切斷刀操作的技術(shù)要求
2013-12-9 來(lái)源：數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)網(wǎng) 作者：
在現(xiàn)代金屬加工中，在具有復(fù)雜棒料進(jìn)給機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化設(shè)備或最先進(jìn)的CNC機(jī)床上可以進(jìn)行切斷加工。但如果切斷刀片的硬質(zhì)合金牌號(hào)選擇不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致停工、刀具損壞、刮削工件，甚至破壞機(jī)床。
為獲得理想的切斷效果，需要詳細(xì)了解切斷機(jī)理。其中的許多變量必須加以考慮：(1)工件材料和形狀；(2)機(jī)床；(3)與零件中心軸線相關(guān)的切削刃；(4)刀片和斷屑器的類型；(5)硬質(zhì)合金牌號(hào)和涂層；(6)影響刀具壽命的其他切削條件。本文主要討論前三個(gè)變量。
1．工件材料和形狀
為簡(jiǎn)化問(wèn)題，這里討論三種最普通的工件形狀——實(shí)心、空心和要求斷續(xù)切削的不規(guī)則形狀(如方型和六角型材料和壁厚不一致的空心材料)。
材料一般分為7種類型，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，這里分為三類。
第一類為要求使用鋒利的正前角切削刃進(jìn)行切削的材料。它包括高溫合金、鈦合金、鋁材、塑料和其他非鐵金屬以及奧氏體不銹鋼。鋒利的切削刃能防止這些材料的工作硬化。例如，鋒利的切削刃允許使用高的切削速度和進(jìn)給量，并能整齊地切斷硅鋁合金而不會(huì)留下卷邊。同樣它也適合于大多數(shù)非金屬材料(如塑料、尼龍和其他軟的免于加工的材料)。
第二類為要求使用零前角或負(fù)前角切削刃進(jìn)行切削的材料。它包括標(biāo)準(zhǔn)的碳鋼、合金鋼和鑄鐵。零前角或負(fù)前角可以增加切削刃的強(qiáng)度，并允許采用更大的進(jìn)給速度以及防止斷續(xù)切削時(shí)切削刃的破壞。對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)生連續(xù)長(zhǎng)切屑的材料，應(yīng)采用這種零前角或負(fù)前角的刀具，它也是工業(yè)生產(chǎn)中最經(jīng)常使用的類型。
第三類包括那些要求使用帶斷屑器的刀具進(jìn)行加工的材料，斷屑器的類型將在后面討論。這些材料在正常的切削速度和進(jìn)給率條件下，將產(chǎn)生絲狀的長(zhǎng)切屑，如軸承工業(yè)中使用的52100#鋼和其他高等級(jí)鋼。
機(jī)床在加工時(shí)通常要求使用斷屑器。當(dāng)用低的額定進(jìn)給速度加工軟的低碳鋼和合金鋼時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的長(zhǎng)切屑，因此要求操作者經(jīng)常停機(jī)來(lái)清除切屑。這樣將降低生產(chǎn)率并危及操作者，因?yàn)檫@些切屑是非常鋒利的。采用非常低的切削速度加工一些種類的高溫合金時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生同樣的問(wèn)題。
當(dāng)選擇切斷刀片時(shí)，刀片的幾何角度可采用與車削甚至銑削用刀片相同的角度。通常如果用大正前角車削或銑削刀片加工一種材料，當(dāng)進(jìn)行切斷操作時(shí)，可選擇相同的幾何角度。
2．機(jī)床
有效切斷操作的關(guān)鍵是能夠控制切削速度和進(jìn)給率。兩者正確的組合將延長(zhǎng)刀具壽命，保持加工尺寸的穩(wěn)定性以及有效控制切屑。所用的機(jī)床(其型式和特征)在很大程度上決定了使用者能在多大程度上控制切削參數(shù)。
這里機(jī)床被分為兩類：CNC和非CNC機(jī)床。自動(dòng)化設(shè)備是大批量生產(chǎn)最常用的形式。在使用切斷刀具時(shí)，這可能將產(chǎn)生一些重要的問(wèn)題。
當(dāng)一把刀具以最低的進(jìn)給速度正常工作時(shí)，這時(shí)可確定機(jī)床所能采用的最大轉(zhuǎn)速。由于在自動(dòng)化生產(chǎn)中，一些刀具在幾個(gè)不同的位置同時(shí)進(jìn)行切削，因此在加工中對(duì)切削速度和進(jìn)給率幾乎不能調(diào)節(jié)。例如，一支高速鋼麻花鉆或成形工具在其中的一個(gè)位置工作時(shí)，它的最優(yōu)切削速度將決定所有別的刀具的切削速度，這個(gè)速度對(duì)于大多數(shù)硬質(zhì)合金刀具來(lái)說(shuō)太低。新型自動(dòng)化設(shè)備允許操作者更多地控制進(jìn)給速度。有些CNC型自動(dòng)化設(shè)備幾乎可對(duì)整個(gè)切削循環(huán)給予完全的控制。
被使用的機(jī)床將決定硬質(zhì)合金刀片的牌號(hào)、斷屑器和切削刃型式。對(duì)于傳統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備來(lái)說(shuō)，需要選擇韌性較好的硬質(zhì)合金牌號(hào)。低于正常切削速度的硬質(zhì)合金刀具將在這些設(shè)備上進(jìn)行試驗(yàn)。
超微細(xì)硬質(zhì)合金牌號(hào)已大大改進(jìn)了自動(dòng)化設(shè)備用切斷刀具的性能。它們既有與高速鋼同樣的強(qiáng)度，又具有與硬質(zhì)合金同樣好的耐磨性。
另外一種可進(jìn)行切斷操作的機(jī)床是CNC車床。它通常裝備了以大批量生產(chǎn)為目的的棒料進(jìn)給機(jī)構(gòu)或類似的裝置。這種機(jī)床有許多優(yōu)點(diǎn)，其中最重要的就是在切削循環(huán)中，它能對(duì)切削速度和進(jìn)給率實(shí)行完全的控制。這樣就可使用切削速度高的硬質(zhì)合金刀片高效地工作。但必須注意，切削速度和進(jìn)給率應(yīng)在制造商推薦的范圍內(nèi)。
CNC機(jī)床易于編程和改變以適應(yīng)加工不同零件的需要。因此，它們是較短行程切斷操作的優(yōu)選類型，其良好的調(diào)節(jié)切削速度和進(jìn)給率的能力也有助于控制切屑和增加刀具壽命的一致性。
3．正確的安裝
當(dāng)使用硬質(zhì)合金進(jìn)行切斷操作時(shí)，正確安裝刀具是非常重要的。如果切削刃和工件接觸位置不正確，刀具可能崩刃或者損壞工件，有時(shí)甚至損壞機(jī)床。
兩個(gè)最普遍的問(wèn)題就是切斷刀具不垂直于工件或切削刃相對(duì)于工件中心軸線安裝得太高或太低，它們對(duì)刀具壽命、切屑控制和是否能保持垂直和平穩(wěn)的切斷將產(chǎn)生較大的影響，也將導(dǎo)致在加工完的零件表面上留有凸、凹表面。如果這些問(wèn)題非常嚴(yán)重，刀具將會(huì)失效。
為保證刀具垂直于工件，操作者應(yīng)遵守一個(gè)簡(jiǎn)單的安裝過(guò)程。首先仔細(xì)清潔鎖緊區(qū)域并將切斷工具安裝在六角轉(zhuǎn)塔上。然后用一指示表測(cè)量長(zhǎng)度為100mm的行程上的刀具偏差，該偏差不應(yīng)超過(guò)1mm。
通常檢測(cè)刀具是否垂直的一個(gè)方法是檢查產(chǎn)生的切屑。如果工件產(chǎn)生的切屑以長(zhǎng)絲狀流向一側(cè)，這可能是刀具安裝不正確。另一現(xiàn)象是切斷刀片圓角處的提前磨損，這表明刀片的一面比另一面承受著更多的壓力。
如果加工中刀具性能或生產(chǎn)的零件質(zhì)量發(fā)生變化，請(qǐng)遵循前面提到的安裝步驟。有時(shí)刀具一點(diǎn)輕微的碰撞也會(huì)引起偏差。因此，在安裝后盡早檢查切斷工具的切削條件是一個(gè)好的辦法，這樣做可有助于識(shí)別和防止嚴(yán)重的刀具失效。
在切斷刀具安裝中，另外一個(gè)主要考慮的問(wèn)題是切削刃相對(duì)于工件軸線的位置。刀片安裝不正確將引起一系列問(wèn)題，其中最常見(jiàn)的是刀具提前磨損和突然失效、差的切屑形式、差的側(cè)面粗糙度和振動(dòng)。由于有時(shí)查明切削刃的實(shí)際位置很困難，因此這些問(wèn)題將進(jìn)一步惡化。在老式的手動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床上，這些現(xiàn)象更是經(jīng)常發(fā)生。
制造商設(shè)計(jì)的大多數(shù)硬質(zhì)合金刀片，使用時(shí)需安裝得略高于工件中心軸線。這個(gè)位置有利于使用焊接斷屑器并保證刀片可靠地裝夾在刀桿上。
當(dāng)?shù)镀惭b得略高于中心時(shí)，切向力可以作用在更大的刀片面積上。這會(huì)增加刀具的強(qiáng)度并使刀片牢固地定位在刀槽中。
另外，當(dāng)切削刃和工件之間的角度確定后，硬質(zhì)合金切斷刀片往往被設(shè)計(jì)為使其強(qiáng)度和堅(jiān)固性最大化。如果刀片高于中心線太多，刀片后角將減小。致使后刀面上半部分與工件發(fā)生磨擦，因此在切削區(qū)將產(chǎn)生大量的熱。反過(guò)來(lái)，這會(huì)引起刀片提前磨損和工件冷作硬化。這種情況最通常的標(biāo)志是，在短期切削后刀片有過(guò)度的后刀面磨損。
低于中心線的刀片將產(chǎn)生更多的問(wèn)題。當(dāng)?shù)镀陀谥行木€時(shí)，后角將增大。這使得很小的刀尖部分將承受全部的切削力，從而縮短刀具壽命和增加刀具突然失效的可能性。
低于中心線的刀片帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是刀片不規(guī)則的偏離。隨著大部分切削力作用于刀尖，它趨向于振動(dòng)和反彈，這種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)將對(duì)刀具壽命產(chǎn)生影響，通常以切削刃前部斷屑的形式出現(xiàn)。它將在零件槽的底部和側(cè)面產(chǎn)生振動(dòng)痕跡和較差的表面粗糙度。
使用低于中心線的刀片的一個(gè)最嚴(yán)重的后果是刀片被拉出。當(dāng)?shù)镀佑|整體棒料時(shí)，零件的旋轉(zhuǎn)實(shí)際上會(huì)將刀片拉出刀槽；零件中心的殘留毛刺堆積在切削刃上，當(dāng)零件繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)將刀片拉出刀槽。
如果這種情況沒(méi)有被及時(shí)判斷，刀夾將在加工下一個(gè)零件時(shí)損壞，并可能導(dǎo)致機(jī)床和被加工零件受到損壞。這意味著浪費(fèi)時(shí)間。即使刀片未被拉出刀夾，通過(guò)切削刃頂部旋轉(zhuǎn)的毛刺也可能導(dǎo)致刀具損壞。
因?yàn)檫@些原因，需要防止切斷工具的切深超過(guò)工件中心部分。在過(guò)中心點(diǎn)后，實(shí)際的旋轉(zhuǎn)方向相反，產(chǎn)生的切削力可能將刀片拉出刀夾。同時(shí)，這種旋轉(zhuǎn)將摩擦刀片后刀面，引起刀片提前磨損。
為克服刀片拉出問(wèn)題，許多切斷刀具制造商正在采用由ISCAR公司在70年代早期提出的自動(dòng)夾緊概念。這種方法不需要螺釘和杠桿來(lái)定位和夾緊刀片，它依靠旋轉(zhuǎn)和刀具壓力將刀片定位在楔形刀槽內(nèi)。這樣，在無(wú)壓緊裝置的條件下，刀具的切削深度幾乎可不受限制，刀夾和刀片的類型是安裝時(shí)使刀具保持在中心高位置的另一個(gè)因素。—種最常用的切斷刀具類型是刀體和刀板系統(tǒng)。它包括一個(gè)安裝在機(jī)床夾頭中的鎖緊刀體和一個(gè)可更換的用于安裝合金刀片的雙面刀板，刀板上有一個(gè)自鎖刀槽。
T型切斷刀是—種兩種刀片和刀板的組合型式，采用簡(jiǎn)單的楔形鎖緊。在刀片的頂部和底面有與刀板相匹配的斜面。刀片由刀板產(chǎn)生的彈力楔緊并保持在刀槽中。在某些條件下，刀片可能被進(jìn)一步壓入刀槽中，從而改變切削刃的位置，使其低于中心高。大進(jìn)給率切削、斷續(xù)切削和磨損的刀槽可能引起這種現(xiàn)象的發(fā)生。
在F型切斷刀具中，刀片和刀板有—固定的定位槽。一個(gè)定位塊被焊接在刀片上，與支撐刀板的頂面接觸。一旦刀片被安裝在刀槽中，它將保持在固定的位置上。
任何刀片和刀板的組合都應(yīng)使切屑順利地從切削區(qū)排出。若在零件切斷之前，切屑堆積并侵入槽中，刀片就很可能再次切削這些切屑，并會(huì)突然失效。如果切屑劇烈地摩擦刀板，將會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這也會(huì)造成疲勞和加速失效。
所有的硬質(zhì)合金切斷刀具制造商都提供其產(chǎn)品的中心高。所以應(yīng)嚴(yán)格遵守制造商的推薦值。
刀片的幾何尺寸和刀夾的型式對(duì)中心高均有影響。通常寬度大于0.5mm的刀片，下列公式對(duì)其最大中心高的確定非常有用:中心高=0.8mm×寬度+0.025mm。
在進(jìn)行切斷加工時(shí)，要切記切削刃安裝在中心高上或略高于中心高。那些使用高速鋼切斷刀或類似工具的操作者和安裝人員經(jīng)常認(rèn)為這些刀具低于中心高時(shí)工作得更好。但對(duì)現(xiàn)代硬質(zhì)合金刀片來(lái)說(shuō)，工作時(shí)低于中心高將使切斷操作更加困難。
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