切斷刀操作的技術要求
2014-1-13 來源： 作者：
在現代金屬加工中，在具有復雜棒料進給機構的自動化設備或最先進的CNC機床上可以進行切斷加工。但如果切斷刀片的硬質合金牌號選擇不當，可能會導致停工、刀具損壞、刮削工件，甚至破壞機床。
為獲得理想的切斷效果，需要詳細了解切斷機理。其中的許多變量必須加以考慮：(1)工件材料和形狀；(2)機床；(3)與零件中心軸線相關的切削刃；(4)刀片和斷屑器的類型；(5)硬質合金牌號和涂層；(6)影響刀具壽命的其他切削條件。本文主要討論前三個變量。
1．工件材料和形狀
為簡化問題，這里討論三種最普通的工件形狀——實心、空心和要求斷續切削的不規則形狀(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，為簡化問題，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給量，并能整齊地切斷硅鋁合金而不會留下卷邊。同樣它也適合于大多數非金屬材料(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前角切削刃進行切削的材料。它包括標準的碳鋼、合金鋼和鑄鐵。零前角或負前角可以增加切削刃的強度，并允許采用更大的進給速度以及防止斷續切削時切削刃的破壞。對于大多數產生連續長切屑的材料，應采用這種零前角或負前角的刀具，它也是工業生產中最經常使用的類型。
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給率條件下，將產生絲狀的長切屑，如軸承工業中使用的52100#鋼和其他高等級鋼。
機床在加工時通常要求使用斷屑器。當用低的額定進給速度加工軟的低碳鋼和合金鋼時，通常會產生不希望出現的長切屑，因此要求操作者經常停機來清除切屑。這樣將降低生產率并危及操作者，因為這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，也會產生同樣的問題。
當選擇切斷刀片時，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，當進行切斷操作時，可選擇相同的幾何角度。
2．機床
有效切斷操作的關鍵是能夠控制切削速度和進給率。兩者正確的組合將延長刀具壽命，保持加工尺寸的穩定性以及有效控制切屑。所用的機床(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。
這里機床被分為兩類：CNC和非CNC機床。自動化設備是大批量生產最常用的形式。在使用切斷刀具時，這可能將產生一些重要的問題。
當一把刀具以最低的進給速度正常工作時，這時可確定機床所能采用的最大轉速。由于在自動化生產中，一些刀具在幾個不同的位置同時進行切削，因此在加工中對切削速度和進給率幾乎不能調節。例如，一支高速鋼麻花鉆或成形工具在其中的一個位置工作時，它的最優切削速度將決定所有別的刀具的切削速度，這個速度對于大多數硬質合金刀具來說太低。新型自動化設備允許操作者更多地控制進給速度。有些CNC型自動化設備幾乎可對整個切削循環給予完全的控制。
被使用的機床將決定硬質合金刀片的牌號、斷屑器和切削刃型式。對于傳統的自動化設備來說，需要選擇韌性較好的硬質合金牌號。低于正常切削速度的硬質合金刀具將在這些設備上進行試驗。
超微細硬質合金牌號已大大改進了自動化設備用切斷刀具的性能。它們既有與高速鋼同樣的強度，又具有與硬質合金同樣好的耐磨性。
另外一種可進行切斷操作的機床是CNC車床。它通常裝備了以大批量生產為目的的棒料進給機構或類似的裝置。這種機床有許多優點，其中最重要的就是在切削循環中，它能對切削速度和進給率實行完全的控制。這樣就可使用切削速度高的硬質合金刀片高效地工作。但必須注意，切削速度和進給率應在制造商推薦的范圍內。
CNC機床易于編程和改變以適應加工不同零件的需要。因此，它們是較短行程切斷操作的優選類型，其良好的調節切削速度和進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
當使用硬質合金進行切斷操作時，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，有時甚至損壞機床。
兩個最普遍的問題就是切斷刀具不垂直于工件或切削刃相對于工件中心軸線安裝得太高或太低，它們對刀具壽命、切屑控制和是否能保持垂直和平穩的切斷將產生較大的影響，也將導致在加工完的零件表面上留有凸、凹表面。如果這些問題非常嚴重，刀具將會失效。
為保證刀具垂直于工件，操作者應遵守一個簡單的安裝過程。首先仔細清潔鎖緊區域并將切斷工具安裝在六角轉塔上。然后用一指示表測量長度為100mm的行程上的刀具偏差，該偏差不應超過1mm。
通常檢測刀具是否垂直的一個方法是檢查產生的切屑。如果工件產生的切屑以長絲狀流向一側，這可能是刀具安裝不正確。另一現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的零件質量發生變化，請遵循前面提到的安裝步驟。有時刀具一點輕微的碰撞也會引起偏差。因此，在安裝后盡早檢查切斷工具的切削條件是一個好的辦法，這樣做可有助于識別和防止嚴重的刀具失效。
在切斷刀具安裝中，另外一個主要考慮的問題是切削刃相對于工件軸線的位置。刀片安裝不正確將引起一系列問題，其中最常見的是刀具提前磨損和突然失效、差的切屑形式、差的側面粗糙度和振動。由于有時查明切削刃的實際位置很困難，因此這些問題將進一步惡化。在老式的手動和自動機床上，這些現象更是經常發生。
制造商設計的大多數硬質合金刀片，使用時需安裝得略高于工件中心軸線。這個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。
當刀片安裝得略高于中心時，切向力可以作用在更大的刀片面積上。這會增加刀具的強度并使刀片牢固地定位在刀槽中。
另外，當切削刃和工件之間的角度確定后，硬質合金切斷刀片往往被設計為使其強度和堅固性最大化。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生磨擦，因此在切削區將產生大量的熱。反過來，這會引起刀片提前磨損和工件冷作硬化。這種情況最通常的標志是，在短期切削后刀片有過度的后刀面磨損。
低于中心線的刀片將產生更多的問題。當刀片低于中心線時，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的另一個問題是刀片不規則的偏離。隨著大部分切削力作用于刀尖，它趨向于振動和反彈，這種不規則運動將對刀具壽命產生影響，通常以切削刃前部斷屑的形式出現。它將在零件槽的底部和側面產生振動痕跡和較差的表面粗糙度。
使用低于中心線的刀片的一個最嚴重的后果是刀片被拉出。當刀片接觸整體棒料時，零件的旋轉實際上會將刀片拉出刀槽；零件中心的殘留毛刺堆積在切削刃上，當零件繼續旋轉時，會將刀片拉出刀槽。
如果這種情況沒有被及時判斷，刀夾將在加工下一個零件時損壞，并可能導致機床和被加工零件受到損壞。這意味著浪費時間。即使刀片未被拉出刀夾，通過切削刃頂部旋轉的毛刺也可能導致刀具損壞。
因為這些原因，需要防止切斷工具的切深超過工件中心部分。在過中心點后，實際的旋轉方向相反，產生的切削力可能將刀片拉出刀夾。同時，這種旋轉將摩擦刀片后刀面，引起刀片提前磨損。
為克服刀片拉出問題，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夾緊概念。這種方法不需要螺釘和杠桿來定位和夾緊刀片，它依靠旋轉和刀具壓力將刀片定位在楔形刀槽內。這樣，在無壓緊裝置的條件下，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使刀具保持在中心高位置的另一個因素。—種最常用的切斷刀具類型是刀體和刀板系統。它包括一個安裝在機床夾頭中的鎖緊刀體和一個可更換的用于安裝合金刀片的雙面刀板，刀板上有一個自鎖刀槽。
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。大進給率切削、斷續切削和磨損的刀槽可能引起這種現象的發生。
在F型切斷刀具中，刀片和刀板有—固定的定位槽。一個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使切屑順利地從切削區排出。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，并會突然失效。如果切屑劇烈地摩擦刀板，將會產生大量的熱，這也會造成疲勞和加速失效。
所有的硬質合金切斷刀具制造商都提供其產品的中心高。所以應嚴格遵守制造商的推薦值。
刀片的幾何尺寸和刀夾的型式對中心高均有影響。通常寬度大于0.5mm的刀片，下列公式對其最大中心高的確定非常有用:中心高=0.8mm×寬度+0.025mm。
在進行切斷加工時，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常認為這些刀具低于中心高時工作得更好。但對現代硬質合金刀片來說，工作時低于中心高將使切斷操作更加困難。
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