刀具選擇的精度原則

  除了在《刀具選擇的效率原則》中介紹的加工效率原則之外，刀具對(duì)加工精度的影響也是需要考慮的，尤其是在精加工等加工精度、表面質(zhì)量要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合。

   在粗加工的條件下，我們一般都會(huì)采用效率優(yōu)先原則。在這一階段，快速去除工件毛坯上的加工余量，快速接近工件完工尺寸的“凈尺寸”狀態(tài)，是我們考慮刀具選擇及加工參數(shù)的第一因素。

   但在精加工的條件下，情況會(huì)有很大差別。精加工時(shí)我們應(yīng)該采用精度優(yōu)先原則，即首先保證加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面質(zhì)量。

   現(xiàn)在典型的一種以保證精度為優(yōu)先考慮的刀具被國(guó)外許多刀具廠商所青睞，這就是接近完美90°主偏角的立銑刀。我們從數(shù)學(xué)上可以得出，如果用一個(gè)平面(對(duì)于刀具是前刀面)去截一個(gè)圓柱面(理想的切削刃繞刀具軸線所形成的表面)，只有在該平面包含圓柱面軸線(即刀具軸向前角為零)時(shí)，其截交線才會(huì)時(shí)一段直線。但這時(shí)刀刃受力通常不理想，我們常常需要用一個(gè)正的軸向前角來(lái)改善刀具的切削性能。但這樣一來(lái)就產(chǎn)生了回轉(zhuǎn)面的形狀精度問(wèn)題：一根交錯(cuò)的直線(切削刃)繞刀具軸線回轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的不是圓柱面，而是雙曲面。只有切削刃成為橢圓的一部分時(shí)，它繞刀具軸線回轉(zhuǎn)的結(jié)果才會(huì)形成圓柱面。于是國(guó)外一些刀具公司先后開(kāi)發(fā)了這樣的刀具：肯納金屬的被稱(chēng)為Mill1，山特維克可樂(lè)滿的被稱(chēng)為R390，而瓦爾特的則被稱(chēng)為F4042。這些刀具的本質(zhì)都是一樣的，他們用一段曲線形的切削刃來(lái)構(gòu)筑接近完美的圓柱面。雖說(shuō)不同直徑的銑刀應(yīng)該有不同的曲線，而刀片生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性要求又不允許這樣做，各廠用在不同直徑上選用不同軸向前角的方法來(lái)改善其中的差異。

   這種產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的思路值得國(guó)內(nèi)廠家好好學(xué)習(xí)。研究用戶的需要，分析目前存在的問(wèn)題，進(jìn)而想方設(shè)法去為客戶解決這些問(wèn)題，是企業(yè)不斷創(chuàng)新、不斷進(jìn)步、不斷滿足客戶增長(zhǎng)的需求的有效手段。

   還有一些刀具是經(jīng)過(guò)改進(jìn)，能夠一次加工達(dá)到最終質(zhì)量要求的。也就是在原本用于粗加工的刀具上引入精度改進(jìn)方案，從而使一次加工獲得更好的精度和表面質(zhì)量。車(chē)削上的Wiper刀片和鋁合金鉆孔的三刃鉆(如肯納的TF鉆)都是這樣的例子。

右圖是我在前面的博客文章中提到的Wiper刀片例子。紅色線條為傳統(tǒng)刀片，藍(lán)色刀片為Wiper刀片，如果我們采用相同的進(jìn)給量(如0.05mm)，傳統(tǒng)刀片加工的表面粗糙度比Wiper刀片的高到5倍(10祄Vs 2祄)。這樣加工的精度得到了保證，許多時(shí)候甚至可以以車(chē)代磨。

   2006年5月在蘇州舉行的高速加工國(guó)際研討會(huì)(ICHSM, InternationalConference of High SpeedMachine)上，德國(guó)達(dá)姆斯特大學(xué)的PTW研究所介紹了他們對(duì)鉆削的一些研究成果。其中有一部分就是關(guān)于鉆頭不對(duì)稱(chēng)對(duì)鉆削精度的影響。研究表明，對(duì)稱(chēng)的鉆頭的兩個(gè)切削刃形成的是一個(gè)完整的圓形，如下圖(黑色是鉆芯軌跡，紅色與藍(lán)色分別是兩個(gè)鉆尖拐角的軌跡)。

   而如果鉆芯不對(duì)稱(chēng)，則會(huì)形成非圓的形狀，見(jiàn)下圖。

   我知道那是一種叫等軸曲線。等軸曲線的特點(diǎn)是任何對(duì)邊的尺寸是相等的。這樣就是鉆頭鉆出的孔(尤其是鉆入部分)喪失精度。一些廉價(jià)的鉆頭和廉價(jià)的刃磨設(shè)備導(dǎo)致或是助長(zhǎng)了這種現(xiàn)象。最終用戶可能不得不增加一道擴(kuò)孔的工序來(lái)糾正這種形狀精度的誤差。

   因此，重視刀片選擇的精度原則同樣可以幫助我們提高競(jìng)爭(zhēng)能力。