車刀材料的選擇

車刀材料的選擇

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

      1）冷硬性。車刀在常溫時具有較高的硬度，即車刀的耐磨性。

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

      3）耐性。車刀切削部分接受轟動和沖擊負荷所具有的強度和硬度。

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

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

一、高速鋼

      高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼，又叫鋒鋼、風鋼或白鋼。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2兩種牌號。其間用得多的是Wl8Cr4V高速鋼。它們的化學成分如表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。前者是未經熱處理的高速鋼，后者是經熱處理的高速鋼。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。高速鋼車刀制作簡略，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刀，但因紅硬性不如硬質合金，故不宜用于高速切削。

二、硬質合金

      硬質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l350～1560'（2高溫燒結而成的資料，具有極高的硬度，僅次于陶瓷和金剛石。硬質合金的紅硬性很好，在1000℃左右仍能保持杰出切削功能；具有較高的運用強度，其抗彎強度可高達1000--1700MPa，但脆性大、耐性差、怕震，以上這些缺點可通過刃磨合理的角度加以克服，因此，硬質合金現(xiàn)已被廣泛應用。

車刀的蕞佳角度

一、車刀切削部分的組成

車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 刀具上切屑流過的外表。

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

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

4）主切削刃 刀具的前刀面與主后刀面的交線稱為主切削刃。

5）副切削刃 刀具的前刀面與副后刀面的交線稱為副切削刃。

6）刀尖 主切削刃與副切削刃的交點稱為刀尖。刀尖實踐是一小段曲線或直線，稱修圓刀尖和倒角刀尖。

二、測量車刀切削角度的輔佐平面

為了確定和測量車刀的幾許角度，需求選取三個輔佐平面作為基準，這三個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并筆直于刀桿底平面的平面。

2）基面——過主切削刃的某一選定點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。

可見這三個坐標平面彼此筆直，構成一個空間直角坐標系。

三、車刀的主要幾許角度及挑選

3.1前角(γ0 )挑選的準則

前角的巨細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)加工性質來考慮前角的巨細，粗加工時前角要取小值，精加工時前角應取大值。前角一般在-5°～25°之間選取。

一般，制造車刀時并沒有預先制出前角（γ0），而是靠在車刀上刃磨出排屑槽來取得前角的。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 )挑選的準則

首要考慮加工性質。精加工時，后角取大值，粗加工時，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，以增強刀頭的鞏固性；反之，后角應取小值。后角不能為零度或負值，一般在6°～12°之間選取。

3.3 主偏角(Kr )的選用準則

首要考慮車床、夾具和刀具組成的車削 工藝系統(tǒng)的剛性，如系統(tǒng)剛性好，主偏角應取小值，這樣有利于進步車刀使用壽命、改進散熱條件及外表粗造度。其次要考慮加工工件的幾許形狀，當加工臺階時，主偏角應取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′)的挑選準則

首要考慮車刀、工件和夾具有滿足的剛性，才能減小副偏角；反之，應取大值；其次，考慮加工性質，精加工時，副偏角可取10°～15°，粗加工時，副偏角可取5°左右。

3.5 刃傾角(λS)的挑選準則

主要看加工性質，粗加工時，工件對車刀沖擊大， 取λS ≤ 0°，精加工時，工件對車刀沖擊力小， 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球面時，原編制工藝道路為：粗加工→去應力→精車內球面→內球面開安裝槽→探傷→查驗→油封。

為驗證工藝，實驗選用如圖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，調整刀尖與車床主軸反轉中心線等高，在新購精細數(shù)控車床上編程精車3件45鋼制內球面φ19.15 0.0130   mm。

由于通用內徑量具無法實施在線丈量內球面φ19.15 0.0130   mm，所以在車床上選用改制專用測具（見圖3）檢測，直徑合格，經三坐標丈量機復檢，直徑合格，球面概括度差錯為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硬質合金尖刀后，用與高速鋼尖刀同樣的切削條件試車3件，經三坐標查驗全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.03～0.05mm，經仔細觀察發(fā)現(xiàn)刀尖已磨損，且編程時沒有選用刀尖圓弧半徑補償程序。為此，改用如圖4所示SANDEVIK菱形可轉位機夾硬質合金刀具VCMW070204加工，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，前角為0o，刃傾角為0o，調整刀尖與車床主軸中心線等高，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程，加工了3件，經三坐標丈量查驗，3件全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.015～0.02mm。至此，證明原工藝是不現(xiàn)實的。為了、經濟批量加工，改用了如下工藝道路：粗加工→去應力→精車內球面→內球面開裝配槽→用外球面形狀研磨具研磨內球面達圖樣要求→探傷→查驗→油封。工藝改進后已成功加工出一批合格產品。

2.精車內球面概括度超差問題

早在數(shù)控車床沒有普及的時代，用成型車刀精車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)（其技術要求是：環(huán)規(guī)按塞規(guī)上色修合，上色面積100%）?，F(xiàn)在數(shù)控車床替代了一般車床，數(shù)字程序替代了原來成型車刀，卻沒有加工出圖1所示的零件。現(xiàn)剖析如下：

（1）精細球面加工工藝基礎。精細球面能夠看作是精細半圓（見圖6）繞經過該半圓圓心的剖分線反轉一周構成的反轉體。

在一般車床上用圓弧構成型樣板刀加工時（見圖7），樣板刀圓弧半徑是所車球的半徑，樣板刀圓弧刃的圓心有必要準確調整到車床主軸反轉軸線上，且圓弧刃地點平面與車床主軸反轉中心線等高共面，才干車出精細圓球面。為了完成以上條件，照顧到加工對刀便利，通常調整圓弧樣板切削刃安裝高度，使圓弧刃地點平面與車床主軸反轉軸線等高（共面），再經過車削丈量車出球面直徑，確保圓弧切削刃圓心坐落車床主軸反轉中心線上。

當圓弧刃地點平面與車床主軸反轉中心線共面但圓弧刃圓心與車床反轉中心間隔不為零時，車出的球面就不圓，而是橢球（見圖8）。

當圓弧刃平面平行于車床主軸反轉中心線，但高于或低于車床反轉軸線（即不共面）時，只要直徑大于所車球面的水平截面圓直徑，與圓弧刃構成的圓位置重合時，才有或許車成圓球，但此刻所車球面直徑已大于要求直徑（見圖9）。

當圓弧構成型切削刃或數(shù)控刀尖車出的軌道圓?。ㄒ韵潞喎Q母線圓弧）地點平面平行于車床主軸反轉中心線，但高于或低于車床主軸反轉中心線（以下簡稱車床軸線）時，即便母線圓弧半徑很準確且其圓心位置也準確坐落包括車床軸線的鉛垂面內，假定圖樣要求球面半徑為R，母線圓弧地點平面與車床軸線間隔為H，則車出的球面半徑為（R2 H2）0.5mm，若為了確保球面半徑R持續(xù)進刀，則車成橢球（見圖10）。

總歸，有必要確保母線圓弧半徑和母線圓弧圓心準確調整到車床軸線上，且母線圓弧與車床軸線等高共面，才干車出預訂半徑的精細圓球，三者缺一不可。

（2）數(shù)控車床加工精細內球面。首要調整車刀安裝高度使刀尖與數(shù)控車床軸線等高，當運用刀尖圓弧半徑為零（假定理想刀尖）的車刀編程時，使刀尖走過的圓弧軌道半徑等于球面半徑；當運用刀尖圓弧半徑不等于零的圓弧刀尖車刀加工時，運用刀尖圓弧半徑補償程序編程。對不具備刀尖圓弧半徑主動補償功用的經濟型數(shù)控車床，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，圓弧切削刃逐點參加切削，母線圓弧半徑R相當于半徑為（R－rε）的圓等距rε后得出的（見圖11）。

當?shù)都馀c數(shù)控車床軸線不等高時，假如按母線圓弧圓心和車床軸線坐落同一鉛垂面準則進刀，在不考慮其他原因的狀況下車出的球面直徑差錯由公式（1）核算：

ΔR=(R2 H2)0.5－R （1）

式中，R為所車球面半徑，H為刀尖走過的母線圓弧平面高于或低于車床軸線的間隔。當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，當?shù)都飧哂诨虻陀谲嚧草S線0.35mm時，車出的球面就超出公役帶。在批量生產高溫合金零件時，遍及運用可轉位不重磨機夾刀片，經查閱SANDEVIK刀具手冊，精度等級為M的刀片厚度公役為±0.13mm，假定地一次將切削刃調整到與車床軸線等高，那么，當替換刀片時，如不調整刀尖高度，壞的狀況是刀尖與車床軸線間隔為0.26mm，其小于0.35mm，可見獨自由刀尖高度引起的球面差錯不會超出公役帶。

當?shù)都飧叨扰c車床軸線等高時，在不考慮機床進給空隙影響時，刀尖圓弧半徑差錯是影響球面加工的直接要素?？隙ǖ募獾妒遣淮嬖诘模俣ǖ都鈭A弧半徑為零的車刀耐用度很低，不適合批量加工高溫合金零件，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程時，有必要輸入刀尖圓弧半徑數(shù)值，經查閱SANDEVIK刀具手冊，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，沒有給出公役，查國標GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圓弧半徑為rε=0.4±0.10mm，數(shù)控系統(tǒng)主動將理想刀尖圓弧半徑補償?shù)侥妇€圓弧加工中，刀尖圓弧半徑差錯以1﹕1倍率影響到加工球面半徑差錯。經過作圖與理論核算，能夠算出，在圖1所示軸向長度14mm范圍內，包括在公役為0.006 5mm圓度公役帶內理想圓弧半徑為R=9.575±0.013 9mm，當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，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才有或許車出符合公役要求的內球面，當?shù)都饽p至rε＞0.013 9mm時，將車出Z向偏長的橢圓形球面；假如運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?？梢?，獨自由刀尖圓弧半徑引起的球面加工直徑差錯已超出球形軸承內球面φ19.15 0.0130   mm的加工要求，假如運用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圓弧半徑精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）進給絲杠螺母副空隙對加工球面的影響?，F(xiàn)代數(shù)控車床遍及選用滾珠絲杠螺母副作為伺服進給執(zhí)行元件，盡管滾珠絲杠螺母副進行了預緊，在受載及運轉中不可避免會發(fā)生回程空隙。在編程時有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差錯。在加工圖4所示零件時，能夠選用一段程序從A點車到C點，但車刀在經過B點時，X軸進給由正向轉換為反向，反向脈沖使絲杠反轉，消除空隙所需的反轉沒有使車刀得到應有的X反向進給，形成AB段與BC段形狀不對稱（見圖12），形成球面不圓。當回程空隙超越0.065mm時，車出的球面就超出

公役帶。因此，當車削精細球面時，假如車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，但會發(fā)生如圖13所示由Z軸進給反向形成的形狀差錯，盡管左右是對稱的，但晦氣于球形研磨東西定心。

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