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摘 要:本文通过对斜角切削的特点进行分析研究,提出在车床加工中运用大斜角刀具进行斜角切削能够实现高精度低粗糙度的机械加工要求。同时,还介绍了两种比较典型的斜角切削车刀,供同行参考。
关键词:高精度 低粗糙度 斜角切削 车刀
中图分类号:TG54 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0051-02
目前,一般把在普通车床上加工到IT5～IT6级以上的车削称为精密工件的车削,要达到精密车削的效果,是由多种因素、综合条件配合完成的,如:车床本身的精度、夹具的精度、刀具及其它环境条件等。而合理的刀具斜角切削可以有效提高工件的加工精度和降低表面粗糙度。
1 斜角切削的特点与分析
1.1 直角切削与斜角切削的概念
直角切削是指刀具主切削刃刃倾角等于零(λs=0°),切削速度方向与主切削刃成直角(正交)的切削。如图1(a)和图2(1)所示。其特点是λs=0°,切削流出的方向大致垂直于切削刃。
斜角切削是指主切削刃刃倾角不等于零(λs≠0°),切削速度方向不垂直切削刃的 削,如图1—(b)所示。图中将主切削刃转过了75°。主切削刃对切削速度方向的偏移,使得切屑流出的方向也发生了变化,刀具的切削刃对工件具有一个切割的分速度,从而引起了切削过程中的一系列变化。
根据刀具刃倾角λs的正负不同,斜角切削又可分为正斜角切削负斜角切削。如图2所示。
1.2 在切屑流出方向的刀具角度分析
在斜角切削中,由于刃倾角的影响,使切屑流出方向发生变化,由此使刀具在切屑流出方向的角度也相应改变了。一般认为,刀具在切屑流出方向的实际角度是切削过程中起实质性作用的角度。
(1)前角的变化。由于刃倾角的影响,刀具前角在不同方向有如下关系:
sinγo＝sin2λs+cos2λs sinγn
式中:γo——刀具在切屑流出方向的前角；
λs——刀具的刃倾角；
γn——刀具的法前角。
不难看出,当λs=0时,则γo=γn,即当刃倾角为零时,切屑流出方向的前角与刀具的法前角相等,也就是直角切削状态。由公式可知,当刀具的法前角已定时,刃倾角λs值加大,则刀具在切屑流出方向前角γo增大。γo值的大小对切削力的大小有直接关系,由实验可知,当前角增大1°,主切削力约降低1%,(在切削钢件时)。因此,对一定法前角的车刀,改变刃倾角,使刀具切屑流出方向的前角增加,可以达到减小主切削力的目的。同时刀刃的强度不会因切屑流出方向的前角的加大而减弱。
(2)后角的变化。当刀具的法后角αn一定时,随着刃倾角的增加,刀具在切屑流出方向的后角αo相应地减小。后角αo适当地减小,可以有消振作用,使切削平稳,还可以有压光作用,使已加工表面光滑。但αo不能过小,否则会产生振动和使加工表面质量下降。
(3)楔角和刀具刃口圆弧半径的变化。随着刃倾角的增大,刀具在切屑流出方向的楔角相应地减小。由于楔角减小,使得刃口的圆弧半径也相应地减小,当刃倾角大于30°时,刀具的楔角和刃口的圆弧半径将显著减小。这样就大大提高了切削刃口的锋利程度,可以在很小的切深时车下切屑,这对于较难磨出锋利刃口的硬质合金刀具来说更有意义。
1.3 斜角切削对加工质量的影响
(1)斜角切削改变了切屑流出的方向,增大了实际工作前角,所以切削轻快。由于大刃倾角车刀在车削时特别锋利,适于精车或作微量切削。从图3可以比较直观地看到斜角切削之所以轻快的原因。如从点出发爬上前面的斜坡,显然OA的坡度要比OB的坡度陡得多。同样,切屑如果沿OB这一不太陡的斜坡流出,则要比沿OA省力,更能顺利流出。这样,切屑受到的阻力减小,使加工表面的质量得到提高。
(2)在精车时,选用正斜角车削,可以使切屑流向待加工表面,防止划伤已加工表面。
(3)由于刃倾角的增加,使刀具的前刀面倾斜程度增加,不利于积屑瘤的产生和存在。
(4)随着车刀刃倾角的增加,切削刃的实际楔角和刃口圆弧半径相应减少,同时,在切削时刀具沿着主切削刃的方向对工件还有一定的锯切作用,这更有利于刀具刃口的切入,减小了切削变形,适于余量很小的精密工件的车削。在实际生产中,一般车床径向进给最小刻度值为0.05毫米,为了实现微量切深,可把小刀架搬过一个角度θ。如:θ=3°,则可得到的最小径向刻度为:Δt=tsinθ=0.05sinθ=0.00262mm。
2 斜角切削的典型刀具
下面介绍两种比较典型的斜角切削车刀。
2.1 大正刃倾角无固定刀尖车刀
图4所示是一种大正刃倾角车刀,它充分发挥了斜角切削的特点,除了显著增大了切屑流出方向前角γo,提高了刃口的锋利程度外,切屑在前刀面上大致沿垂直方向顺利流出,车刀安装调整简便；由于切削宽度增大几倍,改善了散热条件,减少了单位切削刃上的负荷,而且由于刀具只有一条切削刃,一组前后刀面,因此刃磨简便。它无固定刀尖,主副切削刃成一直线。在切削时,实际刀尖点(主、副切削刃的交点)与车刀安装位置有关。
这种车刀不仅成功应用于一般碳钢的高速精车加工,而且对于高强度钢、钛合金等难加工材料及有色金属的车削效果也较好。
2.2 可调式大刃倾角精车刀
图5是一种能调节不同刃倾角的精车刀。这种精车刀的刃倾角可根据工件的切削条件,在一定的范围内调整。图中的刃倾角λs=75°,当切削深度为0.01～0.03mm,进给量为0.08～0.1mm/r,切削速度为100～120m/min的切削用量加工中碳钢时,可以得到Rz值为1.6的表面粗糙度。
结束语:斜角切削的加工特点越来越为人们所重视,在生产中,出现了很多各式各样运用斜角切削原理的先进刀具,如:大螺旋角铰刀、滚切刀具等。与普通刀具相比,它们刀刃锋利、耐用度高、加工精度较高、表面粗糙度低,在实际生产中发挥了重要作用。
参考文献
[1] 武友德.《车刀刃磨技术》.化学工业出版社,2008.01.
[2] 唐程辉.《车工》.中国工人出版社,1999.07.
[3] 薛宏建.《车工实用手册》.金盾出版社,2006.05.
[4] 凌二虎.《车削加工禁忌实例》.机械工业出版社,2005.04.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词:高精度 低粗糙度 斜角切削 车刀
中图分类号:TG54 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0051-02
目前,一般把在普通车床上加工到IT5～IT6级以上的车削称为精密工件的车削,要达到精密车削的效果,是由多种因素、综合条件配合完成的,如:车床本身的精度、夹具的精度、刀具及其它环境条件等。而合理的刀具斜角切削可以有效提高工件的加工精度和降低表面粗糙度。
1 斜角切削的特点与分析
1.1 直角切削与斜角切削的概念
直角切削是指刀具主切削刃刃倾角等于零(λs=0°),切削速度方向与主切削刃成直角(正交)的切削。如图1(a)和图2(1)所示。其特点是λs=0°,切削流出的方向大致垂直于切削刃。
斜角切削是指主切削刃刃倾角不等于零(λs≠0°),切削速度方向不垂直切削刃的 削,如图1—(b)所示。图中将主切削刃转过了75°。主切削刃对切削速度方向的偏移,使得切屑流出的方向也发生了变化,刀具的切削刃对工件具有一个切割的分速度,从而引起了切削过程中的一系列变化。
根据刀具刃倾角λs的正负不同,斜角切削又可分为正斜角切削负斜角切削。如图2所示。
1.2 在切屑流出方向的刀具角度分析
在斜角切削中,由于刃倾角的影响,使切屑流出方向发生变化,由此使刀具在切屑流出方向的角度也相应改变了。一般认为,刀具在切屑流出方向的实际角度是切削过程中起实质性作用的角度。
(1)前角的变化。由于刃倾角的影响,刀具前角在不同方向有如下关系:
sinγo＝sin2λs+cos2λs sinγn
式中:γo——刀具在切屑流出方向的前角；
λs——刀具的刃倾角；
γn——刀具的法前角。
不难看出,当λs=0时,则γo=γn,即当刃倾角为零时,切屑流出方向的前角与刀具的法前角相等,也就是直角切削状态。由公式可知,当刀具的法前角已定时,刃倾角λs值加大,则刀具在切屑流出方向前角γo增大。γo值的大小对切削力的大小有直接关系,由实验可知,当前角增大1°,主切削力约降低1%,(在切削钢件时)。因此,对一定法前角的车刀,改变刃倾角,使刀具切屑流出方向的前角增加,可以达到减小主切削力的目的。同时刀刃的强度不会因切屑流出方向的前角的加大而减弱。
(2)后角的变化。当刀具的法后角αn一定时,随着刃倾角的增加,刀具在切屑流出方向的后角αo相应地减小。后角αo适当地减小,可以有消振作用,使切削平稳,还可以有压光作用,使已加工表面光滑。但αo不能过小,否则会产生振动和使加工表面质量下降。
(3)楔角和刀具刃口圆弧半径的变化。随着刃倾角的增大,刀具在切屑流出方向的楔角相应地减小。由于楔角减小,使得刃口的圆弧半径也相应地减小,当刃倾角大于30°时,刀具的楔角和刃口的圆弧半径将显著减小。这样就大大提高了切削刃口的锋利程度,可以在很小的切深时车下切屑,这对于较难磨出锋利刃口的硬质合金刀具来说更有意义。
1.3 斜角切削对加工质量的影响
(1)斜角切削改变了切屑流出的方向,增大了实际工作前角,所以切削轻快。由于大刃倾角车刀在车削时特别锋利,适于精车或作微量切削。从图3可以比较直观地看到斜角切削之所以轻快的原因。如从点出发爬上前面的斜坡,显然OA的坡度要比OB的坡度陡得多。同样,切屑如果沿OB这一不太陡的斜坡流出,则要比沿OA省力,更能顺利流出。这样,切屑受到的阻力减小,使加工表面的质量得到提高。
(2)在精车时,选用正斜角车削,可以使切屑流向待加工表面,防止划伤已加工表面。
(3)由于刃倾角的增加,使刀具的前刀面倾斜程度增加,不利于积屑瘤的产生和存在。
(4)随着车刀刃倾角的增加,切削刃的实际楔角和刃口圆弧半径相应减少,同时,在切削时刀具沿着主切削刃的方向对工件还有一定的锯切作用,这更有利于刀具刃口的切入,减小了切削变形,适于余量很小的精密工件的车削。在实际生产中,一般车床径向进给最小刻度值为0.05毫米,为了实现微量切深,可把小刀架搬过一个角度θ。如:θ=3°,则可得到的最小径向刻度为:Δt=tsinθ=0.05sinθ=0.00262mm。
2 斜角切削的典型刀具
下面介绍两种比较典型的斜角切削车刀。
2.1 大正刃倾角无固定刀尖车刀
图4所示是一种大正刃倾角车刀,它充分发挥了斜角切削的特点,除了显著增大了切屑流出方向前角γo,提高了刃口的锋利程度外,切屑在前刀面上大致沿垂直方向顺利流出,车刀安装调整简便；由于切削宽度增大几倍,改善了散热条件,减少了单位切削刃上的负荷,而且由于刀具只有一条切削刃,一组前后刀面,因此刃磨简便。它无固定刀尖,主副切削刃成一直线。在切削时,实际刀尖点(主、副切削刃的交点)与车刀安装位置有关。
这种车刀不仅成功应用于一般碳钢的高速精车加工,而且对于高强度钢、钛合金等难加工材料及有色金属的车削效果也较好。
2.2 可调式大刃倾角精车刀
图5是一种能调节不同刃倾角的精车刀。这种精车刀的刃倾角可根据工件的切削条件,在一定的范围内调整。图中的刃倾角λs=75°,当切削深度为0.01～0.03mm,进给量为0.08～0.1mm/r,切削速度为100～120m/min的切削用量加工中碳钢时,可以得到Rz值为1.6的表面粗糙度。
结束语:斜角切削的加工特点越来越为人们所重视,在生产中,出现了很多各式各样运用斜角切削原理的先进刀具,如:大螺旋角铰刀、滚切刀具等。与普通刀具相比,它们刀刃锋利、耐用度高、加工精度较高、表面粗糙度低,在实际生产中发挥了重要作用。
参考文献
[1] 武友德.《车刀刃磨技术》.化学工业出版社,2008.01.
[2] 唐程辉.《车工》.中国工人出版社,1999.07.
[3] 薛宏建.《车工实用手册》.金盾出版社,2006.05.
[4] 凌二虎.《车削加工禁忌实例》.机械工业出版社,2005.04.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文