论文部分内容阅读
在数控机床加工过程中，零件的加工精度与车刀有极大的关系。对于加工精度要求高的零件，优选车刀的几何角度极其重要。通过对车刀的研磨，合理地选择切削用量，可以使加工表面质量大大提高，对保证零件的加工精度起着重要的作用。
刀具企业从传统的单纯加工型企业逐步发展成为涉及刀具基础材料、表面处理、基础工艺和成套服务等具有综合高科技特征的开发型企业。刀具发展的重要特征之一是专业化、复合化和多功能化,导致刀具结构日趋复杂,形状变得十分特异。普通机床和卡具已经无法保证刀具和刀片的安装基准和切削单元之间的空间位置精度。另外,为用户提供综合服务的深度和广度日益成为衡量现代工具企业竞争力的重要标志。在传统工具工业的生产模式下, 利用大切削量加工方式实现很高的金属切除率,通过小的主偏角把高速进给的径向力转化为轴向力；用悬伸较长的刀杆对较深的模腔或外轮廓进行高效加工，通过主副切削刃之间的平缓的过渡刃，可以增加刀尖的强度，又能改善加工的表面粗糙度。为使刀片装夹时更可靠，适应大进给量的要求，在刀片的底面设计出一个圆柱形的凸起,在安装时与刀座凹陷的孔相配合，可承受大部分切削力,减小中间夹紧螺钉的载荷。
然而，数控车床普通车刀是机夹车刀不可替代的，普通车床在粗加工时表面能清楚地看到一条螺旋线，而精车加工一旦吃刀深度小于0.05mm时，表面就看不到螺旋线，看到的只是紊乱的表面。这是因为粗加工时切削用量大，切削力大，车刀被切削力紧紧压住，而精车时切削用量小，切削力小，车刀不稳定，除了螺旋线外，自身还有振动，所以出现紊乱的加工表面。要解决这个问题只能增加切削力，特别是径向切削力，它使车刀越推越紧，这也正是本文所要阐述的。数控车床更是如此，因为普通车床的丝杠是梯型螺纹，有较大的摩擦力，如图1所示。而数控车床丝杠是滚珠的，摩擦力很小，车刀更容易振动，如图2所示。
一、加工过程的切削力分析
数控精车刀在精车过程中要产生一个足够的切削力来使车刀稳定。切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力，称为切削力。如图3所示，切削加工时，在刀具的作用下，切削层、切屑和工件都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形产生的力，将转变的正压力Fp和Fc分别作用于刀具的前面和刀具的后面上。同时，又因为切屑与刀具前面、工件与后面有相对运动，在正压力作用下，会产生摩擦力Ff和Fp，分别作用于刀具的前面和刀具的后面上。把刀具前面上的力FD、FC合成为F，把刀具后面上的力Ff、Fp合成为FD，然后，再把力Ff和Fc合成为F，F就称为总切削力。这总力的大小决定刀具的稳定，只能减小刀具的前角和后角，还可磨出负倒棱。
二、优选车刀角度的基本原则
优选车刀角度实际上是对前角、后角、主偏角、刃倾角和刀尖状况的选择。
1.前角的选择
对于任何一把车刀，前角都是非常重要的，因为前角的大小，对切削的好坏关系很大。前角大时，由于切屑变形小，切削力下降，如果前角小则切削费力。根据前面分析，在特定的条件下选较小的前角和后角，以适当增加切削力。由于是精车，切削用量小，所以机床完全能够承受，相反增大切削力有利于车刀的稳定。
2.后角的选择
合理的后角可以减小车刀后面与工件的摩擦和车刀后面的磨损,后角太大或太小都会影响到刀头的强度。因此，我们可以选择较小的后角来增大切削力，为了减小后面与工件的摩擦，可采用双重后角。
3.主偏角的选择
主偏角直接影响着车削中的车刀寿命和车削平稳性。在进给量和背吃刀量相同的情况下,减小主偏角可使切屑变薄,主切削刃参加切削的长度增加,当主偏角减小后,会加大车削中的切削力,正是我们所需要的。
4.刃倾角的选择
刃倾角也叫主切削刃斜角，它是车刀主切削刃和基面之间的夹角。其作用主要是影响刀头的强度和控制切屑的流出方向。刃倾角有正值、负值或0值，当刀尖低于主切削刃时，刃倾角为负值；当高于主切削刃时，刃倾角为正值；当主切削刃与基面平行时，刃倾角为0值。
三、刀刃圆弧半径
由于切削刃不可能是绝对锋利的，总有刃口圆弧（见图4），一般硬质合金刀具的刃口圆弧半径为0.02～0.5mm，所以切削时，切削层内一层很薄的金属切除不了，而受刃口圆弧的挤压，发生剧烈的变形。一方面，已加工表面产生弹性复原;另一方面，这部分金属与后刀面发生强烈的摩擦和经过挤压变形后，使已加工表面硬度提高，这种现象称为加工硬化。在一般人眼里这种情况是有害的，关键是我们要利用这一现象，有意研磨出一定的圆弧半径，既增大了切削力，又能使表面产生剃削，再配以合理的切削用量，在数控车床上获得良好的表面质量，经过实践证明是完全可行的，也是笔者在研究过程中的最大收获。
四、影响工件表面粗糙度的因素分析
1.残留面积
工件上的已加工表面是由主、副切削刃切削后形成的，两条切削刃在已加工表面上留下的痕迹如图5所示。
已加工表面上未被切去部分的截面积，称为残留面积。残留面积越大，高度越高，则表面粗糙度越大。从图5可以看出，进给量、刀具主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径都影响残留面积的高度。此外，切削刃的表面粗糙度大也会复印在已加工表面上。而且切削时，切削刃还会受残流面积挤歪。因此实际的残留面积高度比理论值大些。
2.积屑瘤
用中等速度切削塑性金属产生积屑瘤，因为积屑瘤既不规则又不稳定，一方面一部分脱落的积屑瘤嵌入已加工表面，使加工表面形成硬点和毛刺，表面粗糙度大。
3.振动
刀具、工件或机床部件产生周期性的振动会使已加工表出现周期性的振纹，使表面粗糙度明显增大。综上所述，车刀刀尖要研磨出半径0.4～0.5mm的圆弧,既能减小残留面积, 减小表面粗糙度，又能增强刀尖强度，如图6所示。
五、车刀的磨削与研磨
车刀切削刃刃磨的表面粗糙度应比加工零件的表面粗糙度小2～3级，这样才能获得较低的表面粗糙度，特别是用样板车刀车削成型面时，车刀刃口上的不平痕迹会明显地反映到零件表面上。因此特别要注意刀刃的刃磨与修光。车刀切削刃可用放大镜检验，或按个人经验凭手指的感觉，如果刃口呈锯齿壮，则所车削的零件表面必然粗糙。
车刀刃磨好后要仔细研磨,车刀研磨可用油石或研磨粉进行。研磨硬质合金车刀时用炭化硼，当用油石研磨时，油石应与车刀被研表面紧紧平贴，并沿与刀刃平行的方向平稳移动，推时用力，回来时不用力，不能沿与刀刃垂直的方向上下移动，这样会影响切削刃的锋利，刀尖易于研钝；车刀研磨后，用放大镜或目测砂轮刃磨后的残面痕迹消除；检查切削刃是否有缺口、锯齿状等缺陷；表面粗糙度达0.8μm;车刀几何角度是否符合加工要求。
尽管市场上已经有形成配套的机夹数控车刀，它们具有良好的、稳定的切削性能和较高的寿命，能快速、自动更换并实现了标准化、系列化、模块化，但仍然不能完全满足需要。手工刃磨的车刀依然有它存在的价值，是机夹数控车刀不可替代的，有着广泛的应用前景。此车刀成功地利用了切削力和刀尖圆弧半径，把不利因素转化为有利因素。
（作者单位：中山市技师学院）
刀具企业从传统的单纯加工型企业逐步发展成为涉及刀具基础材料、表面处理、基础工艺和成套服务等具有综合高科技特征的开发型企业。刀具发展的重要特征之一是专业化、复合化和多功能化,导致刀具结构日趋复杂,形状变得十分特异。普通机床和卡具已经无法保证刀具和刀片的安装基准和切削单元之间的空间位置精度。另外,为用户提供综合服务的深度和广度日益成为衡量现代工具企业竞争力的重要标志。在传统工具工业的生产模式下, 利用大切削量加工方式实现很高的金属切除率,通过小的主偏角把高速进给的径向力转化为轴向力；用悬伸较长的刀杆对较深的模腔或外轮廓进行高效加工，通过主副切削刃之间的平缓的过渡刃，可以增加刀尖的强度，又能改善加工的表面粗糙度。为使刀片装夹时更可靠，适应大进给量的要求，在刀片的底面设计出一个圆柱形的凸起,在安装时与刀座凹陷的孔相配合，可承受大部分切削力,减小中间夹紧螺钉的载荷。
然而，数控车床普通车刀是机夹车刀不可替代的，普通车床在粗加工时表面能清楚地看到一条螺旋线，而精车加工一旦吃刀深度小于0.05mm时，表面就看不到螺旋线，看到的只是紊乱的表面。这是因为粗加工时切削用量大，切削力大，车刀被切削力紧紧压住，而精车时切削用量小，切削力小，车刀不稳定，除了螺旋线外，自身还有振动，所以出现紊乱的加工表面。要解决这个问题只能增加切削力，特别是径向切削力，它使车刀越推越紧，这也正是本文所要阐述的。数控车床更是如此，因为普通车床的丝杠是梯型螺纹，有较大的摩擦力，如图1所示。而数控车床丝杠是滚珠的，摩擦力很小，车刀更容易振动，如图2所示。
一、加工过程的切削力分析
数控精车刀在精车过程中要产生一个足够的切削力来使车刀稳定。切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力，称为切削力。如图3所示，切削加工时，在刀具的作用下，切削层、切屑和工件都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形产生的力，将转变的正压力Fp和Fc分别作用于刀具的前面和刀具的后面上。同时，又因为切屑与刀具前面、工件与后面有相对运动，在正压力作用下，会产生摩擦力Ff和Fp，分别作用于刀具的前面和刀具的后面上。把刀具前面上的力FD、FC合成为F，把刀具后面上的力Ff、Fp合成为FD，然后，再把力Ff和Fc合成为F，F就称为总切削力。这总力的大小决定刀具的稳定，只能减小刀具的前角和后角，还可磨出负倒棱。
二、优选车刀角度的基本原则
优选车刀角度实际上是对前角、后角、主偏角、刃倾角和刀尖状况的选择。
1.前角的选择
对于任何一把车刀，前角都是非常重要的，因为前角的大小，对切削的好坏关系很大。前角大时，由于切屑变形小，切削力下降，如果前角小则切削费力。根据前面分析，在特定的条件下选较小的前角和后角，以适当增加切削力。由于是精车，切削用量小，所以机床完全能够承受，相反增大切削力有利于车刀的稳定。
2.后角的选择
合理的后角可以减小车刀后面与工件的摩擦和车刀后面的磨损,后角太大或太小都会影响到刀头的强度。因此，我们可以选择较小的后角来增大切削力，为了减小后面与工件的摩擦，可采用双重后角。
3.主偏角的选择
主偏角直接影响着车削中的车刀寿命和车削平稳性。在进给量和背吃刀量相同的情况下,减小主偏角可使切屑变薄,主切削刃参加切削的长度增加,当主偏角减小后,会加大车削中的切削力,正是我们所需要的。
4.刃倾角的选择
刃倾角也叫主切削刃斜角，它是车刀主切削刃和基面之间的夹角。其作用主要是影响刀头的强度和控制切屑的流出方向。刃倾角有正值、负值或0值，当刀尖低于主切削刃时，刃倾角为负值；当高于主切削刃时，刃倾角为正值；当主切削刃与基面平行时，刃倾角为0值。
三、刀刃圆弧半径
由于切削刃不可能是绝对锋利的，总有刃口圆弧（见图4），一般硬质合金刀具的刃口圆弧半径为0.02～0.5mm，所以切削时，切削层内一层很薄的金属切除不了，而受刃口圆弧的挤压，发生剧烈的变形。一方面，已加工表面产生弹性复原;另一方面，这部分金属与后刀面发生强烈的摩擦和经过挤压变形后，使已加工表面硬度提高，这种现象称为加工硬化。在一般人眼里这种情况是有害的，关键是我们要利用这一现象，有意研磨出一定的圆弧半径，既增大了切削力，又能使表面产生剃削，再配以合理的切削用量，在数控车床上获得良好的表面质量，经过实践证明是完全可行的，也是笔者在研究过程中的最大收获。
四、影响工件表面粗糙度的因素分析
1.残留面积
工件上的已加工表面是由主、副切削刃切削后形成的，两条切削刃在已加工表面上留下的痕迹如图5所示。
已加工表面上未被切去部分的截面积，称为残留面积。残留面积越大，高度越高，则表面粗糙度越大。从图5可以看出，进给量、刀具主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径都影响残留面积的高度。此外，切削刃的表面粗糙度大也会复印在已加工表面上。而且切削时，切削刃还会受残流面积挤歪。因此实际的残留面积高度比理论值大些。
2.积屑瘤
用中等速度切削塑性金属产生积屑瘤，因为积屑瘤既不规则又不稳定，一方面一部分脱落的积屑瘤嵌入已加工表面，使加工表面形成硬点和毛刺，表面粗糙度大。
3.振动
刀具、工件或机床部件产生周期性的振动会使已加工表出现周期性的振纹，使表面粗糙度明显增大。综上所述，车刀刀尖要研磨出半径0.4～0.5mm的圆弧,既能减小残留面积, 减小表面粗糙度，又能增强刀尖强度，如图6所示。
五、车刀的磨削与研磨
车刀切削刃刃磨的表面粗糙度应比加工零件的表面粗糙度小2～3级，这样才能获得较低的表面粗糙度，特别是用样板车刀车削成型面时，车刀刃口上的不平痕迹会明显地反映到零件表面上。因此特别要注意刀刃的刃磨与修光。车刀切削刃可用放大镜检验，或按个人经验凭手指的感觉，如果刃口呈锯齿壮，则所车削的零件表面必然粗糙。
车刀刃磨好后要仔细研磨,车刀研磨可用油石或研磨粉进行。研磨硬质合金车刀时用炭化硼，当用油石研磨时，油石应与车刀被研表面紧紧平贴，并沿与刀刃平行的方向平稳移动，推时用力，回来时不用力，不能沿与刀刃垂直的方向上下移动，这样会影响切削刃的锋利，刀尖易于研钝；车刀研磨后，用放大镜或目测砂轮刃磨后的残面痕迹消除；检查切削刃是否有缺口、锯齿状等缺陷；表面粗糙度达0.8μm;车刀几何角度是否符合加工要求。
尽管市场上已经有形成配套的机夹数控车刀，它们具有良好的、稳定的切削性能和较高的寿命，能快速、自动更换并实现了标准化、系列化、模块化，但仍然不能完全满足需要。手工刃磨的车刀依然有它存在的价值，是机夹数控车刀不可替代的，有着广泛的应用前景。此车刀成功地利用了切削力和刀尖圆弧半径，把不利因素转化为有利因素。
（作者单位：中山市技师学院）