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車(chē)刀材料的選擇

車(chē)刀材料的選擇

刀桿兩部分組成，刀桿一般是用碳素結(jié)構(gòu)鋼制成。由于刀頭擔(dān)任切削作業(yè)，因此刀頭資料有必要具有下列根本功能：

      1）冷硬性。車(chē)刀在常溫時(shí)具有較高的硬度，即車(chē)刀的耐磨性。

      2）紅硬性。車(chē)刀在高溫下保持切削所需的硬度，該溫度的蕞高值稱(chēng)為'紅熱硬度'。

      3）耐性。車(chē)刀切削部分接受轟動(dòng)和沖擊負(fù)荷所具有的強(qiáng)度和硬度。

      車(chē)刀資料的以上三種功能是彼此聯(lián)絡(luò)、彼此制約的，在具體選用時(shí)，要根據(jù)工件資料的功能和切削要求分析選用，同時(shí)還要結(jié)合車(chē)刀資料在價(jià)格、工藝功能方面加以考慮，以便于以較低的本錢(qián)加工、刃磨和焊接制作車(chē)刀。

      目前用來(lái)作車(chē)刀切削部分的資料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金和非金屬資料，碳素東西鋼、合金東西鋼多用作鉆頭、絲錐等東西，用作車(chē)刀的較少。現(xiàn)別離介紹作車(chē)刀刀頭的兩種主要資料：高速鋼及硬質(zhì)合金。

一、高速鋼

      高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼，又叫鋒鋼、風(fēng)鋼或白鋼。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2兩種牌號(hào)。其間用得多的是Wl8Cr4V高速鋼。它們的化學(xué)成分如表4-2所示。

      高速鋼資料分為帶黑皮的高速鋼和表面磨光的高速鋼兩種。前者是未經(jīng)熱處理的高速鋼，后者是經(jīng)熱處理的高速鋼。高速鋼硬度較高，具有必定的紅熱硬性，耐性和加工功能均較好。高速鋼車(chē)刀制作簡(jiǎn)略，刃磨方便，容易磨得鋒利。由于高速鋼耐性好，常用于加工一些沖擊性較大、形狀不規(guī)則的零件，它也常用于制作精車(chē)刀，但因紅硬性不如硬質(zhì)合金，故不宜用于高速切削。

二、硬質(zhì)合金

      硬質(zhì)合金是由難熔資料的碳化鎢、碳化鐵和鈷的粉末在高壓下成形，經(jīng)l350～1560'（2高溫?zé)Y(jié)而成的資料，具有極高的硬度，僅次于陶瓷和金剛石。硬質(zhì)合金的紅硬性很好，在1000℃左右仍能保持杰出切削功能；具有較高的運(yùn)用強(qiáng)度，其抗彎強(qiáng)度可高達(dá)1000--1700MPa，但脆性大、耐性差、怕震，以上這些缺點(diǎn)可通過(guò)刃磨合理的角度加以克服，因此，硬質(zhì)合金現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。

車(chē)刀的蕞佳角度

一、車(chē)刀切削部分的組成

車(chē)刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖組成?！?三面二刃一刀尖

1）前刀面 刀具上切屑流過(guò)的外表。

2）主后刀面 刀具上與工件上的加工外表相對(duì)著而且彼此作用的外表，稱(chēng)為主后刀面。

3）副后刀面 刀具上與工件上的已加工外表相對(duì)著而且彼此作用的外表，稱(chēng)為副后刀面。

4）主切削刃 刀具的前刀面與主后刀面的交線(xiàn)稱(chēng)為主切削刃。

5）副切削刃 刀具的前刀面與副后刀面的交線(xiàn)稱(chēng)為副切削刃。

6）刀尖 主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)稱(chēng)為刀尖。刀尖實(shí)踐是一小段曲線(xiàn)或直線(xiàn)，稱(chēng)修圓刀尖和倒角刀尖。

二、測(cè)量車(chē)刀切削角度的輔佐平面

為了確定和測(cè)量車(chē)刀的幾許角度，需求選取三個(gè)輔佐平面作為基準(zhǔn)，這三個(gè)輔佐平面是切削平面、基面和正交平面。

1）切削平面——切于主切削刃某一選定點(diǎn)并筆直于刀桿底平面的平面。

2）基面——過(guò)主切削刃的某一選定點(diǎn)并平行于刀桿底面的平面。

3）正交平面——筆直于切削平面又筆直于基面的平面。

可見(jiàn)這三個(gè)坐標(biāo)平面彼此筆直，構(gòu)成一個(gè)空間直角坐標(biāo)系。

三、車(chē)刀的主要幾許角度及挑選

3.1前角(γ0 )挑選的準(zhǔn)則

前角的巨細(xì)主要解決刀頭的鞏固性與鋒利性的矛盾。因而首要要根據(jù)加工資料的硬度來(lái)挑選前角。加工資料的硬度高，前角取小值，反之取大值。其次要根據(jù)加工性質(zhì)來(lái)考慮前角的巨細(xì)，粗加工時(shí)前角要取小值，精加工時(shí)前角應(yīng)取大值。前角一般在-5°～25°之間選取。

一般，制造車(chē)刀時(shí)并沒(méi)有預(yù)先制出前角（γ0），而是靠在車(chē)刀上刃磨出排屑槽來(lái)取得前角的。排屑槽也叫斷屑槽，它的作用大了去了折斷切屑，不發(fā)生纏繞； 操控切屑的流出方向，保持已加工外表的精度；降低切削抗力，延常刀具壽命。

3.2 后角(α0 )挑選的準(zhǔn)則

首要考慮加工性質(zhì)。精加工時(shí)，后角取大值，粗加工時(shí)，后角取小值。其次考慮加工資料的硬度，加工資料硬度高，主后角取小值，以增強(qiáng)刀頭的鞏固性；反之，后角應(yīng)取小值。后角不能為零度或負(fù)值，一般在6°～12°之間選取。

3.3 主偏角(Kr )的選用準(zhǔn)則

首要考慮車(chē)床、夾具和刀具組成的車(chē)削 工藝系統(tǒng)的剛性，如系統(tǒng)剛性好，主偏角應(yīng)取小值，這樣有利于進(jìn)步車(chē)刀使用壽命、改進(jìn)散熱條件及外表粗造度。其次要考慮加工工件的幾許形狀，當(dāng)加工臺(tái)階時(shí)，主偏角應(yīng)取90°，加工中心切入的工件，主偏角一般取60°。主偏角一般在30°～90°之間，常用的是45°、75 °、90°。

3.4 副偏角(Kr′)的挑選準(zhǔn)則

首要考慮車(chē)刀、工件和夾具有滿(mǎn)足的剛性，才能減小副偏角；反之，應(yīng)取大值；其次，考慮加工性質(zhì)，精加工時(shí)，副偏角可取10°～15°，粗加工時(shí)，副偏角可取5°左右。

3.5 刃傾角(λS)的挑選準(zhǔn)則

主要看加工性質(zhì)，粗加工時(shí)，工件對(duì)車(chē)刀沖擊大， 取λS ≤ 0°，精加工時(shí)，工件對(duì)車(chē)刀沖擊力小， 取λS≥0°；一般取λS=0°。刃傾角一般在-10°～5°之間選取。

在批量加工如圖1所示的高溫合金球形軸承內(nèi)球面時(shí)，原編制工藝道路為：粗加工→去應(yīng)力→精車(chē)內(nèi)球面→內(nèi)球面開(kāi)安裝槽→探傷→查驗(yàn)→油封。

為驗(yàn)證工藝，實(shí)驗(yàn)選用如圖2所示高速鋼尖刀（假定刀尖圓弧半徑為零），前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線(xiàn)等高，在新購(gòu)精細(xì)數(shù)控車(chē)床上編程精車(chē)3件45鋼制內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm。

由于通用內(nèi)徑量具無(wú)法實(shí)施在線(xiàn)丈量?jī)?nèi)球面φ19.15 0.0130   mm，所以在車(chē)床上選用改制專(zhuān)用測(cè)具（見(jiàn)圖3）檢測(cè)，直徑合格，經(jīng)三坐標(biāo)丈量機(jī)復(fù)檢，直徑合格，球面概括度差錯(cuò)為0.005mm（小于直徑公役一半），合格。

但將零件材料改為高溫合金GH605，刀具改為YW1硬質(zhì)合金尖刀后，用與高速鋼尖刀同樣的切削條件試車(chē)3件，經(jīng)三坐標(biāo)查驗(yàn)全部不合格，原因是球面概括度差錯(cuò)為0.03～0.05mm，經(jīng)仔細(xì)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)刀尖已磨損，且編程時(shí)沒(méi)有選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序。為此，改用如圖4所示SANDEVIK菱形可轉(zhuǎn)位機(jī)夾硬質(zhì)合金刀具VCMW070204加工，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車(chē)床主軸中心線(xiàn)等高，選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程，加工了3件，經(jīng)三坐標(biāo)丈量查驗(yàn)，3件全部不合格，原因是球面概括度差錯(cuò)為0.015～0.02mm。至此，證明原工藝是不現(xiàn)實(shí)的。為了、經(jīng)濟(jì)批量加工，改用了如下工藝道路：粗加工→去應(yīng)力→精車(chē)內(nèi)球面→內(nèi)球面開(kāi)裝配槽→用外球面形狀研磨具研磨內(nèi)球面達(dá)圖樣要求→探傷→查驗(yàn)→油封。工藝改進(jìn)后已成功加工出一批合格產(chǎn)品。

2.精車(chē)內(nèi)球面概括度超差問(wèn)題

早在數(shù)控車(chē)床沒(méi)有普及的時(shí)代，用成型車(chē)刀精車(chē)之后再研磨的工藝辦法成功地加工出如圖5所示的球面上色量規(guī)（其技術(shù)要求是：環(huán)規(guī)按塞規(guī)上色修合，上色面積100%）。現(xiàn)在數(shù)控車(chē)床替代了一般車(chē)床，數(shù)字程序替代了原來(lái)成型車(chē)刀，卻沒(méi)有加工出圖1所示的零件?，F(xiàn)剖析如下：

（1）精細(xì)球面加工工藝基礎(chǔ)。精細(xì)球面能夠看作是精細(xì)半圓（見(jiàn)圖6）繞經(jīng)過(guò)該半圓圓心的剖分線(xiàn)反轉(zhuǎn)一周構(gòu)成的反轉(zhuǎn)體。

在一般車(chē)床上用圓弧構(gòu)成型樣板刀加工時(shí)（見(jiàn)圖7），樣板刀圓弧半徑是所車(chē)球的半徑，樣板刀圓弧刃的圓心有必要準(zhǔn)確調(diào)整到車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上，且圓弧刃地點(diǎn)平面與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線(xiàn)等高共面，才干車(chē)出精細(xì)圓球面。為了完成以上條件，照顧到加工對(duì)刀便利，通常調(diào)整圓弧樣板切削刃安裝高度，使圓弧刃地點(diǎn)平面與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)軸線(xiàn)等高（共面），再經(jīng)過(guò)車(chē)削丈量車(chē)出球面直徑，確保圓弧切削刃圓心坐落車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線(xiàn)上。

當(dāng)圓弧刃地點(diǎn)平面與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線(xiàn)共面但圓弧刃圓心與車(chē)床反轉(zhuǎn)中心間隔不為零時(shí)，車(chē)出的球面就不圓，而是橢球（見(jiàn)圖8）。

當(dāng)圓弧刃平面平行于車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線(xiàn)，但高于或低于車(chē)床反轉(zhuǎn)軸線(xiàn)（即不共面）時(shí)，只要直徑大于所車(chē)球面的水平截面圓直徑，與圓弧刃構(gòu)成的圓位置重合時(shí)，才有或許車(chē)成圓球，但此刻所車(chē)球面直徑已大于要求直徑（見(jiàn)圖9）。

當(dāng)圓弧構(gòu)成型切削刃或數(shù)控刀尖車(chē)出的軌道圓弧（以下簡(jiǎn)稱(chēng)母線(xiàn)圓?。┑攸c(diǎn)平面平行于車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線(xiàn)，但高于或低于車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)床軸線(xiàn)）時(shí)，即便母線(xiàn)圓弧半徑很準(zhǔn)確且其圓心位置也準(zhǔn)確坐落包括車(chē)床軸線(xiàn)的鉛垂面內(nèi)，假定圖樣要求球面半徑為R，母線(xiàn)圓弧地點(diǎn)平面與車(chē)床軸線(xiàn)間隔為H，則車(chē)出的球面半徑為（R2 H2）0.5mm，若為了確保球面半徑R持續(xù)進(jìn)刀，則車(chē)成橢球（見(jiàn)圖10）。

總歸，有必要確保母線(xiàn)圓弧半徑和母線(xiàn)圓弧圓心準(zhǔn)確調(diào)整到車(chē)床軸線(xiàn)上，且母線(xiàn)圓弧與車(chē)床軸線(xiàn)等高共面，才干車(chē)出預(yù)訂半徑的精細(xì)圓球，三者缺一不可。

（2）數(shù)控車(chē)床加工精細(xì)內(nèi)球面。首要調(diào)整車(chē)刀安裝高度使刀尖與數(shù)控車(chē)床軸線(xiàn)等高，當(dāng)運(yùn)用刀尖圓弧半徑為零（假定理想刀尖）的車(chē)刀編程時(shí)，使刀尖走過(guò)的圓弧軌道半徑等于球面半徑；當(dāng)運(yùn)用刀尖圓弧半徑不等于零的圓弧刀尖車(chē)刀加工時(shí)，運(yùn)用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程。對(duì)不具備刀尖圓弧半徑主動(dòng)補(bǔ)償功用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，假定圖樣要求球面半徑為R，刀尖圓弧半徑為rε，可選用刀尖圓弧圓心軌道編程，刀尖圓弧圓心編程半徑為（R－rε）。這樣切削球面時(shí)，圓弧切削刃逐點(diǎn)參加切削，母線(xiàn)圓弧半徑R相當(dāng)于半徑為（R－rε）的圓等距rε后得出的（見(jiàn)圖11）。

當(dāng)?shù)都馀c數(shù)控車(chē)床軸線(xiàn)不等高時(shí)，假如按母線(xiàn)圓弧圓心和車(chē)床軸線(xiàn)坐落同一鉛垂面準(zhǔn)則進(jìn)刀，在不考慮其他原因的狀況下車(chē)出的球面直徑差錯(cuò)由公式（1）核算：

ΔR=(R2 H2)0.5－R （1）

式中，R為所車(chē)球面半徑，H為刀尖走過(guò)的母線(xiàn)圓弧平面高于或低于車(chē)床軸線(xiàn)的間隔。當(dāng)R=19.15÷2＝9.575（mm），ΔR=0.013÷2=0.006 5（mm）。由公式（1）核算出H=0.35mm。也就是說(shuō)，當(dāng)?shù)都飧哂诨虻陀谲?chē)床軸線(xiàn)0.35mm時(shí)，車(chē)出的球面就超出公役帶。在批量生產(chǎn)高溫合金零件時(shí)，遍及運(yùn)用可轉(zhuǎn)位不重磨機(jī)夾刀片，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊(cè)，精度等級(jí)為M的刀片厚度公役為±0.13mm，假定地一次將切削刃調(diào)整到與車(chē)床軸線(xiàn)等高，那么，當(dāng)替換刀片時(shí)，如不調(diào)整刀尖高度，壞的狀況是刀尖與車(chē)床軸線(xiàn)間隔為0.26mm，其小于0.35mm，可見(jiàn)獨(dú)自由刀尖高度引起的球面差錯(cuò)不會(huì)超出公役帶。

當(dāng)?shù)都飧叨扰c車(chē)床軸線(xiàn)等高時(shí)，在不考慮機(jī)床進(jìn)給空隙影響時(shí)，刀尖圓弧半徑差錯(cuò)是影響球面加工的直接要素。肯定的尖刀是不存在的，假定刀尖圓弧半徑為零的車(chē)刀耐用度很低，不適合批量加工高溫合金零件，選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程時(shí)，有必要輸入刀尖圓弧半徑數(shù)值，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊(cè)，仿形加工用圓弧切削刀具刀尖圓弧直徑2rε公役為±0.02mm。而SANDEVIK刀片VCMW070204，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，沒(méi)有給出公役，查國(guó)標(biāo)GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圓弧半徑為rε=0.4±0.10mm，數(shù)控系統(tǒng)主動(dòng)將理想刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)侥妇€(xiàn)圓弧加工中，刀尖圓弧半徑差錯(cuò)以1﹕1倍率影響到加工球面半徑差錯(cuò)。經(jīng)過(guò)作圖與理論核算，能夠算出，在圖1所示軸向長(zhǎng)度14mm范圍內(nèi)，包括在公役為0.006 5mm圓度公役帶內(nèi)理想圓弧半徑為R=9.575±0.013 9mm，當(dāng)不考慮其他要素影響，按刀尖圓弧圓心R=（9.575－0.4）mm編程時(shí)，刀尖圓弧半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm。由此可推理，尖刀加工，刀尖磨損后刀尖圓角半徑有必要是rε≤0.013 9mm才有或許車(chē)出符合公役要求的內(nèi)球面，當(dāng)?shù)都饽p至rε＞0.013 9mm時(shí)，將車(chē)出Z向偏長(zhǎng)的橢圓形球面；假如運(yùn)用圓弧刀尖刀具加工，刀具半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm，而刀片VCMW070204的刀尖rε=0.4±0.10mm，不符合球面的精度加工要求。可見(jiàn)，獨(dú)自由刀尖圓弧半徑引起的球面加工直徑差錯(cuò)已超出球形軸承內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm的加工要求，假如運(yùn)用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圓弧半徑精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）進(jìn)給絲杠螺母副空隙對(duì)加工球面的影響?，F(xiàn)代數(shù)控車(chē)床遍及選用滾珠絲杠螺母副作為伺服進(jìn)給執(zhí)行元件，盡管滾珠絲杠螺母副進(jìn)行了預(yù)緊，在受載及運(yùn)轉(zhuǎn)中不可避免會(huì)發(fā)生回程空隙。在編程時(shí)有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差錯(cuò)。在加工圖4所示零件時(shí)，能夠選用一段程序從A點(diǎn)車(chē)到C點(diǎn)，但車(chē)刀在經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)，X軸進(jìn)給由正向轉(zhuǎn)換為反向，反向脈沖使絲杠反轉(zhuǎn)，消除空隙所需的反轉(zhuǎn)沒(méi)有使車(chē)刀得到應(yīng)有的X反向進(jìn)給，形成AB段與BC段形狀不對(duì)稱(chēng)（見(jiàn)圖12），形成球面不圓。當(dāng)回程空隙超越0.065mm時(shí)，車(chē)出的球面就超出

公役帶。因此，當(dāng)車(chē)削精細(xì)球面時(shí)，假如車(chē)床回程空隙超越零件公役1/3，有必要編兩段程序，一段從A到B，另一段從C到B。這樣避免了圖12所示形狀差錯(cuò)，但會(huì)發(fā)生如圖13所示由Z軸進(jìn)給反向形成的形狀差錯(cuò)，盡管左右是對(duì)稱(chēng)的，但晦氣于球形研磨東西定心。

為此，在編程時(shí)選用積極補(bǔ)償?shù)霓k法，使圓弧AB段、CB段Z向各少進(jìn)給0.005mm（沿X向少進(jìn)給0.000 001 3mm），即便AB、CB兩端圓弧在B點(diǎn)相交，B點(diǎn)不再是圓的象限點(diǎn)，而是脫離象限點(diǎn)的圓上點(diǎn)，精車(chē)后橢球形狀如圖14所示。