車刀的選擇原理分析與使用實踐探究

楊 瑩

（遵義職業技術學院，貴州 遵義 563000）

刀具是金屬切削加工的基礎，選擇合適的刀具，對機械加工質量的影響巨大。因此，文章就金屬車削加工中的車刀進行研究，探討其類型、材料、幾何形狀對于切削加工的影響。

1 車刀的選擇原理分析

1.1 車刀的類型選擇

車刀根據其加工的形狀可分為：外圓車刀、端面車刀、螺紋車刀、切槽刀、仿形車刀、內孔車刀、內螺紋刀、內切槽刀等等；

車刀根據其結構可分：整體車刀、機夾式車刀、焊接車刀、可轉位車刀等等；

車刀類型的選擇主要基于以下2個因素：

（1）工件的形狀和尺寸。對應的形狀必須用對應的車刀，外圓車刀用于外圓、外圓錐的車削。但也可靈活使用，例如，用螺紋刀倒角。對于復雜形狀可使用仿形刀，如球面、曲面。

（2）生產的規模和現有條件。單間小批量生產可使用整體式和焊接式車刀，成本低，但需要經常磨刀，故效率較低；也可以使用可轉位車刀，提高車刀的使用效率。大批大量生產可使用機夾式車刀可直接更換刀片，減少刃磨的時間。

1.2 車刀的材料選擇

刀具材料主要針對刀具切削部分的材料。

車刀的材料主要有：工具鋼、硬質合金、陶瓷、超硬材料。刀具材料的選擇需根據工件的材料、精度要求等實際情況來進行選擇（表1）。

表1車刀的材料及適用范圍

刀具材料的選擇要充分考慮其硬度、耐磨性、強度、韌性、耐熱性、工藝性、經濟性、導熱性和膨脹系數。車削加工最常用的材料是高速高和硬質合金，低速加工時用高速鋼，高速加工時用硬質合金，硬度低的或斷續加工時用高速鋼，硬度高或連續加工時使用硬質合金[1]。

1.3 車刀的幾何形狀選擇

車刀的幾何形狀“三面、兩刃、一刀尖”主要的幾何尺寸有前角、后角、副后角、主偏角、副偏角、刃傾角和刀尖圓弧半徑。

前角選得越大，刀刃越鋒利，但是刀刃的強度變差，從而縮短了刀具的壽命；精加工時，前角通常選得較大以增加刀具的鋒利性，粗加工時，前角通常選得較小以提高刀具強度。

后角的作用是減小工件已加工表面與刀具的摩擦。工件的材料硬度越高，塑性則越差，后角越小。工藝系統不足時，應減小后角。

主偏角的選擇取決于工藝系統的剛性條件和加工的工件形狀。當工藝系統剛性較好時，選擇較小的主偏角能夠改善刀具的耐用度、并提高工件表面的加工質量；當工件的剛性不足時，增大主偏角可避免工件的變形。另外，精車直角臺階，選擇90°的主偏角。

副偏角的大小主要根據表面粗糙度的要求選取。

刃傾角影響刀刃的強度和切屑流出的方向。[2]

車刀的選擇除了考慮其類型、材料和幾何角度以外，還要充分的考慮其使用壽命。刀具的壽命有兩種計算原則：最高生產率壽命和最低生產成本壽命。

2 車刀的選擇和使用實例研究

以圖1所示的零件為例，研究加工刀具的選擇：

圖1某軸零件的零件尺寸

（1）以最低生產成本壽命Tc來進行刀具參數的選擇。

（2）刀具材料選擇主要決定于工件、以及加工的階段；通常硬質合金比高速鋼貴，硬度更高適合粗加工。

（3）刀具幾何角度的選擇根據經驗歸納如下，粗加工選擇刀具角度較小的刀，因為刀具較鈍時，強度更高，不易磨損。前角的選擇可根據行業規定來選擇；后角一般可在6°～l2°之間選取，硬質合金刀具可在 2°～l2°之間選取，粗車時 3°～6°，精車時 6°～l2°；主偏角一般可在 45°～75°之間選取，車細長軸可在 75°～90°之間選取，車臺階軸時則取 90°；副偏角一般可在 10°～l5°之間選取；刃傾角可在-4°～+4°之間選取，粗加工取負值，精加工取正值。所示零件的刀具選擇如表1所示。

表1零件的刀具選擇

選擇好車刀的類型、材料和幾何角度后，車刀還有非常關鍵的兩步——刃磨車刀和安裝車刀。刃磨車刀需要根據刀具的類型選擇合適的砂輪類型，粗磨車刀選氧化鋁砂輪、精磨車刀選碳化硅砂輪。刃磨的步驟為：磨焊渣→粗磨主后刀面→粗磨副后刀面→粗磨前面→磨斷屑槽→精磨主后面→精磨副后面→磨倒棱→磨過渡刃。安裝車刀需要注意：刀尖的“對心（工件中心）”、刀桿伸出刀架的長度適中。

最后，車刀是機械加工刀具中的一種，另外還有銑刀、鉆頭、鏜刀、拉刀等等，有的和車刀一樣是單刃刀，有的是多刃刀，在刀具的選用方法上是類似的原則。但僅掌握刀具的選擇原則還不夠，刀具僅僅是機械加工工藝系統的一部分，需要聯系多方面的因素綜合考慮、靈活思考。