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機(jī)加常識(shí)

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數(shù)控加工中心在加工圓柱體切槽切斷刀具特點(diǎn)及其進(jìn)展!

發(fā)布時(shí)間:2018-04-26 11:31:23

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  數(shù)控加工中心在加工圓柱體切槽包括且切外圓槽、內(nèi)孔槽、退刀槽、端面槽。所切槽形包括窄槽、寬槽、成形槽。數(shù)控加工中心加工它們所用刀具主要是各類車削用切槽刀。其工藝特點(diǎn)是:
  1)一個(gè)主刀刃二個(gè)副刀刃同時(shí)參與三面切削,被切削材料塑性變形復(fù)雜、摩擦阻力大,加工時(shí)進(jìn)給量小、切削厚度薄、平均變形大、單位切削力增大??偳邢髁εc功耗大,有統(tǒng)計(jì)一般比外圓加工大20%左右,同時(shí)切削熱高,散熱差,切削溫度高。
  2)切削速度在加工過程中不斷變化,特別是切斷加工時(shí),切削速度由最大一直變化至零。切削力,切削熱也在不斷變化。
  3)數(shù)控加工中心在加工工件一面旋轉(zhuǎn),刀具不斷切入,實(shí)際在工件表面形成的是阿幾米得螺旋面,由此造成實(shí)際前角后角都在不斷變化,使過程更為復(fù)雜。
  4)因數(shù)控加工中心刀具寬度窄,相對懸伸長,刀具剛性差,易振動(dòng),特別是切斷,切深槽時(shí)。
數(shù)控加工中心實(shí)加工中,由于被加工槽形;分布;寬度、深度不同,組合眾多,為盡量使用少量的刀柄與相關(guān)組件、零件,夾持各種規(guī)格刀片,優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)地完成各種加工。各大公司都致力于使刀柄與安裝機(jī)構(gòu)模塊化。近來模塊化技術(shù)創(chuàng)意越來越新穎進(jìn)步,特以三菱等公司的設(shè)計(jì)發(fā)展來作一說明。


圖一

DG系列分解圖
  如圖1,DG系列切槽刀結(jié)構(gòu),包括一個(gè)刀柄、一個(gè)壓板、二個(gè)壓板螺釘,二類刀片支承鈑(外圓切槽用和端面切槽用),二個(gè)支承鈑固緊螺釘。
  刀柄由于左右手;截面尺寸不同,長度不同,柄形因刀頭偏置與無偏置;呈90°L形;成斜45°加工退刀槽用等,而有不同規(guī)格。裝窄刀片某些長度的壓鈑可和支承鈑做成一體。但為對應(yīng)各種更寬刀片,壓板按刀片寬、左右手有不同規(guī)格。外圓切槽加工與退刀槽加工的刀片支承鈑對應(yīng)左右手,桿體截面與不同的刀片寬度、形狀與長度有許多規(guī)格。端面切槽的支承鈑按不同的刀桿截面、左右手、不同的刀寬、加工直徑范圍、刀片形狀與長度也有很多規(guī)格。
  但只要刃寬一致左右手一致,就可用同一種壓鈑。只要加工目的(外圓槽、端面槽、退刀槽)一致,左右手一致切槽,切斷寬度深度一致,就可以用同一支承鈑。只要左右手一致,一定范圍的切槽寬度、深度,一致的加工目的(是否需刀柄偏置,是否需仿形加工,是否加工退刀槽,據(jù)加工空間是否需刀頭轉(zhuǎn)90°形成L形刀頭)就可以用同一刀柄。

  實(shí)用時(shí),據(jù)切槽部位、寬度、深度、左右手可迅速查樣本,決定刀柄、支承件、壓板型號(hào),和三者合在一起的組件型號(hào),刀片型號(hào),以便配對採購。
  由圖1知,DG模塊結(jié)構(gòu)向下的主切削力,主要靠凸鍵、凹槽與2個(gè)螺釘支承,同時(shí)壓板向下的夾緊刀片的力量。也作用在此上。整個(gè)支承剛性尚不足,這樣就影響了這類模塊件與刀片的使用壽命與精度的持續(xù)保持。DG系列雖比以往模塊系列有很大進(jìn)步,但模塊零件數(shù)尚徧多,將它們排列組合起來,需要的各尺寸規(guī)格數(shù)仍相當(dāng)多。因此需繼續(xù)改進(jìn)。  
  2)GY系列
圖2 GY系列模塊化切槽刀
  GY系列模塊化切槽刀系統(tǒng),是三菱公司最新創(chuàng)意開發(fā)的系統(tǒng),特點(diǎn)是模塊組成零件只有二個(gè),一個(gè)是模塊化刀柄,一個(gè)是模塊化支承鈑。其余是標(biāo)準(zhǔn)化的螺釘6個(gè)。它沒有刀片壓鈑,壓鈑與支承鈑做成一體。支承鈑通過三個(gè)方向,用螺釘將它與刀柄結(jié)合在一起。壓鈑夾緊力不再集中在支承鈑螺釘與鍵槽上,它通過半孔,一半作用在結(jié)實(shí)刀體上。切削力與刀片夾緊力不僅靠側(cè)面三個(gè)螺釘承擔(dān),且也由前面二螺釘和更厚實(shí)寬大刀柄下托鈑承擔(dān)。各零件緊密結(jié)合,渾然一體,使其綜合剛性接近于整體切槽刀。(圖2)




  GY系列切槽刀在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上尚考慮到切槽切斷加工嚴(yán)酷的切削條件。特意在GY系列專用切槽刀片底部前后做出二個(gè)凹槽,在模塊支承上做出相對應(yīng)二個(gè)凸起(圖3a)。限制刀片在加工中這一方向的移動(dòng)。同時(shí)在刀片底面和頂面做出相對的二個(gè)V形展開的凹曲面,在模塊支承鈑的壓板下和刀片定位面上,分別作出相應(yīng)的V形凸峯。共同對GY系列刀片上下凹槽定位。(圖3b)這種獨(dú)特的定位方式不僅具有一般長V形塊可限制圓柱體四個(gè)自由度的作用,刀片繞自身長軸線的迴轉(zhuǎn)自由度也限制住了,故刀片在刀柄、支承件中的對中性很好。重復(fù)定位精度高。多方向的限制約束,使加工中,刀片在承受各方面力及沖擊,振動(dòng)時(shí),高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),安裝剛性始終保持得很高,難以變形、移動(dòng)脫落,加工精度高,加工過程穩(wěn)定(圖3)。
圖3 GY系列刀片的定位與安裝
  這種高剛性的定位安裝結(jié)構(gòu)也保證了GY系列刀具在通過橫向進(jìn)給加工寬槽與仿形加工時(shí)的加工精度與表面質(zhì)量。
在結(jié)構(gòu)上,由于螺釘尺寸與位置分布固定。在同一模塊刀柄上,更換安裝不同的模塊支承鈑,即可對應(yīng)加工不同槽深(圖4)。


  GY系列加工孔內(nèi)槽所用刀具目前最小加工直徑是φ25開始。切深較小時(shí),可用模塊刀柄與模塊支承鈑做成一體的,切深較大的可用支承鈑與刀柄分成二件,組裝在一齊。適應(yīng)不同加工用途有多種規(guī)格產(chǎn)品。GY系列切槽刀許多規(guī)格,還采用了三菱以往阻尼鏜桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在刀頭部設(shè)計(jì)制造出三維凹形槽。按振動(dòng)方程,衰減系數(shù)等于系統(tǒng)阻尼除刀頭質(zhì)量,凹形槽使刀頭質(zhì)量減輕,衰減系數(shù)增大,加工中產(chǎn)生的振動(dòng),很快衰減。故GY系列切槽刀由于三向夾緊安裝剛性高,振動(dòng)衰減快,加工表面粗糙度比以往切槽刀減少約1/2到2/3.


圖4 刀柄共用適不同槽深


  內(nèi)孔切槽刀采用雙冷卻液孔,并利用工件旋轉(zhuǎn)向刀頭供應(yīng)充分冷卻液,故排屑好,并進(jìn)一步提高了加工質(zhì)量。

  GY系列切槽刀模塊支承鈑與刀柄選擇的步驟是:
  1)按工件的旋轉(zhuǎn)方向,確定:加工形態(tài)
  正轉(zhuǎn)時(shí)刀具是正裝放在工件前,還是反裝放在工件后;反轉(zhuǎn)時(shí)刀具是正裝放在工件后,還是反裝放在工件前;
  2)按槽寬,槽底圓角半徑選擇刀片,同時(shí)選擇相應(yīng)刀墊尺寸,刀墊尺寸及其代號(hào)實(shí)際代表了在支承鈑模塊上的安裝尺寸。
  3)按上二步驟決定的切槽刀結(jié)構(gòu),安裝位置與刀墊安裝尺寸及代號(hào),選擇切槽刀的方向。據(jù)使用機(jī)床選外圓切槽刀刀柄。按加工深度選定內(nèi)孔切槽刀刀柄。按最大切槽深選擇相應(yīng)的模塊支承鈑。
  GY系列刀片切削部分幾何形狀與斷屑槽。前文中講述到切槽,切斷時(shí)種種不利的切削條件,故應(yīng)該在各種加工形態(tài)下,設(shè)計(jì)制作合理的刀具切削部分幾何形狀與斷屑槽(圖5)。
圖5 加工形態(tài)與斷屑槽
  圖5中對應(yīng)切槽切斷中等進(jìn)給量加工可選用GM斷屑槽。可減少切削力,保證強(qiáng)度。小進(jìn)給量時(shí)可選GS斷屑槽。GS的主刀刃與前刀面結(jié)構(gòu)可提高切屑處理性。多功能切削時(shí),可選用MS,MM斷屑槽,二凸起使它們在橫向進(jìn)給時(shí),切屑處理性也很好,二者分別用于低、中進(jìn)給量加工。仿形加工用的BM斷屑槽,主刀刃是圓形,前刀面配置了各向凸起,可使仿形加工各方向切屑均得到良好處理。R/L-GM斷屑槽有左右手之分,則用于切斷加工,使工件表面不會(huì)有切削殘留物。


  GY系列切槽切斷刀刀片材料由于切槽切斷嚴(yán)酷切削條件。故刀片材料選導(dǎo)熱性特好的,通常用于加工耐熱合金的VP10RT,VP20RT。后者靱性較好,為第一推薦材料。硬度高的鋼材可先選用VP10RT,二者均可充分地使用切削潤滑液。如果硬度≥50時(shí),應(yīng)用材料為立方氮化硼CBN的MB8025刀片。CBN刀片因切淬火鋼,余量小,切屑不卷曲,不需做出斷屑槽,直刃平頭即可,強(qiáng)度更高。在實(shí)際加工時(shí)。
  GY系列在模塊支承板與模塊刀柄選擇上應(yīng)注意:
  1)為確保安裝剛性,應(yīng)盡量選大尺寸模塊刀柄。
  2)要是沒有使用上限制,同樣的刀柄尺寸,盡量選大的模塊支承鈑。
  3)可達(dá)到加工要求時(shí),盡量選短的模塊支承鈑。
  4)切槽,橫向進(jìn)給時(shí),主刀刃高度對中心控制在0±0.2mm范圍內(nèi),刀片盡量垂直于中心。
  5)模塊刀柄、模塊支承鈑對機(jī)床懸伸量盡量縮至最短。

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