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切斷刀操作的技術要求

2014-1-13 來源：作者：

在現代（dài）金屬加工中，在具有複雜棒料進給機構的自動化設備或（huò）最先進的CNC機床上可以進行切（qiē）斷加工。但如果切斷（duàn）刀片的硬（yìng）質合金牌號選擇不當，可能會（huì）導致停工、刀具損（sǔn）壞、刮削工件，甚至破壞機床（chuáng）。

為獲得理想的切斷效（xiào）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（yǔ）零件中心軸線相（xiàng）關的切削刃；(4)刀（dāo）片（piàn）和斷屑器的類型；(5)硬質合金牌號和塗層；(6)影響刀具壽命的其他切削條件。本文主要討論前三個變（biàn）量。

1．工件材料（liào）和形狀（zhuàng）

為簡化問題，這裏討論三種最普通（tōng）的工件形狀——實心（xīn）、空心和（hé）要求斷續切削的不規則形狀（zhuàng）(如方型（xíng）和六（liù）角（jiǎo）型材料和壁厚不一致（zhì）的空心材料)。

材料一般分為7種類型，為（wéi）簡化問題，這裏分為三類。

第一類為（wéi）要求使用鋒利的（de）正前角切削刃進行切削的材料。它包括高溫合金、鈦合（hé）金（jīn）、鋁材、塑料和（hé）其他非鐵金屬以及奧氏體不鏽鋼。鋒利的（de）切削刃能防止這些材料的工（gōng）作硬化。例如，鋒利的切削刃允許使用高的（de）切削速度和進給量，並（bìng）能（néng）整齊地切斷（duàn）矽鋁合金而不會留下卷邊。同樣它也適合（hé）於大多數非金屬材料(如塑料、尼（ní）龍（lóng）和（hé）其他（tā）軟的免於加工的材料)。

第二（èr）類為要求使用零（líng）前角（jiǎo）或負前角切削刃進行切削的材料（liào）。它（tā）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（de）強度，並允（yǔn）許采用更大的（de）進給速度（dù）以及防止斷續切削時切削刃的（de）破壞。對於大多數（shù）產生連續長切屑的材料，應采用這種零前角或負前角的（de）刀具，它也是工業生（shēng）產中最經常使用的類型。

第三類包括那（nà）些要求（qiú）使用帶斷屑器的刀具進行加工的材料，斷屑器的（de）類型將在（zài）後麵討論。這些材料在正常的切削速度和進給（gěi）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（jī）床在加工時通常要求使用斷屑（xiè）器。當用低的額定進給速度加工軟的低碳（tàn）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（zhě）經常停機來清除切屑。這樣將降低生產率並危及操作者，因為這些切屑是非常鋒利的。采用非常低的切削速度（dù）加工（gōng）一些種類的高溫合金時，也會產生同（tóng）樣的問題。

當選擇切斷刀片時，刀片的幾何角度可（kě）采用與車削（xuē）甚至銑削用（yòng）刀片相（xiàng）同的角度（dù）。通常（cháng）如果用大正前角車削或銑削刀片加工（gōng）一種材料，當進行切斷操作時，可選擇相同的幾（jǐ）何角度（dù）。

2．機床（chuáng）

有效切斷操作的關鍵是能夠控製切削速度和進給率。兩者正確的組合將延長刀具壽命，保（bǎo）持加工尺寸的（de）穩定性以及有效（xiào）控製切屑。所用的機床（chuáng）(其型（xíng）式和（hé）特征)在很大程度上決定了使用者能在多（duō）大程度上控製切削參數。

這裏機床被分為兩類：CNC和非（fēi）CNC機床。自動化（huà）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（néng）將產生一些重要（yào）的問題。

當一（yī）把刀具以最低（dī）的進給速度正常工作時，這時可確定機床所（suǒ）能采用（yòng）的最大轉速。由於在自動化（huà）生產中，一些刀具在幾個不同的位置同時進（jìn）行切削，因此在加（jiā）工中對切削速度和進給率幾乎不（bú）能調節。例如，一支高（gāo）速鋼麻花鑽或成形工（gōng）具在其中的一個位置工（gōng）作時，它的最優切削速度（dù）將決定所有別（bié）的刀（dāo）具的切削速度，這個速（sù）度對於大多（duō）數硬質合金刀具來說太低。新（xīn）型自動化（huà）設備允許操作者更多地控製進給速（sù）度（dù）。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（kòng）製。

被使用（yòng）的機床將決定硬質合金刀片的牌號、斷屑器和（hé）切削刃型式。對於傳統的自動化設備來說，需要（yào）選擇韌性較好的（de）硬質合金牌（pái）號。低於正常（cháng）切削速度的（de）硬質合金刀具將在這些設備上進行試（shì）驗。

超微細硬質（zhì）合金牌號已大大改進了自動化設備（bèi）用切斷刀具的性能。它們（men）既有與高速（sù）鋼（gāng）同樣的強度，又具有與硬質（zhì）合金同樣好的耐磨性。

另外一（yī）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（liàng）生產為目的的棒料進給機構或（huò）類似的裝置。這（zhè）種機床有許（xǔ）多優點，其中最重要的就是在切（qiē）削循環中，它能（néng）對切削速度和（hé）進給率（lǜ）實行完全的控製。這樣就可（kě）使用切削速度（dù）高（gāo）的硬質合金刀片高效地工作。但必（bì）須注意，切削速度和進（jìn）給率應在製造商推薦的範圍內（nèi）。

CNC機床易於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（hǎo）的調節切削速度和（hé）進給率的能力也有助（zhù）於控製切屑和增加刀具壽（shòu）命的一（yī）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（rú）果切削刃和工（gōng）件接觸位置不正（zhèng）確，刀具可能崩刃或者（zhě）損壞工（gōng）件，有時甚（shèn）至損壞機床。

兩個最普遍（biàn）的問題就是切斷刀具不垂直於工件或切削（xuē）刃相對於工（gōng）件中心軸線安裝得太高或太低（dī），它們對（duì）刀（dāo）具壽命、切屑控製和是否（fǒu）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麵上留（liú）有（yǒu）凸、凹表麵。如果這（zhè）些問題非常嚴重（chóng），刀具將會失效。

為（wéi）保證刀具垂直於工件（jiàn），操作者應遵守一個簡（jiǎn）單（dān）的安裝（zhuāng）過（guò）程。首先仔細清潔鎖緊區域並將切斷（duàn）工具安裝在六角（jiǎo）轉塔上。然後用一指示表測量長度為100mm的（de）行程上的刀（dāo）具偏差（chà），該偏（piān）差不應超過1mm。

通（tōng）常檢（jiǎn）測（cè）刀具是否垂直的一個方（fāng）法是檢查產生的切屑。如（rú）果工（gōng）件產生的切屑以長絲狀流（liú）向一側，這可能是刀具（jù）安裝不正（zhèng）確。另一現象（xiàng）是切斷刀片圓角處的提前磨損，這表（biǎo）明刀片的一麵比另一麵承受著更多的壓力。

如果加工中刀（dāo）具性能或生產的（de）零件質量（liàng）發生變化，請遵循前麵提到的安裝步驟。有時（shí）刀具一點輕微的碰撞也（yě）會引起偏差。因此，在安裝後盡（jìn）早檢查切斷工具的（de）切（qiē）削條件是一個好的辦法，這樣做可有助於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（zhǔ）要考慮的問題是切削刃相對於（yú）工件軸線的位置。刀（dāo）片安裝不正確將引起一係列問題，其中最（zuì）常（cháng）見的是刀具提前磨損和突然失效（xiào）、差的切屑形式、差的側麵（miàn）粗糙（cāo）度和振動。由於有時查明切削刃的實際位置很困難，因此這（zhè）些問題將（jiāng）進（jìn）一步惡化。在老式的手動（dòng）和自動機床上，這些現象更（gèng）是經常發（fā）生。

製造商設計的（de）大多數硬質合金刀片，使用時需（xū）安裝得略高於工件中心軸線。這個位置有（yǒu）利於使用焊接斷屑器並保證刀片可靠（kào）地裝夾在刀杆上（shàng）。

當刀片安裝得略高於中心時，切向力可以作用在更大的刀片麵積上。這會增加刀具的強度並使刀片牢固地定位在刀槽中（zhōng）。

另外，當切削刃和（hé）工（gōng）件之間的角度確定後，硬質（zhì）合金切斷刀片（piàn）往往被設計為使（shǐ）其強度和堅固性最大化。如果刀片高於中心線太多，刀片後角將減小。致（zhì）使後刀麵上半部分與（yǔ）工（gōng）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（mó）損和（hé）工件冷作硬化。這種情況最通常的標誌是，在短期切（qiē）削後刀片有過度的後（hòu）刀麵（miàn）磨損。

低於中（zhōng）心線的刀片將（jiāng）產生更多的問題。當刀片低於中心線時，後（hòu）角將增大。這使得（dé）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（shī）效的可能性。

低於（yú）中心（xīn）線的刀片帶來的另一個問題是刀片不規則的偏（piān）離。隨著大部分切削力作用於刀尖，它趨向於振動和反彈，這種不規則運動將對（duì）刀具壽命產生影響，通常以切（qiē）削刃前部斷屑的形式出現。它將在零件槽（cáo）的底（dǐ）部和側麵產生振動痕跡和較差的表麵粗糙度（dù）。

使用低於（yú）中心線的刀片的一個最（zuì）嚴重的後果是刀片被拉出。當刀片接（jiē）觸整體棒（bàng）料時，零件的旋轉實際上會（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，並可能導致機床和被加工零（líng）件受到（dào）損壞。這意味著浪費時間。即使刀片未（wèi）被拉（lā）出刀夾，通過切削刃頂部旋轉（zhuǎn）的毛刺也可能導致刀具損（sǔn）壞。

因為（wéi）這些（xiē）原因（yīn），需要防（fáng）止切斷工具的切深超（chāo）過（guò）工件中心部分。在過中心點後，實（shí）際的（de）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後（hòu）刀麵，引（yǐn）起刀片提前磨（mó）損。

為（wéi）克服刀片拉出問題，許多切斷刀具製造（zào）商正在采用由ISCAR公（gōng）司在70年代（dài）早期提出的自動夾緊概念。這種方法不需要螺釘和杠杆來定位和夾緊刀片，它（tā）依（yī）靠旋轉和刀具壓力（lì）將刀片定位在楔（xiē）形刀槽內（nèi）。這樣（yàng），在無壓緊裝置的條件下，刀具的切削深度幾乎可不受（shòu）限（xiàn）製，刀夾和刀片的類型（xíng）是安裝時使刀具（jù）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（dāo）體和刀板（bǎn）係統。它包括一個安（ān）裝在機床夾頭中（zhōng）的鎖緊刀體和一個可更換的用於安裝合金刀片的雙（shuāng）麵（miàn）刀板，刀板上有一個（gè）自鎖刀槽（cáo）。

T型切斷刀是—種兩種刀片（piàn）和刀板的組合型式，采用簡單（dān）的楔形鎖緊。在刀片的頂部（bù）和底麵有（yǒu）與（yǔ）刀板相匹配的斜麵。刀片由刀板產生的彈力楔緊並保持在刀槽中。在某些條（tiáo）件下，刀（dāo）片可能被進一（yī）步壓入刀（dāo）槽中，從而改變切削刃的位置，使其低於中心高。大進給率切削、斷續切削和磨損的刀（dāo）槽（cáo）可能（néng）引起這種現（xiàn）象的發生。

在F型切斷刀具中，刀片和刀板有—固定的定位槽（cáo）。一個定位塊被焊接（jiē）在刀片上，與支撐刀板的頂麵接觸（chù）。一旦（dàn）刀（dāo）片（piàn）被安裝在刀槽中，它將保持在固定的位（wèi）置上。

任何（hé）刀片和刀板的（de）組合都應使切屑順利地從切削區排出。若在零件切斷之前，切屑堆積並侵入槽中，刀片就很可（kě）能再次（cì）切（qiē）削這些切屑，並會突然失效（xiào）。如（rú）果切屑劇烈地摩擦（cā）刀板（bǎn），將會產生大量的（de）熱，這也會造成疲（pí）勞和加（jiā）速（sù）失效（xiào）。

所有的硬質合（hé）金切斷刀（dāo）具製造商（shāng）都提供其（qí）產品的中心（xīn）高。所（suǒ）以應嚴格遵守製（zhì）造商的推（tuī）薦（jiàn）值。

刀片的幾（jǐ）何（hé）尺寸和刀夾的型式對中心高均有影響（xiǎng）。通常寬度大於0.5mm的刀片，下列公式對其最大中心高的確定非（fēi）常有用:中心高=0.8mm×寬度+0.025mm。

在進行切斷加工時（shí），要切記切削刃安裝在中心高上或略高於中心（xīn）高（gāo）。那些使用高速鋼切（qiē）斷刀或（huò）類似工具的操作者和（hé）安裝人員經常認為這些刀具低於中（zhōng）心高時（shí）工作得更好。但對現代硬質（zhì）合金刀片來說，工作時低於中心高將使切斷操作更加困難（nán）。

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