車刀刃磨裝置的結構設計(三)

成形車刀只有在前角為零度時其刀刃廓形才與工件的截形相同；前角不是零度時，則稍有不同，需要經過計算或用圖解法求出車刀的截形。    自動線和數控機床用車刀  這類車刀應滿足一些特殊要求：切削性能穩定可靠，斷屑穩定，刀具可快速更換。因此，對刀片的質量要求更高，使用中采取強制換刀，以避免過度的磨損。斷屑槽的形狀和尺寸必須根據加工條件經試驗確定，使切屑形狀為碎裂的短弧形。為了減少換刀和調整的停機時間，刀具的調整應用各種類型的對刀工具或對刀儀在機外進行。圖1.5[自動線和數字控制機床用車刀]

圖2.5 自動線數控車刀

是利用螺釘或楔塊來調整車刀的徑向尺寸L軸向尺寸W 和刀尖高度H 的自動線和數字控制機床用車刀。

第二部分車刀的刃磨方法

車刀的刃磨是切削加工中一項具有較高技術含量的基本操作,操作者需要熟悉相關理論知識和刃磨原理,熟練掌握刃磨方法及操作技巧。車刀刃磨分為如下幾步：

（一）車刀刃磨大概步驟

(1) 常用車刀種類和材料,砂輪的選用

常用車刀五大類,切削用途各不同,外圓內孔和螺紋,切斷成形也常用;車刀刃形分三種,直線曲線加復合;車刀材料種類多,常用碳鋼氧化鋁,硬質合金碳硅,根據材料選砂輪;砂輪顆粒分粒度,粗細不同勿亂用;粗砂輪磨粗車刀,精車刀選細砂輪。

(2) 車刀刃磨操作技巧與注意事項刃磨開機先檢查,設備安全最重要;砂輪轉速穩定后,雙手握刀立輪側;兩肘夾緊腰部處,刃磨平穩防抖動;車刀高低須控制,砂輪水平中心處;刀壓砂輪力適中,反力太大易打滑;手持車刀均勻移,溫高燙手則暫離;刀離砂輪應小心,保護刀尖先抬起;高速鋼刀可水冷,防止退火保硬度;硬質合金勿水淬,驟冷易使刀具裂;先停磨削后停機,人離機房斷電源

(3) 90°、75°、45°等外圓車刀刃磨步驟粗磨先磨主后面,桿尾向左偏主偏;刀頭上翹38 度,形成后角摩擦減;接著磨削副后面,最后刃磨前刀面;前角前面同磨出,先粗后精順序清;精磨首先磨前面,再磨主后副后面;修磨刀尖圓弧時,左手握住前支點;右手轉動桿尾部,刀尖圓弧自然成;面平刃直穩中求,角度正確是關鍵;樣板角尺細檢查,經驗豐富可目測。

（二）刃磨時的注意事項

必須根據刀具材料決定砂輪種類。一般刃磨車刀刀體和高速鋼車刀時，用白色氧化鋁砂輪；刃磨硬質合金車刀時，用綠色碳化硅砂輪。如果條件允許，在精磨硬質合金車刀時，可采用金鋼石砂.刃磨車刀時手握刀具要平穩，壓力不能太大，要不斷地作左右或前后移動，使刀具受熱均勻，防止產生硬質合金刀片裂紋和高速鋼刀頭燒傷而退火。刃磨硬質合金車刀時，不可把刀頭部分放入水中冷卻，以防刀片突然冷卻而碎裂。刃磨高速鋼車刀時，應隨時用水冷卻以  防車刀過熱退火，降低硬度。刃磨時，車刀高低必須控制在砂輪水平中心，  刃頭略向上翹，否則會出現后角過大或負后角等缺陷。鎢鈦鈷類硬質合金車刀，因對冷熱和沖擊的敏感性較強，當環境溫度變化較大時，也會產生裂紋，如在我國北方的冬季，如果把磨得很熱的車刀放在冷空氣中，往往會產生裂紋，最好是進行保溫緩慢冷卻。1、刃磨斷屑槽時，由于車刀和砂輪接觸時容易打滑，必須注意安全。2、刃磨時，砂輪旋轉方向必須由刃口向刀體方面轉動，以免造成刀刃呈鋸齒形缺陷。砂輪要經過嚴格檢查和良好平衡，裝夾牢固，運轉平衡。3、砂輪磨削表面須經常修整，使砂輪沒有明顯的跳動。重新安裝砂輪后，要進行檢查，經試轉才可使用。

（三）車刀的刃磨和研磨

刃磨、研磨

預磨刀體部分在刃磨硬質合金切削角度之前，應先磨去焊渣，并將刀體部

分磨出一個比后角略大。 (的后隙角，以便刃磨刀具的后角。刃磨刀體部分，應采用白色氧化鋁砂輪，硬度為中軟，刃磨時要左右移動，防止刃磨受熱不均而使刀頭部分產生裂紋。粗磨以砂輪外圓磨出副偏角和副后角。以砂輪外圓磨出主偏角和主后角。以砂輪外圓磨出車刀的前面。以砂輪的棱面磨出斷屑槽，并留出倒棱的寬度。

精磨精磨時砂輪需進行修整，保持砂輪旋轉的平穩。以砂輪的外圓分別磨出車刀的主、副偏角和主副后角保持主切削刃平直光潔。用砂輪的棱面精磨車刀前角磨出刀尖圓弧及修光刃。以砂輪的端面磨出主切削刃上的倒棱。

（四）工廠中車刀刃磨的方法

（1）手工刃磨，該方法工人需要有豐富的工作經驗，和車刀刃磨知識。該方法是:工人師傅手拿車刀刀柄部分在磨削機上進行磨削該方法又稱研磨，俗稱“背刀”，也是車工在刀具方面必須掌握的技術之一。具體方法如下；

首先刃磨過的車刀或使用后的車刀有輕微磨損現象，可用油石或研磨板研磨刀面。由于一般砂輪機上的砂輪沒有經過嚴格的平衡，存在較大的振動偏擺，同時砂輪表面也不夠平整，刃磨過程中用雙手握著車刀穩定性又較差，因此在刃磨時砂輪與車刀有微量沖擊現象，刃磨出的刀具切削刃通常不夠平滑光潔，表面粗糙度較差。這樣的車刀不僅直接影響被加工零件的表面粗糙度，而且還降低了車刀的使用壽命。對于硬質合金車刀，在車削時還容易產生掉渣和崩刃現象，所以對車刀必須進行研磨。車刀研磨時，可用油石或研磨粉進行。研磨硬質合金車刀時用碳化硼；研磨高速鋼車刀時用氧化鋁。這里主要講解用油石研磨車刀的方法。用油石研磨刀具時，手持油石要平穩，如下圖所示。油石與刀具接觸的被研磨表面，要貼平前后刃面沿水平方向平穩移動，推時用力，回來時不用力。不要上下方向移動，如圖所示，這樣容易將刀尖磨鈍，影響切削刃的鋒利。研磨后的車刀將消除刃磨的殘留痕跡，降低刃面的表面粗糙度值1 級-2 級。這種方法可以減少車刀磨削成本而且可以當場進行非常方便。

（2）使用工具磨床進行研磨

該方法研磨精度高于手工磨削并且不需要工作經驗非常豐富的工人。使用M6020工具磨床進行磨削，用三向鉗夾緊車刀，利用分度盤對車刀角度進行調節。其刃磨步驟為：

1)把車刀的前.后.副后面及底面的焊渣磨掉.2)磨前.后面的刀桿部為,角度比刀片大2~3度3)粗磨主后角.副后角及前刀面.4)精磨前刀面及斷削槽5)精磨主.副后刀面為：

第三部分 常用車刀的尺寸大小及角度參數    

   （1）車刀的種類和用途

車刀種類很多，具體可按用途和結構分類。

1.按用途分類  車刀可分為：外圓車刀、內孔車刀、端面車刀、切斷車刀、螺紋車刀等。

                   圖2.6 常用的幾種車刀

a)直頭外圓車刀  b)彎頭外圓車刀  c)90°外圓車刀  d)寬刃精車外圓車刀

e)內孔車刀      f)端面車刀      g)切斷車刀      h)螺紋車刀

按結構分類  車刀按其結構可分為：整體車刀、焊接車刀、機夾車刀和可轉位車刀。

（2）焊接車刀

      1.  車刀刀桿截面形狀及選擇  車刀刀桿截面形狀有矩形、方形和圓形三種。一般用矩形，切削力較大時采用方形，圓形多用于內孔車刀。刀桿高度H可按車床中心高選擇。

       2.  刀槽形狀及選擇  刀槽形狀應根據車刀類型、刀片型號選擇。表1.1所列為常用車刀刀槽形狀。 刀槽形狀的選擇原則應該是：在保證焊接強度前提下，盡量減少焊接面數及焊接面積兩種。目前在于盡量減小焊接應力。

                      表2.1 焊接車刀常用刀槽形狀

名稱 簡 圖 特點 適用刀具 配用刀片

開口槽 制造簡單，焊接面最少，刀具應力小 外圓刀、彎頭刀、切槽刀 A1、C3、C4、B1、B2

半封閉槽 夾持刀片較牢固，焊接面大，容易產生焊接應力 外圓車刀 A2、A3、A4、A5、A6、B3、D1

封閉槽 夾持刀片牢固，焊接應力大，易產生裂紋 螺紋刀 C1

嵌入槽 用于底面積較小的刀片，增加焊接面，提高結合強度 切斷刀

切刀槽刀 A1　C3

V形槽

燕尾槽

3.硬質合金刀片及選擇 

（1）刀片牌號  指車刀切削部分的刀具材料。一般根據工件材料選擇刀片牌號。

（2）刀片型號  指刀片形狀和規格尺寸。刀片型號由一個字母和三位數字組成。字母和第一位數字表示刀片形狀的型號，后兩位數字代表刀片主要尺寸參數。

我國目前將刀片分A、B、C、D、E、F六種型式，各式又有多種形狀。其中A、B、C型主要用制造各種車刀，D、E用于制造銑刀、鉆頭和絞刀，F型用于制造工具。

   表2.2為國家標準（GB5244-85、GB5245-85）中部分硬質合金刀片的常用型號

型號 刀片簡圖 主要尺寸 /mm 用途舉例

A1 L=6～70 К1<90°的外圓車刀和內孔車刀、寬刃光刀

A2 L=8～25 端面車刀、不通孔車刀

A3 L=10～40 90°外圓車刀、端面車刀

A4 L=6～50 端面車刀、直頭外圓車刀、內孔車刀

C1 B=4～12 螺紋車刀

C3 B=3.5～16.5 切斷刀、切槽刀

（3）可轉位車刀

1.可轉位車刀特點  可轉位車刀由刀桿、刀片和夾緊元件組成（圖1.7）。正多邊形刀

片上壓制出卷屑槽并經過精磨，可以轉位使用，幾條切削刃全用鈍后，可更換相同規格的刀片，使用起來很方便。

圖2.7 可轉位車刀的組成

1—刀桿  2—刀墊  3—刀片  4—夾緊元件

可轉位車刀的幾何角度完全由刀片和刀槽的幾何角度組合而成。切削性能穩定，適合于大批量生產。

2.硬質合金可轉位刀片  刀片形狀很多，常用的有三角形、偏8°三角形、凸三角形、

正方形、五角形和圓形等。

3.轉位車刀刀片夾緊結構  對夾緊結構的要求是：夾緊可靠，重復定位精確，操作

方便，結構簡單，制造容易，而且夾緊元件不應防礙切屑流出。常用的夾緊機構有偏心式，杠銷式、杠桿式、楔銷式和上壓式。

    4. 轉位車刀與焊接式的刀具比較，有以下優點：

（1） 因刀片不經焊接、刃磨，可避免熱應力和裂紋，硬質合金材料保持了原有的機械性能、切削性能、硬度、抗彎強度，提高了刀具的耐用度。

可以工業大生產的方式，提供了先進的、合理的刀具幾何參數。

（3） 只有這種可轉位式的車刀才能采用先進的涂層刀片。

（4） 刀片轉位迅速、準確，更換方便，效率提高，在數控、加工中心、自動線上尤為重要。

   （5） 有利于標準化設計和大量生產，保證質量。

  （6） 刀桿長期使用，節省大量鋼材；省卻刃磨工序，減少硬質合金的額外消耗，刀具費用降低。

（4）車刀角度的換算

在設計和制造刀具時，需要對不同參考系之間的角度進行換算。

1.法平面與正交平面角度的換算  當車刀刃傾角較大時，常需要標注出法平面內角

度。可轉位車刀刀片本身角度是法平面給出的，但安裝到刀槽就需計算出正交平面內的角度。

圖2.8 給出了刃傾角λs≠0°車刀主切削刃上選定點在正交平面、法平面內的各標注角度。

圖2.8 正交平面與法平面的角度換算

圖中Mb為正交平面Po與前刀面Ar的交線，MC為法平面Pn與前刀面Ar的交線，Ma為正交平面Po、法平面Pn與基面Pr三者的交線。則有：

       

tanγn=tanγoCosλs                                                             

Cotαn=CotαoCosλs                                                          

2.垂直于基面的各平面角度與正交平面角度的換算 ，一般在已知γo、αo、Кr、λs的情況下，可計算出γf、αf和 γp、αp。

以上為機加車刀與普通車刀不同該車刀大多部分為一次性刀頭，但是該車刀刃磨裝置用于普通外圓車刀，可減少加工成本，一個車刀可多次使用因此使用。因此該裝置可應用于大多數普通機加工廠。

2刀具刃磨參數

由于刀具加工材料的不同，對刀具的各項參數要求也不盡相同。故為了滿足加工需求，必須選出合理的刀具參數。

如表2.3所示為刀具加工不同材料所常用的一些刀具角度。

                          （1） 高速鋼車刀

工件材料   前角 后角

    鋼和鑄鋼 （400~500）Mp 20~25 8~12

（700~1000）MP 5~10 5~8

鎳鉻鋼和鉻鋼   (700~800)MP

5~15 5~7

灰鑄鋼 (160~180) HBS 12 6~8

(220~260)HBS 6 6~8

可緞鑄鋼 (140~160)HBS 15 6~8

(170~190) HBS 12 6~8

鋼鋁 巴氏合金 25~30 8~12

中硬青銅及黃銅 10 8

鎢 20 15

鈮 20~25 12~15

銅合金 30 10~12

鎂合金 25~35 10~15

電木 0 10~12

纖維紙板 0 14~16

硬橡膠 -2~0 18~20

軟橡皮 40~75 15~20

塑料和有機玻璃 20~25 30

表2.3  車刀的刀具角度

根據以上金屬切削資料及刀具資料設計出車刀刃磨裝置的機構和具體設計及零件設計。

第三章 裝置的設計

第一部分 車刀刃磨裝置的結構分析

根據以前的車刀刃磨大致可分為手動刃磨和用工具磨床進行刃磨。手動刃磨在前面已經講過，利用工具磨床刃磨可減小加工誤差，并且效率高于手工刃磨。磨床刃磨是利用三向鉗進行進行夾緊和進行角度確定，但是磨削過程中需要多次裝夾工件而且磨削精度不高（精度不一定高于手動磨削）。因此需要設計出一磨削精度高于其他磨削方法，磨削效率高，結構簡單，成本低廉的自動化磨削裝置。

根據以上磨削方法，我們設想一可以實現可繞X軸，Y軸，Z軸，旋轉的機構并且在繞X軸時，不干涉Y軸的運動。該機構與工具磨床組合可實現6個自由度，該機構最初設想為利用球角控制刀架角度變化,但是該機構在磨削過程中不能承受磨削力，出現偏移，使磨削精度下降。同時我們又設想出改造三向鉗，改造成步進電機控制，但是設計出結構尺寸過大不符合設計要求。因此以上兩種機構都不符合要求。

根據以上的設想，我們設計出利用類似與十字軸的結構，來實現工作臺繞X軸的旋轉，以及繞Y軸的旋轉。同時利用步進電機可實現聯動。如圖九所示。

當步進電機轉動時帶動絲杠轉動，使螺母上下移動，當螺母上下移動時，使滑桿轉軸抬高或降低，帶動工作臺面繞Y軸旋轉，轉動一定角度。同理底下步進電機帶動絲杠螺母使工作臺面繞X軸進行旋轉。工作臺面底下的電機帶動蝸輪蝸桿機構使刀架繞Z軸旋轉，因此實現車刀在磨前刀面，后到面，副前刀面及副后刀面，所轉動的角度。但是一般磨削是用砂輪面去磨，因此在磨削后刀面時，X 軸

和Z軸是聯動的，也可以先走繞X軸進行旋轉，然后繞Z軸進行旋轉，當前刀面與后刀面有一定角度時，X，Y，Z軸是聯動的也可以分別轉動，這些主要是控制方面做的，該機構是可以同時聯動也可以分別轉動各個軸，根據實驗該機構不會出現自由度的約束。

     這種機構，在設計時主要考慮到x軸和y軸的連接部分，也就是十字軸的初步設計，該機構十字軸與普通十字軸完全不同，它是由三根軸構成的，X滑桿轉軸，Y滑桿轉軸，和固定轉軸，固定轉軸要比其他兩軸要粗，固定轉軸在和其他兩軸連接處是在中心線開了個槽子和孔，Y軸在連接處是削去兩端圓弧部分使其插入固定轉軸的槽中同時中間也打孔與固定轉軸孔的軸線重合，使x軸插入該孔中，實現當工作臺繞y軸轉動時以y軸軸線為中心旋轉，x軸也是一樣的。 

                  圖3.1 車刀刃磨裝置的結構圖

       1. 步進電機   2.. 絲杠    3. 螺母  4. x滑桿轉軸   5. y滑桿轉軸   6. 車刀   7. 蝸桿

       8. 刀架   9. 蝸桿 

Z軸是通過，蝸輪蝸桿機構實現傳動的，整個裝置所采用的傳動部件都是具有自鎖功能的，因此減少了裝置的零件數目，把結構簡單化了。如果在裝置中不采用具有自鎖功能的傳動零件在整個切削過程中，刃磨裝置所受磨削力是可以產生逆傳動的，因此，我們采用的是非滾珠絲杠，就是在螺母中沒有滾珠，雖然在傳動過程中，使傳動摩擦大，但是它具有自鎖功能。而在z軸所采用的蝸輪蝸桿機構本身是具有自鎖能力的，它們的具體細節將會在下一部分說明。

我們所設計的車刀刃磨裝置，機構不僅可以用于刀具刃磨而且這種機構是可以用于其它機床加工復雜工件。我們在設計過程中，考慮到工作臺面可繞x軸y軸各旋轉正負30度的角度變換，而在z軸可進行完全旋轉。這種機構的通用性強，使用方便，可以和多種機床進行組合。也可以把該種裝置看成是一個數控夾具。

刀架板的設計