如何选用车刀架及其原理

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：ⅰ 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。

ⅱ 散热效果优，切刃不易磨损，提高刀片寿命。 ⅲ 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：ⅰ 工件有直角之轴肩时，无法使用。

ⅱ 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，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。 ①．选用负斜面角之利弊：ⅰ 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。

ⅱ 强度佳，不易断裂，当机器有足够马力时，可

切削高强度合金钢。

ⅲ 可作断续及重力切削。

ⅳ 切削阻力大，机器需要有较大之马力。

ⅴ 降低成本，可用之切刃比正斜面角刀片，多一

倍。

②．选用正斜面角之利弊：ⅰ 切削时，使切屑容易离开工件，获得光滑表面。 ⅱ 断屑槽变化少，不易断屑，适用于软钢及非金

属。

ⅲ 切削阻力小，但刀尖易破损。

刀柄之选择：

①． 功用：ⅰ 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)

ⅱ 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：ⅰ 一般外径加工所产生之刀具变形，几等于零，故不予细论。

ⅱ 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，则其变形量只为原来之

1/16。

ⅲ 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2×D 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.

ⅳ 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.

ⅴ 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, 但若以碳

化钨刀柄取代钢质刀柄, 则可减少变形量63%.

ⅵ 刀柄材质与伸长量:A 钢质刀柄→4×D 以内, 三倍以

内效果最好

B 高速钢柄→6×D 以内,4.5倍

以内效果最好

C 碳化钨柄→8×D 以内, 六倍

以内效果最好

③. 锁固方式:ⅰ.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.

ⅱ.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.

ⅲ.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.

ⅳ.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.

ⅴ.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.

ⅵ.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) ×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.

② 假设切削深度设定在10倍于进给速率时:ⅰ. 将切削深度增加50%时, 则刀片

寿命将减少约15%

ⅱ. 将进给速率增加50%时, 则刀片

寿命将减少约60%

ⅲ. 将切削速度增加50%时, 则刀片

寿命将减少约90%

ⅳ. 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.

③选择最大切削深度及进给率有以下之限制: ⅰ. 工件表面粗糙度, 光滑, 精度. ⅱ. 刀片抵挡切削阻力之能力. ⅲ. 工件, 刀具夹持之状况. ⅳ. 加工欲流量.

④简易设定切削深度及进给速率之方法: ⅰ. 以刀片边长的1/2为最大切削深度. ⅱ. 以刀尖圆鼻半径的2/3为最大进给速率.

⑤切削速度所受到的限制: ⅰ. 刀片寿命.

ⅱ. 机台之最高转速, 马力, 稳定性.

ⅲ. 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60～80%

D. 铸件毛坯, 不利夹持时, 约降为60～70%

E. 断续切削, 约降为60～70%

F. 热处理后加工:HRC43°以上, 约降为30～40%

:HRC52°以上, 约降为10～30%

⑥切除率(Q)所受到之限制:ⅰ. 切削加工之安全性, 工件精度, 刀片磨耗.

ⅱ. 一般切削条件参考:

A.重切削→D=5～12mm F=0.4～0.8 V=90～150

B.中切削→D=2～6mm F=0.5～0.5 V=150～200

C.精切削→D=0.3～0.5mm F=0.05～0.3 V=180～250

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.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 0.8→R 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.

注:((b),(c),(d)的系数为材料别切削速度 之系数

奥斯田铁系不锈钢难削性之原因及其对策

Ⅰ）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.

Ⅱ) 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.

Ⅲ) 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(□20→□25→□32).

E) 刀柄之突出量应尽量减少, 原则上不超出刀柄厚度之值.

Ⅳ) 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(□20→□25→□32).

B) 采用大背斜角(0°→5°→10°→15°)

C) 大量注入水溶性切削油

ⅴ) 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) 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.

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.

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, 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1/5～1/6

b) 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

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切削纯钛, 有很多使用钻石工具

车削 TNGG160408R-25R

铣削 SEK42AF3NY SEK42AF3N

削材之解决

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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(R0.4→R0.8→R1.2→R1.6) 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. 加大横切刃角(15°→45°) 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

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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

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