如何选用车刀架及其原理.docx

1、如何选用车刀架及其原理如何选用车刀架及其原理 作者： 日期： 如何选用车刀架及其原理：（1）.切削角(Cutting edge angle)：切刃与工件接触线所成之角，亦称导角。 ：尽可能使用大切削角，以延长刀片寿命。1 选用大导角切削之优缺点： 优点： 切削时，切削之宽度较宽，而较薄之切屑亦使切刃单位受力减少，可大幅提高进刀速率。不必怕因超负荷，而致切刃损坏。 散热效果优，切刃不易磨损，提高刀片寿命。 圆鼻半径处，不易损坏，以0之导角切削时，因所以切削负荷，皆由刀鼻承受，故容易损坏。 缺点： 工件有直角之轴肩时，无法使用。 推送力方向会产生变化，导角为0时，推送力既无切削力，若导角大于0时，

2、推送力会分成两分力，既切削力与径向力，径向力对于震动会产生很大之影响。震动是因变形而产生之变形量又随径向力之增加而增加，故径向力增加，震动亦随之增加。反之，切削力因作用于轴向，故对震动影响最小，几乎无影响。 注： 通常工件无尾座支撑时，若长度比直径大4倍以上，或者有尾座支撑，但长度比直径大8倍以上时，最易发生震动现象，此时如使用大导角刀具，需多加考虑。(2). 斜面角（Roke angle）：由边斜面角，背斜面角及导角所形成，有正，负之分。 选用负斜面角之利弊： 切削时，切屑推向工件表面，容易伤及工件表面，大都用于粗加工，目前因断屑槽发展多样化，已渐渐改善此问题。 强度佳，不易断裂，当机器有足

3、够马力时，可切削高强度合金钢。 可作断续及重力切削。 切削阻力大，机器需要有较大之马力。 降低成本，可用之切刃比正斜面角刀片，多一倍。 选用正斜面角之利弊： 切削时，使切屑容易离开工件，获得光滑表面。 断屑槽变化少，不易断屑，适用于软钢及非金属。 切削阻力小，但刀尖易破损。刀柄之选择：1 功用： 提供刀片之刀刃缘接触刀工件之中心线，并产生正确之斜面角 与逃角(Clearance angle) 提供刀刃缘足够之支持力，使切削阻力所产生之变形，减至最低2 使用方法： 一般外径加工所产生之刀具变形，几等于零，故不予细论。 刀具变形与搪刀架之直径的四次方根成正比，如搪刀直径增为原来两倍，则其变形量只为

4、原来之1/16。 在使用搪刀时，应就所加工之尺寸，选用最大之搪刀柄，但要维持工件内径之间隙及切屑排除之去路。在此建议，搪刀架与工件内径之间隙，每边在4mm以上，但如要用4mm以下之间隙时，可能只有下列情况才会成功。A 贯穿孔加工 B.加工深度2D以内C.断屑效果佳D.使用冷却液,清除切屑E加工短屑材质F.使用没有Clamp Set之搪刀架,亦即P形锁固. 减少悬空长度,刀具变形量与悬空长度之三次方根成反比,如悬空长度减为原来之一半,则变形量减为原来之1/8.悬空之长度,亦影响震动,表面粗糙度及尺寸之控制. 刀柄材质之选择:刀柄之材质也关系到刀具变形量,虽没像刀柄尺寸或悬空长度影响那么大,但若以

5、碳化钨刀柄取代钢质刀柄,则可减少变形量63%. 刀柄材质与伸长量:A 钢质刀柄4D以内,三倍以内效果最好 B 高速钢柄6D以内,4.5倍以内效果最好 C 碳化钨柄8D以内,六倍以内效果最好 .锁固方式:.C型压板固定式,正斜面角切削,切削阻力小,适用于无孔之刀片. .P型是利用杠杆作用,将刀片内拉而固定之,锁固简单,定位精度佳,惟零件更换麻烦,另需注意刀片磨耗后,是否依然紧密锁固. .M型以偏心方式,用固定螺丝将刀片内拉而固定之,并以压板压制刀片,防止刀片翘起,其综合了C型及P型之锁固方式,亦吸取其精华,促成其耐冲击,耐重力切削之固锁方式,惟操作上较麻烦,需用两根不同之扳手操作,但零件替换容易

6、. .E型是利用一偏心杆,依逆时针方向,将刀片锁定,设计简单,操作容易,减少刀片更换时间,适用于轻/中切削,是小型车床之最佳帮手. .W型强力型锁固,是利用一固定销加一压板,将刀片往外推而固锁,耐冲击及重力切削,惟刀片定位精度稍差,零件费用稍高,零件更换麻烦. .S型是一零件最少之锁固方式,利用单一螺丝配合螺丝头之斜度,以偏心方式,将刀片往内拉而固锁,一般用于小柄径之内/外径刀.注:为防止固定螺丝受力太大而磨损或不易开启,请在螺丝部位及与刀片接触之部位,抹上二硫化钼油脂,以降低摩擦,而使刀片能轻易卸下,进而节省刀具附件之消耗.设定切削深度及进给速率: Q(切除率)=V(切削速度)F(进给速率)

7、 D(切削深度)1 由上式中得出,切削速度,进给速率,切削深度,无论那一项增加和减少,都将影响切除速度的增减,亦会对刀片寿命产生影响,而其中之拿捏,端视操作上之要求,由操作者依需求,而做一适当调整. 假设切削深度设定在10倍于进给速率时:. 将切削深度增加50%时,则刀片寿命将减少约15% . 将进给速率增加50%时,则刀片寿命将减少约60% . 将切削速度增加50%时,则刀片寿命将减少约90% . 由于切削速度影响刀片寿命甚巨,故而在建立工作条件时,应谨慎处理,尽量提高切削深度及进给速率,来减少工时.选择最大切削深度及进给率有以下之限制: .工件表面粗糙度,光滑,精度. .刀片抵挡切削阻力之

8、能力. .工件,刀具夹持之状况. .加工欲流量.简易设定切削深度及进给速率之方法: .以刀片边长的1/2为最大切削深度. .以刀尖圆鼻半径的2/3为最大进给速率.切削速度所受到的限制: .刀片寿命. .机台之最高转速,马力,稳定性. .下列状况必须降低切削速度,(降低之百分比,是以正常切削为基准,是一经验值)A. 工件长度大于4倍直径时(未加顶心)B. 车内孔,切槽,切断,约降为60%(以外径加工为准)C. 锻件毛坯,不利夹持时,约降为6080%D. 铸件毛坯,不利夹持时, 约降为6070%E. 断续切削, 约降为6070%F. 热处理后加工:HRC43以上,约降为3040% :HRC52以上

9、,约降为1030%切除率(Q)所受到之限制:.切削加工之安全性,工件精度,刀片磨耗. .一般切削条件参考: A.重切削D=512mm F=0.40.8 V=90150 B.中切削D=26mm F=0.50.5 V=150200 C.精切削D=0.30.5mm F=0.050.3 V=180250防止振刀产生之对策振刀之产生:切削之际,刀具与被削材间产生相对振动,于工件表面产生周期性的振纹而谓之.原 因:切削中所产生的振动若与刀具或机械等原有之振动频率结合一致时,则成为激烈振动,此时便有振刀产生.对 策:1.提高或减少切削进给量试验之. 2.减少切削量(M级刀片时,MIN 0.2MM以上) 3.

10、刀柄伸出量于可能范围内尽量缩小. 4.刀尖高度对准工件中心线. 5.降低切削速度(亦可视情形提高) 6.减小隙角. 7.减小横切刃角. 8.减小刀尖角(R 0.8R 0.4) 9.增大斜角(以研磨式的断屑槽为宜) 10.减少刀刃倒角量. 11.更换具有刚性的刀柄. 12.确认夹具等安装刚性. 13.调整机械.不锈钢不锈钢系列产品间之差别,如表1(a)所示.其中最难以切削者为奥斯田铁系之不不锈钢.(a) 不锈钢系列 (d)奥斯田铁系 含有元素金属组成1高Cr系Cr 13麻田散铁系2Cr 18肥粒田铁系3高Cr高Ni系奥斯田铁系种类系数SUS201SUS202SUS301SUS302SUS303S

11、US303SeSUS304SUS304LSUS305SUS305J1SUS308SUS309SSUS310SSUS316SUS316LSUS316J1SUS316J1LSUS317SUS317LSUS321SUS347SUS384SUS385SUSXM7SUSXM15J10.430.430.860.860.500.500.570.570.640.640.640.64(b)麻田散铁系种类系数种类系数SUS403SUS410SUS410J1SUS416SUS420J1SUS420J20.710.710.640.93SUS420FSUS431SUS440ASUS440BSUS440CSUS440F0

12、.770.570.570.57 (C)肥粒田铁系种类系数种类系数SUS405SUS429SUS4300.790.71SUS430FSUS4341.1注:(b),(c),(d)的系数为材料别切削速度之系数 各系不锈钢与软钢之比较种类软钢麻田散铁系SUS-410(13Cr)肥粒田铁系SUS-430(18Cr)奥斯田铁系SUS-304(18-8硬度110165353028拉力强度(kgf/m)38455550605565延展性(%)28352537405565热传导度10-3Cal/cmSec124575950523339比10.50.40.3热膨胀系数020010-5/10.512.69.010.

13、09.010.814.517.5比10.90.951.6奥斯田铁系不锈钢难削性之原因及其对策）加工硬化图3(a)表示加工硬化程度,奥斯田铁系的硬化与局部淬火钢之硬度相近.【对策】A) 切深及进刀量不可变小,即使轻切削时切深量要在0.5mm以上,进刀0.07mm/rev以上,可能的话最好超过0.1mm/rev.B) 速度较普通钢减低,重切削则依加工基本原来进行.C) 尽快更换刀片,以侧面磨耗幅达到V=0.5mm之前应更换刀片.)切削抵抗大如图3(b)背斜角20时,显示切削抵抗力.奥斯田铁系时炭素钢的二倍.)产生加工障碍之现象 切削时产生之组成应力,在刀刃部分经过后,会迅速反弹,撞击刀刃,此种撞击

14、现象,会增加加工硬化之效果.【对策】A) 不要选用切削性不良或刃口易变形之刀刃设计.B) 使用刚性较佳的机械.C) 可能时,尽量不要作断续切削.D) 采用断面较大的刀杆(202532).E) 刀柄之突出量应尽量减少,原则上不超出刀柄厚度之值.)低热传导性奥斯田铁系和软钢比较,产生之热约二倍,而导热性约1/3而已.【对策】A) 采用大断面积之刀具,使热容量增加(202532).B) 采用大背斜角(051015)C) 大量注入水溶性切削油)刀刃部之溶著况象增加,引起刀具之剥损【对策】A) 选用耐剥损之刀具材种B) 切削速度不能太低(50m/min以上)C) 选较大刀尖圆角R(1.2mm程度)D)

15、能有效处理切屑之断屑槽E) 在刀刃的刃口作轻微之倒角F) 使用切削剂时,要大量且均匀的注入超耐热合金耐热合金是与STELLITE同类之材料,使用于温度超过650以上之状况,可分为Ni系,Co系及Fe系等,其切削特性与奥斯田系不锈钢近似,均为难加工之材料.1 分类及对照Ni基合金Inconel,Nimonic,Hastelloy,Waspaloy,RoneCo基合金S-816,HS-25,J-1570,StelliteFe基合金Incoloy,N-155,S590照片显示车削耐热合金时刀具型损伤,注意其境界磨耗异常的大,一般湿式切削效果比干式切削好的机会较大. 【推荐】 材 料条 件粗加工高速氮

16、化矽陶瓷KS8000V=200m/min,d=2mm,f=0.1mm/rev,湿式,圆刀片低速超硬K种K10V=30m/min,d=2mm,f=0.1mm/rev,湿式精加工高速黑陶瓷A65V=200m/min,d=0.5mm,f=0.1mm/rev,湿式,圆刀片低速超硬K种K10V=40m/min,d=0.5mm,f=0.1mm/rev,湿式*STELLITE之粗加工,亦可使用KBN30S.重点 尽可能使用圆型刀片,否则尽量挑鼻尖角大之刀片. 尽可能使用大刀尖R角(如图1,使切削深度包含于刀尖R之内) 使用变化境界深度之加工方式;如图2钛合金钛及钛合金使用于宇宙,航空及原子能相关工业之耐蚀性

17、,质轻且高强度之未来形的材料.Ti合金因导热最差故也是最难切削之材料.1 难削性的理由a) 导热性差,约为钢之1/51/6b) 因密度小,故工具与切屑之接触区域非常的短,刀尖所受约为切削软钢二倍左右之高热.c) 在高温下之表面层形成含氧化物,碳化物,氮化物之表面层与刀具互相摩擦使刀具磨耗.d) 因化学的亲和力高,被削物与切屑会溶接,损害加工面.e) 在空气中热到1200,会自然着火.f) 容易产生溶著现象2 切削条件及适合工具材料切削速度普通钢之1/4程度进刀量尽可能的提高背斜面尽量加大(加工不锈钢亦同)切削油剂大量注入工具材料超硬K种(K1030)KS=0Al2O3被覆材质HSS(含Co)切

18、削纯钛,有很多使用钻石工具 车削 TNGG160408R-25R 铣削 SEK42AF3NY SEK42AF3N削材之解决难削材加工的重点一览表分类代表性被削材主要损伤工具形状之选定切削条件高硬度材淬火钢激冷轧辊硬质铸铁背斜面磨耗剥落欠损横切刃角大逃角大背斜角,R角大切削速度小进刀量小不锈钢SUS302SUS304SUS310SUS410欠损附着刃尖热磨耗背斜面磨耗斜角大逃角大R角大切削速度小进刀量中切削深度中使用切削液耐热合金InconelNinonicHastelloyStellite境界损伤剥损热磨耗背斜角大侧切刃角大R角大切削速度小进刀0.15以下使用切削液钛纯钛钛合金磨耗欠损境界损伤

19、斜角大背斜角大R角大切削速度小进刀量大使用切削液含有硬质粒玻璃碳棒陶瓷岩石机械磨耗逃角大前切刃角大R角大切削速度小进给量稍稍加快合成树脂等F R P木材石棉硬质橡皮热磨耗热龟裂背斜面磨耗背斜角大逃角大R角大切削速度大进刀量大一般钢及合金钢材料记号名称特长热处理用途S10CS25C机械制造用碳钢韧性大被削性不好渗碳淬火铆钉SCM的代替S20CS35C一般用被削性良好淬火齿轮轴S40CS45C淬火高周波淬火大型轴一般作业工具S50CS58C硬度高被削性不好淬火大物机械零件SCM铬钼钢淬火性良好被削性良好淬火渗碳淬火高周波淬火CRANK(曲轴)齿轮SPINDLE(纺锤)工作机械SCr铬钢硬度高耐磨耗

20、性大耐腐蚀性大被削性良好淬火射出模顶销模具SKD合金钢工具钢硬度高耐磨耗性大强度大被削性不良淬火模具(压模)(测量工具)SUJ高碳素铬轴受钢硬且韧性大耐磨性大烧入性良被削性不良淬火轴承SMn锰钢硬度高耐磨耗性大被削性不良淬火建设机械SNC镍铬钢硬且韧性大耐腐蚀性大被削性不良渗碳淬火齿轮曲轴管路弯头SNCM镍铬钼钢硬且韧性大耐腐蚀性良被削性不良淬火性较良渗碳淬火淬火涡轮叶片齿轮轴旋削加工之问题对策1-1 有关崩刃,缺损之对策A. 刀片1. 改用刀尖角大之刀片.()2. 改用鼻尖角大之刀片(R0.4R0.8R1.2R1.6)3. 改用断屑槽背斜角小之形状4. 将倒角面之宽度及角度加大5. 加大横切

21、刃角(1545)6. 将刀片材质改用韧性小之刀片B. 加工条件1. 降低进给率 (f=0.35mm/rev f=0.25mm/rev)2. 减小切削深度 (d=3mm d=2mm)3. 速太低之情况,请提高切削速度 (V=50m/min v=100m/min)4. 改用刚性高之刀柄 (柄20柄25柄32)加工现场之利器-手(细)磨刀石以#400之手磨刀石于刃尖处轻轻研磨几下,可轻易提升强度.尤其石车牙,切槽及小内径等重重视锋利度之情形,更须微量研磨.若因机械或工件之情况所导致之不稳定现象,请务必现场尝试以手(细)磨刀石研磨刀尖.1-2 磨耗对策2. 逃隙面磨耗 2.背斜面磨耗A. 刀片 A.刀片1. 将逃隙面加大 1.将背斜角加大.2. 将倒角面之宽度及角度变小 2.改用较硬之刀片材质3. 改用较硬之刀片材质B. 加工条件 B.加工条件1. 提高进给率.(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.降低进给率3. 减小切削深度.(d=3mm d=2mm) 3.减小切削深度