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数控加工外圆刀、内孔刀:常用刀具用途与安装技巧


  在数控车削加工中,外圆刀与内孔刀是应用最广泛的基础刀具,其选型合理性、安装规范性直接决定了工件加工精度、表面上的质量及生产效率。本文将系统梳理两类刀具的常用类型、核心用途,并详解其安装技巧与需要注意的几点,为数控加工实操提供参考。

  外圆刀大多数都用在工件外表面的车削加工,涵盖圆柱面、圆锥面、圆弧面及端面等,是数控车削中最先接触且使用频率最高的刀具。根据加工需求差异,外圆刀可分为多种类型,其用途与结构特点各有侧重。

  90°外圆刀(偏刀):这是最常用的外圆刀类型,刀头主偏角约90°,分为左偏刀和右偏刀。右偏刀(刀头朝右)大多数都用在车削工件的外圆、右端面及台阶面,尤其适合加工带台阶的轴类零件,能有很大成效避免加工时刀具与台阶端面干涉;左偏刀(刀头朝左)则适用于车削工件的左端面、外圆及台阶面,在加工细长轴类零件的左端或需要从左向右进给的场景中优势显著。90°外圆刀的切削力集中在径向和轴向,加工精度较高,适合高精度外圆面的精加工与半精加工。

  45°外圆刀(弯头刀):主偏角与副偏角均约为45°,兼具外圆车削和端面车削功能,一刀多用,适合加工无严格台阶要求的简单轴类零件或盘类零件的外圆与端面。其切削刃锋利,切削力分布较均匀,不易产生振动,但加工台阶面时因副偏角较大,台阶端面的垂直度精度略逊于90°外圆刀,多用于粗加工或中等精度的加工场景。

  外圆螺纹刀:专门用于车削外螺纹的刀具,根据螺纹类型(如普通螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹)分为不一样刃型。其刀头角度需与螺纹牙型角匹配(如普通螺纹为60°),切削时通过精确的进给量控制实现螺纹的螺距精度,是轴类零件螺纹加工的专用刀具,需配合数控系统的螺纹切削循环指令使用。

  外圆切槽刀与切断刀:切槽刀刀头宽度与槽宽匹配,用于在工件外圆面上加工环形槽;切断刀则刀头较长,用于将工件从棒料上切断或切下特定长度的工件。两类刀具的切削刃均为直线型,需保证切削刃与工件轴线垂直,避免切槽或切断时出现倾斜、崩刀现象。

  外圆刀的安装需遵循“精准定位、稳固夹持、减少干涉”的原则,具体技巧如下:

  刀具型号与刀杆选型匹配:根据工件材质(如钢、铝、铸铁)、加工阶段(粗加工/精加工)选择正真适合的刀具材质(高速钢、硬质合金、陶瓷等),同时确保刀杆规格与刀塔接口匹配(如BT、CAPTO等接口类型)。粗加工时可选用刚性较强的粗车刀杆,精加工则优先选择精度更高的精车刀杆,避免刀杆刚性不足导致加工振动。

  刀头中心高精准对齐:这是外圆刀安装的核心要求,刀头切削刃必须与工件旋转中心(轴线)保持平齐。若中心高偏高,会导致刀具实际前角减小、后角增大,切削阻力增加,易出现崩刀;若中心高偏低,前角增大、后角减小,刀具后刀面与工件表面摩擦加剧,影响表面上的质量,同时可能会引起螺纹刀加工时螺纹牙型失真。安装时可通过刀塔上的刻度或专用对刀工具(如中心高规)校准,误差需控制在0.02mm以内。

  刀杆伸出长度合理控制:刀杆从刀塔中伸出的长度以“满足加工需求且最小化刚性损失”为原则。正常的情况下,刀杆伸出长度不超过其直径的3倍,过长会导致刀杆刚性下降,加工时产生振动,影响加工精度和刀具寿命。例如加工长轴外圆时,需根据轴长调整伸出长度,避免刀具与工件尾部干涉,同时保证刚性。

  稳固夹持与间隙消除:将刀杆装入刀塔后,需均匀拧紧夹紧螺栓,确保刀杆无松动。安装前应清理刀塔接口和刀杆接触面的切屑、油污,避免因杂质导致刀杆安装倾斜。对于采用楔块式夹紧结构的刀塔,需检查楔块磨损情况,按时换磨损部件,防止刀具在切削过程中位移。

  切削刃方向与进给方向匹配:右偏刀安装时,刀头应朝向工件旋转方向的右侧,确保进给时切削刃主切削面承受主要切削力;左偏刀则相反。若切削刃方向装反,会导致副切削刃承担主要切削任务,易出现崩刀、工件表面划伤等问题。

  内孔刀(又称镗刀)用于工件内孔表面的车削加工,包括内圆柱面、内圆锥面、内螺纹、内槽等,其加工环境封闭、空间受限,对刀具刚性、精度及安装要求更高,是数控车削中的难点工序刀具。

  通孔内孔刀:刀头主偏角小于90°(通常为75°~85°),切削刃锋利,适用于加工直径较大、深度较浅的通孔内圆面。其结构特点是刀杆较细,切削时排屑空间相对充足,适合精加工通孔,能保证内孔的圆度和表面粗糙度。

  盲孔内孔刀:主偏角大于90°(通常为95°~105°),刀头前端较短,可深入盲孔底部来加工,避免刀头与盲孔底面干涉。大多数都用在加工盲孔、台阶孔的内圆面及底面,切削时需注意排屑方向,防止切屑堆积在孔内影响加工精度。

  内孔螺纹刀:与外圆螺纹刀原理类似,专门用于加工内螺纹,刀头角度与螺纹牙型角匹配。由于内孔螺纹加工空间狭小,刀杆刚性较弱,一般会用较小的切削用量,且需配合排屑装置使用,避免切屑堵塞孔道导致刀具损坏或螺纹精度超差。

  内孔切槽刀与切断刀:用于在内孔中加工环形槽或切断孔内台阶,刀头宽度根据槽宽设计,刀杆需具备足够的刚性和强度,防止在封闭空间内切削时出现振动或折断。内孔切断刀则大多数都用在在孔内切断工件(如加工套类零件时从内部切断),对刀杆的直线度和刚性要求极高。

  刀杆刚性优先选型:内孔加工受孔径限制,刀杆直径通常较小,刚性易不足。安装前需根据孔径大小、孔深选择正真适合直径和长度的刀杆,优先选用中空刀杆或合金刀杆以提升刚性。例如加工φ20mm、深50mm的内孔时,刀杆直径应不小于φ16mm,伸出长度控制在刀杆直径的4倍以内,必要时采用防震刀杆减少振动。

  中心高精准校准,误差反向补偿:内孔刀的中心高要求与外圆刀一致,需保证切削刃与工件轴线平齐。但由于内孔刀刀杆较细,安装时若中心高存在微小偏差,对加工精度的影响更明显。若中心高偏高,会导致内孔加工直径偏小;若偏低,则加工直径偏大,可通过微调刀塔高度或在刀杆底部垫薄铜片进行补偿,误差需控制在0.01~0.02mm。

  刀杆伸出长度与孔深匹配,避免干涉:刀杆伸出长度应比孔深多5~10mm,以确保能加工到孔底或指定深度,同时避免伸出过长导致刚性下降。加工台阶孔时,需根据台阶位置调整刀头角度,防止刀杆与台阶孔的侧壁干涉,必要时采用成型内孔刀或分段加工方式。

  排屑空间预留与辅助排屑设计:内孔加工排屑困难,安装时需调整刀头角度,使切屑能顺利从孔内排出。例如加工盲孔时,选择主偏角较大的盲孔刀,让切屑向孔口方向排出;同时可在刀头处开设排屑槽,配合高压切削液冲洗,避免切屑缠绕刀具或划伤已加工表面。

  夹持牢固与动态平衡检查:内孔刀刀杆较细,夹紧时需控制螺栓拧紧力度,避免刀杆变形;同时要确保刀杆与刀塔接口无间隙,防止切削时出现“窜动”。对于高速内孔加工(转速超过3000r/min),需进行刀具动态平衡检查,避免因不平衡导致的振动的影响。

  清洁与检查先行:安装前必须清理刀塔接口、刀杆接触面、刀具夹持部位的切屑、油污和杂质,检查刀具切削刃是否有崩损、磨损,刀杆是否有弯曲、变形,察觉缺陷按时换或修复。

  对刀精度保障:刀具安装好后,需通过对刀仪或试切法进行精准对刀,记录刀具长度补偿值和半径补偿值,确保补偿值准确无误,避免因对刀误差导致工件尺寸超差。

  切削参数匹配:根据刀具材质、工件材质及加工阶段,合理设置切削速度、进给量和背吃刀量。粗加工时可采用较大的背吃刀量和进给量,精加工时则以较高的切削速度和较小的进给量保证表面上的质量,避免因切削参数不当导致刀具损坏或加工质量下降。

  动态试切验证:安装好后,先进行空运行检查刀具运动轨迹是否干涉,再进行小剂量试切,测量试切工件的尺寸和表面上的质量,根据结果微调刀具补偿值或安装的地方,确认无误后再进行批量加工。

  外圆刀与内孔刀作为数控车削的核心刀具,其用途明确、功能互补,安装时需紧扣“刚性、精度、干涉、排屑”四大核心要素。外圆刀侧重中心高对齐和刀杆刚性控制,内孔刀则需在保证刚性的同时优化排屑条件。通过规范的安装流程、精准的参数设置及严格的试切验证,可充分的发挥刀具性能,提升加工效率与产品质量,为数控加工的稳定性提供坚实保障。

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