第五章组合刀具

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1、第 一 篇主讲：陶福春主讲：陶福春成形刀具设计成形刀具设计1 组合刀具是由两把或两把以上同类或不同类的刀具组合成为一个整体结构的刀组合刀具是由两把或两把以上同类或不同类的刀具组合成为一个整体结构的刀具。它可以同时加工或顺序加工几个表面。广泛用于数控机床、组合机床和自动具。它可以同时加工或顺序加工几个表面。广泛用于数控机床、组合机床和自动线上，在通用机床上的使用也日益增多。组合刀具也称复合刀具。线上，在通用机床上的使用也日益增多。组合刀具也称复合刀具。第五章第五章 组合刀具组合刀具第一节组合刀具的类型及特点第一节组合刀具的类型及特点一、组合刀具的类型一、组合刀具的类型1按工艺类型分类按工艺类型分

2、类(1)同类工艺组合刀具例如组合扩孔钻、组合镗刀、组合铰刀等，如表同类工艺组合刀具例如组合扩孔钻、组合镗刀、组合铰刀等，如表3-1所示。所示。23 2按组合刀具的结构分类 (1)整体式组合刀具（表3-2中的钻一扩组合刀具）(2)装配式组合刀具（表3-2中的钻一倒角组合刀具）此外，还可按组成单个刀具的数目可分为两阶组合刀具、三阶组合刀具等。二、组合刀具的特点 组合刀具具有下列优点：(1)生产效率高：用同类工艺组合刀具同时加工几个表面时，能使机动时间重合；用不同类工艺组合刀具对一个或几个表面顺序进行加工时，能减少（换刀等）辅助时间。能大大提高生产效率，一般可使机动和辅助时间缩短30%50%。(2)

3、加工精度高：采用组合刀具加工，可减少工件的安装和定位误差，保证工件加工表面之间获得较高的位置精度。(3)加工成本低：由于组合刀具集中了工序或工步，因而减少了机床或工位数量，对生产自动线则可节省投资，对操作者的技术等级要求较低。(4)加工范围广：孔加工组合刀具可加工柱形孔、锥孔、螺纹孔、复杂截形的多阶孔以及相距一定距离的同轴孔等，还可以锪平面、加工沉孔及凸台等。组合铣刀可以加工各种平面及成形表面。组合刀具的不足：但是，组合刀具与单个刀具相比，必须专门设计、制遣，且组合刀具的设计、制造及刃磨都较麻烦，所以只有用于成批生产的组合机床、自动机床上，特别是用在大量生产的自动线上，才是经济合理的。4第二节

4、组合刀具的设计 设计组合刀具是根据所用的机床、零件加工表面形状、尺寸和工艺要求等进行的。它的切削部分几何参数确定原则如同普通刀具，但在设计各单刀的组合结构时，必须考虑刀具结构与尺寸调整、排屑与刚度、导向和润滑等同题。组合刀具中，生产上使用最多的是孔加工组合刀具，通常加工孔径为5mm100mm、孔深可为孔径4倍以内的孔。现以孔加工组合刀具为例，介绍组合刀具的设计方法。一、确定各单刀类型及组合形式 组合刀具上的单刀类型及组合形式是根据零件的工艺、加工面形状、尺寸、精度和粗糙度要求而定。为使组合刀具同时完成几个工步或相近工序的工作，必须把构成组合刀具的单一刀具按需要结合到一起，这种结合的方法称为刀具

5、的组合方法。通常有三种结合方法：(1)成形法 构成成形刀齿的方法。(2)错齿法 刀齿交错排列的方法。(3)整体联结法 把不同单一刀具按尺寸大小排列，并顺次联结成一个整体。5若在实心材料上加工IT8IT7公差等级、Ra0.80.4m粗糙度孔时，通常可选用图3-1a所示的钻一扩一铰组合刀具。加工较大直径的孔，可采用图3-lb所示的扁钻一镗组合刀具，该刀具结构简单，制造容易，且能做成直径尺寸可调结构。此外，根据加工的孔距和孔径精度来确定同时切削或先后切削组合形式。一般粗、精加工不宜同时进行，以防止切削力不平衡，影响加工精度。6二、合理选择刀具材料 1)对于同时在多层壁上加工孔的组合刀具，由于承受较大

6、扭矩，应选用强度较高的刀具材料。如三阶硬质合金整体组合铰刀，刀体材料可选用T10A、9SiCr和40Cr等。2)当各单个刀具之间的直径尺寸的差异和切削持续时间相差甚大时，为了使它们的寿命尽可能接近，应分别选用不同的刀具材料。直径大、切削持续时间长的单个刀具，应采用涂层硬质合金等耐热性好的刀具材料。3)对于结构复杂的多阶组合刀具，由于其制造、刃磨较困难，为获得较高的刀具寿命，应选用涂层硬质合金等耐磨性较好的刀具材料。4)切削部分与刀体可考虑分别采用不同的材料。如切削部分采用涂层高速钢、涂层硬质合金等，刀体采用45钢等。7三、正确选择结构形式 (1)从保证刀具足够的强庋和刚度来选择结构形式组合刀具

7、所承受的总切削力，是同时参加工作的各阶刀具切削力的总和，所以扭矩与轴向力都较大，而其刀体直径尺寸又受到工件孔径的限制。因此，对于强度和刚度较差的刀具（细长形孔加工组合刀具），应采用整体式结构。(2)从保证工件加工精度及表面质量来选择结构形式整体式组合刀具不仅刚性较好，而且位置精度较高。所以，凡组合刀具中，只要有一阶是精加工刀具（如钻一扩一铰组合刀具），都应制成整体式结构，以保证加工质量。（3）从保证合理的刀具寿命来选择结构形式 由于刀齿的径向位置不同，在同一转数下，各刀齿切削速度不同，从而造成各刀齿磨损不一致，寿命有差异。为使磨损趋向一致，寿命差异较小，以减少换刀次数，一般可采用镶焊结构或装配

8、式结构，便于根据各阶刀具的工作条件分别采用不同的刀具材料。(4)从保证刃磨方便来选择结构形式凡要刃磨端面的组合刀具，一般应制成装配式结构为好。如制成整体式结构，在刃磨端齿时，会碰伤前阶刀具。整体式组合刀具能使各单刀间保持较高的同轴度、垂直度等位置精度，但刀具利用率低，重磨后尺寸不能调整，所以常用作小尺寸刀具。较大尺寸的组合刀具常做成镶装结构。如图3-2a所示为钻一扩镶装组舍刀具，钻头和扩钻分别固定在刀体上，利用螺钉调节钻头轴向伸出长度。8 组合刀具的结构应力求简单，以使制造与重磨容易。在结构允许的前提下，应尽量采用分体装配式及机夹可转位刀片等结构。这样既可克服整体式组合刀具刃磨困难，又可避免某

9、一单个刀具损坏而导致整刀报废。例如，图3-2b所示的扩一锪一镗倒角装配式组合刀具中的钻锪刀体与镗杆本体采用分体装配式结构。该刀具可在一次走刀中粗加工出43mm、55mm和57mm三个同轴孔（坯件上已有一个35mm的铸造底孔），并在孔中加工出2mm45的倒角。为了考虑扁钻重磨后轴向尺寸的改变，它的后端可由锪刀体内调节螺钉。加以调整。锪55mm沉头孔的刀具因切削负荷重，刀具磨损快，所以采用了机夹可转位7片。该刀具工效较高，但组合程度越高，刀具结构布置也越困难。目前，机夹可转位组合刀具的推广使用已日益增多，图3-3所示为硬质合金可转位扩一刮倒角组合刀具，用它扩孔、倒角和刮平面。刀片用YT14正三边形

10、和正四边形，并采月内六角螺钉把刀片直接夹紧在刀体上。该刀具结构简单，便于制造，刀片夹紧较牢靠。扩制体和刮、倒角体采取分体制造，用圆柱销和锥端紧定螺钉连接。采用机夹可转位结构可简饭刀具制造工艺，刀片可采用体外刃磨，并节约刀体材料，减少刀具制造、刃磨等辅助时间提高生产效率12倍。组合孔加工刀具的组成多数是用微调镗刀头和可转位A型刀夹组合而成。因为微调锚刀头已标准化，由机床附件厂专业生产，可转位A型刀夹也是标准件(GBT14661-93),所以使得设计和制造简单，使用也较方便。910四、容屑与排屑四、容屑与排屑 孔加工组合刀具同时参加工作昀刀齿较多，会产生大量切屑互相干扰和阻塞，孔加工组合刀具同时参

11、加工作昀刀齿较多，会产生大量切屑互相干扰和阻塞，致使刀落崩裂甚至折断刀具，设计时必须十分重视。一般应注意以下两点：致使刀落崩裂甚至折断刀具，设计时必须十分重视。一般应注意以下两点：(1)大容屑空间标准孔加工刀具（如扩孔钻、铰刀等）的容屑空间偏小，有的是由大容屑空间标准孔加工刀具（如扩孔钻、铰刀等）的容屑空间偏小，有的是由于齿数太多，有的是容屑槽深度太浅。设计孔加工组合刀具时，应考虑在刀齿强度于齿数太多，有的是容屑槽深度太浅。设计孔加工组合刀具时，应考虑在刀齿强度允许下，尽量增大容屑槽深度或适当减少齿数。允许下，尽量增大容屑槽深度或适当减少齿数。对于用端面齿进行切削的孔加工组合刀具（如锪平面、锪

12、沉孔用组合刀具），要对于用端面齿进行切削的孔加工组合刀具（如锪平面、锪沉孔用组合刀具），要注意保证端面齿始终保持足够的容屑槽深度，以免切屑阻塞。注意保证端面齿始终保持足够的容屑槽深度，以免切屑阻塞。(2)排屑应畅通排屑应畅通 为了使切屑能畅通无阻地排出，设计孔加工组合刀具时，应尽量为了使切屑能畅通无阻地排出，设计孔加工组合刀具时，应尽量使各阶刀具所切下的切屑从各自的排屑槽排出，也可使前、后刀具的排屑槽圆滑连使各阶刀具所切下的切屑从各自的排屑槽排出，也可使前、后刀具的排屑槽圆滑连通，控制流向，使切屑互不干扰。顺利排出。通，控制流向，使切屑互不干扰。顺利排出。增大排屑槽的螺旋角也有利于排屑。一般麻

13、花钻的螺旋角为增大排屑槽的螺旋角也有利于排屑。一般麻花钻的螺旋角为30。，组合钻的螺。，组合钻的螺旋角则可增大至旋角则可增大至40。左右。在宽度较大的切削刃上开出分屑槽，也有利于排屑。左右。在宽度较大的切削刃上开出分屑槽，也有利于排屑。必要时，可以采取高压切削液进行强制排屑。必要时，可以采取高压切削液进行强制排屑。图图3-4a所示的交错分布容屑槽，避免了切屑流出时相互干扰，损坏加工表面。图所示的交错分布容屑槽，避免了切屑流出时相互干扰，损坏加工表面。图3-4b为钻一锥铰组合刀具，它是利用刀刃上磨制分屑槽达到分屑、减小切削宽度的为钻一锥铰组合刀具，它是利用刀刃上磨制分屑槽达到分屑、减小切削宽度的

14、目的。图目的。图3-4c为组合刀具上增加切削液浇注通道，利用排出的切削液获得冷却和冲为组合刀具上增加切削液浇注通道，利用排出的切削液获得冷却和冲走切屑的效果。走切屑的效果。1112五、保证良好的导向五、保证良好的导向 具有良好导向的组合刀具，在工作时能保持正确位置，提高工艺系具有良好导向的组合刀具，在工作时能保持正确位置，提高工艺系统刚性，改善切削过程稳定性，从而保证工件加工精度和粗糙度统刚性，改善切削过程稳定性，从而保证工件加工精度和粗糙度。组合刀具切削时产生较大的切削力，特别是同时切削的组合刀具，它组合刀具切削时产生较大的切削力，特别是同时切削的组合刀具，它的切削力与各单刀切削面积及排屑阻

15、力有关。为此，刀具的导向部分已的切削力与各单刀切削面积及排屑阻力有关。为此，刀具的导向部分已成为孔加工组合刀具的重要组成部分成为孔加工组合刀具的重要组成部分。对于刚性较差、受力大或加工孔的同轴度要求高的组合刀具，通常在对于刚性较差、受力大或加工孔的同轴度要求高的组合刀具，通常在刀具上做出导向心柱。根据工件的形状和加工表面所在位置，导向部分刀具上做出导向心柱。根据工件的形状和加工表面所在位置，导向部分可做在组合刀具的前端、后端、中间或前、后端位置处，如图可做在组合刀具的前端、后端、中间或前、后端位置处，如图35所示。所示。常用的导向心柱形状是带直槽或左旋油槽的圆柱体。转速较高时，可常用的导向心柱

16、形状是带直槽或左旋油槽的圆柱体。转速较高时，可用镶铜条、胶木条与支承孔接触。导向心柱与支承座上导套的配合精度，用镶铜条、胶木条与支承孔接触。导向心柱与支承座上导套的配合精度，粗加工时用害，精加工时用署。图粗加工时用害，精加工时用署。图 3-5c为导向心柱与滚动导向支承配为导向心柱与滚动导向支承配合，能减步接触面间的摩擦。合，能减步接触面间的摩擦。图图3-5d是阶梯锪孔一倒角组合刀具，它是利用加工工件上已做好的孔是阶梯锪孔一倒角组合刀具，它是利用加工工件上已做好的孔作为导向支承。当该孔精度较高时，各加工孔可获得较高的同轴度，并作为导向支承。当该孔精度较高时，各加工孔可获得较高的同轴度，并可省略导

17、向支承装置。可省略导向支承装置。1314六、合理确定刀具长度六、合理确定刀具长度 孔加工组合刀具的长度决定于其工作行程（包括刀具切入量与切出量）孔加工组合刀具的长度决定于其工作行程（包括刀具切入量与切出量）、被加工孔的长度、刀具备磨量及导向安装情况等，设计时必须根据具体、被加工孔的长度、刀具备磨量及导向安装情况等，设计时必须根据具体情况全面考虑情况全面考虑。同类工艺孔加工组合刀具一般用于同时加工多层壁上的孔，其行程长同类工艺孔加工组合刀具一般用于同时加工多层壁上的孔，其行程长度由其中较大的一个孔长而定。如图度由其中较大的一个孔长而定。如图3-6所示，行程所示，行程长度为长度为L1+L2+L3在

18、在确确定刀具长度时，应考虑到待前定刀具长度时，应考虑到待前一把刀具切人工件一定深度、切削过程比较稳定的情况下，后一把刀具才开始切入，即L1 L1.因为前一把刀具刚切入时，由于刀具（刀体）悬伸量大，在切削力作用下会产生晃动，此时如果后一刀具也切入势必造成切削力骤增，刀具晃动得更厉害，使孔径显著扩大，影响了加工精度，特别是在没有钻模时更为严重。15 不同类工艺孔加工组合刀具一般用于顺序加工同一个孔。为了提高孔的加工精度和表面质量，应避免前（粗加工）、后（半精加工或精加工）刀具同时切削。如在设计钻一扩组合刀具，决定刀具的长度时，应考虑到钻头完全切出后扩孔钻才开始投入工作，即L4L 2（见图3-6b）

19、。组合机床同一主轴箱上往往还有其它刀具同时工作，这就要求统一考虑工作行程，最后确定刀具长度。图3-7为组合扩孔钻加工阶梯孔时计算刀具长度及工作行程的例子。如图所示，阶梯孔的深度L=(34+12)mm=46mmo 组合扩孔钻的工作行程 L=l1+l2+l3式中 L工作行程 l1切入量，一般取23mm；l3切出量，一般取23mm；l2孔深。按图3-7所示，该组合扩孔钻的工作行程长度为 L=-(2+2+46)mm=50mm 16 由于钻头、扩孔钻和铰刀等刀具都是重磨端刃的，因此设计组合刀具长度时，不仅要满足工作行程的要求，还需要有备磨量，保证刀具足够的寿命。备磨量根据刀具具体情况确定。对于该组合扩孔

20、钻，可取备磨量为4mm，则前一把扩孔钻的实际长度应为 l4=l3+34mm+4mm=40mm 后一把扩孔钻有效切削部分长度应为 l5=l1+12mm+4mm=18mm因此，该组合扩孔钻的实际工作行程L，为 L=l1+l2+l3+4mm=50mm+4mm=54mm17七、组合刀具与机床的联接七、组合刀具与机床的联接 组合刀具的刀柄结构尺寸常不同于普通刀具，它决定于与机床的联接形式。如图3-8所示，它与机床联接的方法有：直柄、锥柄、连接盘和用定位键螺钉等。图3-8a用主轴内锥孔端面键定位与组合刀具联接；图3-8b用锥形凸台与端面定位、螺钉联接组合刀具；图38c是用于与分配箱主轴联接，它是利角长键与刀具的圆柱柄定位、并用紧定螺钉固定刀柄d18 有时为加长刀具轴向伸出量，可采用图有时为加长刀具轴向伸出量，可采用图3-9所所示的接长杆，接长杆在主轴内孔中通过键定位与示的接长杆，接长杆在主轴内孔中通过键定位与螺钉固定，并利用螺母调节轴向距离。接长杆有螺钉固定，并利用螺母调节轴向距离。接长杆有工厂标准系列，在工厂标准系列，在180600mm范围内做成几种范围内做成几种长度规格，供不同伸出量的需要。长度规格，供不同伸出量的需要。19