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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kr、刃倾角ls和前角g0确定。
    表1 可转位车刀主偏角推荐值
    加工条件 主偏角kr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°
    表2 可转位车刀刃倾角推荐值
    加工条件 刃倾角ls推荐值
    精车 0°~5°
    粗车 -5°~0°
    断续切削 -5°~0°
    加工淬硬钢 -5°~-10°
    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°
    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°
  1. 主偏角kr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。
  2. 刃倾角ls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。
  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。
  4. 后角
    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。
  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。
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
tangn=tang0cosls (1)
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。
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。
tanq=tang0/tanls (2)
tang=(tan2g0+tan2ls)½ (3)
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kr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kr=90°-f 即可计算出主偏角kr
  2. 刃倾角ls、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ls和后角a0。检测ls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an,再根据公式tana0=tanancosls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。

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