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切斷刀（dāo）操作的技術要求

2013-12-9 來源：數控機床市（shì）場網作者：

在現代金屬加工中，在具有（yǒu）複雜棒料進給機構的自動化設備或最先進（jìn）的CNC機（jī）床上可以進行切（qiē）斷加工。但如果切斷刀（dāo）片的硬質合金（jīn）牌號選擇不當，可能會導致停工（gōng）、刀具損（sǔn）壞、刮削工件，甚至破壞機床。

為獲得理想的切（qiē）斷效果（guǒ），需要詳細了解切斷機理。其中（zhōng）的許多變量必須加以考慮：(1)工件材料和形（xíng）狀；(2)機床（chuáng）；(3)與（yǔ）零件中心軸線（xiàn）相關的切削刃；(4)刀片和斷屑器的類型；(5)硬質合金牌號和塗層；(6)影響刀具壽命的其他切削條（tiáo）件。本文主（zhǔ）要（yào）討論前三個變量。

1．工件材料和形狀

為簡（jiǎn）化問題，這（zhè）裏討論三種最普通的工件形狀——實心、空心和要求斷續切削的不規則形狀(如方型和六角型材料和壁厚不一致的空心材料)。

材料（liào）一般分為7種類型，為簡化問題，這裏分為三類。

第一類為要求使（shǐ）用鋒利的正前角（jiǎo）切削刃進行（háng）切削的材料。它（tā）包括高溫合金、鈦合金、鋁材、塑料和其他非鐵金屬以及奧（ào）氏體不（bú）鏽鋼。鋒利的切削刃（rèn）能防止這些材料的工作硬（yìng）化。例如（rú），鋒利的切削刃允許使用高的切（qiē）削速度和進給量，並能整齊地切斷矽鋁合金而不會留下卷邊。同樣（yàng）它也適合於大（dà）多數非金（jīn）屬材料（liào）(如塑（sù）料、尼龍和其他軟的免於加工的材料)。

第二（èr）類為要（yào）求使用零前角或負前角切削刃進行切削（xuē）的材料（liào）。它包括標準的碳鋼、合金鋼和鑄鐵。零前角或負前角可以增加切削刃的強度，並允許采用更大的進給速度以（yǐ）及防止斷續（xù）切削時切削刃的破壞。對於大多數產生連續長（zhǎng）切屑的材料（liào），應采用這種零前角或（huò）負前角的刀具，它也是工業生產中最經常使用的類型。

第三類包括那些要求使用帶斷屑器的刀（dāo）具進行加（jiā）工的材料，斷屑器的類型（xíng）將在後（hòu）麵討論。這些材料在正常的切削速度和進給率條件下，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。

機床在加工時通常要求使用（yòng）斷屑器。當用（yòng）低的（de）額定進給速度加（jiā）工軟的低碳鋼和合金鋼時（shí），通（tōng）常會產生（shēng）不希（xī）望出（chū）現的長切屑，因（yīn）此要求操作者經常停機來清除切屑（xiè）。這（zhè）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（yòng）非常低的切削速度加工一些種類的高溫合金時，也會產生同樣（yàng）的問題。

當選擇切斷（duàn）刀（dāo）片時，刀片的幾何角度可采用與車削甚至（zhì）銑削用刀片相同的角度。通常如果用大正前角車削（xuē）或銑削刀片加工一種材料，當（dāng）進行切斷操作（zuò）時，可（kě）選擇相同的幾何角度。

2．機床

有效切斷操作的關鍵是能夠控製切削速度和進給率（lǜ）。兩者正確的（de）組合將（jiāng）延長刀具壽命（mìng），保持加工尺寸的穩定性以及有（yǒu）效控製切屑。所（suǒ）用的機床（chuáng）(其型式和特（tè）征（zhēng）)在很大程度上決定了使用者能在多大（dà）程度上控製切削參數。

這裏機床被分為兩類：CNC和非CNC機床。自動化設備是（shì）大批量生產（chǎn）最常用的形式。在使用（yòng）切斷刀具（jù）時，這可（kě）能將產生一些重要的問題。

當一把刀具以最低的進給（gěi）速度正常工作（zuò）時，這時可確定機床所能采用的最大轉速。由（yóu）於在自動化（huà）生（shēng）產中，一些刀具在幾個不同的位置同時進行（háng）切（qiē）削，因此在加工中對（duì）切削速度和進給率幾乎不能調節。例如，一支高速鋼麻花鑽或成形工具在其中的一個位置工作時，它的最優切削速度將決定（dìng）所有別的刀具的切削速度，這個速度對於大多數硬質合金刀具來說太低。新型自動化設備允許操作者更多地控製進給速度。有些CNC型自動化（huà）設備幾乎（hū）可對整個切削循環給予完全的控製。

被使用的機床將決定硬質合金刀片的牌號、斷屑器和切削刃型式。對於傳（chuán）統的（de）自動化設（shè）備來說（shuō），需要選擇韌性較好的硬質合金牌號。低於（yú）正常切削速度的硬質合金刀具（jù）將在這些設備上進行試驗。

超微細硬質合金牌號已大大改進了自動化設備用切斷刀具的性能。它們既有（yǒu）與高速鋼同樣的強度（dù），又具有與硬質合金同樣好的耐（nài）磨性。

另外一種可進行切斷操作的機床是CNC車床。它通常裝備了以（yǐ）大批（pī）量生產為目（mù）的的棒料進給（gěi）機構或類似的（de）裝置。這（zhè）種機床有許多優點，其中最重（chóng）要的就是在切削循環中，它能對切削速度和進給率實行完全的控製。這（zhè）樣就可使用切（qiē）削速度高的（de）硬質合金刀片高效地工作。但必須注意（yì），切削速度和進（jìn）給率應在製造商推薦的範圍內。

CNC機床易於編（biān）程和改變以適應加工不（bú）同（tóng）零件的需（xū）要。因此（cǐ），它們是較短行程切斷操作的優選類型，其良好（hǎo）的調節切削速度和進給率的能力也有助於控製切（qiē）屑和增加刀具壽命的一致性。

3．正（zhèng）確的安（ān）裝

當使用硬質合金進行切斷操作時，正確（què）安裝刀具是非常重（chóng）要的（de）。如果切削刃和工件接觸位置不正確，刀具（jù）可能崩刃或者損壞（huài）工件，有時（shí）甚至損壞機床。

兩（liǎng）個最普遍的問題就是（shì）切斷刀具不垂直（zhí）於工件或切削刃相對於工件中心軸線安裝得太（tài）高或太低（dī），它們對刀具壽命、切（qiē）屑控製和是（shì）否能保（bǎo）持垂直和平穩的切（qiē）斷將產生較大的影響，也將導致在加工完的零（líng）件表麵上留（liú）有凸、凹表（biǎo）麵。如果這些問題非（fēi）常（cháng）嚴重，刀具將會失效。

為保證刀具垂直於工件，操作者應遵守一個簡單（dān）的（de）安裝過程。首先仔細清潔鎖緊區域並將切斷工具安裝在六角轉塔上。然後（hòu）用一指示表測量長度為100mm的行（háng）程上的刀具偏差，該偏差不應超過1mm。

通常檢測刀（dāo）具是（shì）否垂（chuí）直的（de）一個方法是檢查產生的切屑。如果工件產生的切屑以長絲狀流（liú）向一側，這可能是刀具安裝不正確。另一（yī）現象是切斷刀（dāo）片圓角處的提前磨損，這表（biǎo）明刀片的（de）一麵比（bǐ）另一麵承受著更多的壓力。

如果加工中刀具性（xìng）能（néng）或生產的零（líng）件質量發生變化，請（qǐng）遵循（xún）前（qián）麵提到的安裝步驟。有時刀具一點輕微的碰（pèng）撞也會引起偏差。因此，在安裝後盡早檢查切斷（duàn）工（gōng）具的切削條件是一個（gè）好的辦法，這樣做可有助於識別和（hé）防止嚴重的刀具失效。

在切斷（duàn）刀具（jù）安（ān）裝中（zhōng），另外一個主要考慮（lǜ）的問題是切削刃相對於工件軸（zhóu）線（xiàn）的（de）位置。刀片安裝不正確將引起一係列（liè）問題，其中最常見的（de）是刀具提（tí）前磨損和突（tū）然失效、差的切屑（xiè）形式、差的側麵粗糙度和振動。由於有時查明切削刃的實際位置很（hěn）困難，因此這些（xiē）問題將進（jìn）一步惡化。在老式的手動和自（zì）動機床上，這（zhè）些現象更是經（jīng）常發（fā）生。

製造商（shāng）設計的大多數硬質（zhì）合金刀片，使（shǐ）用時需安裝得略高於工件中心軸（zhóu）線。這（zhè）個位置有利於使用焊接斷屑器並（bìng）保證刀片可靠地（dì）裝夾在刀杆上。

當刀片安裝得（dé）略高於中心時，切向力可（kě）以作（zuò）用在更大的刀（dāo）片麵積上。這會增加刀具的強（qiáng）度並使刀片牢（láo）固地定位在（zài）刀槽中。

另外（wài），當切削刃（rèn）和工件之間的角度確定後（hòu），硬質合金切斷刀片往往（wǎng）被設計為使其強度和堅固性最大化。如果刀片高於中心線太（tài）多，刀片後角將減小。致使後刀麵上（shàng）半部分與（yǔ）工件（jiàn）發（fā）生磨擦，因此在切削區將產生大量的熱。反過來，這會（huì）引起刀（dāo）片提前磨損和工件冷作硬化。這種情（qíng）況最通常的標誌是，在短期切削後刀片（piàn）有過度的後刀麵磨損。

低於中心線的（de）刀片將產生更（gèng）多的問（wèn）題。當刀片低於中心線時，後角將增大。這使得很小的刀尖部分將承（chéng）受（shòu）全部的切削力，從而（ér）縮短刀具壽命和增加刀具突然失效的可能性。

低於（yú）中心線的刀片帶來的（de）另一個問題是刀片不規則（zé）的偏離。隨著大（dà）部分切削力作（zuò）用於刀尖（jiān），它趨向於振動和（hé）反（fǎn）彈，這種不規則運（yùn）動將對刀具壽命產生影響，通常以切削刃前部斷屑的形式出現。它（tā）將在零件槽的底部和（hé）側麵產生振動痕跡和較差（chà）的表麵粗糙度。

使用低於中（zhōng）心線的（de）刀片的一（yī）個最嚴重的後果是刀片（piàn）被拉出。當刀片接觸整體棒料時，零件的旋轉實際上會將刀片拉出（chū）刀槽（cáo）；零件（jiàn）中心的殘留毛刺堆積（jī）在切削刃上，當零件繼續旋轉時，會將刀片拉（lā）出（chū）刀槽。

如果這種情況沒有被及時（shí）判斷，刀夾將在加（jiā）工下一個零件時損壞（huài），並可能導致（zhì）機床和被加工零件受（shòu）到損壞。這意味（wèi）著浪費時間。即使刀片未被拉（lā）出刀夾，通過切削刃頂（dǐng）部旋轉的毛刺也可能導致刀具損壞。

因為這些（xiē）原因，需要防止切斷工具的切深（shēn）超過工件中心部分。在過中心點後，實際的旋轉（zhuǎn）方向（xiàng）相反（fǎn），產生的切削（xuē）力（lì）可能將刀片拉出（chū）刀夾（jiá）。同時，這種旋轉將摩擦刀片後刀麵（miàn），引起刀片提前磨損。

為克服刀片拉出問題，許多切斷刀具製造商正在采用由ISCAR公司（sī）在70年代早期提出的自動夾緊概念（niàn）。這種方法不需要（yào）螺釘和（hé）杠杆（gǎn）來定位和夾緊刀片，它依（yī）靠旋轉和刀具壓力將刀片定位在楔形刀槽內。這樣，在無壓緊裝置的條件（jiàn）下，刀具的切削深度幾乎可不受限製，刀夾和刀片的類型是安裝時使刀具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體和刀板係統（tǒng）。它包括一（yī）個安裝在機床夾（jiá）頭中的鎖緊刀體和（hé）一個可更換的用於安裝合金刀片的雙麵刀（dāo）板，刀板上有一個自鎖刀槽。

T型切斷刀是—種兩種刀片和（hé）刀板的組合型式，采用簡（jiǎn）單的楔形鎖緊（jǐn）。在刀片的頂部和底麵有與刀板相匹配的（de）斜麵（miàn）。刀片由刀板產生的彈力楔緊並保持在刀槽中。在某些（xiē）條件下，刀（dāo）片可能被進（jìn）一步壓入刀槽中（zhōng），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（de）刀槽（cáo）可能引起這種現象的發生。

在F型切斷刀具中，刀片和（hé）刀板有—固定（dìng）的定位槽。一（yī）個定（dìng）位（wèi）塊被焊接在刀片上，與支撐（chēng）刀板的（de）頂麵接觸。一旦刀片被安（ān）裝在刀槽中，它將保持在固定的位置上。

任何（hé）刀片和刀板的組（zǔ）合都應使切屑順（shùn）利地從切削區排出。若在（zài）零件（jiàn）切斷之前，切屑堆積並侵入槽（cáo）中，刀片就很可能再次切削這些切屑，並會（huì）突然失效。如果切屑劇烈地摩擦刀板，將會產生大量（liàng）的熱，這也會造成疲勞和加速失效。

所有的硬質合金切斷刀具製造商都提供其（qí）產品的中（zhōng）心高。所以應嚴格遵守製造商的推薦值。

刀片的幾何尺寸和（hé）刀夾（jiá）的型式對中心高均有影響。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（yòng）:中心高=0.8mm×寬度+0.025mm。

在進行切斷加工時，要切記切削刃安裝在中心高（gāo）上或略高於中心高。那（nà）些使用（yòng）高速鋼切斷刀（dāo）或類似工具的操作者和安裝人員經常認為這些刀具低於中心高時工作（zuò）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。

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