仿形车刀在机械加工过程中的应用

国际金属加工网 2017年02月10日

仿形车刀只是在传统的车刀基础上有一个简单的变化,与传统的菱形刀片或方形刀片不同,仿形车刀使用圆形刀片。这个变化使仿形车刀具备多种优点,其中大部分益处可以说是当今小切深,大进给,和高速加工发展趋势下的一个补充。

一些仿形车刀可以象钻头那样,直接进刀,切进工件。如 :端铣刀仿形铣刀,但仅在制造商在刀具末端留有足够的间隙时才可以沿这个方向切削。套式仿形铣刀也可直接切进工件,但加工时功率消耗很大。

仿形车刀不可能取代钻头,由于钻削时参与加工的面积较大,超过了这种刀具所能承受的切削深度。但仿形铣刀这种可以直接切进工件的能力解决了加工中一个令人头疼的题目:那就是在粗加工之前需要预钻一个起始孔。

由于普通的车刀不能沿Z轴直接切进材料,所以需要预先钻一个起始孔。另一种进刀方法是通过一个斜面进进,通常需要应用CAM软件来完成。而使用仿形车刀,这一步可以省往。可将刀具的进刀操纵与型腔加工编为一个完整的程序,无需特别考虑刀具的进刀题目。这种可自由进刀的方式对于复杂型腔的粗加工,以及调用表面粗加工例行程序很有用。

螺旋插补

综合运用仿形车刀和螺旋插补可以轻易、快速地加工大直径孔。这种技术类似于螺纹铣削,三个轴(X、Y、Z)同时运动。但它又不同于螺旋铣削,由于用仿形车刀加工不需要起始孔,就可以直接切进材料。此外,由于仿形车刀有大的后角,螺旋插补过程中的升角可以很大,而且不用担心会摩擦到切削刃的底部。这个简单易行的过程带来很多好处,可以用相同直径的刀具加工不同尺寸的孔,只需将孔尺寸的变化编进程序。

一个典型的对比可以说明这种技术有进步效率的潜力。

切削刃强度

由于没有尖角,在可转位硬质合金刀片中,圆形刀片的切削刃强度最高。因此可用于重切削,或者不稳定条件下的粗加工。当需要使用长型刀具时,圆形刀片能承受更大的刀具偏转和振动,答应加工中进步转速、增大进给,同时减少崩刃的危险。

使用圆形刀片时,切削力可以得到有效的分布。而对于典型的直角铣刀,刀具压力主要为径向力,这导致了刀具变形大,增加了振动和刀具破损的可能。圆形切削刃均匀地分散切削力,将更多的切削力转化为轴向力。这正是使用加长型刀具时所希看的,由于减小径向力也就减小了刀具变形。

使用卧式加工中心时则要小心。轴向力的增加可能使安装在机床角板上的夹具出现挠曲,这是由于该结构不象在立式加工中心上时那样稳固。在卧式加工中心上,挠曲会带来振动,进而会导致刀片出现稍微的崩刃。刀具寿命会因此而缩短,刀具破损的可能性加大。为了减少或避免这种情况,应该使用正轴向前角的刀具,这样可以减小对工件向下推的力。

切削刃数目

圆形刀片还有一个优点就是比普通的硬质合金刀片拥有更多可用的切削刃。根据刀片的尺寸以及切削深度,圆形刀片可以有4到8次有效的转位,材料往除量至少是普通菱形和方形刀片的两倍。这种上风可以减少操纵者往工具室换新刀片的次数(保证了操纵者的有效工作时间),减少了刀片的存货量(降低库存用度),降低了每条切削刃的本钱。

例如,普通的菱形刀片价格大约为8美元一片,有两条可用切削刃,每条切削刃的本钱为4美元。方形刀片的本钱是10美元,那么均匀到每条切削刃就是2.5美元。

将这些刀片的本钱与圆形刀片比较,圆形刀片每片的价格会达到11美元(多数情况下还要少些)。

假设在最恶劣条件-重切削-下加工,刀片只可以转位4次,每切削刃的本钱是2.75美元。更多的情况下,可以转位8次,那么每条刃的本钱就是1.38美元。通过实际应用和本钱比较,圆形刀片不仅比其它类型刀片的金属切削率高,其经济性也颇具吸引力。

高切削率、低能耗

假如使用恰当,圆形刀片可拥有很高的金属切削率,而不需要很高的机床功率。由于圆形刀片的强度高,可以在直角铣刀无法达到的进给率下加工工件,甚至答应在轻型机床上进行较大负载的粗加工。需要了解的关键题目是:切削深度越大,切屑也越厚,这将增大功率的消耗。采用浅切削-切削深度为0.025到0.050英寸-普通的圆形刀片刀具可在0.040英寸的每齿进给率下加工钢材,某些时候,还可以达到0.06ipt。而大部分菱形刀片和方形刀片的最大值只有0.010-0.012ipt。

值得留意的是,一些钮扣刀具的使用者会碰到这样的题目,加工过程中,或是刀片磨损后,刀片会在刀具的安装座内发生移动。这两种情况都是由于刀具承受的压力过大,超过了刀片夹紧元件的夹持力。因此需要在设计刀具的时候综合考虑可能发生的情况。比如,有些刀具在用螺钉固定刀片的同时,上面还有一个小夹钳,这种双重夹紧的方式确保了刀片的安全。
另一个重要的题目是刀片安装座的正向锁定功能。很多钮扣刀具用户使用便宜的压铸刀片,光滑的圆面无法径向锁定。作用在刀片切线方向切削力会导致刀片上的螺钉损失扭矩。刚度更大的仿形铣刀通过在刀片侧面增加锁紧面来解决这个题目-锁紧面与刀体的锁紧面紧密配合,使二者之间相对运动的可能性降到最低。

当要进行大进给率切削时,需要刀具能够给切削刃提供最大的支承力。使用负轴向前角的仿形车刀(让刀片向下倾斜,朝向工件),用守旧的加工参数,可以获得好的加工效果,但进给率很大时则会失败。这种设计本身就有缺陷,在切削刃受力的主要区域缺乏支承。使用正轴向前角的仿形车刀则可以给切削刃提供很好的支承,这是由于切削刃后面的硬质合金与切削力接近于平行。这种方式使用硬质合金,可以让用户感受到硬质合金吸收压应力的能力。

但这种情况下,刀具夹紧的刚度很重要。因此强烈推荐使用短型的立铣刀夹头或者套式铣刀夹头。
使用恰当的加工,即使是只有10或15马力的机床,也可以获得有竞争力的切削,而且减少设置步骤,工厂的生产安排也更灵活。

接近精加工的粗加工

将圆形刀片用于粗加工,给半精加工或精加工提供了更好的“预备工作”。用直角铣刀进行粗加工,向下切削时,会留下一个台阶。每一遍走刀的切削深度越大,这种台阶效果就越明显。这种不平的工件表面会导致半精加工时刀具受力不均,给刀具带来冲击,并导致刀具变形,这样就不可能从粗加工直接过渡到精加工。不仅需要半精加工,而且还要进行多次精加工。

使用圆形刀片大大减少了上述情况的发生。不象直角刀具那样留下台阶,而只有一些很小的“褶皱”,且高度很低,可以轻松地加工掉。在切削深度小的情况下,圆形刀片也是最佳选择,“褶皱”的高度变得更小,粗加工后的工件表面比较平整,可以很轻易进行半精加工。某些时候,甚至可直接进行精加工。


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