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车刀/镗刀 |
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可转位车刀几何角度的设计、加工及检测 |
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newmaker |
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随着数控机床的普及，可转位车刀的应用范围日益扩大。可转位车刀在加工中转位迅速，尺寸稳定，刀片磨损后可快速更换，因此可显著提高加工效率，节省工具费用。
1 可转位车刀几何角度的设计
可转位车刀刀片槽的空间位置主要由主偏角kr、刃倾角ls和前角g0确定。
1) 主偏角kr主偏角对可转位车刀的寿命影响较大。一般来说，减小主偏角可提高刀具工作寿命。但当工艺系统或被加工工件刚性不足时，减小主偏角会增大径向力，从而加大变形挠度，引起加工振动，降低加工精度和加工表面质量，同时影响刀具寿命，因此，应针对不同的加工条件选择不同的主偏角。设计刀具时的主偏角推荐值见表1。表1 可转位车刀主偏角推荐值
| 加工条件 | 主偏角kr推荐值 | | 粗车 | 工艺系统刚性较好 | 45°~75° | | 工艺系统刚性较差 | 75°~90° | | 精车 | 工艺系统刚性较好 | 45° | | 工艺系统刚性较差 | 60°~75° | | 加工细长轴、薄壁件 | 90°~95° | | 工件中间切入、仿形加工 | 45°~60°，90°~95° |
2) 刃倾角ls刃倾角对可转位车刀的切削性能也有较大影响。切削时，刃倾角的大小影响切屑流出方向。精车时，为避免切屑流向并擦伤已加工表面，刃倾角常取正值。此外，刃倾角的大小还会影响切削刃锋利程度。设计刀具时，刃倾角的推荐值见表2。表2 可转位车刀刃倾角推荐值
| 加工条件 | 刃倾角ls推荐值 | | 精车 | 0°~5° | | 粗车 | -5°~0° | | 断续切削 | -5°~0° | | 加工淬硬钢 | -5°~-10° |
3) 前角g0前角的大小直接影响刀刃的强度和锋利程度。增大前角可减小切屑变形，使切削更为轻快，并提高刀具寿命。但前角太大会削弱切削刃强度，易于崩刃，反而会缩短刀具寿命。影响可转位车刀前角选择的因素较多，其设计推荐值见表3。在可转位车刀设计中，刀片自身的前角也是一个重要参数，应予重点考虑。表3 可转位车刀前角推荐值
| 工件材料 | 前角g0推荐值 | | 粗车 | 精车 | | 低碳钢 | 13°~20° | 20°~25° | | 碳素结构钢(正火) | 10°~15° | 13°~17° | | 碳素结构钢(调质) | 5°~10° | 8°~13° | | 合金结构钢(正火) | 8°~13° | 10°~15° | | 合金结构钢(调质) | 5°~8° | 5°~10° | | 灰铸铁(HT15-32、20-40) | 5°~10° | 5°~10° | | 高强度钢 | -5° | -5° |
4) 角
后角主要用于减小切削过程中后刀面与过渡表面之间的摩擦。设计可转位车刀时，需要对后角与前角进行综合考虑，选定刀片后角后，再根据刀片槽前角确定刀片槽后角。可转位车刀后角的设计推荐值见表4。表4 可转位车刀后角推荐值
| 工件材料 | 后角推荐值 | | 普通钢 | 5°~12° | | 普通铸铁 | 6°~8° | | 高强度钢 | 10°~15° | | 耐磨铸铁 | 8°~12° |
5) 造型设计及图纸标注
可转位车刀切削参数的图纸标注如图1所示。
图1 可转位车刀切削参数的图纸标注
用AutoCAD2000的实体功能设计可转位车刀时，首先根据加工条件选择刀片，然后减去刀片本身的前角和后角，即可确定设计可转位车刀所需全部参数。进行实体造型设计时，不能完全按照所需刃倾角和前角来旋转刀片，而应将其换算为法向前角，换算公式为
tangn=tang0cosls
实体造型时刀片旋转的顺序应为：主偏角→刃倾角→法向前角。
2 可转位车刀的铣削加工
用数控铣床加工可转位车刀，可较好保证刀具制造的尺寸精度，但加工成本较高；用普通铣床加工可转位车刀，虽然成本较低，但通常只能加工前角、刃倾角均为0°的简单车刀。笔者通过对可转位车刀设计和加工的大量实践，总结出在普通铣床上加工带复合角度(即刃倾角和前角均不为0°)可转位车刀的工艺方法。
在普通铣床上小批量加工可转位车刀时，最好使用万能平口钳作为夹具。万能平口钳所带旋转轴越多，加工越方便，但平口钳结构较大时刚性相对较差。采用带四个旋转轴的万能平口钳(见图2)夹持加工可转位车刀时，首先夹紧车刀，转动轴1，形成车刀的主偏角；再转动轴3，形成车刀的刃倾角；然后转动轴2，形成车刀的法向前角。此时刀片槽底面与工作台平面平行。根据选定的车刀片，再转动轴4，使刀片槽的一边与工作台水平轴平行，此时即可对车刀进行铣削加工。加工完一个后墙后，转动轴4，再加工其它刀片槽后墙。
图2 带四个旋转轴平口钳的转轴坐标
若采用带三个旋转轴的万能平口钳(见图3)夹持加工可转位车刀，则旋转顺序与采用四轴平口钳时不同，应首先转动轴1，转动角度按式(2)计算；然后转动轴2，转动角度按式(3)计算；此时刀槽底面与机床水平面平行，即可按前述方法转动轴3并开始铣削加工。
图3 带三个旋转轴平口钳的转轴坐标
tanq=tang0/tanls
tang=(tan2g0+tan2ls)½
在普通铣床上大批量加工可转位车刀时，可采用分别放置于车刀两侧面和底面的垫铁来调整角度，亦可将垫铁固定于平口钳上(此时使用只有一个旋转轴的平口钳夹持工件即可)。
3 可转位车刀角度的检测
1) 主偏角kr的检测
将可转位车刀置于万能工具显微镜上，测量车刀侧基面与主切削刃之间的夹角f，然后根据公式kr=90°-f 即可计算出主偏角kr。
2) 刃倾角ls、后角a0的检测
将可转位车刀置于平板上，用万能角度尺直接测量刃倾角ls和后角a0。检测ls时，应沿主切削刃方向测量；检测a0时，首先沿垂直于主切削刃方向测量出an，再根据公式tana0=tanancosls计算出a0。
可转位车刀其它尺寸的检测可参照普通车刀的检测方法。(end)
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(1/19/2008) |
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