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刀具的選用
閱讀:396 發布時間:2012-11-29市場經濟不斷地推進,現代企業在高目標和低成本的追求過程中,已逐漸改變了傳統的“大而全”、“小而全”的模式,取而代之的是以投入zui小的人力、物力獲得zui大效益的“主題”生產。體現在金屬切削刀具領域,成本已不再是簡單的購買刀具的費用,一方面,采用什么樣的刀具會影響到產品工藝、機床的選型和配置、生產效率、產品質量等,因而受到越來越多的重視;另一方面,自制刀具是否劃算?人力物力的投入也成為企業考慮的問題。企業內部的成本核算推進了生產過程的專業化服務。因此,對一般機械加工企業來說,刀具的配置,更多的是如何選、如何用,而不是在如何設計與制造上。
1.可轉位刀具選用的一般原則
- 刀片夾緊方式的選擇 在國家標準中,一般夾緊方式有上壓式(代碼為C)、上壓與銷孔夾緊(代碼M)、銷孔夾緊(代碼P)和螺釘夾緊(代碼S)四種,有的公司還有牢固夾緊(代碼為D)圖1。但這仍不可能包括可轉位車刀所有的夾緊方式。例如代號P是用刀片的中心圓柱形銷夾緊,而夾緊方式有杠桿式,偏心式等,而且,各刀具商所提供的產品并不一定包括了所有的夾緊方式,因此選用時要查閱產品樣本。各夾緊方式適用不同形式的刀片,如無孔刀片常用上壓式(C型),陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夾緊方式。D和M型夾緊可靠,適用于切削力較大的場合,如加工條件惡劣、鋼的粗加工、鑄鐵等短屑的加工等。P型前刀面開放,有利于排屑,一般中、輕切削可選用。S型結構簡單緊湊,無阻排屑,是沉孔刀片的夾緊方式,可用正前面刀片,適合于輕切削和小孔加工等。
- 刀片外形的選擇 刀片外形與加工的對象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃數等等有關。一般外圓車削常用80°凸三邊形(W型),四方形(S型)和 80°棱形( C型)刀片。仿形加工常用55°(D型)、35°(V型)棱形和圓形(R型)刀片。90°主偏角常用三角形(T型)刀片。不同的刀片形狀有不同的刀尖強度,一般刀尖角越大,刀尖強度越大,反之亦然。圓刀片(R型)刀尖角zui大,35°菱形刀片(V型)刀尖角zui小(圖2)。在選用時,應根據加工條件惡劣與否,按重、中、輕切削針對性地選擇。在機床剛性、功率允許的條件下,大余量、粗加工應選用刀尖角較大的刀片,反之,機床剛性和功率小、小余量、精加工時宜選用較小刀尖角的刀片。
圖2刀片形狀與刀尖強度、切削振動示意圖
從切削力考慮,刀尖角越大,在車削中對工件的徑向分力越大,越易引起切削振動。
圖3Q型刀片 從有效刃數來看,同等條件下,圓形刀片zui多,棱形刀片zui少,zui近又現出了一種80°的四邊形刀片(Q型)(圖3),這種刀片比80°棱形刀片的有效刃數增加了一倍。
- 刀桿頭部形式的選擇刀桿頭部形式按主
偏角和直頭、偏頭分有15~18種,各形式規定了相應的代碼,國家標準和刀具樣本中都—一列出,可以根據實際情況選擇。有直角臺階的工件,可選大于或等于叨往偏角的刀桿。一般粗車,可選主偏角45°~90°的;精車,可選45°~75°的;中間切入、仿形,可選45°~107.5°的;工藝系統剛性好時可選較小值,工藝系統剛性差時,可選較大值。
- 刀片后角的選擇常用的刀片后角有N(0°)、C(7°)、P(11°)、E(20°)等,一般粗加工,半精加工可用N型。半精加工、精加工可用C型、P型、也可用帶斷屑槽形的N型刀片。加工鑄鐵、硬鋼可用N型。加工不銹鋼可用C型、P型。加工鋁合金可用P型、E型等。加工彈性恢復性好的材料可選用較大一些的后角。
一般鏜孔刀片,選用C型、P型,大尺寸孔可選用N型。
- 左右手刀柄的選擇有三種選擇:R(右手)、L(左手)和N(左右手)。要注意區分左右刀的方向(圖4)。選擇時要考慮機床刀架是前置式還是后置式、前刀面是向上還是向下、主軸的旋轉方向以及需要的進給方向等,圖5表示了左右手螺紋刀在不同的情況下所得到的不同結果。
圖4左右手刀柄
圖5左右手螺紋刀的應用
- 刀桿尺寸的選擇 刀桿基本尺寸有刀尖高度,刀桿的寬度和長度,在標準尺寸系列中,這些都是相對應的,選擇時應與所使用的機床相匹配,使車刀裝在臥式車床刀架上的刀尖位置處于車床主軸中心線等高位置,若略低一點可以加墊片解決,但對于數控機床,原則上不得加墊片。刀桿的長度應考慮到刀桿需要的懸伸量,這懸伸量應盡可能小。內孔刀桿還要考慮加工的zui小孔徑等等。
- 切削刃長度的選擇 切削刃的長度應根據加工余量來定,zui多是刃長的2/3參加切削。要考慮到主偏角對有效切削刃長度的影響。
- 刀片精度等級的選擇 刀片精度等級根據加工作業,例如精加工、半精加工、粗加工等選擇,以便在保證作業任務完成的前提下,降低加工成本。國家標準有A~U共12個精度等級,車削常用等級為G、M、U。一般,精密加工選用高精度的G級刀片;非鐵金屬材料的精加工,半精加工宜選用G級刀片。淬硬(45HRC以上)鋼的精加工也可選用G級刀片。精加工至重負荷粗加工可選用M級、粗加工可選用U級刀片。
- 刀尖圓弧半徑的選擇 刀尖圓弧半徑不僅影響切削效率,而且關系到被加工表面粗糙度及精度。從刀尖圓弧半徑與zui大進給量關系來看,zui大進給量不應超過刀尖圓弧半徑尺寸的80%,否則將惡化切削條件,甚至出現螺紋狀表面和打刀等問題。因此,選擇的刀尖圓弧半徑應等于或大于零件車削zui大進給量的1.25倍。當刀尖角小于90°時,允許的zui大進給量應下降。
刀尖圓弧半徑還與斷屑的可靠性有關。為保證斷屑,切削余量和送給量有一個zui小值,當刀尖圓弧半徑減小,所得到的這兩個zui小值也相應減小,因此,從斷屑可靠出發,通常對于小余量、小進給車加工作業應采用小的刀尖圓弧半徑,反之宜采用較大的刀尖圓弧半徑。
刀尖圓弧半徑與進給量在幾何學上是形成被加工零件表面粗糙度的兩個參數:h≈f²/8rε(式中,h為加工表面輪廓高µm,f為進給量mm/r,rε為刀尖圓弧半徑mm)。由此式可知,當被加工零件表面粗糙度與進給量已設定后,就可選擇相應的刀尖圓弧半徑rε≥f²/8h.具體數值見表1。
表1 rε、f、Ra數據對應表 表面粗糙度
µm刀尖圓弧半徑rε/mm 0.4 0.8 1.2 1.6 2.4 h Ra 進給量f(mm/r) 1.6 0.6 0.07 0.10 0.12 0.14 0.17 4 1.6 0.11 0.15 0.19 0.22 0.26 10 3.2 0.17 0.24 0.29 0.34 0.42 16 6.3 0.22 0.30 0.37 0.43 0.53 25 8.0 0.27 0.38 0.48 0.54 0.66