键销导向拉紧式可转位车刀的设计、制造与应用

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1 结构特点

硬质合金可转位车刀按刀片夹紧型式可分为杠杆式、插销式、斜楔式、上压式、偏心式、拉垫式、压孔式等。在常用的可转位车刀类型中，有的利用定位销定位，因定位销易受力变形，影响夹紧定位的可靠性(如斜楔式等)；有的虽然夹紧定位可靠，但结构复杂，制造工艺性较差(如杠杆式和插销式等)。键销导向拉紧式可转位车刀则具有夹紧定位可靠、刀片转位和更换方便、制造工艺性好等优点这种夹紧结构具有以下特点：①采用螺纹斜面杠杆夹紧原理，刀片夹紧力大，夹紧可靠；②由于键销的导向作用，刀垫在承受力载荷时能平稳地与刀头体联成一体，不易产生切削振动，增加了刀具的安装刚度和切削平稳性；③刀片转位和更换方便快捷(只需调节尾部螺母)；④刀头体体积较小。 / ]& m' `$ [" [$ u, T( Y2 K

2 设计要点

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设计采用SNUA160602FR刀片的键销导向拉紧式可转位车刀时，主偏角k_r可选45°、60°、75°、90°(常用k_r=75°)；为使刀片获得所需切削后角，可选刀槽前角g_og=-8°～-15°；刀槽刃倾角范围为l_sg=0°～10° (常用l_sg=0°)；刀槽的刀尖角e_rg=80°～90°(常用e_rg=90°)；刀槽的主偏角k_rg=45°～90°。 " [. g+ w! }1 ~( S6 f. H

键销的平键部分键槽与刀垫的配合精度为H9/h9；键销的平键部分与刀头体上刀槽中的键槽的配合精度为D10/h9(或F7/h6)；键销的钩部圆柱面与刀片孔的配合精度为C11/h11(或B12/h12)；键销尾部拉紧螺钉的圆柱面和螺纹外径部分与刀头体圆孔的动配合精度为B12/h12。通过调节尾部螺钉与螺母的相对运动，可随时夹紧和松开刀片，以实现刀片的快速转位和更换。为使拉紧的刀片紧贴在刀头体上刀槽的两个直角定位基面上，不会因切削振动而发生松动，在螺母和刀头体端面之间加有一弹簧垫圈。 5 o- _; {$ i6 K. n! q

3 制造要点

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1. 刀头体的加工
   刀头体材料采用45 钢。毛坯需经锻造加工，以提高材料内部组织韧性。热处理硬度应控制在38～42HRC。若硬度过高，刀头体在切削载荷冲击作用下易产生裂纹；若硬度太低，则刀头体刚性不足，且后刀面部分易在C形切屑作用下产生凹陷，从而削弱刀头体对刀片的支撑强度，严重时甚至会导致打刀现象。 4 w5 d# H4 x% z+ q
   刀头体上的刀槽采用铣削加工，为保证刀槽平面上的键槽位置垂直于两直角定位基面，可将刀槽底面和刀片与刀头体接触的两直角定位基面一次加工出来，利用机床自身精度保证刀头体上键槽所需的垂直度和平行度。
2. 键销的加工 - t$ [6 x% V4 V+ j5 V
   键销是承受切削载荷的关键零件，应采用40Cr钢(调质处理)或45钢(淬火硬度35～38HRC)制造。零件的热处理硬度应合理控制，既要保证钩部端头的强度和尾部螺纹的耐磨性，又要使键销具有较好韧性，不易断裂。键销的尺寸加工精度要求较高，加工表面粗糙度应达到Ra1.6～3.2µm。 . m z u1 V6 x8 T# ?9 ? b1 k5 ~
   为保证刀片夹紧的稳定性和可靠性，键销的钩部圆柱面端头与刀片孔接触夹紧时的作用点应高于刀片厚度的1/2～2/3。为此，应将键销钩部圆柱的下根处在工具磨床上磨凹0.2～0.4mm，以确保圆柱面上部与刀片孔可靠接触。
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3. 刀垫的加工
   刀垫材料采用40Cr 钢(调质处理)或45 钢(正火处理)。为保证刀片与刀槽平面的紧密贴合，要求两端面的平行度为0.01～0.03mm，表面粗糙度为Ra6.3～3.2µm。

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4 应用要点

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1. 切削用量的选择
   粗车：粗车时，为提高刀具耐用度和生产率，首先应确定允许的最大切削深度a_p，然后根据刀片强度和机床承载能力选取一个较大进给量f，最后在机床功率允许条件下确定合适的切削速度v。对于切深较大的粗车加工，如可转位刀片断屑槽的宽度较窄，容易产生积屑、排屑不畅等现象，甚至出现崩刃(常发生在距刀尖2/3 深度处)。因此粗车钢件时，应考虑刀片槽宽度等因素，适量修改切削用量。 n: v& k, W" |
   精车：精车时，应选用单面带断屑槽的大前角刀片，以增加刀刃锋利程度，减小切削力。由于保证工件表面加工质量(包括几何尺寸精度和表面粗糙度)是精车加工的主要考虑因素，因此应尽可能采用较高切削速度，并减小切削深度a_p和进给量f，但切削层厚度应不小于0.05mm，否则易产生加工表面硬化现象，影响工件表面质量，降低刀具耐用度。表1列出了加工不同材料时可供选用的参考切削用量。
2. 使用注意事项
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   1. 加工塑性和韧性较好的低碳钢、不锈钢等材料时，宜选用卷屑效果较好的单面带断屑槽正四边形刀片。 $ `5 o3 ]. R* u# [# ~# K1 I t! m5 O- j# D+ G! j/ v: f! b' p9 a/ `" R+ G4 H5 o, }6 K5 y8 J. x' }7 c& p- a/ K+ x6 T* o7 [. N2 V; h: W, c0 Q4 q" ]6 c" w" @- M9 {+ B6 c# M1 M W# L. B1 {" \7 t# P" c; H5 f8 p7 j1 \. H5 z: \9 ?1 y% p0 {. ^& M" ]# u7 _2 h | N! B9 P! F a% u4 h; g/ l/ Y0 Q8 y. f: f) J) G% d: L. `, g* G4 i! r# z b' p7 }. b8 ]% }0 Y. V* `& z6 W1 Q6 \7 {6 ?" U) G2 m; L4 A4 B9 U5 n5 k/ E8 n; @- D7 A: a8 j# l. B4 P5 u, f% J/ e. \( O! Z/ B! `+ d. {5 Z3 a( H4 m" m! z( e/ f- p. C7 U2 w+ ?0 `" U5 l. O P- p; P- R, l8 `5 J; Y, [! E. F$ x, z* c8 |, t! u/ L9 w8 K% F. J$ k5 m8 L; _$ d8 @ x$ T/ S& A4 G( _- G" t- H, H: q) {, f+ [& w7 R" `5 ~% @* u1 [' s; q- f" }; {- c/ B* c& C6 M4 u/ I9 t0 O! w& C" S8 _" u; c5 g {) z) m+ P2 C9 Z- c, f6 F( A4 v8 m; Y( T& U* L5 C0 k$ q9 O; {6 j# W4 A, [, H. w: O2 \! i* R1 U( `, ~0 K6 X- @- \ r4 \; U6 H- c0 P4 j ^# C; m* h v# \# B* |) z5 ?3 r1 h1 c$ g1 K* |) U/ E

      表 加工不同材料时可供选用的切削速度

      工件 材料	工件 热处理 状况	ap=0.2～2mm f=0.06～0.2mm/r	ap=2～5mm f=0.2～0.5mm/r	ap=5～8mm f=0.5～0.8mm/r
      		v(m/min)	v(m/min)	v(m/min)
      低碳钢	热轧	110～150	90～110	80～90
      中碳钢	热轧	100～120	80～100	70～90
      	调质	80～100	70～90	60～80
      	淬火	50～70	40～60	-
      合金钢 结构钢	热轧	80～100	70～90	40～70
      	调质	70～90	50～80	40～50
      不锈钢	170～180HB	60～80	50～70	40～50
      灰铸铁	<190HB	70～100	60～70	50～70
      	190～220HB	70～90	50～70	40～60

   2. 安装刀片时，应保证刀片底面与刀垫紧密贴合，刀片两侧面与刀头体刀槽的两直角定位基面紧密贴合，防止切削力较大时刀片振动导致夹紧松动失效。
   3. 为提高加工效益，当刀片正常磨损量达到VB=0.3mm 时，应及时转位或更换刀片。
   4. 该刀具多用于加工淬火钢、灰铸铁等。通过改变刀头几何形状，该夹紧结构还可应用于三角形(60°)螺纹车刀以及镗、铣类刀具中。