淺談數控機床精車刀的刃磨

在數控機床加工過程中，零件的加工精度與車刀有極大的關系。對于加工精度要求高的零件，優選車刀的幾何角度極其重要。通過對車刀的研磨，合理地選擇切削用量，可以使加工表面質量大大提高，對保證零件的加工精度起著重要的作用。

刀具企業從傳統的單純加工型企業逐步發展成為涉及刀具基礎材料、表面處理、基礎工藝和成套服務等具有綜合高科技特征的開發型企業。刀具發展的重要特征之一是專業化、復合化和多功能化，導致刀具結構日趨復雜，形狀變得十分特異。普通機床和卡具已經無法保證刀具和刀片的安裝基準和切削單元之間的空間位置精度。另外，為用戶提供綜合服務的深度和廣度日益成為衡量現代工具企業競爭力的重要標志。在傳統工具工業的生產模式下， 利用大切削量加工方式實現很高的金屬切除率，通過小的主偏角把高速進給的徑向力轉化為軸向力；用懸伸較長的刀桿對較深的模腔或外輪廓進行高效加工，通過主副切削刃之間的平緩的過渡刃，可以增加刀尖的強度，又能改善加工的表面粗糙度。為使刀片裝夾時更可靠，適應大進給量的要求，在刀片的底面設計出一個圓柱形的凸起，在安裝時與刀座凹陷的孔相配合，可承受大部分切削力，減小中間夾緊螺釘的載荷。

然而，數控車床普通車刀是機夾車刀不可替代的，普通車床在粗加工時表面能清楚地看到一條螺旋線，而精車加工一旦吃刀深度小于0.05mm時，表面就看不到螺旋線，看到的只是紊亂的表面。這是因為粗加工時切削用量大，切削力大，車刀被切削力緊緊壓住，而精車時切削用量小，切削力小，車刀不穩定，除了螺旋線外，自身還有振動，所以出現紊亂的加工表面。要解決這個問題只能增加切削力，特別是徑向切削力，它使車刀越推越緊，這也正是本文所要闡述的。數控車床更是如此，因為普通車床的絲杠是梯型螺紋，有較大的摩擦力，如圖1所示。而數控車床絲杠是滾珠的，摩擦力很小，車刀更容易振動，如圖2所示。

一、加工過程的切削力分析

數控精車刀在精車過程中要產生一個足夠的切削力來使車刀穩定。切削加工時，工件材料抵抗刀具切削所產生的阻力，稱為切削力。如圖3所示，切削加工時，在刀具的作用下，切削層、切屑和工件都要產生彈性變形和塑性變形，這些變形產生的力，將轉變的正壓力Fp和Fc分別作用于刀具的前面和刀具的后面上。同時，又因為切屑與刀具前面、工件與后面有相對運動，在正壓力作用下，會產生摩擦力Ff和Fp，分別作用于刀具的前面和刀具的后面上。把刀具前面上的力FD、FC合成為F，把刀具后面上的力Ff、Fp合成為FD，然后，再把力Ff和Fc合成為F，F就稱為總切削力。這總力的大小決定刀具的穩定，只能減小刀具的前角和后角，還可磨出負倒棱。

二、優選車刀角度的基本原則

優選車刀角度實際上是對前角、后角、主偏角、刃傾角和刀尖狀況的選擇。

1.前角的選擇

對于任何一把車刀，前角都是非常重要的，因為前角的大小，對切削的好壞關系很大。前角大時，由于切屑變形小，切削力下降，如果前角小則切削費力。根據前面分析，在特定的條件下選較小的前角和后角，以適當增加切削力。由于是精車，切削用量小，所以機床完全能夠承受，相反增大切削力有利于車刀的穩定。

2.后角的選擇

合理的后角可以減小車刀后面與工件的摩擦和車刀后面的磨損，后角太大或太小都會影響到刀頭的強度。因此，我們可以選擇較小的后角來增大切削力，為了減小后面與工件的摩擦，可采用雙重后角。

3.主偏角的選擇

主偏角直接影響著車削中的車刀壽命和車削平穩性。在進給量和背吃刀量相同的情況下，減小主偏角可使切屑變薄，主切削刃參加切削的長度增加，當主偏角減小后，會加大車削中的切削力，正是我們所需要的。

4.刃傾角的選擇

刃傾角也叫主切削刃斜角，它是車刀主切削刃和基面之間的夾角。其作用主要是影響刀頭的強度和控制切屑的流出方向。刃傾角有正值、負值或0值，當刀尖低于主切削刃時，刃傾角為負值；當高于主切削刃時，刃傾角為正值；當主切削刃與基面平行時，刃傾角為0值。

三、刀刃圓弧半徑

由于切削刃不可能是絕對鋒利的，總有刃口圓?。ㄒ妶D4），一般硬質合金刀具的刃口圓弧半徑為0.02～0.5mm，所以切削時，切削層內一層很薄的金屬切除不了，而受刃口圓弧的擠壓，發生劇烈的變形。一方面，已加工表面產生彈性復原;另一方面，這部分金屬與后刀面發生強烈的摩擦和經過擠壓變形后，使已加工表面硬度提高，這種現象稱為加工硬化。在一般人眼里這種情況是有害的，關鍵是我們要利用這一現象，有意研磨出一定的圓弧半徑，既增大了切削力，又能使表面產生剃削，再配以合理的切削用量，在數控車床上獲得良好的表面質量，經過實踐證明是完全可行的，也是筆者在研究過程中的最大收獲。

四、影響工件表面粗糙度的因素分析

1.殘留面積

工件上的已加工表面是由主、副切削刃切削后形成的，兩條切削刃在已加工表面上留下的痕跡如圖5所示。

已加工表面上未被切去部分的截面積，稱為殘留面積。殘留面積越大，高度越高，則表面粗糙度越大。從圖5可以看出，進給量、刀具主偏角、副偏角和刀尖圓弧半徑都影響殘留面積的高度。此外，切削刃的表面粗糙度大也會復印在已加工表面上。而且切削時，切削刃還會受殘流面積擠歪。因此實際的殘留面積高度比理論值大些。

2.積屑瘤

用中等速度切削塑性金屬產生積屑瘤，因為積屑瘤既不規則又不穩定，一方面一部分脫落的積屑瘤嵌入已加工表面，使加工表面形成硬點和毛刺，表面粗糙度大。

3.振動

刀具、工件或機床部件產生周期性的振動會使已加工表出現周期性的振紋，使表面粗糙度明顯增大。綜上所述，車刀刀尖要研磨出半徑0.4～0.5mm的圓弧，既能減小殘留面積， 減小表面粗糙度，又能增強刀尖強度，如圖6所示。

五、車刀的磨削與研磨

車刀切削刃刃磨的表面粗糙度應比加工零件的表面粗糙度小2～3級，這樣才能獲得較低的表面粗糙度，特別是用樣板車刀車削成型面時，車刀刃口上的不平痕跡會明顯地反映到零件表面上。因此特別要注意刀刃的刃磨與修光。車刀切削刃可用放大鏡檢驗，或按個人經驗憑手指的感覺，如果刃口呈鋸齒壯，則所車削的零件表面必然粗糙。

車刀刃磨好后要仔細研磨，車刀研磨可用油石或研磨粉進行。研磨硬質合金車刀時用炭化硼，當用油石研磨時，油石應與車刀被研表面緊緊平貼，并沿與刀刃平行的方向平穩移動，推時用力，回來時不用力，不能沿與刀刃垂直的方向上下移動，這樣會影響切削刃的鋒利，刀尖易于研鈍；車刀研磨后，用放大鏡或目測砂輪刃磨后的殘面痕跡消除；檢查切削刃是否有缺口、鋸齒狀等缺陷；表面粗糙度達0.8μm;車刀幾何角度是否符合加工要求。

盡管市場上已經有形成配套的機夾數控車刀，它們具有良好的、穩定的切削性能和較高的壽命，能快速、自動更換并實現了標準化、系列化、模塊化，但仍然不能完全滿足需要。手工刃磨的車刀依然有它存在的價值，是機夾數控車刀不可替代的，有著廣泛的應用前景。此車刀成功地利用了切削力和刀尖圓弧半徑，把不利因素轉化為有利因素。

（作者單位：中山市技師學院）