车削使用车床从旋转工件的外部去除材料,而镗孔则从旋转工件的内部进行相同的操作。

车削是使用车床从旋转工件的外径去除材料的过程。单点工具将金属从工件上剪切成(理想情况下)短、独特、易于回收的切屑。

具有恒定表面速度控制的 CNC 车床使操作员能够选择表面速度,然后当刀具沿工件的外轮廓横向穿过不同直径时,机器会自动调整转速。现代车床还采用单刀塔和双刀塔配置,单刀塔机床具有水平轴和垂直轴,双刀塔机床每个刀塔具有一对水平轴和垂直轴。

mms-machining101-turning-1.jpg

早期的车削工具是坚固的矩形高速钢件,一端带有前角和后角。当工具变钝时,机械师会在底座磨床上磨锐以供重复使用。高速钢刀具在老式车床上仍然很常见,但硬质合金变得越来越流行,尤其是钎焊单点形式。硬质合金具有更好的耐磨性和硬度,从而提高生产率和刀具寿命,但它更昂贵并且需要专业知识才能重新磨锐。

速度和进给

车削是线性(工具)和旋转(工件)运动的组合。因此,切削速度定义为旋转距离(记录为 sfm - 每分钟表面英尺数 - 或 smm - 每分钟平方米 - 零件表面上的一点在一分钟内行进)。进给率(以每转英寸或毫米记录)是刀具沿或穿过工件表面的线性距离。进给有时也表示为刀具在一分钟内行进的线性距离(英寸/分钟或毫米/分钟)。

进给速率要求因操作目的而异。例如,在粗加工中,高进给通常更有利于最大限度地提高金属去除率,但需要较高的零件刚度和机床功率。同时,精车削可能会减慢进给速度以产生零件蓝图上指定的表面光洁度。

工具几何基础

刀具的有效性很大程度上取决于刀具相对于工件的角度。本节中定义的术语参考刀片来定义切削角和后角,但也适用于钎焊单点工具。

上前角(也称为后前角)是从侧面、前后观察刀具时,刀片的倾斜角与垂直于工件的线之间形成的角度。上前角从切削点向下倾斜并进入刀柄时为正,当刀片顶部的线与刀柄顶部平行时为中性,当从切削点向上倾斜并高于刀柄时为负. 刀片和刀架也分为正型或负型。正向刀片具有倾斜的侧面,并安装到具有正顶角和侧前角的刀架中。负刀片具有相对于刀片顶面的方形侧面,并安装到具有负顶角和侧前角的刀架中。上前角的独特之处在于它取决于刀片的几何形状——正磨削或模制断屑槽可以将有效上前角从负变为正。顶部前角也往往更大,更柔软和更具延展性的工件材料需要高正剪切角,而更硬和更坚韧的材料最好用中性或负几何形状切割。

当观察端部时,在刀片的面和垂直于工件的线之间形成侧前角。这些角度在远离切削刃倾斜时为正,当它们垂直于切削刃时为中性,当它们向上倾斜时为负。刀具的可能厚度取决于侧倾角,较小的角度允许使用更厚的刀具,从而提高强度但需要更高的切削力。更大的角度会产生更薄的切屑并降低切削力要求,但超过推荐的最大角度,切削刃会变弱,热传递也会减少。

末端切削刃角在刀具末端的刀片切削刃和垂直于刀柄背面的线之间形成。这个角度决定了刀具与工件精加工表面之间的间隙。

位于末端切削刃下方的末端后角在刀片的端面和垂直于刀架底部的线之间形成。刀尖悬伸可使端部后角(由刀架端面与垂直于刀架基部的直线形成)大于后角。

侧后角描述了侧切削刃下方的角度。它由刀片的侧面和垂直于刀架底部的线形成。与端部后角一样,刀尖悬伸可以使侧后角(由刀架的侧面和垂直于刀架底部的线形成)大于后角。

将切削刀具延伸到正在车削的工件上的第二张车床照片

前导角(也称为侧切削刃角或攻角)在刀片侧切削刃和刀柄侧之间形成。该角度将刀具引入工件,并扩大它会产生更宽、更薄的切屑。在选择切削刀具的导程角时,工件的几何形状和材料条件是主要考虑因素。例如,当切削通过鳞片、中断或硬化表面时,具有突出主角的刀具可实现可观的生产率,而不会使切削刀具边缘受到严重冲击。操作员必须在这种优势与增加的零件偏转和振动之间取得平衡,因为更大的导程角会产生更大的径向力。零导程角车刀产生的切屑宽度与车削操作的切削深度相等,而导程角刀具使有效切削深度和相应的切屑宽度超过工件上的实际切削深度。大多数车削操作都在 10 到 30 度的导程角范围内有效执行(公制系统将角度从 90 度反转,使理想的导程角范围为 80 到 60 度)。

端部和侧面都需要足够的后角和后角,以便刀具进入切削。没有间隙,就不会形成切屑,但如果没有足够的间隙,刀具会摩擦并产生热量。单点车刀还需要端部和侧部后角才能进入切削。

车削使工件承受切向、径向和轴向切削力。切向力对功耗的影响最大;轴向(进给)力沿纵向通过零件施加压力;和径向(切削深度)力倾向于将工件和工具条推开。“切削力”是所有这三种力的总和。在零度超前角的情况下,它们的比率为 4:2:1(切向:轴向:径向)。随着导程角的增大,轴向力减小,径向切削力增大。

刀柄样式、刀尖半径和刀片形状也对车削刀片的潜在最大有效切削刃长度产生深远影响。某些刀片半径和刀架组合可能需要尺寸补偿才能充分利用该切削刃。

鼻部半径和表面光洁度

车削操作中的表面光洁度取决于刀具、机床和工件的刚度。一旦刚性得到保证,机床进给(in./rev 或 mm./rev)与刀片或切削刀具的刀尖轮廓之间的关系可用于确定工件的表面光洁度。鼻部轮廓以半径表示——在某一点之前,较大的半径会转化为更好的表面光洁度,但过大的半径会引入颤振。对于需要小于最佳半径的加工操作,可能需要降低进给速度以获得所需的光洁度。

生产率

在达到适当的功率水平后,生产率随着切削深度、进给率和速度的增加而提高。

切削深度是其中最容易增加的一种,但只有在有足够的材料和动力时才能进行改进。在不增加切削温度、抗拉强度或每立方英寸或厘米切削力(也称为比切削力)的情况下,将切削深度加倍使生产率翻倍。它使所需功率加倍,但只要刀具满足切向切削力要求,刀具寿命就不会减少。

进给速度的改变也相对简单。进给速度加倍会使切屑厚度增加一倍,并增加(但不加倍)切向切削力、切削温度和所需功率。这种变化会降低刀具寿命,但不会减半。比切削力(与去除材料量相关的切削力)也随着进给速度的增加而降低。由于切削过程中产生的温度和摩擦力的增加,随着进给率增加而施加在切削刃上的附加力可能导致顶部前刀角刀片表面产生凹坑。操作员必须仔细监控这个变量,以避免在芯片变得比刀片更坚固的情况下发生灾难性故障。

与切削深度和进给率变化相比,不建议提高切削速度。速度增加会导致切削温度显着升高,并降低切向和比切削力。将切削速度加倍需要额外的动力,同时将刀具寿命缩短一半以上。顶部前刀面上的实际负载可能会降低,但较高的切削温度仍会导致凹坑。

车削故障排除

刀片磨损是任何车削操作成功或失败的常见指标。其他常见的指标包括不可接受的切屑和工件或机器问题。通常,操作员应在 0.030” (0.77 mm) 后刀面磨损处分度其刀片。对于精加工操作,操作员应在 0.015 英寸(0.38 毫米)或更早的位置进行分度。

车床作用于工件的第三张照片

刀柄识别

机械夹紧可转位刀片刀柄遵循 ISO 和 ANSI 识别系统中的九个标准。

系统中的第一个字母表示刀片夹紧方法。四种常见类型占主导地位,但它们每种都包含几种变体。

C 型刀片对没有中心孔的刀片使用顶部夹具。该系统完全依赖于摩擦,最适合用于中轻车削和镗削操作的正前角刀片。

M 型刀片通过一个凸轮锁销将刀片压靠在刀槽壁上,该凸轮锁销可固定保护性刀片槽垫片。当切削载荷影响刀片的刀尖时,顶部夹具固定刀片的后部并防止刀片抬起。M 刀片特别适用于在中等到重型车削操作中带有中心孔的负前角刀片。

S 刀片使用简单的梅花或内六角螺钉,但需要埋头孔或埋头孔。螺钉可能会因高温而卡住,因此该系统最适合轻型到中型车削操作和钻孔操作。

P 刀片是车削刀具的 ISO 标准,它通过一个枢轴杆将刀片压在刀槽壁上,当调节螺钉就位时,该杆会倾斜。这些刀片最适合在中等到重型车削操作中带孔的负前角刀片,但它们不会阻止刀片在切削过程中提升。

第二部分使用字母来指代刀片形状。第三部分用一个字母来指代直柄或偏置柄与导角的组合。

第四个是一个字母,表示刀柄前角或刀片后角。对于前角,P 是正前角,其中端部后角和楔角之和小于 90 度,N 是负前角,其中这些角度之和大于 90 度,O 是中性前角总和正好是 90 度。精确的间隙角用几个字母之一表示。

第五是表示工具手的字母。R表示该工具是从右向左切割的右手工具,而L对应于从左向右切割的左手工具。N 工具是中性的,可以从任一方向切割。

第六和第七部分在英制和公制测量系统之间有所不同。在英制系统中,这些截面对应于一个两位数,表示夹持器的横截面。对于方形刀柄,数字显示宽度和高度的十六分之一的总数(5/8" 是从“0x”到“xx”的转换发生的位置),而矩形刀柄使用第一个数字表示宽度的八分之一,并且第二个数字表示高度的四分之一。该系统有几个例外,例如使用名称 91 的 1¼" × 1½" 刀柄。公制系统使用两位数来表示高度和宽度的毫米(在那个订单)。因此,一个高 15 毫米、宽 5 毫米的矩形刀片的编号为 1505。

第八节和第九节在英制和公制之间也有所不同。对于英制系统,第 8 节是指刀片尺寸,而第 9 节涵盖表面和刀具长度。刀片尺寸由内切圆的尺寸决定,增量为八分之一英寸。表面和刀具长度以字母为基础,AG 表示合格的后端和末端刀具的尺寸,MU(没有 O 或 Q)表示合格的前端和末端刀具。在公制中,第 8 节是指刀具长度,第 9 节是指刀片尺寸。刀具长度表示是基于字母的,而对于刀片尺寸,矩形和平行四边形形状使用一个数字来表示最长切削刃的长度(以毫米为单位),忽略小数和前面带零的一位数字。

公制系统使用第十个和最后一个部分,包括对后端和端部 ( Q ) 公差为 ±0.08 毫米的合格夹持器的规定;前端和末端(F);以及背面、正面和末端尺寸 ( B )。

钎焊单点工具

单点工具有多种款式和尺寸,材料也多种多样。实体单点工具可以由高速钢、碳钢、钴合金或硬质合金制成。然而,这些工具的费用使它们在很大程度上变得无关紧要,因为该行业已转向钎焊刀尖车削工具。

钎焊尖端工具使用廉价材料的主体和钎焊到切割点的更昂贵的切割材料的尖端或毛坯。尖端材料包括高速钢、碳化物和立方氮化硼。这些工具有 A 到 G 尺寸可供选择,偏置点样式 A、B、E、F 和 G 均可用作右手或左手切削工具。对于方柄,字母名称后面的数字表示工具的高度或宽度,以十六分之一英寸为单位。对于矩形柄工具,第一个数字是柄宽的总八分之一英寸,第二个数字是一英寸柄高的总和。

钎焊尖端工具的刀尖半径与刀柄尺寸有关,操作人员应注意使工具尺寸与光洁度要求相匹配。

钻孔专用工具

镗孔主要用于精加工铸件中的大型空心孔或锻件中的穿孔。大多数刀具与传统的外圆车削刀具相似,但由于切屑流动问题,切削角度尤为关键。

车床钻孔工件的照片

刚性对于镗孔的生产率也至关重要。孔的直径和额外排屑间隙的需要直接影响镗杆的最大尺寸。钢制镗杆的实际悬伸量是其刀柄直径的四倍。超过此限制会因刚度损失和振动可能性增加而损害金属去除率。

直径、材料弹性模量、长度和梁上的载荷影响刚度和挠度,直径提供最大影响,长度第二大。增加钢筋直径或缩短长度将显着增加刚度。

弹性模量特定于所使用的材料,不会随着热处理而改变。钢在 30,000,000 psi 时最不稳定,重金属在 45,000,000 psi 和碳化物在 90,000,000 psi。

尽管如此,这些都是高稳定性的数字,钢柄镗杆在长度/直径比为 4:1 的大多数操作中提供令人满意的性能。碳化钨柄镗杆在长径比为 6:1 时表现良好。

镗削中的刀具几何形状

镗孔中的径向和轴向切削力受导程角的影响。小导程角增加的轴向力在减少振动方面特别有用。随着导程角的增加,径向力增加并提高垂直于切削方向的力,从而导致振动。

用于控制钻孔振动的推荐导程角在 0 度到 15 度之间(在英制中。在公制中,这将是 90 度到 75 度)。在 15 度导程角时,径向切削力几乎是 0 度导程角时的两倍。

对于大多数钻孔操作,正前角切削刀具是优选的,以减少切削力。然而,正前角刀具的较小后角要求操作员计划刀具与工件之间接触的可能性。在钻小直径孔时,确保足够的后角尤为重要。

镗削操作中的径向力和切向力随着刀尖半径的增加而增加,但这些力也受导程角的影响。镗削操作的切深可以改变这种关系:如果切深大于或等于刀尖半径,则导程角决定径向力。如果切削深度小于刀尖半径,切削深度本身会增加径向力。这个问题使得操作员使用小于切削深度的刀尖半径变得尤为重要。

Tags: none

我有个想法