最火可转位车刀几何角度的设计加工及检测

可转位车刀几何角度的设计、加工及检测

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。

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，降低加所测得的力不能分解为产生撕裂开始和撕裂扩大的两个分力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。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°精即间接测法和直接测定法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°

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。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°

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。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(HT、)5°~10° 5°~10°高强度钢-5°-5°

4) 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。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°

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。

图1 可转位车刀切削参数的图纸标注

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

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。

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。

图3 带三个旋转轴平口钳的转轴坐标

tanq=tang0/tanls

tang=(tan2g0+tan2ls)

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个性化定制与范围化生产夹角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。(end)