車(chē)刀的刃磨與裝夾

車(chē)刀裝置狀況的好壞直接影響到被加工零件的尺度精度和外表粗糙度，假如我們不留意車(chē)刀的正確裝置，就會(huì)降低切削效果，乃至損壞刀具和工件。

1.車(chē)刀裝夾的基本要求

　?。?）車(chē)刀不能伸出刀架太長(zhǎng)，在滿意車(chē)削的狀況下，盡可能伸出短些。因?yàn)檐?chē)刀伸出過(guò)常，刀桿剛性相對(duì)削弱，簡(jiǎn)單發(fā)生振蕩，使車(chē)出的工件外表光潔度差。一般車(chē)刀伸出的長(zhǎng)度不超越刀桿厚度的2倍。切槽刀車(chē)刀伸出的長(zhǎng)度比槽深多2～3mm。 堵截刀車(chē)刀伸出的長(zhǎng)度比工件壁厚多2～3mm。 　

?。?）車(chē)刀刀尖應(yīng)對(duì)準(zhǔn)工件的中心。車(chē)刀裝置得過(guò)高或過(guò)低都會(huì)引起車(chē)刀視點(diǎn)的變化而影響正常切削。

　　（3）車(chē)刀刀桿應(yīng)與車(chē)床主軸軸線垂直 。

　?。?）裝車(chē)刀用的墊片要平整，盡可能地用厚墊片以削減片數(shù)，一般只用2～3片。如墊刀片的片數(shù)太多或不平整，會(huì)使車(chē)刀發(fā)生振蕩，影響切削。各墊片應(yīng)墊在在刀桿正下方，前端與刀座邊際齊。

　?。?）裝上車(chē)刀后，要緊固刀架螺釘，一般要緊固兩個(gè)螺釘。緊固時(shí)，應(yīng)運(yùn)用專(zhuān)用扳手輪換逐一擰緊。不必加力桿，避免使螺釘受力過(guò)大而損害。

　　為進(jìn)步車(chē)削作業(yè)效率，刃磨車(chē)刀時(shí)充分考慮刀具各刃的綜合應(yīng)用，車(chē)刀裝置在刀架上，在不滾動(dòng)或少滾動(dòng)刀架的狀況下完結(jié)盡量多的作業(yè)。下面介紹幾種批量生產(chǎn)時(shí)車(chē)刀的裝夾方法。

2. 車(chē)刀的裝夾方法

　　（1）如圖1所示，工件需求車(chē)外圓、車(chē)端面、倒角，假如只用一把車(chē)刀需求滾動(dòng)刀架。

　　若把車(chē)刀前面磨成如圖2所示，在不滾動(dòng)刀架的狀況下就能夠完結(jié)車(chē)外圓、車(chē)端面、倒角作業(yè)。

　?。?）如圖3所示，工件需鉆孔、孔口倒角。一般狀況下需求麻花鉆、外圓車(chē)刀、孔口倒角用車(chē)刀、450偏刀（或?qū)⑼鈭A車(chē)刀偏轉(zhuǎn)車(chē)端面）

　　若將車(chē)刀前面磨成如圖4，車(chē)端面時(shí)，從工件外圓車(chē)至工件中心，在工件中心處縱向移動(dòng)2.7mm，然后中滑板退刀進(jìn)行孔口倒角至要求，然后削減刀具裝夾，削減作業(yè)程序，進(jìn)步效率。

　?。?）如圖5所示，軸上切槽、槽的兩端倒角。一般狀況下需求切槽刀，而且需求偏轉(zhuǎn)刀架倒角，而左端的倒角很簡(jiǎn)單碰到卡盤(pán)，極不安全。若將切槽刀左右刃別離刃磨來(lái)契合倒角要求（如圖6的車(chē)刀前面圖），不需求偏轉(zhuǎn)刀架即可完結(jié)切槽、倒角的作業(yè)。

　?。?）如圖7所示，工件需求車(chē)外圓、車(chē)端面、切槽、倒角、倒圓。將車(chē)刀前面刃磨成如圖8所示，不滾動(dòng)刀架的狀況下一次完結(jié)一切操作。AD刃車(chē)外圓，AB刃起修光效果。AB刃切端面挨近中心時(shí)DE刃倒圓。AB刃切槽時(shí)，BC刃倒角。

　　（5）如圖9所示，對(duì)管材孔口倒角和端面倒角?？蓪④?chē)刀前面刃磨成如圖10所示。車(chē)刀裝在刀架上，調(diào)理固定好中滑板方位。經(jīng)過(guò)小滑板調(diào)理軸向倒角的巨細(xì)。能夠只動(dòng)小滑板完結(jié)孔口倒角和端面倒角。

　?。?）如圖11所示的導(dǎo)管。

　　按照如圖12所示下料。備料時(shí)兩切槽刀裝夾于刀架上。右端切槽刀用于切端面、定位。左端切槽刀用于堵截。兩刀刃切削距離28mm，然后確保中滑板進(jìn)刀一次完結(jié)下料作業(yè)。

　?。?）在普車(chē)上下料：將鋸片式銑刀裝在刀桿上，裝夾于自定心卡盤(pán)上。如圖13所示，將夾具裝夾于刀架上，上孔穿工件并用內(nèi)六角螺母鎖緊，下孔穿限位資料并用內(nèi)六角螺母鎖緊（以便快速確定資料尺度）。中滑板進(jìn)刀即可完結(jié)下料作業(yè)，然后將車(chē)床改為簡(jiǎn)易銑床用。

3.刃磨留意事項(xiàng)

　　批量生產(chǎn)機(jī)遇夾車(chē)刀不一定滿意車(chē)削要求，一般要根據(jù)圖樣要求自己刃磨車(chē)刀，刃磨時(shí)應(yīng)留意以下幾方面：

　　（1）砂輪的挑選：氧化鋁砂輪（白色）適用于刃磨高速鋼車(chē)刀和硬質(zhì)合金車(chē)刀的刀桿部分。（綠色）碳化硅砂輪適用于刃磨硬質(zhì)合金車(chē)刀刀頭。粗磨時(shí)挑選較粗的磨粒能夠進(jìn)步生產(chǎn)率。精磨時(shí)挑選較細(xì)的磨粒能夠減小外表粗糙度。

　　（2）砂輪的修整：刃磨前用砂輪刀、砂條或金剛筆對(duì)砂輪外表進(jìn)行修整，在修整時(shí)稍加壓力并來(lái)回移動(dòng)。

　?。?）車(chē)刀高低有必要控制在砂輪水平中心。刀尖上翹約3°～8°，車(chē)刀觸摸砂輪應(yīng)作左右方向水平移動(dòng)。當(dāng)車(chē)刀脫離砂輪時(shí),刀尖需向上抬起,以防磨好的刀刃被砂輪碰傷。磨主后邊時(shí),刀桿尾部向左偏過(guò)一個(gè)主偏角的視點(diǎn),磨副后角時(shí),刀桿尾部向右偏過(guò)一個(gè)副偏角的視點(diǎn)。修磨刀尖圓弧時(shí)，通常以左手握車(chē)刀前端為支點(diǎn)，用右手滾動(dòng)車(chē)刀尾部。

　　（4）刃磨車(chē)刀時(shí)，雙手握車(chē)刀，輕靠砂輪旋轉(zhuǎn)外表，并作水平方向的左右緩慢移動(dòng)，避免砂輪外表呈現(xiàn)凹坑，直至刃磨視點(diǎn)完結(jié)。

　?。?）刃磨硬質(zhì)合金車(chē)刀時(shí),不可把刀頭部分放入水中冷卻,以防刀片突然冷卻而碎裂。 刃磨高速鋼車(chē)刀有必要隨時(shí)沾水冷卻，以防退火。

　?。?）粗磨:磨主后邊，一起磨出主偏角及主后角；磨副后邊, 一起磨出副偏角及副后角；磨前面,一起磨出前角及刃傾角。

　?。?）精磨：修磨前面、修磨主后邊和副后邊、修磨刀尖圓弧。

　?。?）研磨：經(jīng)過(guò)刃磨的車(chē)刀，其切削刃有時(shí)不行平滑，這時(shí)用油石加少量機(jī)油對(duì)切削刃進(jìn)行研磨，能夠進(jìn)步刀具耐用度和工件外表的加工質(zhì)量。研磨時(shí)將油石與刀面貼平，然后將油石沿刀面上下或左右移動(dòng)。研磨時(shí)要求動(dòng)作平穩(wěn)，用力均勻，不能破壞刃磨好的刃口。

　　（9）經(jīng)過(guò)目測(cè)法、樣板法、視點(diǎn)測(cè)量?jī)x查看刀具是否契合要求，也能夠進(jìn)行試車(chē)查看。批量生產(chǎn)時(shí)將車(chē)刀刃磨成契合圖樣車(chē)削要求，在不滾動(dòng)刀架或少滾動(dòng)刀架的狀況下完結(jié)盡量多的作業(yè)能蕞大極限的進(jìn)步加工效率。但對(duì)操作者要求較高，需求在作業(yè)中不斷加以總結(jié)進(jìn)步。

機(jī)械加工開(kāi)展的總趨勢(shì)是高功率、、高柔性和強(qiáng)化環(huán)境意識(shí)。在機(jī)械加工范疇，切（磨）削加工是運(yùn)用廣泛的加工辦法。

點(diǎn)擊檢查『 刀具集創(chuàng)始的這個(gè)項(xiàng)目，給刀具人幫了大忙』

高速切削是切削加工的開(kāi)展方向，已成為切削加工的干流。它是先進(jìn)制造技能的重要共性關(guān)鍵技能，推廣運(yùn)用高速切削技能將大幅度前進(jìn)出產(chǎn)功率和加工質(zhì)量并降低成本。

高速切削技能的開(kāi)展和運(yùn)用決定于機(jī)床和刀具技能的前進(jìn)，其間刀具資料的前進(jìn)起決定性的效果。研討表明，高速切削時(shí)，跟著切削速度的前進(jìn)，切削力減小，切削溫度上升很高，達(dá)到必定值后上升逐步趨緩。

造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機(jī)械摩擦、粘結(jié)、化學(xué)磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時(shí)的力學(xué)功能、熱物理功能、抗粘結(jié)功能、化學(xué)穩(wěn)定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。

根據(jù)這一要求，近20多年來(lái)，開(kāi)展了一批適于高速切削的刀具資料，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以確保刀具的耐磨性，又有高的耐性來(lái)防止刀具的碎裂，但現(xiàn)在的技能開(kāi)展還沒(méi)有找到如此優(yōu)越功能的刀具資料，魚(yú)于熊掌無(wú)法兼得。

因而，咱們會(huì)在實(shí)踐中按照需求選用更合適的刀具材科，粗加工時(shí)優(yōu)先考慮刀具資料的耐性，精加工時(shí)優(yōu)先考慮刀具資料的硬度。當(dāng)然人們還期待著以超高切削速度進(jìn)行加工而取得更好的效果。下面僅就常見(jiàn)的工件資料及刀具的相關(guān)情況做如下簡(jiǎn)單介紹。

鋁合金  

01

1.1 易切削鋁合金

該資料在航空航天工業(yè)運(yùn)用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進(jìn)給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達(dá)25°。

1.2 鑄鋁合金

鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同，選用的刀具也不同。

對(duì)Si含量小于12%的鑄鋁合金可選用K10、Si3N4刀具，當(dāng)Si含量大于12%時(shí)，可選用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。

關(guān)于Si含量達(dá)16%～18%的過(guò)硅呂合金，蕞好選用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進(jìn)給量為0.125mm/r。

鑄 鐵  

02

對(duì)鑄件，切削速度大于350m/min時(shí)，稱(chēng)為高速加工，切削速度對(duì)刀具的選用有較大影響。當(dāng)切削速度低于750m/min時(shí)，可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時(shí)，可選用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時(shí)，可運(yùn)用CBN刀具。鑄件的金相組織對(duì)高速切削刀具的選用有必定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時(shí)，可運(yùn)用CBN或Si3N4，當(dāng)以鐵素體為主時(shí)，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴(yán)峻，不宜運(yùn)用CBN，而應(yīng)選用淘瓷刀具。

如粘結(jié)相為金屬Co，晶粒尺度平均為3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時(shí)，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結(jié)相為陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均為10?m、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時(shí)，在切削速度小于1100m/min時(shí)，隨切削速度的增加，刀具壽數(shù)也增加。

一般鋼

03

切削速度對(duì)鋼的表面質(zhì)量有較大的影響，據(jù)研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min?，F(xiàn)在，涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質(zhì)合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產(chǎn)的涂層刀具要好，因?yàn)榍罢呖珊芎玫貓?jiān)持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面質(zhì)量。

金屬淘瓷刀具現(xiàn)在占市場(chǎng)份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，但抗彎強(qiáng)度及導(dǎo)熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進(jìn)給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結(jié)合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強(qiáng)度和耐磨兩者結(jié)合起來(lái)，用TiN來(lái)增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達(dá)2～3mm。

高硬度鋼

04

高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質(zhì)合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為T(mén)iC增加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質(zhì)合金大致相當(dāng)，而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/1O，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結(jié)性和耐磨性。

別的其高溫下機(jī)械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達(dá)63HRC的工件資料，如進(jìn)行工件淬火后再切削，實(shí)現(xiàn)“以切代磨”。切削淬火硬度達(dá)48～58HRC的45鋼時(shí)，切削速度可取150～18Om/min，進(jìn)給量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度為100m/min左右時(shí)，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當(dāng)切削速度高于1000m/min時(shí)，PCBN是蕞佳刀具資料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如55HRC的H13工具鋼）。

高溫鎳基合金

05

Inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度，熱分散系數(shù)較小，切削時(shí)易產(chǎn)生加工硬化，這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時(shí)，主要運(yùn)用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷在100～300m/min時(shí)可取得較長(zhǎng)的刀具壽數(shù)，切削速度高于500m/min時(shí)，增加TiC氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時(shí)其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般認(rèn)為，SiC晶須增強(qiáng)陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進(jìn)給量為O.1～0.18mm/z。氦氧化硅呂（Sialon）陶瓷耐性很高，適合于切削過(guò)固溶處理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶須增強(qiáng)陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。

鈦合金

06

鈦合金強(qiáng)度、沖擊耐性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分嚴(yán)峻，故在切削加工時(shí)出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴(yán)峻的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得出，用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達(dá)到滿意的刀具壽數(shù)，切削速度可高達(dá)628m/min，每齒進(jìn)給量可取O.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車(chē)削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。

復(fù)合資料

07

航天用的先進(jìn)復(fù)合資料，以往用硬質(zhì)合金和PCD，硬質(zhì)合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實(shí)現(xiàn)300m/min左右的高速切削。

高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運(yùn)用，將會(huì)發(fā)明巨大經(jīng)濟(jì)效益。高速切削刀具資料對(duì)開(kāi)展和運(yùn)用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料（PCD與CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬質(zhì)合金刀具（金屬陶瓷）和涂層刀具等四大類(lèi)高速切削刀具資料各有其特性和運(yùn)用范圍，它們相互配合，彼此競(jìng)爭(zhēng)，推進(jìn)高速切削技能的開(kāi)展和運(yùn)用。

在批量加工如圖1所示的高溫合金球形軸承內(nèi)球面時(shí)，原編制工藝道路為：粗加工→去應(yīng)力→精車(chē)內(nèi)球面→內(nèi)球面開(kāi)安裝槽→探傷→查驗(yàn)→油封。

為驗(yàn)證工藝，實(shí)驗(yàn)選用如圖2所示高速鋼尖刀（假定刀尖圓弧半徑為零），前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高，在新購(gòu)精細(xì)數(shù)控車(chē)床上編程精車(chē)3件45鋼制內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm。

由于通用內(nèi)徑量具無(wú)法實(shí)施在線丈量?jī)?nèi)球面φ19.15 0.0130   mm，所以在車(chē)床上選用改制專(zhuān)用測(cè)具（見(jiàn)圖3）檢測(cè)，直徑合格，經(jīng)三坐標(biāo)丈量機(jī)復(fù)檢，直徑合格，球面概括度差錯(cuò)為0.005mm（小于直徑公役一半），合格。

但將零件材料改為高溫合金GH605，刀具改為YW1硬質(zhì)合金尖刀后，用與高速鋼尖刀同樣的切削條件試車(chē)3件，經(jīng)三坐標(biāo)查驗(yàn)全部不合格，原因是球面概括度差錯(cuò)為0.03～0.05mm，經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)刀尖已磨損，且編程時(shí)沒(méi)有選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序。為此，改用如圖4所示SANDEVIK菱形可轉(zhuǎn)位機(jī)夾硬質(zhì)合金刀具VCMW070204加工，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車(chē)床主軸中心線等高，選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程，加工了3件，經(jīng)三坐標(biāo)丈量查驗(yàn)，3件全部不合格，原因是球面概括度差錯(cuò)為0.015～0.02mm。至此，證明原工藝是不現(xiàn)實(shí)的。為了、經(jīng)濟(jì)批量加工，改用了如下工藝道路：粗加工→去應(yīng)力→精車(chē)內(nèi)球面→內(nèi)球面開(kāi)裝配槽→用外球面形狀研磨具研磨內(nèi)球面達(dá)圖樣要求→探傷→查驗(yàn)→油封。工藝改進(jìn)后已成功加工出一批合格產(chǎn)品。

2.精車(chē)內(nèi)球面概括度超差問(wèn)題

早在數(shù)控車(chē)床沒(méi)有普及的時(shí)代，用成型車(chē)刀精車(chē)之后再研磨的工藝辦法成功地加工出如圖5所示的球面上色量規(guī)（其技術(shù)要求是：環(huán)規(guī)按塞規(guī)上色修合，上色面積100%）?，F(xiàn)在數(shù)控車(chē)床替代了一般車(chē)床，數(shù)字程序替代了原來(lái)成型車(chē)刀，卻沒(méi)有加工出圖1所示的零件。現(xiàn)剖析如下：

（1）精細(xì)球面加工工藝基礎(chǔ)。精細(xì)球面能夠看作是精細(xì)半圓（見(jiàn)圖6）繞經(jīng)過(guò)該半圓圓心的剖分線反轉(zhuǎn)一周構(gòu)成的反轉(zhuǎn)體。

在一般車(chē)床上用圓弧構(gòu)成型樣板刀加工時(shí)（見(jiàn)圖7），樣板刀圓弧半徑是所車(chē)球的半徑，樣板刀圓弧刃的圓心有必要準(zhǔn)確調(diào)整到車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)軸線上，且圓弧刃地點(diǎn)平面與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高共面，才干車(chē)出精細(xì)圓球面。為了完成以上條件，照顧到加工對(duì)刀便利，通常調(diào)整圓弧樣板切削刃安裝高度，使圓弧刃地點(diǎn)平面與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)軸線等高（共面），再經(jīng)過(guò)車(chē)削丈量車(chē)出球面直徑，確保圓弧切削刃圓心坐落車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線上。

當(dāng)圓弧刃地點(diǎn)平面與車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線共面但圓弧刃圓心與車(chē)床反轉(zhuǎn)中心間隔不為零時(shí)，車(chē)出的球面就不圓，而是橢球（見(jiàn)圖8）。

當(dāng)圓弧刃平面平行于車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車(chē)床反轉(zhuǎn)軸線（即不共面）時(shí)，只要直徑大于所車(chē)球面的水平截面圓直徑，與圓弧刃構(gòu)成的圓位置重合時(shí)，才有或許車(chē)成圓球，但此刻所車(chē)球面直徑已大于要求直徑（見(jiàn)圖9）。

當(dāng)圓弧構(gòu)成型切削刃或數(shù)控刀尖車(chē)出的軌道圓弧（以下簡(jiǎn)稱(chēng)母線圓?。┑攸c(diǎn)平面平行于車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車(chē)床主軸反轉(zhuǎn)中心線（以下簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)床軸線）時(shí)，即便母線圓弧半徑很準(zhǔn)確且其圓心位置也準(zhǔn)確坐落包括車(chē)床軸線的鉛垂面內(nèi)，假定圖樣要求球面半徑為R，母線圓弧地點(diǎn)平面與車(chē)床軸線間隔為H，則車(chē)出的球面半徑為（R2 H2）0.5mm，若為了確保球面半徑R持續(xù)進(jìn)刀，則車(chē)成橢球（見(jiàn)圖10）。

總歸，有必要確保母線圓弧半徑和母線圓弧圓心準(zhǔn)確調(diào)整到車(chē)床軸線上，且母線圓弧與車(chē)床軸線等高共面，才干車(chē)出預(yù)訂半徑的精細(xì)圓球，三者缺一不可。

（2）數(shù)控車(chē)床加工精細(xì)內(nèi)球面。首要調(diào)整車(chē)刀安裝高度使刀尖與數(shù)控車(chē)床軸線等高，當(dāng)運(yùn)用刀尖圓弧半徑為零（假定理想刀尖）的車(chē)刀編程時(shí)，使刀尖走過(guò)的圓弧軌道半徑等于球面半徑；當(dāng)運(yùn)用刀尖圓弧半徑不等于零的圓弧刀尖車(chē)刀加工時(shí)，運(yùn)用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程。對(duì)不具備刀尖圓弧半徑主動(dòng)補(bǔ)償功用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，假定圖樣要求球面半徑為R，刀尖圓弧半徑為rε，可選用刀尖圓弧圓心軌道編程，刀尖圓弧圓心編程半徑為（R－rε）。這樣切削球面時(shí)，圓弧切削刃逐點(diǎn)參加切削，母線圓弧半徑R相當(dāng)于半徑為（R－rε）的圓等距rε后得出的（見(jiàn)圖11）。

當(dāng)?shù)都馀c數(shù)控車(chē)床軸線不等高時(shí)，假如按母線圓弧圓心和車(chē)床軸線坐落同一鉛垂面準(zhǔn)則進(jìn)刀，在不考慮其他原因的狀況下車(chē)出的球面直徑差錯(cuò)由公式（1）核算：

ΔR=(R2 H2)0.5－R （1）

式中，R為所車(chē)球面半徑，H為刀尖走過(guò)的母線圓弧平面高于或低于車(chē)床軸線的間隔。當(dāng)R=19.15÷2＝9.575（mm），ΔR=0.013÷2=0.006 5（mm）。由公式（1）核算出H=0.35mm。也就是說(shuō)，當(dāng)?shù)都飧哂诨虻陀谲?chē)床軸線0.35mm時(shí)，車(chē)出的球面就超出公役帶。在批量生產(chǎn)高溫合金零件時(shí)，遍及運(yùn)用可轉(zhuǎn)位不重磨機(jī)夾刀片，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊(cè)，精度等級(jí)為M的刀片厚度公役為±0.13mm，假定地一次將切削刃調(diào)整到與車(chē)床軸線等高，那么，當(dāng)替換刀片時(shí)，如不調(diào)整刀尖高度，壞的狀況是刀尖與車(chē)床軸線間隔為0.26mm，其小于0.35mm，可見(jiàn)獨(dú)自由刀尖高度引起的球面差錯(cuò)不會(huì)超出公役帶。

當(dāng)?shù)都飧叨扰c車(chē)床軸線等高時(shí)，在不考慮機(jī)床進(jìn)給空隙影響時(shí)，刀尖圓弧半徑差錯(cuò)是影響球面加工的直接要素?？隙ǖ募獾妒遣淮嬖诘?，假定刀尖圓弧半徑為零的車(chē)刀耐用度很低，不適合批量加工高溫合金零件，選用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償程序編程時(shí)，有必要輸入刀尖圓弧半徑數(shù)值，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊(cè)，仿形加工用圓弧切削刀具刀尖圓弧直徑2rε公役為±0.02mm。而SANDEVIK刀片VCMW070204，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，沒(méi)有給出公役，查國(guó)標(biāo)GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圓弧半徑為rε=0.4±0.10mm，數(shù)控系統(tǒng)主動(dòng)將理想刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)侥妇€圓弧加工中，刀尖圓弧半徑差錯(cuò)以1﹕1倍率影響到加工球面半徑差錯(cuò)。經(jīng)過(guò)作圖與理論核算，能夠算出，在圖1所示軸向長(zhǎng)度14mm范圍內(nèi)，包括在公役為0.006 5mm圓度公役帶內(nèi)理想圓弧半徑為R=9.575±0.013 9mm，當(dāng)不考慮其他要素影響，按刀尖圓弧圓心R=（9.575－0.4）mm編程時(shí)，刀尖圓弧半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm。由此可推理，尖刀加工，刀尖磨損后刀尖圓角半徑有必要是rε≤0.013 9mm才有或許車(chē)出符合公役要求的內(nèi)球面，當(dāng)?shù)都饽p至rε＞0.013 9mm時(shí)，將車(chē)出Z向偏長(zhǎng)的橢圓形球面；假如運(yùn)用圓弧刀尖刀具加工，刀具半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm，而刀片VCMW070204的刀尖rε=0.4±0.10mm，不符合球面的精度加工要求?？梢?jiàn)，獨(dú)自由刀尖圓弧半徑引起的球面加工直徑差錯(cuò)已超出球形軸承內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm的加工要求，假如運(yùn)用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圓弧半徑精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）進(jìn)給絲杠螺母副空隙對(duì)加工球面的影響?，F(xiàn)代數(shù)控車(chē)床遍及選用滾珠絲杠螺母副作為伺服進(jìn)給執(zhí)行元件，盡管滾珠絲杠螺母副進(jìn)行了預(yù)緊，在受載及運(yùn)轉(zhuǎn)中不可避免會(huì)發(fā)生回程空隙。在編程時(shí)有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差錯(cuò)。在加工圖4所示零件時(shí)，能夠選用一段程序從A點(diǎn)車(chē)到C點(diǎn)，但車(chē)刀在經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)，X軸進(jìn)給由正向轉(zhuǎn)換為反向，反向脈沖使絲杠反轉(zhuǎn)，消除空隙所需的反轉(zhuǎn)沒(méi)有使車(chē)刀得到應(yīng)有的X反向進(jìn)給，形成AB段與BC段形狀不對(duì)稱(chēng)（見(jiàn)圖12），形成球面不圓。當(dāng)回程空隙超越0.065mm時(shí)，車(chē)出的球面就超出

公役帶。因此，當(dāng)車(chē)削精細(xì)球面時(shí)，假如車(chē)床回程空隙超越零件公役1/3，有必要編兩段程序，一段從A到B，另一段從C到B。這樣避免了圖12所示形狀差錯(cuò)，但會(huì)發(fā)生如圖13所示由Z軸進(jìn)給反向形成的形狀差錯(cuò)，盡管左右是對(duì)稱(chēng)的，但晦氣于球形研磨東西定心。

為此，在編程時(shí)選用積極補(bǔ)償?shù)霓k法，使圓弧AB段、CB段Z向各少進(jìn)給0.005mm（沿X向少進(jìn)給0.000 001 3mm），即便AB、CB兩端圓弧在B點(diǎn)相交，B點(diǎn)不再是圓的象限點(diǎn)，而是脫離象限點(diǎn)的圓上點(diǎn)，精車(chē)后橢球形狀如圖14所示。

刀具經(jīng)過(guò)砂輪刃磨后，刃口會(huì)存在不同程度的微觀缺陷，在切削過(guò)程中，刀具刃口微觀缺口極易擴(kuò)展，加快刀具的磨損和損壞。刃口鈍化是延常刀具壽命的金屬切削配套技術(shù)，能有效減少或消除刃磨后的刀具刃口微觀缺陷，以達(dá)到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅(jiān)固。

刃口鈍化方式可分為傳統(tǒng)刃口鈍化和特種刃口鈍化。傳統(tǒng)刃口鈍化方式主要包括磨削鈍化、毛刷鈍化、拖曳鈍化和噴砂鈍化等；特種刃口鈍化方式主要包括激光鈍化、電火花電蝕鈍化、電化學(xué)鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速?lài)娚涫鴮娏细咚賴(lài)娚涞叫枰幚淼墓ぜ砻?，?shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的加工。由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會(huì)發(fā)生改變。而微噴砂技術(shù)是以傳統(tǒng)噴砂技術(shù)為基礎(chǔ)，采用微米級(jí)尺寸的磨料顆粒來(lái)進(jìn)行待加工表面處理的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于材料的表面處理，包括表面清潔、表面鈍化和表面形貌處理。微噴砂處理的材料去除機(jī)理，包括裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的脆性去除和磨料微切削產(chǎn)生的塑性去除。微噴砂技術(shù)在刀具領(lǐng)域主要應(yīng)用在表面處理方面，如涂層刀具。通過(guò)對(duì)刀具基體表面進(jìn)行相應(yīng)的微噴砂處理，來(lái)改變基體的表面形貌，以增加涂層與刀具基體之間的粘結(jié)力，提高刀具的切削壽命。研究表明，對(duì)刀具的涂層表面進(jìn)行微噴砂處理可以增加涂層硬度，提高刀具切削壽命。微噴砂技術(shù)在刀具刃口鈍化領(lǐng)域沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，理論研究還不充分。

本文通過(guò)微噴砂技術(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀片YT15進(jìn)行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑的影響以及微噴砂處理對(duì)刃口質(zhì)量的影響，并分析微噴砂處理的材料去除機(jī)理。

1試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時(shí)間T為因素，其中磨料比重W為磨料占水和磨料總質(zhì)量的比重。每個(gè)因素設(shè)4個(gè)水平，進(jìn)行64組全因素刃口鈍化試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。

表1  微噴砂全因素試驗(yàn)因素水平

采用濕式手動(dòng)噴砂機(jī)，噴砂角度45°，噴砂距離8mm。磨料為320目白剛玉，微噴砂加工如圖1所示。選用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片YT15，其尺寸標(biāo)準(zhǔn)為SNMN120404，相應(yīng)的材料性能見(jiàn)表2。通過(guò)激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對(duì)微噴砂處理后的刀片刃口進(jìn)行觀測(cè)，試驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo)為刀片刃口半徑r和刃口線粗糙度Ra，終結(jié)果為三次測(cè)量后的平均值。同時(shí)對(duì)其刃口形貌進(jìn)行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀察，分析刃口材料去除機(jī)理。

圖1  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2  硬質(zhì)合金刀具YT15物理力學(xué)性能

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑的影響

圖2為硬質(zhì)合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時(shí)間為20s、30s、40s和50s時(shí)刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時(shí)間的增加，刀具刃口半徑增大，這實(shí)質(zhì)上是材料去除隨著時(shí)間累積的結(jié)果。在相同的噴砂時(shí)間和磨料比重下，隨噴砂壓力的增加，刀具刃口半徑增大。這是因?yàn)殡S著噴砂壓強(qiáng)的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應(yīng)增加。

硬質(zhì)合金可看作是硬脆材料，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型可知，單顆粒磨料的材料去除量與磨料顆粒的速度的指數(shù)成正比，使得單顆粒磨料的材料去除量增加。同時(shí)磨料流速度的增加，使單位時(shí)間內(nèi)有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數(shù)量增加，刃口材料的去除量變大。因此，增加噴砂壓力相當(dāng)于既增加磨料比重又增加噴砂時(shí)間，兩者的共同作用使刃口半徑增大。

由圖2分析磨料比重對(duì)刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑先增大而后減小；而在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢(shì)。同理，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當(dāng)噴砂壓力較小時(shí)，隨著磨料比重的增加，雖然單顆粒磨料速度減小，但是單位體積內(nèi)磨料顆粒的數(shù)量增加，造成單位時(shí)間內(nèi)磨料顆粒對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)增加，所以刃口材料的去除量變大。當(dāng)磨料比重過(guò)大時(shí)，根據(jù)能量守恒可知，磨料流的速度減小很多，其中磨料顆粒的速度大幅降低，不僅減少了單顆粒磨料材料的去除量，也使單位時(shí)間內(nèi)磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)減少，進(jìn)一步減少材料去除量，使得刃口半徑隨著磨料比重的增加先增大后減小。當(dāng)噴砂壓力較大時(shí)，隨著磨料比重的增加，在單位時(shí)間內(nèi)增加的磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)所增加的材料去除量要多于單顆粒磨料速度降低而減少的材料去除量?？偟膩?lái)說(shuō)，單位時(shí)間內(nèi)材料去除量增加，因此在較大噴砂壓力下，刀具的刃口半徑隨著磨料比重的增加而增加。

(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s

圖2  刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)

(2)微噴砂處理對(duì)刃口線粗糙度的影響

圖3是硬質(zhì)合金刀片YT15經(jīng)過(guò)微噴砂刃口鈍化處理前后的切削刃形貌。采用微噴砂工藝參數(shù)：噴砂壓力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，噴砂時(shí)間T=30s。通過(guò)測(cè)量得到切削刃的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。

圖3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片的切削刃形貌

可以發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口輪廓由原來(lái)的r=6μm銳刃變成r=27μm的圓弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口線粗糙度Ra由原來(lái)的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來(lái)的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時(shí)產(chǎn)生的微觀缺陷，改善了刃口質(zhì)量。

表3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數(shù)對(duì)比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗(yàn)時(shí)硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口線粗糙度的分布情況?？梢缘贸觯操|(zhì)合金YT15刀片的刃口線粗糙度為0.3-0.8μm，滿足刀片的刃口粗糙度要求。

圖4  硬質(zhì)合金刀具YT15刃口線粗糙度分布

(3)微噴砂刃口材料去除機(jī)理研究

刀片的微噴砂過(guò)程實(shí)質(zhì)上是高速磨料射流沖擊材料表面，實(shí)現(xiàn)材料的去除。其材料去除機(jī)理主要?dú)w結(jié)為磨料顆粒對(duì)材料的去除方式。對(duì)于脆性材料，其去除機(jī)理往往不只有脆性去除，還包括磨料顆粒的微剪切引起的塑性去除。

圖5是硬質(zhì)合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數(shù)M=320、噴砂時(shí)間T=20s和磨料比重W=0.1時(shí)的刃口形貌?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)微噴砂處理后，刀具出現(xiàn)了圓弧刃口，對(duì)其圓弧刃口的區(qū)域A進(jìn)行放大，可以觀察刃口材料去除形成的微觀形貌。通過(guò)區(qū)域B可以看出，其硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相的去除多為由裂紋擴(kuò)展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對(duì)于硬質(zhì)相的沖擊作用，使之產(chǎn)生徑向裂紋和側(cè)向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進(jìn)而造成側(cè)向裂紋的擴(kuò)張形成網(wǎng)狀裂紋，達(dá)到材料的去除。對(duì)于C區(qū)域的觀察，也可以發(fā)現(xiàn)刃口材料上存在磨料顆粒的刻劃痕跡，這主要是由于具有鋒利刃口的白剛玉磨料顆粒對(duì)工件材料的微切削作用導(dǎo)致。由于刀具材料中除硬質(zhì)相成分外，還包括粘結(jié)相，其微切削作用相對(duì)于粘結(jié)相更為明顯，粘結(jié)相材料先于硬質(zhì)相去除，使得硬質(zhì)相成分顯露出來(lái)。因此微噴砂處理硬質(zhì)合金刀具YT15的材料去除機(jī)理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致硬質(zhì)相材料的脆性去除，還包括磨料顆粒的微切削作用引起的材料塑性去除。

圖5  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂刃口形貌SEM圖

小結(jié)

微噴砂處理可以對(duì)硬質(zhì)合金刀具YT15刃口進(jìn)行有效鈍化，形成一定圓弧半徑的刀具刃口。研究表明，刃口圓弧半徑隨著微噴砂時(shí)間和噴砂壓力的增加而增大。對(duì)于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減??；在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢(shì)。微噴砂處理可有效改善硬質(zhì)合金刀具YT15的刃口質(zhì)量，消除微觀缺陷，降低刃口線粗糙度，在結(jié)構(gòu)上對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化。硬質(zhì)合金刀具YT15刃口材料的去除機(jī)理，包含由裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致硬質(zhì)相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。