修光刃刀片在大直徑車削加工中的應用

柏長友，劉亞川

(寧夏共享精密加工有限公司，寧夏 銀川 750021)

0 引言

在正常的車削加工中，為了獲得更高的加工效率，往往通過提高轉速、增大切深和增加進給量來實現。但是在大直徑車削加工中，大型機床設備的轉速和精加切深不變的情況下，在表面質量一定的前提下很難再進一步提高加工效率，所以在現有工況無法改變的情況下，需要考慮使用新的刀刃結構來實現切削效率的提升。修光刃刀片的使用，可以進一步提高切削加工效率，并且在一定程度上實現了“以車代磨”的加工方式，減少了精加工中采用小進給量和小切深的加工次數，為實現高效車削加工提供了獨特的解決方案。

因為大直徑工件加工不可能如小工件加工那樣采用上千的轉速，所以在大直徑工件切削中提高效率最關鍵的參數還是進給量fn,而修光刃就是采用提高進給量fn的方法從而提高了生產率。大直徑工件的精加工甚至高粗糙度的磨削加工中，以較好的工件表面質量打底，可以減少精加工和磨削次數，從而提高精加工和磨削的效率。

1 修光刃概念

修光刃[1]是主切削刃和副切削刃的過渡，其主要作用是增加刀尖抗沖擊能力和降低加工件表面粗糙度。裝刀時必須保證刀桿與進給方向平行或垂直，且修光刃長度δ要大于進給量fn，這樣才能起到修光的作用，圖1為普通刀片和修光刃刀片的幾何形狀。

根據表面粗糙度Ra的定義[2]，Ra就是刀尖切削工件的過程中，在工件表面所形成凹凸不平的面(如圖1所示)。此外，表面粗糙度的理論值可以通過下式算出：

Ra=fn2/(8r).

(1)

其中：r為刀尖半徑。

根據式(1)可以看出，減小進給量fn或增大刀具圓角半徑r，都可以減小表面粗糙度值，但前者會降低生產效率，而后者會增大切削力，所以只有在保證生產效率和工件穩固的前提下，盡可能地增大刀尖圓角半徑r，才能達到降低表面粗糙度值的目的。

圖1 普通刀片和修光刃刀片的幾何形狀

2 修光刃的結構分析

如圖1(b)所示的修光刃刀片，刀尖圓角大小不變，刀尖圓角后方延伸的近似直段部分就是修光刃部分，在加工中修光刃部分會削平刀尖加工產生的凹凸面中的凸起部分，使加工后的凹凸面只剩余凹面。粗糙度簡單理解就是平面上凹凸部分的平均值，所以在同等情況下，去除凸起部分的表面比未去除凸起部分的表面粗糙度值低。

3 進給量改變對加工效率和加工質量的影響分析

3.1 進給量改變對加工效率的影響

在圖2所示的大直徑工件車削實例中，工件材料為普通碳鋼，工件直徑為Φ2 413 mm，切削深度ap=1.2 mm，切削速度vc=170 m/min，分別使用修光刃刀片與普通刃刀片，通過改變進給量fn得到進給量與表面粗糙度的關系，如圖3所示。

由圖3可知：在同等切削參數下，修光刃刀片加工工件所獲得的表面粗糙度Ra是普通刀刃刀片加工工件的表面粗糙度Ra的一半左右，而且隨著進給量fn的增大，這種效果會越來越明顯；換個角度來說，以獲得表面粗糙度Ra1.8為例，使用修光刃刀片的進給量fn=0.4 mm/r，而使用普通刀片的進給量fn=0.15 mm/r，充分說明采用修光刃刀片代替普通刀片可以實現加工效率倍增的效果。

3.2 進給量改變對加工表面質量的影響

在圖2所示的大直徑工件車削實例中，工件材料為普通碳鋼，工件直徑Φ2 413 mm，切削深度ap=1.2 mm，切削速度vc=170 m/min，分別使用不同型號的修光刃刀片(WMF型號修光刃刀片圓角為R1.2，修光刃長度δ=0.8 mm；WM型號修光刃刀片圓角為R0.8，修光刃長度δ=0.6 mm)，通過改變進給量fn得到試切表面粗糙度對比，如表1所示。

圖2 大直徑工件車削實例

圖3 普通刃刀片和修光刃刀片加工件表面粗糙度對比

表1 試切表面粗糙度對比

分析表1中的數據可知：在較小進給量(fn<0.3 mm/r)下，采用兩種修光刃刀片所獲得的粗糙度值Ra基本相當且基本呈線性規律變化；隨著進給量fn的增大，當進給量fn>0.4 mm/r后，WM刀片的粗糙度值開始明顯增大，當進給量fn>0.6 mm/r后，WMF刀片的粗糙度值開始明顯增大，這是由于隨著進給量fn的不斷增加，刀尖圓弧延伸的修光刃長度起不到修光的作用，造成粗糙度值明顯增大。

因此，只有當進給量fn滿足條件13δ

4 使用修光刃刀片加工的注意事項

在大直徑工件切削上，使用修光刃刀片可以帯來十分明顯的經濟效益，但是由于修光刃刀片刀刃部分的特殊形狀，導致了在使用過程中應當注意以下幾點：

(1) 斜面和圓弧加工中起不到修光的作用。限于修光刃刀片刀刃部分的特殊結構，修光刃刀片只能用于平行于工件軸線方向(外圓車削或內圓車削)和垂直于工件軸線方向上(車端面)的加工，在倒斜角和倒圓角上就沒有修光作用，表面粗糙度與使用標準刀片時幾乎相同，因此在這種加工中一定要注意此部分。

(2) 工件裝卡必須牢固。根據修光刃刀片刀刃部分的結構可以看出，修光刃刀片上的修光面與工件接觸部分明顯增大，所以產生的切削力要比普通刀片高出5%～10%左右，因此修光刃刀片不宜用于裝卡不牢固或者薄壁工件的加工，以免工件產生振動，導致加工出的工件表面質量更差。

(3) 合理選擇進給量fn。使用修光刃刀片時應盡量選擇合適的進給量，合適的進給量取決于修光刃刀刃部分的結構。如圖1(b)所示，修光刃刀片有近乎平直的修光刃長度δ，因此與工件的接觸面較長，進給量過小就會產生連續磨削現象，導致刀尖溫度升高較快，有較大可能產生積屑瘤。以圖1(b)中所展示的某品牌修光刃刀片為例，修光刃部分長度δ=0.6 mm,加工時的進給量fn應該在0.4 mm/r左右，這樣既能獲得修光刃的修光效果，又能減少磨削現象。因此，選擇合適的進給量不僅可以加工出較好的工件表面，還可以減小刀片磨損以保持較高的經濟效益。

5 結束語

隨著制造業市場競爭日趨激烈，尤其是大直徑工件的切削效率越來越值得提升，在現有工況下，使用修光刃刀片可以在不降低表面質量的情況下達到提高產品加工效率的目的[3]。隨著切削技術快速發展，高速切削、硬切削、干切削繼續快速發展，應用范圍在迅速擴大，面對復雜多變的應用場合和加工條件，刀具制造商應大力研發針對性更強的刀片槽形結構、材料及相應配套刀具取代通用的槽形、材料的刀片及刀具。

本文根據修光刃刀片在大直徑工件上切削的實際應用分析，對修光刃刀片的用法及注意點進行了總結，供廣大技術人員學習、參考，從而更好地改善修光刃刀具的切削性能，也希望有更多的人分享新刀具的應用分析。