刀具合理几何参数的选择是切削刀具理论与实践的重要课....doc

刀具合理几何参数的选择是切削刀具理论与实践的重要课题。中国有句谚语说:“工欲善其事,必先利其器”,刀具正是切削加工的直接作用工具,它的完善程度对切削加工的现状和发展起着决定性的作用。CIRP的一项研究报告指出:“由于刀具材料的改进,刀具的允许切削速度每隔十年几乎提高一倍;由于刀具结构和几何参数的改进,刀具使用寿命每隔十年几乎提高二倍。”这也说明了选择刀具合理几何参数的重要意义。
什么是刀具的合理(或最佳)几何参数呢?
在保证加工质量的前提下,能够满足刀具使用寿命长、生产效率高、加工成本低的刀具几何参数,称为刀具的合理几何参数。
一般地说,选定刀具几何参数的合理值问题,本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题。但是,由于影响切削加工效益的因素很多,而且影响因素之间又是相互作用的,因而建立数学模型的难度甚大。实用的优化或最佳化工作,只能在固定若干因素后,改变少数参量,取得实验数据,并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法等)进行处理,得出优选结果。
 
二、刀具合理几何参数的基本内容
 
刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容:

刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃,同时也明确了一定的切削加工条件必定对应有某种适宜的刃形。这是刀具几何构形趋于合理的一种标志。刀尖形状的变革,也是刃形变革的内容之一。
刃形直接影响切削层的形状,影响切削图形的合理性;刃形的变化,将带来切削刃各点工作角度的变化。因此,选择合理的刃形,对于提高刀具使用寿命、改善已加工表面质量、提高刀具的抗振性和改变切屑形态等,都有直接的意义。以切断刀为例(图10—1),说明改革的刃形具有多样性。图中a为左偏刃,b为右偏刃,可避免切断后工件芯部残留一段细杆,亦可防止切断终了时刀头折断;c为双过渡刃,增强了两个刀尖;d为双偏角刃,e、f、g、h、i、j为折线刃或圆弧刃,均可增加切削刃的有效长度,改善刀尖处散热条件,获得有利于排屑的切削层形状;k、l为月牙弧刃,有抗振作用;m、n为前刀面上磨出—条或几条纵向槽(搓板槽)形成的波形刃,抗振性好;o为单面阶梯打;p为双阶梯刃。这些刃形总的特点是强化了刀尖,减少单位切削刃长度上的切削负荷,排屑顺利,还有一定的抗振作用,因而在各自适宜的切削条件下均可发挥较好的作用。
图10—3所示为普通的平直切削刃切断刀与双阶梯刃切断刀(图10—2)的切削力实验曲线。这是刃形对比实验研究的一个适例。
进行实验的双阶梯刃切断刀(图10—2)和普通平直刃切断刀的刀片材料均为YT5,除刃形不同外,其他几何参数都一样。图10—3为三种不同的进给量下,两把切断刀的切入深度h对主切削力Fc的影响曲线。由图可见,随着切入深度h的增加,普通平直刃的切削力迅速上升,约为阶梯刃切削力的两倍。这是因为阶梯刃的主切削刃分为三段,切屑也相应地分成三条,切屑同切出槽形两壁之间的摩擦大大减小,即使切入较深时,也不致使切屑阻塞在刀头与切出槽形两壁之间。同时,切削液也容易注入切削区域,因此切削力和切削温度均显著减小。当切入深度增加时,阶梯刃切断刀仅仅由于切削速度降低而使切削力略有增加。实验得知,阶梯刃的切削温度同平直刃相比,约降低20%—25%,而刀具使用寿命延长了5