可转位车刀几何角度的设计、加工及检测 - 文章

可转位车刀几何角度的设计、加工及检测

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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k_r、刃倾角l_s和前角g₀确定。

1) 主偏角k_r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k_r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l_s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l_s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

tang_n=tang₀cosl_s

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/tanl_s

tang=(tan²g₀+tan²l_s)^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k_r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k_r=90°-f 即可计算出主偏角k_r。

2) 刃倾角l_s、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l_s和后角a₀。检测l_s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a_n，再根据公式tana₀=tana_ncosl_s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)

(投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2008-1-19，阅读512次)

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