基于塑料尼龙加工的内外圆两用车刀设计

2014-12-23王胜程远巫少龙

机械工程师 2014年6期

王胜，程远，巫少龙

（衢州职业技术学院机电工程学院，浙江衢州324000）

1 机加工两用车刀设计

车刀是由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中最活跃的因素，刀具切削性能的好坏取决于刀具的材料和刀具结构。切削加工生产率、刀具寿命加工成本、加工精度和加工表面质量的优劣等，在很大程度上取决于刀具材料、刀具结构及切削参数的合理选择。

通过实践证明，在进行机械加工的过程中，尤其是加工塑料尼龙等材料的产品，通过设计具有特殊形状特征的两用车刀，对有效加工部分进行两头加工设计，使得刀具能够重复利用，从而提高加工效率，降低刀具损耗。加工过程中能减少70%的换刀时间，提高产品的生产效率，而且生产的产品质量非常高。能在工人的操作和加工过程中减少刀具的磨损率和产品的报废率，为公司节约近30%刀具材料和加工成本，为企业创造了可观的经济效益［1］。

1.1 刀具结构优化设计

突破传统的刀具设计范围，克服设计缺陷。机加工中，产品的质量直接受车刀几何角度的影响，一把好的车刀它不仅能高效率地加工出产品，而且在加工过程中不易磨损，使用寿命长。

常规车刀由主、副切削刃、前刀面、主后刀面、副后刀面和刀尖角组成。优化设计合理的刀具角度，可提高刀具的使用寿命。刀具分为5个主要角度，这5个角度分别对应着不同的角度范围，不同的角度在不同的范围内会出现不一样的切削性能，经过不断反复的实验，确定选用以白钢刀为主要刀具材料磨制刀具，设置的5个角度在图标的角度范围内时可以达到合理切削的刀具性能，并且不会出现刀具干涉等车削加工中经常出现的问题，在断屑方面效果也很理想［2］。

1.2 两用车刀刀具角度的优化

如图1，刀具∠1 的确定。∠1（0°～20°），如果其角度大于20°便会造成切削刚性不足，刀尖角度过尖，在切削的过程中很有可能出现崩刀的现象，如果其角度小于0°那么会出现刀具干涉的现象和刀具不锋利，切削出来的表面质量差。

图1 两用车刀刀具角度

刀具∠2 的确定。∠2（5°～15°）称之为两用车刀的前刀面角，这个角度的大小决定着刀具的刚性和加工产品底面的形状规整度，经过实验将其定好范围，较好地满足车削要求。

刀具∠3 的确定。∠3（2°～10°）是刀具在磨削时候的一个参考值，其角度必须要大于2°，这样也符合刀具形状的规律，因为其后端是刀杆，刀具实际切削的有效长度在图1中也已经定下范围，为了确保有效刀杆的长度能更好地进行内外圆的加工，在磨削刀具的时候要考虑这个参考值。

刀具∠4 的确定。∠4（5°～25°）和∠1 的原理是一样的，为什么会有不同的角度范围呢，因为刀杆要合理利用一端已经磨削成可以加工的两用车刀并且确定的范围也是一定的，另一端要有所区别地进行磨削成可以加工另外一些产品的刀具形状，所以角度就必须磨削成不同的范围。

刀具∠5的确定。∠5（2°～8°）是一个非常关键的角度，它的角度直接影响着两用车刀能否上机床工作，因为它的角度一旦小于2°会直接引起干涉和撞刀的现象，造成刀杆会与外圆表面或内孔表面碰撞，严重时会出现断刀事故［6］。

2 两用车刀结构性能

两头加工设计，使得刀具能够重复利用。在进行磨制刀具的过程中，把刀坯的两头均进行磨制，如果出现一头刀具破损或者崩刀现象，可以及时进行掉头，装夹好刀具，继续进行机械加工。

提高加工效率，降低刀具损耗。机械加工过程中会出现的一些铁屑，考虑到断屑的效果，设计刀具时在其表面磨制了一个带圆弧的卷、断屑槽，方便加工过程中的排屑，防止堵刀、粘刀等损坏刀具的现象，三维形状见图2。

图2 两用车刀三维形状

3 两用车刀的实际加工方法

机械加工中加工内孔和加工外圆的工序，往往是相对独立的，在选择刀具上面也是相对独立的，加工外圆的刀具如93°外圆偏刀，35°的外圆刀，外螺纹车刀，切槽、切断刀等；加工内孔刀具主要有35°的内孔镗刀，内螺纹、内槽加工刀具等。

充分利用刀具有效切削部分，提高生产效率。常规的滑轮加工往往是先加工内孔，再进行外圆加工。两用车刀加工时也考虑在内孔退刀的过程中，停留于离端面内侧0.5～1 mm的地方，直接工进到外圆加工位置，然后再进行外圆的精加工，这样顺便就可以把端面也一起进行精加工，一次装夹一把刀具可以加工三道工序，从而大大节省了加工时间，提高了加工效率。这种刀具广泛应用于企业车间加工中，可为企业节省加工成本，从而创造更高的效益［7］。