(wo)數(shù)控刀架的設(shè)計,wo,數(shù)控,刀架,設(shè)計 如何選用車刀架及其原理： （1）.切削角(Cutting edge angle)：切刃與工件接觸線所成之角，亦稱導(dǎo)角。 ：盡可能使用大切削角，以延長刀片壽命。 ① 選用大導(dǎo)角切削之優(yōu)缺點： 優(yōu)點：ⅰ 切削時，切削之寬度較寬，而較薄之切屑亦使切刃單位受力減少，可大幅提高進刀速率。不必怕因超負荷，而致切刃損壞。 ⅱ 散熱效果優(yōu)，切刃不易磨損，提高刀片壽命。 ⅲ 圓鼻半徑處，不易損壞，以0°之導(dǎo)角切削時，因所以切削負荷，皆由刀鼻承受，故容易損壞。 缺點：ⅰ 工件有直角之軸肩時，無法使用。 ⅱ 推送力方向會產(chǎn)生變化，導(dǎo)角為0°時，推送力既無切削力，若導(dǎo)角大于0°時，推送力會分成兩分力，既切削力與徑向力，徑向力對于震動會產(chǎn)生很大之影響。震動是因變形而產(chǎn)生之變形量又隨徑向力之增加而增加，故徑向力增加，震動亦隨之增加。反之，切削力因作用于軸向，故對震動影響最小，幾乎無影響。 注： 通常工件無尾座支撐時，若長度比直徑大4倍以上，或者有尾座支撐，但長度比直徑大8倍以上時，最易發(fā)生震動現(xiàn)象，此時如使用大導(dǎo)角刀具，需多加考慮。 (2). 斜面角（Roke angle）：由邊斜面角，背斜面角及導(dǎo)角所形成，有正，負之分。 ①．選用負斜面角之利弊：ⅰ 切削時，切屑推向工件表面，容易傷及工件表面，大都用于粗加工，目前因斷屑槽發(fā)展多樣化，已漸漸改善此問題。 ⅱ 強度佳，不易斷裂，當機器有足夠馬力時，可切削高強度合金鋼。 ⅲ 可作斷續(xù)及重力切削。 ⅳ 切削阻力大，機器需要有較大之馬力。 ⅴ 降低成本，可用之切刃比正斜面角刀片，多一倍。 ②．選用正斜面角之利弊：ⅰ 切削時，使切屑容易離開工件，獲得光滑表面。 ⅱ 斷屑槽變化少，不易斷屑，適用于軟鋼及非金屬。 ⅲ 切削阻力小，但刀尖易破損。 刀柄之選擇： ①． 功用：ⅰ 提供刀片之刀刃緣接觸刀工件之中心線，并產(chǎn)生正確之斜面角 與逃角(Clearance angle) ⅱ 提供刀刃緣足夠之支持力，使切削阻力所產(chǎn)生之變形，減至最低 ②． 使用方法：ⅰ 一般外徑加工所產(chǎn)生之刀具變形，幾等于零，故不予細論。 ⅱ 刀具變形與搪刀架之直徑的四次方根成正比，如搪刀直徑增為原來兩倍，則其變形量只為原來之1/16。 ⅲ 在使用搪刀時，應(yīng)就所加工之尺寸，選用最大之搪刀柄，但要維持工件內(nèi)徑之間隙及切屑排除之去路。在此建議，搪刀架與工件內(nèi)徑之間隙，每邊在4mm以上，但如要用4mm以下之間隙時，可能只有下列情況才會成功。 A． 貫穿孔加工 B.加工深度2×D以內(nèi)C.斷屑效果佳D.使用冷卻液,清除切屑E加工短屑材質(zhì)F.使用沒有Clamp Set之搪刀架,亦即P形鎖固. ⅳ 減少懸空長度,刀具變形量與懸空長度之三次方根成反比,如懸空長度減為原來之一半,則變形量減為原來之1/8.懸空之長度,亦影響震動,表面粗糙度及尺寸之控制. ⅴ 刀柄材質(zhì)之選擇:刀柄之材質(zhì)也關(guān)系到刀具變形量,雖沒像刀柄尺寸或懸空長度影響那么大,但若以碳化鎢刀柄取代鋼質(zhì)刀柄,則可減少變形量63%. ⅵ 刀柄材質(zhì)與伸長量:A 鋼質(zhì)刀柄→4×D以內(nèi),三倍以內(nèi)效果最好 B 高速鋼柄→6×D以內(nèi),4.5倍以內(nèi)效果最好 C 碳化鎢柄→8×D以內(nèi),六倍以內(nèi)效果最好 ③.鎖固方式:ⅰ.C型→壓板固定式,正斜面角切削,切削阻力小,適用于無孔之刀片. ⅱ.P型→是利用杠桿作用,將刀片內(nèi)拉而固定之,鎖固簡單,定位精度佳,惟零件更換麻煩,另需注意刀片磨耗后,是否依然緊密鎖固. ⅲ.M型→以偏心方式,用固定螺絲將刀片內(nèi)拉而固定之,并以壓板壓制刀片,防止刀片翹起,其綜合了C型及P型之鎖固方式,亦吸取其精華,促成其耐沖擊,耐重力切削之固鎖方式,惟操作上較麻煩,需用兩根不同之扳手操作,但零件替換容易. ⅳ.E型→是利用一偏心桿,依逆時針方向,將刀片鎖定,設(shè)計簡單,操作容易,減少刀片更換時間,適用于輕/中切削,是小型車床之最佳幫手. ⅴ.W型→強力型鎖固,是利用一固定銷加一壓板,將刀片往外推而固鎖,耐沖擊及重力切削,惟刀片定位精度稍差,零件費用稍高,零件更換麻煩. ⅵ.S型→是一零件最少之鎖固方式,利用單一螺絲配合螺絲頭之斜度,以偏心方式,將刀片往內(nèi)拉而固鎖,一般用于小柄徑之內(nèi)/外徑刀. 注:為防止固定螺絲受力太大而磨損或不易開啟,請在螺絲部位及與刀片接觸之部位,抹上二硫化鉬油脂,以降低摩擦,而使刀片能輕易卸下,進而節(jié)省刀具附件之消耗. 設(shè)定切削深度及進給速率: Q(切除率)=V(切削速度)×F(進給速率) ×D(切削深度) ① 由上式中得出,切削速度,進給速率,切削深度,無論那一項增加和減少,都將影響切除速度的增減,亦會對刀片壽命產(chǎn)生影響,而其中之拿捏,端視操作上之要求,由操作者依需求,而做一適當調(diào)整. ② 假設(shè)切削深度設(shè)定在10倍于進給速率時:ⅰ. 將切削深度增加50%時,則刀片壽命將減少約15% ⅱ. 將進給速率增加50%時,則刀片壽命將減少約60% ⅲ. 將切削速度增加50%時,則刀片壽命將減少約90% ⅳ. 由于切削速度影響刀片壽命甚巨,故而在建立工作條件時,應(yīng)謹慎處理,盡量提高切削深度及進給速率,來減少工時. ③選擇最大切削深度及進給率有以下之限制: ⅰ.工件表面粗糙度,光滑,精度. ⅱ.刀片抵擋切削阻力之能力. ⅲ.工件,刀具夾持之狀況. ⅳ.加工欲流量. ④簡易設(shè)定切削深度及進給速率之方法: ⅰ.以刀片邊長的1/2為最大切削深度. ⅱ.以刀尖圓鼻半徑的2/3為最大進給速率. ⑤切削速度所受到的限制: ⅰ.刀片壽命. ⅱ.機臺之最高轉(zhuǎn)速,馬力,穩(wěn)定性. ⅲ.下列狀況必須降低切削速度,(降低之百分比,是以正常切削為基準,是一經(jīng)驗值) A. 工件長度大于4倍直徑時(未加頂心) B. 車內(nèi)孔,切槽,切斷,約降為60%(以外徑加工為準) C. 鍛件毛坯,不利夾持時,約降為60～80% D. 鑄件毛坯,不利夾持時, 約降為60～70% E. 斷續(xù)切削, 約降為60～70% F. 熱處理后加工:HRC43°以上,約降為30～40% :HRC52°以上,約降為10～30% ⑥切除率(Q)所受到之限制:ⅰ.切削加工之安全性,工件精度,刀片磨耗. ⅱ.一般切削條件參考: A.重切削→D=5～12mm F=0.4～0.8 V=90～150 B.中切削→D=2～6mm F=0.5～0.5 V=150～200 C.精切削→D=0.3～0.5mm F=0.05～0.3 V=180～250 防止振刀產(chǎn)生之對策 振刀之產(chǎn)生:切削之際,刀具與被削材間產(chǎn)生相對振動,于工件表面產(chǎn)生周期性的振紋而謂之. 原 因:切削中所產(chǎn)生的振動若與刀具或機械等原有之振動頻率結(jié)合一致時,則成為激烈振動,此時便有振刀產(chǎn)生. 對 策:1.提高或減少切削進給量試驗之. 2.減少切削量(M級刀片時,MIN 0.2MM以上) 3.刀柄伸出量于可能范圍內(nèi)盡量縮小. 4.刀尖高度對準工件中心線. 5.降低切削速度(亦可視情形提高) 6.減小隙角. 7.減小橫切刃角. 8.減小刀尖角(R 0.8→R 0.4) 9.增大斜角(以研磨式的斷屑槽為宜) 10.減少刀刃倒角量. 11.更換具有剛性的刀柄. 12.確認夾具等安裝剛性. 13.調(diào)整機械. 不銹鋼 不銹鋼系列產(chǎn)品間之差別,如表1(a)所示.其中最難以切削者為奧斯田鐵系之不不銹鋼. (a) 不銹鋼系列 (d)奧斯田鐵系 含有元素 金屬組成 1 高Cr系 Cr 13 麻田散鐵系 2 Cr 18 肥粒田鐵系 3 高Cr高Ni系 奧斯田鐵系 種類 系數(shù) SUS201 SUS202 SUS301 SUS302 SUS303 SUS303Se SUS304 SUS304L SUS305 SUS305J1 SUS308 SUS309S SUS310S SUS316 SUS316L SUS316J1 SUS316J1L SUS317 SUS317L SUS321 SUS347 SUS384 SUS385 SUSXM7 SUSXM15J1 0.43 0.43 0.86 0.86 0.50 0.50 0.57 0.57 0.64 0.64 0.64 0.64 (b)麻田散鐵系 種類 系數(shù) 種類 系數(shù) SUS403 SUS410 SUS410J1 SUS416 SUS420J1 SUS420J2 0.71 0.71 0.64 0.93 SUS420F SUS431 SUS440A SUS440B SUS440C SUS440F 0.77 0.57 0.57 0.57 (C)肥粒田鐵系 種類 系數(shù) 種類 系數(shù) SUS405 SUS429 SUS430 0.79 0.71 SUS430F SUS434 1.1 注:((b),(c),(d)的系數(shù)為材料別切削速度 之系數(shù) 各系不銹鋼與軟鋼之比較 種類 軟鋼 麻田散鐵系 SUS-410(13Cr) 肥粒田鐵系 SUS-430(18Cr) 奧斯田鐵系 SUS-304(18-8 硬度 110～165 <210 140～170 120～150 支撐點(kgf/m㎡) 25～30 >35 30 28 拉力強度(kgf/m㎡) 38～45 >55 50～60 55～65 延展性(%) 28～35 >25 37～40 55～65 熱傳導(dǎo)度 ×10-3 Cal/cmSec℃ 124 57～59 50～52 33～39 比 1 0.5 0.4 0.3 熱膨脹系數(shù) 0～200℃ ×10-5/℃ 10.5～12.6 9.0～10.0 9.0～10.8 14.5～17.5 比 1 0.9 0.95 1.6 奧斯田鐵系不銹鋼難削性之原因及其對策 Ⅰ）加工硬化 圖3(a)表示加工硬化程度,奧斯田鐵系的硬化與局部淬火鋼之硬度相近. 【對策】 A) 切深及進刀量不可變小,即使輕切削時切深量要在0.5mm以上,進刀0.07mm/rev以上,可能的話最好超過0.1mm/rev. B) 速度較普通鋼減低,重切削則依加工基本原來進行. C) 盡快更換刀片,以側(cè)面磨耗幅達到V=0.5mm之前應(yīng)更換刀片. Ⅱ)切削抵抗大 如圖3(b)背斜角20°時,顯示切削抵抗力.奧斯田鐵系時炭素鋼的二倍. Ⅲ)產(chǎn)生加工障礙之現(xiàn)象 切削時產(chǎn)生之組成應(yīng)力,在刀刃部分經(jīng)過后,會迅速反彈,撞擊刀刃,此種撞擊現(xiàn)象,會增加加工硬化之效果. 【對策】 A) 不要選用切削性不良或刃口易變形之刀刃設(shè)計. B) 使用剛性較佳的機械. C) 可能時,盡量不要作斷續(xù)切削. D) 采用斷面較大的刀桿(□20→□25→□32). E) 刀柄之突出量應(yīng)盡量減少,原則上不超出刀柄厚度之值. Ⅳ)低熱傳導(dǎo)性 奧斯田鐵系和軟鋼比較,產(chǎn)生之熱約二倍,而導(dǎo)熱性約1/3而已. 【對策】 A) 采用大斷面積之刀具,使熱容量增加(□20→□25→□32). B) 采用大背斜角(0°→5°→10°→15°) C) 大量注入水溶性切削油 ⅴ)刀刃部之溶著況象增加,引起刀具之剝損 【對策】 A) 選用耐剝損之刀具材種 B) 切削速度不能太低(50m/min以上) C) 選較大刀尖圓角R(1.2mm程度) D) 能有效處理切屑之斷屑槽 E) 在刀刃的刃口作輕微之倒角 F) 使用切削劑時,要大量且均勻的注入 超耐熱合金 耐熱合金是與STELLITE同類之材料,使用于溫度超過650℃以上之狀況,可分為Ni系,Co系及Fe系等,其切削特性與奧斯田系不銹鋼近似,均為難加工之材料. ① 分類及對照 Ni基合金 Inconel,Nimonic,Hastelloy,Waspaloy,Rone Co基合金 S-816,HS-25,J-1570,Stellite Fe基合金 Incoloy,N-155,S590 照片顯示車削耐熱合金時刀具型損傷,注意其境界磨耗異常的大,一般濕式切削效果比干式切削好的機會較大. 【推薦】 材 料 條 件 粗加工 高速 氮化矽陶瓷 KS8000 V=200m/min,d=2mm,f=0.1mm/rev,濕式,圓刀片 低速 超硬K種 K10 V=30m/min,d=2mm,f=0.1mm/rev,濕式 精加工 高速 黑陶瓷 A65 V=200m/min,d=0.5mm,f=0.1mm/rev,濕式,圓刀片 低速 超硬K種 K10 V=40m/min,d=0.5mm,f=0.1mm/rev,濕式 *STELLITE之粗加工,亦可使用KBN30S. 重點 l 盡可能使用圓型刀片,否則盡量挑鼻尖角大之刀片. l 盡可能使用大刀尖R角(如圖1,使切削深度包含于刀尖R之內(nèi)) l 使用變化境界深度之加工方式;如圖2 鈦合金 鈦及鈦合金 使用于宇宙,航空及原子能相關(guān)工業(yè)之耐蝕性,質(zhì)輕且高強度之未來形的材料. Ti合金因?qū)嶙畈罟室彩亲铍y切削之材料. ① 難削性的理由 a) 導(dǎo)熱性差,約為鋼之1/5～1/6 b) 因密度小,故工具與切屑之接觸區(qū)域非常的短,刀尖所受約為切削軟鋼二倍左右之高熱. c) 在高溫下之表面層形成含氧化物,碳化物,氮化物之表面層與刀具互相摩擦使刀具磨耗. d) 因化學的親和力高,被削物與切屑會溶接,損害加工面. e) 在空氣中熱到1200℃,會自然著火. f) 容易產(chǎn)生溶著現(xiàn)象 ② 切削條件及適合工具材料 切削速度 普通鋼之1/4程度 進刀量 盡可能的提高 背斜面 盡量加大(加工不銹鋼亦同) 切削油劑 大量注入 工具材料 超硬K種(K10～30)KS=0 Al2O3被覆材質(zhì) HSS(含Co) 切削純鈦,有很多使用鉆石工具 車削 TNGG160408R-25R 銑削 SEK42AF3NY SEK42AF3N 削材之解決 難削材加工的重點一覽表 分類 代表性被削材 主要損傷 工具形狀之選定 切削條件 高 硬 度 材 淬火鋼 激冷軋輥 硬質(zhì)鑄鐵 背斜面磨耗 剝落 欠損 橫切刃角大 逃角大 背斜角,R角大 切削速度小 進刀量小 不 銹 鋼 SUS302 SUS304 SUS310 SUS410 欠損 附著刃尖 熱磨耗 背斜面磨耗 斜角大 逃角大 R角大 切削速度小 進刀量中 切削深度中 使用切削液 耐 熱 合 金 Inconel Ninonic Hastelloy Stellite 境界損傷 剝損 熱磨耗 背斜角大 側(cè)切刃角大 R角大 切削速度小 進刀0.15以下 使用切削液 鈦 純鈦 鈦合金 磨耗 欠損 境界損傷 斜角大 背斜角大 R角大 切削速度小 進刀量大 使用切削液 含 有 硬 質(zhì) 粒 玻璃 碳棒 陶瓷 巖石 機械磨耗 逃角大 前切刃角大 R角大 切削速度小 進給量稍稍加快 合 成 樹 脂 等 F R P 木材 石棉 硬質(zhì)橡皮 熱磨耗 熱龜裂 背斜面磨耗 背斜角大 逃角大 R角大 切削速度大 進刀量大 一般鋼及合金鋼 材料記號 名稱 特長 熱處理 用途 S10C～S25C 機械制造用碳鋼 韌性大 被削性不好 滲碳淬火 鉚釘 SCM的代替 S20C～S35C ↑ 一般用 被削性良好 淬火 齒輪 軸 S40C～S45C ↑ ↑ 淬火 高周波淬火 大型軸 一般作業(yè)工具 S50C～S58C ↑ 硬度高 被削性不好 淬火 大物機械零件 SCM 鉻鉬鋼 淬火性良好 被削性良好 淬火 滲碳淬火 高周波淬火 CRANK(曲軸) 齒輪 SPINDLE(紡錘) 工作機械 SCr 鉻鋼 硬度高 耐磨耗性大 耐腐蝕性大 被削性良好 淬火 射出模頂銷 模具 SKD 合金鋼 工具鋼 硬度高 耐磨耗性大 強度大 被削性不良 淬火 模具 (壓模) (測量工具) SUJ 高碳素鉻 軸受鋼 硬且韌性大 耐磨性大 燒入性良 被削性不良 淬火 軸承 SMn 錳鋼 硬度高 耐磨耗性大 被削性不良 淬火 建設(shè)機械 SNC 鎳鉻鋼 硬且韌性大 耐腐蝕性大 被削性不良 滲碳淬火 齒輪 曲軸 管路彎頭 SNCM 鎳鉻鉬鋼 硬且韌性大 耐腐蝕性良 被削性不良 淬火性較良 滲碳淬火 淬火 渦輪葉片 齒輪 軸 旋削加工之問題對策 1-1 有關(guān)崩刃,缺損之對策 A. 刀片 1. 改用刀尖角大之刀片.(△→◇→□→○) 2. 改用鼻尖角大之刀片(R0.4→R0.8→R1.2→R1.6) 3. 改用斷屑槽背斜角小之形狀 4. 將倒角面之寬度及角度加大 5. 加大橫切刃角(15°→45°) 6. 將刀片材質(zhì)改用韌性小之刀片 B. 加工條件 1. 降低進給率 (f=0.35mm/rev → f=0.25mm/rev) 2. 減小切削深度 (d=3mm → d=2mm) 3. 速太低之情況,請?zhí)岣咔邢魉俣? (V=50m/min → v=100m/min) 4. 改用剛性高之刀柄 (柄20→柄25→柄32) 加工現(xiàn)場之利器---手(細)磨刀石 以#400之手磨刀石于刃尖處輕輕研磨幾下,可輕易提升強度.尤其石車牙,切槽及小內(nèi)徑等重重視鋒利度之情形,更須微量研磨.若因機械或工件之情況所導(dǎo)致之不穩(wěn)定現(xiàn)象,請務(wù)必現(xiàn)場嘗試以手(細)磨刀石研磨刀尖. 1-2 磨耗對策 2. 逃隙面磨耗 2.背斜面磨耗 A. 刀片 A.刀片 1. 將逃隙面加大 1.將背斜角加大. 2. 將倒角面之寬度及角度變小 2.改用較硬之刀片材質(zhì) 3. 改用較硬之刀片材質(zhì) B. 加工條件 B.加工條件 1. 提高進給率.(f=0.15mm/rev → f=0.20mm/rev) 1.降低切削速度 2. 降低切削速度.(v=300m/min → v=250m/min) 2.降低進給率 3. 減小切削深度.(d=3mm → d=2mm) 3.減小切削深度 14