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刀具选择的精度原则

刀具选择的精度原则 2011年12月10日 来源： 除了在《刀具选择的效率原则》中介绍的加工效率原则之外，刀具对加工精度的影响也是需要考虑的，尤其是在精加工等加工精度、表面质量要求比较高的应用场合。 在粗加工的条件下，我们一般都会采用效率优先原则。在这一阶段，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“净尺寸”状态，是我们考虑刀具选择及加工参数的第一因素。 但在精加工的条件下，情况会有很大差别。精加工时我们应该采用精度优先原则，即首先保证加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面质量。 现在典型的一种以保证精度为优先考虑的刀具被国外许多刀具厂商所青睐，这就是接近完美90°主偏角的立铣刀。我们从数学上可以得出，如果用一个平面(对于刀具是前刀面)去截一个圆柱面(理想的切削刃绕刀具轴线所形成的表面)，只有在该平面包含圆柱面轴线(即刀具轴向前角为零)时，其截交线才会时一段直线。但这时刀刃受力通常不理想，我们常常需要用一个正的轴向前角来改善刀具的切削性能。但这样一来就产生了回转面的形状精度问题：一根交错的直线(切削刃)绕刀具轴线回转所产生的不是圆柱面，而是双曲面。只有切削刃成为椭圆的一部分时，它绕刀具轴线回转的结果才会形成圆柱面。于是国外一些刀具公司先后开发了这样的刀具：肯纳金属的被称为Mill1，山特维克可乐满的被称为R390，而瓦尔特的则被称为F4042。这些刀具的本质都是一样的，他们用一段曲线形的切削刃来构筑接近完美的圆柱面。虽说不同直径的铣刀应该有不同的曲线，而刀片生产的经济性要求又不允许这样做，各厂用在不同直径上选用不同轴向前角的方法来改善其中的差异。 这种产品开发的思路值得国内厂家好好学习。研究用户的需要，分析目前存在的问题，进而想方设法去为客户解决这些问题，是企业不断创新、不断进步、不断满足客户增长的需求的有效手段。

还有一些刀具是经过改进，能够一次加工达到最终质量要求的。也就是在原本用于粗加工的刀具上引入精度改进方案，从而使一次加工获得更好的精度和表面质量。车削上的Wiper刀片和铝合金钻孔的三刃钻(如肯纳的TF钻)都是这样的例子。右图是我在前面的博客文章中提到的Wiper刀片例子。红色线条为传统刀片，蓝色刀片为Wiper刀片，如果我们采用相同的进给量(如0.05mm)，传统刀片加工的表面粗糙度比Wiper刀片的高到5倍(10祄Vs 2祄)。这样加工的精度得到了保证，许多时候甚至可以以车代磨。 2006年5月在苏州举行的高速加工国际研讨会(ICHSM, InternationalConference of High SpeedMachine)上，德国达姆斯特大学的PTW研究所介绍了他们对钻削的一些研究成果。其中有一部分就是关于钻头不对称对钻削精度的影响。研究表明，对称的钻头的两个切削刃形成的是一个完整的圆形，如下图(黑色是钻芯轨迹，红色与蓝色分别是两个钻尖拐角的轨迹)。

而如果钻芯不对称，则会形成非圆的形状，见下图。

我知道那是一种叫等轴曲线。等轴曲线的特点是任何对边的尺寸是相等的。这样就是钻头钻出的孔(尤其是钻入部分)丧失精度。一些廉价的钻头和廉价的刃磨设备导致或是助长了这种现象。最终用户可能不得不增加一道扩孔的工序来纠正这种形状精度的误差。 因此，重视刀片选择的精度原则同样可以帮助我们提高竞争能力。

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