主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。2：装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种：整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。四:数控机床的换刀系统1 回转形式的自动换刀装置：a:刀架抬起 b：刀架转位 c：刀架加紧2 带刀库的自动换刀系统刀库分类：盘式刀库，链式刀库，格子盒式刀库。换刀方式：直接在刀库与主轴直接换刀的自动换刀装置；用机械手在刀库与主轴之间的换刀装置；用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置。3 刀具交换装置利用刀库与机床主轴的相对运动实现刀具的交换装置；刀库机械手的刀具交换装置。4 机械手的形式单臂单爪回转式机械手；单臂双爪式回转式机械手；双臂回转式机械手；双机械名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -手；双臂往复交叉式机械手；双臂端面夹紧式机械手。5 辅助装置等等五：常见刀具的磨损和改进1 磨损原因刀具材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具，普通的涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的；刀具的几何角度石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；1前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负 前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具越锋利，但刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。一般粗加工应选择较小前角刀具或负前角刀具。2后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。后角越小，弹性恢复层同后刀面的摩擦接触长度越大，它是导致切削刃及后刀面磨损的直接原因之一。从这个意义上来看，增大后角能减小摩擦，可以提高已加工表面质量和刀具使用寿命。3螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大，刀具承受的切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角去较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择方面一定要多加注意。通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试，PARA 刀具优化了相关刀具的几何角度，从而使得刀具的整体切削性能大大提高。刀具的涂层金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石墨刀具优越的使用性能；金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性；但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本的投入都是很大的，所以金刚石涂层在不会有太大发展，不过我们可以在普通刀具的基础上，优化刀具的角度，选材等方面和改善普通涂层的结构，在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别，所以在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，其几何角度可适当放大，容削槽也变大，也名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -不会降低其刀具锋口的耐磨性；对于普通的 TiAlN 涂层，虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高，但比起金刚石涂层来说，在加工石墨时它的几何角度应适当放小，以增加其耐磨性。4刀具表面处理技术又有了新发展，移动菠菜发布的国外最新消息：利用固态的纳米结构硼原子团对刀具表面进行改性处理，可较大幅度提高刀具寿命。对金刚石涂层来说，世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术，但是至今为止，国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲；PARA 作为一款优秀的石墨加工刀具，同样采用世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理，以确保加工寿命的同时，保证刀具的经济实用。刀具刃口的强化刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视，而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口，存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。加工条件选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相当大的影响。1切削方式（顺铣和逆铣），顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象，工艺系统的刚性好，切削振动小；逆铣时，刀具的切入厚度从零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径，此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒，都将引起刀具的弹刀或颤振，因此逆铣的切削振动大；2吹气（或吸尘）和浸渍电火花液加工，及时清理工件表面的石墨粉尘，有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响；3选择合适的高转速及相应的大进给量。综述以上几点，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件，在刀具的使用寿命中扮演者不同的角色，缺一不可，相辅相成的。一把好的石墨刀具，应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。2 改进办法1 刃口磨损改进办法：提高进给量；降低切削速度；使用更耐磨的刀片材质；使用涂层刀片。2 崩碎改进办法：使用韧性更好的材质；使用刃口强化的刀片；检查工艺系统的刚性；加大主偏角。3 热变形改进办法：降低切削速度；减少进给；减少切深；使用更具热硬性的材质。4 切深处破损改进办法：改变主偏角；刃口强化；更换刀片材质。5 热裂纹名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -改进办法：正确使用冷却液；降低切削速度；减少进给；使用涂层刀片。6 积屑改进办法：提高切削速度；提高进给；使用涂层刀片或金属陶瓷刀片；使用冷却液；使刃口更锋利。7 月牙洼磨损改进办法：降低切削速度；降低进给；使用涂层刀片或金属陶瓷刀片；使用冷却液。8 断裂改进办法：使用韧性更好的材质或槽型；减少进给；减少切深；检查工艺系统的刚性。注意：通常当后刀面磨损达0.7 毫米时，应更换刀片刃口；精加工时最大磨损量为 0.04 毫米。六：总结（感想）通过数控技术的学习，了解了机床加工零件的流程。绘制零件图（了解零件的加工类型，加工外形，加工基准和尺寸要求），编制加工工艺的程序并确定工位，在机床上装夹和分中（对刀），最后开启机床对零件进行加工。同时对加工过成中可能出现的问题进行分析和改进，如刀具的磨损和主轴的跳动，安装工件的松动，加工过程中的热变形，对薄壁件加工时的加工速度的控制和安装都将决定加工零件的质量。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -