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修光刃刀片的应用 |
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作者：长春光学精密机械学院 于化东 |
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随着市场经济的形成和不断完善，产品的市场竞争也越来越激烈。在保证产品质量的前提下，如何降低制造成本是提高产品竞争力的关键。产品的成本一般应包括原材料费、工具消耗费、机床磨损折旧费、水电费、人工工资和其他管理费等。这些大都和单位时间的产品制造个数有关，因此，提高产品加工效率是降低产品成本的最有效措施。
1. 修光刃刀片的概念与特征
图1给出了修光刃的概念。其中图1a表示标准刀尖半径和已加工表面的几何形状。根据表面粗糙度Ra定义，在车削加工的场合Ra就是刀尖形状复印在工件已加工表面所形成“山”的高度。一般表面粗糙度可由经验公式给出。
图1
式中：fn——进给量；re——刀尖半径
减小进给量或增加刀尖半径均可减小表面粗糙度值，但前者会降低生产效率，而后者会使切削力增大。
不减小进给量而又要降低表面粗糙度值，只有减小副偏角的角度(目的是削平“山顶”的高度)。修光刃刀片就是基于这种思想而开发出来的高效加工用刀片。它的基本设计思想是在标准刀片的最大允许刀尖半径公差范围内调整刀尖的几何形状，使其近似于椭圆形状。
图1b表示的是修光刃刀片以与标准刀片同样的进给量进行切削时所形成的已加工表面形状。此时其加工效率与标准刀片相同，但表面粗糙度值减小一半。图1c表示的是修光刃刀片以2倍标准刀片的进给量进行切削时所形成的已加工表面形状。与图1b相对应，此时是表面粗糙度值相同，但加工效率提高一倍。
因此，使用修光刃刀片的优点就在于实现了“加工时间减半，表面质量倍增”。另外，有些场合可以省掉磨削工序，即实现了“以车代磨”。
2. 修光刃刀片与标准刀片在已加工表面粗糙度方面的性能比较
假设普通标准刀片的刀尖形状为理想圆，修光刃刀片的刀尖形状为理想椭圆，依据图2可分别求出使用两种刀片时已加工表面粗糙度的理论值。
图2
| 修光刃刀片时，，Raw＝re－[re²-( | re·fn | )2]½ | | | rb+re |
把修光刃刀片几何槽型按用途大致分类主要有两种。一种是用于半精加工以提高生产加工效率为目的；另一种是用于精加工以减少表面粗糙度值为目的。例如山特维克可乐满公司的WM和WF槽型，瓦尔特的NM和NF槽型。
图3和图4分别是半精加工和精加工场合时的修光刃刀片与标准刀片在表面粗糙度方面的性能比较。可以看出在同等切削条件下用修光刃片WM、WF加工的零件的表面粗糙度值与标准刀片PM、PA相比要小一半以上，进给量越大这种效果越明显。换一个角度来看，在保证同等表面粗糙度的前提下，使用修光刃刀片可以把进给量提高2倍以上。以图4的PF与WF为例，当前者进给量fn=0.1mm/r时，表面粗糙度Ra为5µm。后者在维持表面粗糙度Ra=5µm不变的条件下，其进给量可以提高到fn=0.3mm/r。充分证明了修光刃刀片所具有的“加工时间减半，表面质量倍增”性能。 
图3 图4
3. 修光刃刀片与标准刀片在切削力上的比较
由于修光刃刀片在刀尖半径形状上做了调整，因此客户比较关心的问题是修光刃刀片在切削力上同标准刀片相比有什么不同。
图5是精加工用修光刃刀片与标准刀片在切削力上的比较。其中Fpf和Fwf分别代表标准刀片和修光刃刀片的切削力。表明切削力随着进给量的增加而增加。只是前者的切削力比后者略大。大量的实验结果表明，修光刃刀片的切削力要比标准刀片高出5%～10%。因此，只要被加工工件没有刚度不足的问题，一般不需要考虑切削力的影响。此外，修光刃刀片主要用于半精加工和精加工工序，所以一般地也不存在机床动力方面的问题。
图6是切削力与进给量之间的关系。其中Fpm和Fwm分别为标准刀片及修光刃刀片的切削力。其所呈现的规律与图5完全类似。 
图5 图6
4. 切屑处理
根据切削理论可知，进给量增加切屑截面的面积也增加，切屑从前刀面被排出时的弯曲变形就加大，因此切屑也比较容易被折断。因为修光刃刀片刚好可以提高进给量，所以从切屑处理的角度来讲也是十分有利的。特别是，内圆车削时使用修光刃刀片可以很容易地将切屑排出工件内部，这样不仅提高了加工质量而且减少了因切屑缠刀引起的停机事故，具有深刻意义。
5. 应用修光刃刀片的注意事项
使用修光刃刀片所带来的经济效益是十分明显的。但是由于修光刃刀尖半径形状具有特殊形状，所以在使用上应当注意下面的几个问题。
选择合理的主偏角 修光刃刀片之所以能够减少表面粗糙度值是因为它拥有接近零度的副偏角。但是，这个副偏角取决于刀片的形状和刀柄的主偏角的大小。主偏角发生变化的话，副偏角同时也要发生改变。这就意味着“修光”的效果将降低或者失去。以山特维克可乐满公司或瓦尔特公司的WNMG/CNMG修光刃刀片为例，其主偏角应为95°。
倒棱面上修光刃没有“修光”作用 一般地修光刃刀片只在平行于工件轴线方向(外圆车削或内圆车削)和垂直于工件轴线方向上(车端面)具有“修光”作用，在其他方向上“修光”作用将减少甚至失去。比如 45°的倒棱面上就没有“修光”作用，表面粗糙度与使用标准刀片时几乎相同。这是因为已加工表面同刀尖接触的部分刚好为刀尖圆弧的中心部，而这一部分的修光刃刀尖半径同普通标准刀尖半径几乎相同的缘故(以WNMG和CNMG为例)。因此在倒棱时应当选择和标准刀片相同的进给量。
另外，在使用DNM.和TNM.形状修光刃刀片时还应注意，在加工倒模面(或仿形面)时不仅得不到“修光”的效果，而且工件会被多切除掉，影响工件的形状和尺寸精度。因此应当进行必要的补偿。不同的工具厂具有不同形状的修光刃设计，因此具体加工时，最好参考厂家的产品目录。
加工细长杆修光刃刀片的切削力要比标准刀片高出5%～10%，所以工件有产生“让刀”或者发生颤振的危险。因此修光刃刀片不宜用于细长杆工件的加工，对此应当十分留意。
加工延性金属 加工低碳钢、铜、铝等延性金属时，加工表面经常出现类似于擦伤那样的不光泽面。这主要有两个原因，一个可能是积屑瘤引起的，另一个可能是修光刃引起的(刀尖与工件接触长度比标准刀片长)。但通过提高切削速度可以解决这个问题。
合理选择进给量 使用修光刃刀片时应尽量选择大的进给量。理由是上面所提到的修光刃刀片与工件的接触圆弧比较长，进给量过小就会导致擦伤已加工表面形成不光泽的表面。因此，选择大的进给量不仅可以避免这个问题，而且对切屑处理也有利。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/28/2004) |
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