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什么是車(chē)刀及其使用方法

發(fā)布時(shí)間:2013-08-19 瀏覽:

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蘇州碩朔五金工具有限公司主要經(jīng)營(yíng)：高精度車(chē)削、銑削

、鉆削

、鏜削

、切斷切槽

、焊接刀具和螺紋加工可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀片

、非標(biāo)刀具制作及機(jī)床零附件

車(chē)削是一種用來(lái)加工圓柱面的金屬切削方法——工件繞主軸旋轉(zhuǎn)，刀具做徑向或軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

，切削出想要的表面。從一般意義上講：車(chē)削指的是用單刃刀具切削出任意的圓柱面

。講的更具體些：車(chē)削經(jīng)常被用來(lái)切削與工件軸平行的外圓表面

。對(duì)與工件軸垂直的表面進(jìn)行的切削叫做端面車(chē)削

。車(chē)削時(shí)

，刀具主要沿機(jī)床主軸做軸向進(jìn)給動(dòng)作

。端面車(chē)削時(shí)

，刀具則主要做徑向進(jìn)給動(dòng)作。錐形和仿形表面的車(chē)削則要求刀具既做軸向

，又做徑向進(jìn)給動(dòng)作，這種車(chē)削又稱(chēng)作仿形車(chē)削

。

　　大多數(shù)車(chē)削加工的切削特征都很相似。如果只能用一把刀具在一個(gè)既定的表面上進(jìn)行車(chē)削

。這把刀必須在一定程度上探出夾具一部分，才能讓夾具與旋轉(zhuǎn)的工件保持一定距離

。車(chē)削開(kāi)始后

，刀具開(kāi)始切削工件

，直到整個(gè)加工過(guò)程結(jié)束

。在這個(gè)過(guò)程中

，刀具將工件車(chē)削成一個(gè)圓柱體表面，其切割速度和切割尺寸都是恒定的

。在端面車(chē)削的時(shí)候

，切削速度與工件直徑成比例變化。當(dāng)?shù)毒呒磳⒔咏ぜ行牡臅r(shí)候

，切削速度會(huì)降低

。有的時(shí)候當(dāng)?shù)毒呓咏ぜ行臅r(shí)，主軸會(huì)加速以提高工件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
　　總之

，車(chē)削是一種常見(jiàn)的金屬切削方法。除了開(kāi)始和結(jié)束這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)

，其他時(shí)候刀具所受的力以及刀尖的溫度

，基本上都是恒定的

。端面車(chē)削有所不同

，其切削速度是變化的

，因而刀尖溫度會(huì)有所波動(dòng)。在切削大直徑工件時(shí)

，還可能會(huì)產(chǎn)生高溫

。但是由于切削速度只是影響切削力的一個(gè)小因素

，因此作用在端面車(chē)削刀具上的力可以看做是恒定的

。
　　相關(guān)的車(chē)削操作
　　除了車(chē)削和端面車(chē)削外

，車(chē)床還能被用來(lái)干別的事情

。
　　在車(chē)床上可以進(jìn)行的工作，幾乎都采用單刃刀具

。下文列出了車(chē)床可以勝任的其他6種加工：
　　切角：用刀具切除圓柱體邊上的一個(gè)角。
　　切斷：刀具做徑向進(jìn)給

，沿著工件的長(zhǎng)，在一個(gè)特殊的地點(diǎn)切入旋轉(zhuǎn)的工件將其切成兩半

。
　　車(chē)縲紋：用一個(gè)尖口刀具直線進(jìn)給到旋轉(zhuǎn)工件的內(nèi)或外表面

，切削出內(nèi)或外螺紋

。
　　搪孔：擴(kuò)大一個(gè)預(yù)制孔的尺寸。將一個(gè)尖口刀具與旋轉(zhuǎn)軸平行直線進(jìn)給來(lái)擴(kuò)大孔的尺寸。
　　鉆孔：將鉆頭沿著工件軸切入工件內(nèi)

，開(kāi)出一個(gè)孔

。鉆孔完成后

，可以再鉸孔或是搪孔來(lái)提高孔的精確度和表面光潔度

。
　　滾花：用刀具來(lái)在工件表面滾壓出規(guī)則的交叉圖案。
　　刀夾的類(lèi)型
　　ANSI車(chē)削刀夾編碼系統(tǒng)用幾個(gè)字母

，通過(guò)導(dǎo)程角和端刃角數(shù)值來(lái)說(shuō)明車(chē)削刀夾的特定幾何形狀。ANSI車(chē)削刀夾系統(tǒng)共列出了7種基本的刀具類(lèi)型

，它們能夠完成幾乎所有的車(chē)床加工，包括車(chē)削

、端面車(chē)削、切槽

、車(chē)螺紋、和切斷等等

。這7種主要的刀具類(lèi)型的代表符號(hào)是A

，B，C

，D

，E，F(xiàn)

，G

。
　　A型：直柄

，帶0°斜切削刃角

，用于車(chē)削。
　　B型：直柄

，帶15°斜切削刃角

，用于車(chē)削。
　　C型：直柄

，帶0°端刃角

，用于切斷和切槽

。
　　D型：直柄

，帶45°斜切削角，用于車(chē)削
　　E型：直柄

，帶30°斜切削角

，用于車(chē)螺紋

。
　　F型：曲柄

。帶0°端刃角

，用于端面車(chē)削

。
　　G型：曲柄

。帶0°斜切削角。這是A型刀具的一種

，只不過(guò)間隙更大，用于離車(chē)床卡盤(pán)較近的車(chē)削。
　　切削刀片的形狀
　　可轉(zhuǎn)位車(chē)削刀片分多種形狀

、尺寸和厚度

；有的帶直孔，有的帶埋頭孔

，有的不帶孔

；有的車(chē)削刀片一邊帶斷屑槽

，有的兩邊都有斷屑槽，有的則不帶斷屑槽

。要根據(jù)刀片和斷屑槽的幾何形狀來(lái)選擇合適的車(chē)削刀夾，只有這樣才能提高生產(chǎn)效率

，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。
　　針對(duì)一種工件材料或是工件硬度

，確定采用何種幾何形狀的刀片時(shí)

，應(yīng)充分考慮到刀片的強(qiáng)度

。三角刀片是應(yīng)用最廣泛也是最常見(jiàn)的刀片形狀

。上文提到的7種基本車(chē)削刀夾都能用三角刀片。菱形刀片主要用作仿形車(chē)削

，而方形刀片則通常用作導(dǎo)角刀具。根據(jù)刀片的形狀

，我們可以判定刀片的強(qiáng)度：刀片邊上的夾角越大

，刀片的強(qiáng)度越大

。
　　工作條件
　　工作條件決定了三個(gè)重要的金屬切削變量：金屬切削率、刀具壽命和表面光潔度

。我們必須創(chuàng)造正確的工作條件，平衡好這三個(gè)變量的關(guān)系

，從而以盡量低的單位加工成本，獲得最大的生產(chǎn)效率和最好的表面光潔度

。
　　任何加工生產(chǎn)的成功都依賴于工件和刀具的結(jié)構(gòu)，尤其是當(dāng)工件不剛或不硬

，刀具或機(jī)床部件必須接觸加工區(qū)域的時(shí)候，結(jié)構(gòu)會(huì)變得尤其重要

。
　　工件

，刀具

，以及機(jī)床的變形是不可避免的。這些變形通常都非常微小

，不會(huì)給操作帶來(lái)什么影響，也經(jīng)常被人們所忽略

。只有當(dāng)變形導(dǎo)致產(chǎn)生咔嚓聲

，振動(dòng)或是扭曲的時(shí)候

，它才會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題

。因此

，我們有必要花時(shí)間和精力來(lái)確保刀具和工件結(jié)構(gòu)盡可能的穩(wěn)固，這一點(diǎn)在進(jìn)行重型或是斷續(xù)切削的時(shí)候尤其重要

。
　　在加工異型工件

，尤其是那些重量分布不均勻和偏心的工件的時(shí)候，要考慮到平衡性問(wèn)題

。不平衡可能會(huì)帶來(lái)安全隱患

，導(dǎo)致切削不精確

，產(chǎn)生喀嚓聲

，甚至?xí)p壞機(jī)床。在低速狀態(tài)下

，不平衡問(wèn)題可能不是很突出

，但隨著速度的提高，這個(gè)問(wèn)題會(huì)變得越來(lái)越嚴(yán)重

。不平衡的情況大部分發(fā)生在使用轉(zhuǎn)盤(pán)和車(chē)床面板的時(shí)候

。
　　隨著材料被刀具從工件上切削下去，平衡關(guān)系會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變

。如果一系列的粗切導(dǎo)致工件變得不平衡，那么等到提高速度進(jìn)行精切削的時(shí)候

，不平衡問(wèn)題就會(huì)變得更復(fù)雜

。因此

，在車(chē)削還沒(méi)到精加工表面處理這個(gè)階段的時(shí)候

，就沒(méi)法知曉究竟是什么原因?qū)е铝塑?chē)削精度和表面光滑度問(wèn)題。

工件固定方法
　　在車(chē)削加工中

，有三種最常見(jiàn)的工件固定方法：
　　◆用夾頭固定
　　◆中心間固定
　　◆用筒夾固定
　　夾頭：最常見(jiàn)的工件固定方法

。夾頭安裝在主軸的尾部

，有3到4個(gè)鉗口。3鉗口的夾頭用于固定圓柱體工件

，讓它與操作臺(tái)共用同一個(gè)中心。
　　4鉗口夾頭的每個(gè)鉗口都可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)徑向安裝的螺紋釘來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)

。雖然工件的精確安裝比較耗時(shí)

，但在車(chē)削非圓柱體工件的時(shí)候通常要用到4鉗口夾頭。
　　中心間固定：當(dāng)需要進(jìn)行精確車(chē)削加工

，或操作臺(tái)并不是真正的圓柱體的時(shí)候

，可以在中心間車(chē)削工件

。首先

，在工件的兩端各鉆一個(gè)錐形中心孔

，給車(chē)床中心提供插入位置。用一個(gè)夾子先固定住工件

，讓夾子尖插入主軸上傳送板上的槽

，確保工件會(huì)與主軸一起旋轉(zhuǎn)后，再將工件固定在車(chē)床的兩個(gè)中心上（1個(gè)位于主軸箱

，1個(gè)位于尾座）

，由它們提供支撐。
　　車(chē)床中心給主軸箱和尾座之間的工件提供支撐

。主軸箱主軸內(nèi)的中心又叫活中心，繞主軸箱主軸旋轉(zhuǎn)

。尾座主軸上的叫死中心

，這個(gè)中心通常并不旋轉(zhuǎn)

，而且必須加固和潤(rùn)滑

，以防止磨損

。

　　主軸中心插入的那個(gè)孔通常是莫氏標(biāo)準(zhǔn)錐度

。要確保這個(gè)孔沒(méi)有灰塵

，孔的錐度上沒(méi)有切屑或是毛口。如果活中心的錐度上有灰塵顆?div id="m50uktp" class="box-center"> ；蚴敲?div id="m50uktp" class="box-center"> ，它就不會(huì)正常地旋轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)：這兩個(gè)中心在車(chē)床加工中扮演著舉足輕重的作用

。這兩個(gè)中心給工件提供支撐

，它們必須與彼此對(duì)齊。工件必須打好兩個(gè)完美的埋頭孔來(lái)容納這兩個(gè)中心

。
　　筒夾：在平圓鋼塊或粗加工工件的車(chē)削中，通常會(huì)用到筒夾

。這類(lèi)工件的加工精度要求更高，常規(guī)的3鉗口或4鉗口夾頭無(wú)法做到這樣的精度

。筒夾其實(shí)就是相對(duì)較薄的管狀鋼套，它的長(zhǎng)邊的2/3被分成了3個(gè)縱向的部分

。裂口尾端的外表面是一個(gè)錐度，可插入到主軸孔內(nèi)一個(gè)套筒的內(nèi)錐度

。當(dāng)筒夾被拉向主軸內(nèi)的時(shí)候

，拉桿就會(huì)與筒夾內(nèi)端的螺紋相扣，兩個(gè)交合的錐度此時(shí)就會(huì)將分開(kāi)的筒夾部分?jǐn)D壓到一起

，讓它們固定住工件

。
　　刀具夾具
　　最簡(jiǎn)單的刀具夾具或是刀座適合用于固定單刃刀具。一般來(lái)說(shuō)

，刀具的下方是一個(gè)曲塊

，曲塊下方則是一個(gè)凹球面。這種支撐方法能輕易調(diào)整刀具的位置

，讓刀具在進(jìn)行車(chē)削時(shí)出在正確的高度

。在下面的圖中

，刀座安裝在一個(gè)復(fù)式刀架上

。剩余的是一個(gè)安裝在車(chē)床橫滑板上的小導(dǎo)軌

，在水平線上的任何的角度位都可以被夾住

。
　　另外一種常見(jiàn)的刀架叫四方轉(zhuǎn)刀架

，如上圖所示。它也安裝在復(fù)合刀架上。正如其名

，這種四通式刀架能容納最多四個(gè)刀具

。只需要抬起控制桿

，解開(kāi)刀架的鎖扣

，就能快速地將刀具裝入刀架

，隨后讓刀架旋轉(zhuǎn)

，再合上控制桿即可

。
　　所有的標(biāo)準(zhǔn)刀具夾具都是為了能讓切削點(diǎn)在機(jī)床和工件的中心線上進(jìn)行切削而設(shè)計(jì)的

。如果切削點(diǎn)不在中心線上

，刀具夾具和工件之間的間隙角就會(huì)縮小。如果夾具和工件之間缺乏一定的間隙

，刀具的壽命就會(huì)大大縮短

，切削出來(lái)的工件表面質(zhì)量也會(huì)很低。
　　另一方面

，如果刀刃在中心線下方，前角的負(fù)面影響會(huì)變得更大

。在這種情況下，會(huì)產(chǎn)生很高的切削力

，切屑將會(huì)成為緊密的卷曲狀。刀片在這時(shí)候很容易破裂

，直徑較小的工件甚至?xí)竭^(guò)刀具頂部，與機(jī)床脫離

。
　　有的時(shí)候，讓切削點(diǎn)離開(kāi)中心線能解決一個(gè)問(wèn)題

。舉個(gè)例子：當(dāng)需要加工易碎零件

，或者說(shuō)要避免出現(xiàn)深切槽振動(dòng)，甚至是當(dāng)要用到一個(gè)正前角刀具的時(shí)候

，都需要將切削點(diǎn)離開(kāi)中心線

。將刀具輕微地越過(guò)中心線（工件直徑的2%-4%）會(huì)輕微地改變前角

，這樣做會(huì)降低切削力，防止振動(dòng)發(fā)生

。
　　斷續(xù)切削

，尤其是在加工大直徑工件的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)一些特殊的問(wèn)題

。這時(shí)候，最好將切削點(diǎn)輕微地放低到中心線下方

，讓刀片處在一個(gè)更結(jié)實(shí)的切削位置

。
　　切削條件
　　在確定了機(jī)床和刀具后

，就需要考慮以下的幾個(gè)主要切削條件。
　　切削速度：切削速度指的是刀具和工件之間的相對(duì)表面速度

，以表面英尺/分鐘為單位（SFM）。不論是工件還是刀具

，在切削的時(shí)候都能運(yùn)動(dòng)

。由于機(jī)床是做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，其單位是轉(zhuǎn)/每分鐘

，因此必須有方法將表面速度轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)/分鐘（RPM）

。
　　所有的刀具材料在切削不同工件材料的時(shí)候

，都有一個(gè)特定的SFM

。很多參考資料上會(huì)給出刀具和工件材料的推薦SFM范圍

。
　　切削深度：切削深度指的是刀尖進(jìn)入工件的深度。切削深度決定切削區(qū)域的線性尺寸

。比如：將一個(gè)工件的外徑縮短0.500英寸

，則切削深度為0.250英寸

。
　　進(jìn)給速率：車(chē)削車(chē)床的進(jìn)給速率是工件每一次旋轉(zhuǎn)，刀具沿著工件的軸向前進(jìn)速度

，它的單位是英寸/轉(zhuǎn)（IPR）

，也可用一分鐘時(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離來(lái)表示，單位是英寸/分鐘（IPM）

。
　　進(jìn)給速率

、切削速度、和切削深度會(huì)直接影響生產(chǎn)率

，刀具壽命和機(jī)床。因此

，要根據(jù)每個(gè)切削應(yīng)用來(lái)慎重確定采取何種切削速度

、進(jìn)給速度和切削深度——對(duì)工件是進(jìn)行粗切還是精切，將直接影響切削條件的選擇

。
　　硬車(chē)削
　　隨著工件硬度的逐步提高

，其可機(jī)械加工性能相應(yīng)降低，導(dǎo)致刀具的磨損

，以及工件表面的光潔度和完整度成了一個(gè)大問(wèn)題。目前市場(chǎng)上有其他的機(jī)械方法和非機(jī)械方法可以經(jīng)濟(jì)地將材料從硬質(zhì)合金上切削下來(lái)

。但是，采用合適的刀具材料

，以及高剛度和高速軸機(jī)床來(lái)切削硬質(zhì)合金仍然是存在的

。
　　常見(jiàn)的例子就是采用聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具對(duì)熱處理鋼機(jī)器和汽車(chē)部件進(jìn)行精加工。這個(gè)過(guò)程能提供良好的尺寸精度

，表面光潔度和表面完整性

。不論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)角度上來(lái)看，這種方法都要比研磨更具優(yōu)勢(shì)

。根據(jù)一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

，研磨的成本是硬車(chē)削成本的10倍以上。
　　先進(jìn)的刀具材料

，例如PCBN和陶瓷（詳見(jiàn)第一章中的刀具材料）使得用車(chē)削法來(lái)加工硬質(zhì)合金鋼比研磨更加劃算。很多機(jī)械工廠都讓它們的外圓磨床退役

，改用更加便宜和多功能的CNC車(chē)床。
　　與研磨相比

，硬車(chē)削具備以下優(yōu)勢(shì)：
　　◆更快的金屬切削速率，更短的周期時(shí)間

。
　　◆無(wú)需冷卻劑（下文將討論干加工和濕加工的優(yōu)劣）

。
　　◆縮短準(zhǔn)備時(shí)間。
　　現(xiàn)在

，精密的CNC車(chē)床能車(chē)削出與研磨效果一樣的精確度和表面光滑度

。
　　與研磨相比

，硬車(chē)削消耗更少能量，更不容易對(duì)工件造成熱和其他損傷

，不需要使用切削液，而且車(chē)床比磨床便宜

。但是，對(duì)于大型的和微型工件

，硬車(chē)削容易出問(wèn)題，因?yàn)榍邢髁Ρ妊心チΥ蟆?/span>
　　此外

，與研磨輪的自動(dòng)調(diào)整相比

，硬車(chē)削時(shí)的刀具磨損和刀具控制是另外一個(gè)大問(wèn)題。所以說(shuō)

，硬車(chē)削與研磨之間的競(jìng)爭(zhēng)是全方位的

，應(yīng)根據(jù)每個(gè)應(yīng)用的產(chǎn)品表面完整度

，質(zhì)量和總體經(jīng)濟(jì)性來(lái)決定采用何種方法。
　　干加工VS濕加工
　　僅僅20年前

，切削液的成本還只占到大多數(shù)切削加工成本的3%。切削液的價(jià)格是如此之低

，以至于當(dāng)時(shí)很多工廠根本沒(méi)把它當(dāng)回事

。然而，時(shí)過(guò)境遷

，如今的情形有了大變化。
　　今天

，切削液的成本占到了大多數(shù)工廠生產(chǎn)成本的15%

，切削液已經(jīng)成為了工廠老板們最頭痛的問(wèn)題之一

。
　　切削液

，尤其是那些含石油的切削液如今就像過(guò)街老鼠一樣人人喊打。美國(guó)環(huán)保署（EPA）限制這類(lèi)混合物的排放

，很多州和地方政府甚至將它們列入危險(xiǎn)廢料的范疇

，如果它們含石油或是特定的合金，則將面臨更加嚴(yán)格的管制

。
　　很多高速切削加工和液體噴嘴會(huì)在空氣中生成薄霧——政府部門(mén)限制切削液排入空氣中的數(shù)量

。美國(guó)環(huán)保署甚至提議實(shí)施更加嚴(yán)格的空氣顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)，而美國(guó)職業(yè)安全與保健管理總署（OSHA）正在考慮是否要提高工廠環(huán)境內(nèi)液體霧的濃度標(biāo)準(zhǔn)

。
　　高維護(hù)成本

，保持記錄

，又要遵循現(xiàn)有和未來(lái)更加嚴(yán)格的排放法規(guī)，所有這樣迅速地抬升了切削液的價(jià)格

。因此很多工廠正在考慮采用干切削法替代濕切削法

，徹底擺脫切削油這個(gè)不斷給他們添麻煩的產(chǎn)品。
　　究竟是用濕法還是干法

，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。在低速

、難加工材料

、困難工件、表面處理要求高的切削應(yīng)用中

，需要用到潤(rùn)滑油。而在碰到高速

、容易加工材料等切削應(yīng)有時(shí)，則需要用到具有高冷卻性能的切削液

。
　　然而

，很多時(shí)候切削液能給我們帶來(lái)的好處低于它的成本。有很多種切削應(yīng)用

，而且這個(gè)數(shù)量在變得越來(lái)越多

，無(wú)需用到任何切削液?div id="4qifd00" class="flower right">

，F(xiàn)代刀具能在更高的溫度下切削

，有的工廠用壓縮空氣將灼熱的切屑吹離切削區(qū)域。

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