可转位车刀几何角度的设计、加工及检测

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可转位车刀几何角度的设计、加工及检测
1 r3 S% j3 P. t( D+ N& R2 s9 I) c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。
. c/ ~! y2 V3 {7 s  i, r" v　　1可转位车刀几何角度的设计
! q& x9 j1 z$ y0 h3 F7 ~　　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。
　　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。
4 f7 i& `1 v) q8 J+ l1 D2 R　　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。
) r& l0 k3 u: q  e2 M　　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。
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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

　　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。
　　造型设计及图纸标注
# y" T; V/ u% p  g; p8 E$ A1 h　　可转位车刀切削参数的图纸标注如图1所示。
$ J( q" A! e$ {) Z" J　　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。

http://news.mechnet.com.cn/upload/0808151016542941.bmp

　　图1可转位车刀切削参数的图纸标注

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可转位车刀几何角度的设计、加工及检测
$ s+ n( N  \+ P. s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

8 J5 P5 ]% R% c' ], b. g* M& ttangn=tang0cosls
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实体造型时刀片旋转的顺序应为：主偏角→刃倾角→法向前角。

) i4 ~4 d4 {7 e. u$ m! j2 可转位车刀的铣削加工
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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。
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6 a* ?9 H; [! B9 A: t! h8 t  S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。

http://tools.newmaker.com/nmsc/u/2008/20081/art_img/200811923231236799.jpg
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。

http://tools.newmaker.com/nmsc/u/2008/20081/art_img/200811923235810613.jpg
2 u; D. o$ T: f' P图3 带三个旋转轴平口钳的转轴坐标

tanq=tang0/tanls
7 Q9 f) B! L2 V6 W4 d7 e" T5 r
; [9 V9 B* _/ M& R% K$ Rtang=(tan2g0+tan2ls)½

2 m# p8 Y: P; g( v: e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
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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。

/ K5 D3 B6 {, J' b! {+ Q2) 刃倾角ls、后角a0的检测

2 ?1 ^" F5 u6 a6 J/ a9 t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。

. r4 A* a7 {& B. g) |9 u可转位车刀其它尺寸的检测可参照普通车刀的检测方法。