可轉位刀片的轉位精度

   時間:2014-03-12 01:58:03
可轉位刀片的轉位精度簡介
    對於可轉位硬質合金刀片來說,高精度轉位通常只在中等精度加工時才需要,這聽上去似乎有些矛盾。(本文中,轉位精度定義為將刀片換到一新的切削刃后測得的精度。)……
可轉位刀片的轉位精度正文

 對於可轉位硬質合金刀片來說,高精度轉位通常只在中等精度加工時才需要,這聽上去似乎有些矛盾。(本文中,轉位精度定義為將刀片換到一新的切削刃后測得的精度。)

產生這種矛盾的原因很簡單,因為刀片之外有很多因素影響加工精度,所以精確轉位對極嚴格公差的加工是無甚意義的。也就是說,假如加工公差非常緊,以致每次對片轉位后都必須作調整的話,則使用普通刀片更為合算。

另一方面,假如加工公差非常寬,刀片精度對其影響不大,則使用精密刀片就不值得。

只有一個例外,即把工件粗加工至下公差尺寸時(由於下面工序的需要),須採用精密刀片,以免切出尺寸過小而造成報廢。

影響可轉位精度的因素有許多,包括直接與刀片有關和與刀片無關的因素。

一、刀桿的磨損或損壞

刀桿的問題很容易使刀片失去精度。假如刀片槽因磨損而變大或產生任何形式的變形,則轉位后的刀片位置會有較大的差別。

二、刀桿的式樣

不同的刀桿其主偏角也不同,這也能影響轉位精度。

圖1中刀桿A為90°主偏角,與刀桿D相比,轉位精度易受刀片誤差的影響。當然這種差別是很小的,但與其他誤差累積起來也會變得很可觀。

三、刀槽角

刀桿上的刀片槽也有其公差範圍。三角形刀片的刀槽角通常為60°-1°,而正方形刀片則為90°-1°,這個公差範圍已被證明對於限制刀片的走動是最恰當的。從對轉位精度的影響來看,刀槽角小一度比大一度要好,可參見圖2。

左圖的刀槽角為+1°,刀片會以其後刀尖為轉軸而走動,便得切削刀尖產生大於-1°刀槽角時的移動(右圖)。後者的刀片只在其後端擺動,移動只圍繞靠近中心的一點進行,切削刀尖則很少轉動。當主偏角變大時(由於刀桿式樣不一),因刀片槽內的轉動而產生的影響也將變大。

四、熱膨脹

鋼質刀桿和硬質含金刀片均會受熱膨脹,典型牌號的平直碳化鎢其線膨脹係數為2.66×10-6in/in°F(註:1°F=0.556K)。不使用冷卻液時,通常的工作溫度達 750°F。在室溫下,所選三角刀片的高度為0.19in。

因此有:  750°F -72°F(室溫)=678°F溫升

及2.66×10-6in×678×0.719=0.0013in.伸長量(0.033mm)

假如刀片置於車床刀桿上形成60°主偏角,則當刀片溫升至750°F時,工件直徑將比切削開始時減少0.0026in.(0.066mm)。

鋼質刀桿線膨脹係數大約2倍於碳化鎢,熱膨脹效果僅產生於從刀片到第一個刀桿夾緊螺栓之間的部分。刀桿溫升不像刀片那麼大,但是刀桿的熱膨脹對工作尺寸變化亦有較大影響。

五、剛性

機床剛性好壞是一個難以評估,更難以預計的因素。刀片、刀桿、刀架、工件和機床都有「讓位」現象,從而使整個系統成為彈性體。

要不是因為刀具有磨損現象,一般不要考慮這種彈位變形。但是隨著刀具的磨損、切削力就會增加,假如工件是細長袖,增大的切削力會使工件產生偏斜,從而使其直徑變大。

根據系統的剛性和公差要求,這一因素造成的後果可能重要,也可能不重要。然而,這是一個完全不受刀片精度影響的因素。

六、臟物和切屑

影響轉讓精度最重要的因素可能與刀桿或刀片的質量都沒什麼關係。在加工時,臟物和切屑總是存在的,轉位時它們會送到刀片下面。它們所造成的麻煩與清理刀片槽的難易程度成正比,與機床操作者的注意程度成反比。

操作者可能認為他清理刀片槽很仔細,但還是很容易在刀片後面留下0.001或0.002in的灰塵或細切屑。這會使刀片相對工件前進了一定量,意味著在車削時有0.002~0.004in的直徑減小量。複雜的刀桿難以清理,更使這種狀況惡化。

七、刀片誤差

刀片必須按公差製造,所選公差須具經濟可行性。若要使公差減小,成本會增加很多。製造廠家通常在成本不致過高的基礎上儘可能地用較嚴的公差。

三角形刀片的尺寸和公差根據內切圓直徑來分類,正方刀片則按對邊之間的尺寸和公差來分類,這是幾種測量方式中最具可操作性的。按內切圓公差來分類並不表示它可反映對片的可轉位精度,因為其他的刀片尺寸公差在最終精度里也起著重要作用。

八、內切圓誤差

理想的三角刀片是一個頂點為圓弧形的完全等邊三角形。然而內切圓的尺寸並不能表明此三角形是否完全等邊,因為一個圓能和任意三角形內切。

四方刀片應是完全正方形,但是側面之間的尺寸並不能表示出此正方形是否完美,因為等邊的平行四邊形其對邊尺寸也相等。

精製的刀片有很高的幾何精度,但少量的差異也是不可避免的。

九、刀尖變動

刀片的刀尖必須由尺寸一致的圓弧構成,這些圓弧應精確定位,並精確地與刀片各邊相切,見圖4A。

如果對稱性差,可能會導致某些誤差;

刀尖圓弧太突出或大縮入(圖4B)。

刀尖圓弧可能偏左或偏右(圖4C)。

十、刀片與刀座厚度

這—點對轉位誤差的作用不是太大,因為它通過一個角度來產生影響。刀座厚度一般可不考慮,因為在刀桿整個使用壽命期間,更換刀座的次數是很少的。

圖5表明一塊下偏差的刀片被一塊上偏差的刀片替換后所產生的變化。刀片頂部的高度增加0.010in,用6°負前角在中心部位切削時刀片對工件的有效進給增加了0.001in。如果刀具為正前角,若把最薄刀片換成最厚,切削深度會減少,如圖中所示。

十一、時間的影響

圖6表明一些主要因素對加工尺寸的影響隨切削時間的增加而增加,總效果通常是累加的。「人為」因素包括如轉位時未能將刀座清理乾淨,置放刀片時走動等。有些因素如刀片公差在切削時為常量,但切削刃的磨損、切削力的增加則隨切削時間的增加而變大。

結束語

不可能建立一個萬能公式,用以精確得知何時該使用精密刀片,每一種加工都必須根據各自的特點來加以考慮。但是,這是一個值得研究並會得到回報的領域。

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