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加工中心刀具幾何參數(shù)的合理選擇——（一）
日期：2009年12月17 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：加工中心
刀具幾何參數(shù)包括刀具幾何角度、刀面形式和切削刃形狀等。它們對(duì)切削時(shí)金屬的變形、切削力、切削溫度、刀具磨損、已加工表面質(zhì)量等都有明顯的影響。
所謂合理的幾何參數(shù)是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠獲得最高刀具耐用度，從而達(dá)到提高切削效率，降低生產(chǎn)成本的目的。
合理選擇刀具幾何參數(shù)的一般要求：
(1)考慮工件的實(shí)際情況。加工中心如材料的物理機(jī)械性能、毛坯情況(鑄、鍛等)、形狀、材質(zhì)等。
(2)考慮刀具材料和結(jié)構(gòu)。如高速鋼、硬質(zhì)合金刀具材料，整體、焊接、機(jī)夾等結(jié)構(gòu)。
(3)注意幾何參數(shù)之間的關(guān)系。如選擇前角應(yīng)同時(shí)考慮斷屑槽的形狀，管螺紋車床切削刃是否倒棱，刃傾角的正、負(fù)等。
(4)了解具體加工條件。如機(jī)床、夾具情況，系統(tǒng)剛性，粗或精加工，自動(dòng)生產(chǎn)線等。
(5)正確處理刀具的鋒銳性與強(qiáng)度、加工中心耐磨性的關(guān)系，在保證刀具足夠強(qiáng)度和耐磨性的前提下，力求刀具鋒銳，在提高鋒銳的同時(shí)，設(shè)法強(qiáng)化刀尖和切削刃等。
合理的刀具幾何參數(shù)是由眾多的因素的優(yōu)化組合，要全面考慮，不可顧此失彼。
(一)前角及前刀面形狀的選擇
前刀面在主截面內(nèi)通常有五種形狀
1．正前角平面型
這種形狀的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、刀刃銳利，但強(qiáng)度低、傳熱能力差、切削變形小、不易斷屑，多用于各種高速鋼刀具和切削刃形狀較復(fù)雜的成形刀具，加工中心及加工鑄鐵、青銅等脆性材料用的硬質(zhì)合金刀具。
2．正前角平面帶倒棱型
在正前角刀具切削刃附近的前刀面上磨出很窄的棱邊，管螺紋車床稱為倒棱。倒棱能提高切削刃強(qiáng)度，是防止因前角yo增大而使刀刃強(qiáng)度削弱的一種措施。這種型式多用于粗加工鑄鍛件或斷續(xù)切削，其中正倒棱適于高速鋼車刀，負(fù)倒棱適于硬質(zhì)合金車刀。
倒棱的寬度l選取應(yīng)恰當(dāng)，應(yīng)保證切屑仍能沿正前角丁。的前刀面流出，否則前角丁。變?yōu)樨?fù)前角。而倒棱的寬度l取值與進(jìn)給量／有關(guān)，常取l c(0．3-0．8)／，精加工取小值，粗加工取大值；對(duì)倒棱前角丫01，高速鋼刀具丁olc0*—5*；硬質(zhì)合金刀具丁olc—5‘～—10‘；對(duì)于進(jìn)給量很小(／≤0．2mm／r)的精加工刀具，為使切削刃鋒利，不宜磨出倒棱。
采用切削刃鈍圓加工中心也是提高切削刃強(qiáng)度、減少刀具破損的有效方法，管螺紋車床斷續(xù)切削時(shí)適當(dāng)加大切削刃鈍圓半徑丁。值，可增加刀具抗沖擊能力；切削刃鈍圓還有一定的切擠熨壓及消振作用，可改善已加工表面粗糙度。
一般情況下，常取丁9<夕3。輕型鈍圓丁，：0．02—0．03mm，中型鈍圓Y9：0．05—0．1mm，對(duì)于強(qiáng)力切削的重型鈍圓丁。二0．15mm。
3．正前角曲面帶倒棱型
這種形狀是在平面帶倒棱的基礎(chǔ)上，前刀面為曲面，稱為斷屑槽，可做成直線圓弧形、直線形、全圓弧形等。直線圓弧形的槽底圓弧半徑及。和直線形的槽底角(180*—口)對(duì)切屑的卷曲變形有直接的影響。當(dāng)它們選擇較小值時(shí)，切屑卷曲半徑較小，切屑變形大，易折斷；但過小時(shí)易使切屑堵塞在槽內(nèi)，增大切削力，甚至崩刃。一般條件下，常取及。：(0．4～0．7)W”，槽底角取110‘～130‘。加工中心這兩種槽形較適于加工碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼等，一般yo為5*-15‘。管螺紋車床全圓弧槽形可獲得較大的前角，且不至于使刃部過于削弱。加工紫銅、不銹
鋼等高塑性材料時(shí)，丁。可增至25’—30*。
4．負(fù)前角平面型
切削高強(qiáng)度、高硬度材料時(shí)，為使脆性大的硬質(zhì)合金刀片承受壓應(yīng)力，充分發(fā)揮硬質(zhì)合金刀片的潛能，而采用負(fù)前角平面型，這是因?yàn)橛操|(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度比抗彎強(qiáng)度高3～4倍。但負(fù)前角會(huì)使切削力、能耗增大，機(jī)床易產(chǎn)生振動(dòng)，使用時(shí)應(yīng)注意。
5．負(fù)前角雙面型
當(dāng)?shù)毒吣p主要產(chǎn)生于前刀面時(shí)，刃磨前刀面使刀具材料損失過大，也可采用負(fù)前角雙面型。這時(shí)負(fù)前角的棱面應(yīng)具有足夠的寬度，以確保切屑沿該面流出。
(二)前角的選擇
前角既影響切削過程中的變形和摩擦，又影響刀具的強(qiáng)度。增大前角管螺紋車床，切屑變形和摩擦減少，從而使切削力減小，切削熱減小，加工表面質(zhì)量提高。加工中心但前角過大會(huì)使刀具強(qiáng)度降低，散熱條件變差，刀具耐用度下降。
前角的選用原則是：
(1)在刀具強(qiáng)度許可的條件下，盡量選用大的前角，一般情況下高速鋼刀具可比硬質(zhì)合金刀具的前角大5‘—10‘。
(2)對(duì)于成形刀具來說，為減少刀具形狀誤差，常用較小的前角，甚至取前角為零。
(3)加工塑性材料時(shí)應(yīng)選用較大的前角，加工脆性材料時(shí)用較小的前角。
(4)粗加工，尤其是斷續(xù)切削，為保證切削刃有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)選用較小的前角，但在采取某些強(qiáng)化切削刃和刀尖的措施后，仍可增大前角至合理的數(shù)值。精加工時(shí)，應(yīng)選用較大的前角。
(5)工藝系統(tǒng)剛性差和機(jī)床功率不足時(shí)，應(yīng)選用較大的前角。
(6)數(shù)控機(jī)床、加工中心自動(dòng)生產(chǎn)線等所用刀具，考慮要有較長的刀具耐用度及工作的穩(wěn)定性，常取較小的前角。
(三)后角及后刀面的選擇
1．土后角o。及后刀面的選擇
增大主后角可減小主后刀面與過渡表面之間的摩擦；主后角影響楔角氏的大小，從而可配合前角來調(diào)整切削刃的鋒利程度和刀具的強(qiáng)度。主后角過小會(huì)引起刀具和過渡表面之間的劇烈摩擦，管螺紋車床使切削區(qū)的溫度急劇升高，其現(xiàn)象是切屑顏色加深，工件因熱膨脹使尺寸加大，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的加工硬化。反之，增大后角能明顯改善上述情況，但后角o。過大時(shí)，將使楔角聲。過小，切削刃強(qiáng)度削弱，加工中心散熱條件變差，反而降低了刀具壽命。
2．后角的選擇
在保證刀具有足夠的強(qiáng)度和散熱體積的基礎(chǔ)上，保證刀具鋒利和減少后刀面與工件的摩擦。所以后角的選擇應(yīng)根據(jù)刀具、工件材料和加工條件而定。在粗加工時(shí)以確保刀具強(qiáng)度為主，應(yīng)取較小的后角o。二4*—6*；在精加工時(shí)以保證加工表面質(zhì)量為主一般取o。二8*—12‘。工件材料硬度高、強(qiáng)度大或者加工脆性材$時(shí)取較小后角；反之，后角可取大值。高速鋼刀具的后角比同2型的硬質(zhì)合金刀具稍大一些。加工中心當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差，為防止振動(dòng)取較小后角o。；為減振或消振還可以在后刀面上磨出乙二0．1，0．2mm，001二0*的刃帶；或^s1：0．1—0．2mm，Ool’—5‘——10的管螺紋車床消振棱。
3．副后角o：及后刀面的選擇
一般刀具的副后角取和主后角相同的數(shù)值。只有切斷刀、鋸片等刀具，因受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，只許取較小的副后角o：二1‘-2*。
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