为满足国家经济建设(尤其是宝钢二期工程建设)对国产可转位刀具的需求,我公司从“七五”期间开始引进德国英格索尔(Ingersoll)公司MAX-I型可转位铣刀系列产品的生产技术和成套设备,随后又购进数台SUN工作站和SDRC公司的I-DEAS应用软件包,运用先进的CAD/CAM技术开发生产国产可转位刀具。迄今,我公司已开发生产了近50个品种、近300个规格的可转位铣刀以及70余种可转位刀片,此外还可以生产各种非标刀具产品,为我国可转位刀具设计、制造水平的提高作出了贡献。
2 MAX-I型可转位铣刀的特点
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(a)MAX-I型刀片 |
(b)普通刀片 |
图1 MAX-I型刀片与普通刀片在刀体上位置的比较 |
MAX-I型可转位铣刀系列是一种结构先进、性能优良的数控刀具,适用于在加工中心等数控机床上加工钢、铸铁、耐热合金、有色金属及各种特殊材料工件,可较好满足数控机床高精度、高效率、自动化的加工要求。MAX-I型可转位铣刀具有以下特点:
- MAX-I型铣刀的轴向跳动等主要精度指标比国家标准GB5340~5342-85的要求显著提高,如标准规定Ø200面铣刀的轴向跳动量为0.05mm,MAX-I型铣刀则达到0.02mm;标准规定支承面的端面跳动量为0.02mm,MAX-I型铣刀则达到0.003mm。MAX-I型铣刀杆类刀具刀柄采用削平柄或7:24锥柄,孔类刀具刀柄也可与数控机床装夹部分良好匹配,可方便地实现自动装卸。
- MAX-I型铣刀的刀片采用切向排列,承受切削力的截面大,因此可充分发挥机床效率,实现大进给、大切深加工。由于刀片受力截面大、磨损区域宽,刀刃周围不易磨损,因此切削刃强度提高,不易引起崩刃。图1为MAX-I型刀片与普通刀片在刀体上位置的比较。
 图2 MAX-I型刀片的紧固 |
 图3 LY-004型铣刀示意图 |
 图4 刀片型线搭接图 |
 图5 刀片错位值Δ和径向前角a |
- MAX-I型刀片利用切削力夹紧,只用一个螺钉即可固定在刀槽中(见图2),刀具结构简单,容屑槽大,排屑流畅,金属切除率高,且刀片更换快速、定位准确,不需使用更换刀片和测量定位的专用设备及各种夹具。
- MAX-I型铣刀的刀体采用优质合金钢材料制造,经过调质、氮化处理后,具有很高硬度和强度,增加了铣刀使用寿命。
3 MAX-I型可转位铣刀的设计方法
以LY-004型铣刀(见图3)为例介绍其设计方法。首先在计算机上绘出刀具标准型线;然后对刀具标准型线进行分段,每段直线分别由硬质合金刀片的刀刃线组成;再将各刀片在规定的公差范围内进行搭接。如图4所示,刀刃型线由刀片A、B、C搭接而成。
刀片按刀刃型线搭接排列好后,根据英格索尔MAX-I型可转位铣刀的结构,可采用以下两种设计方法:
- 刀片错位形成切削落差
- 根据图5所示几何关系,刀片错位值Δ和径向前角a的计算公式分别为
式中:Wb——刀片宽度在轴向截面上的度量值
- C1——后角落差
- D——切削刃回转直径
- 将刀片按计算出的Δ值进行错位,然后转到要求的位置上,再设计出相应的排屑槽、空刀孔和螺钉孔即可。图4所示刀片A即按此方法设计。
- 直接转后角
- 将刀片排列好后,不进行错位,而是直接绕刀片的切削刃转一个后角。图4所示斜面刀片B、C即按此方法设计。该设计方法可保证刀刃型线的准确性。
4 MAX-I型可转位铣刀的主要精度指标
MAX-I型可转位铣刀(系列)的主要精度指标见表1。
表1 MAX-I型铣刀(系列)的主要精度指标
铣刀类型 |
圆跳动(mm) |
内孔公差 (mm) |
柄部公差 (mm) |
基准面公差 (mm) |
径向 |
轴向 |
平面粗铣刀 |
0.03 |
0.03 |
d≤40 +0.025 +0.010 d=60 +0.03 +0.01 |
— |
0.003 |
平面粗精复合铣刀 |
圆周刃 |
0.03 |
0.03 |
精刀片 |
— |
0.003 |
平面精铣刀 |
— |
0.003 |
槽铣刀 |
0.03 |
0.02 |
同上 |
— |
同上 |
立铣刀 |
0.02 |
0.02 |
— |
D=25 0~0.013 D=32~50 0~0.016 |
— |
螺旋立铣刀 |
0.05 |
0.05 |
球头立铣刀 |
0.05 |
— |
5 MAX-I型可转位铣刀的切削用量
MAX-I型可转位铣刀的推荐切削用量见表2。
表2 MAX-I型可转位铣刀推荐切削用量
加工材料 |
材料性能 |
切削速度 (m/min) |
每齿进给量(mm/z) |
平面铣刀、槽铣刀 |
立铣刀 |
粗铣 |
精铣 |
负前角 |
正前角 |
铸铁 |
低硬铸铁 |
≤170HB |
60~90 |
90~120 |
0.5~1.2 |
0.3~0.9 |
0.15~0.4 |
中硬铸铁 |
170~180HB |
55~80 |
75~105 |
0.3~1.0 |
0.3~0.8 |
0.1~0.3 |
高硬铸铁 |
220~300HB |
45~60 |
60~90 |
0.2~0.8 |
0.2~0.6 |
0.1~0.2 |
钢 |
普通钢 |
400~700N/mm2 |
120~240 |
150~300 |
0.3~1.0 |
0.2~0.8 |
0.15~0.4 |
低硬合金钢 |
500~800N/mm2 |
90~180 |
120~240 |
0.3~0.9 |
0.2~0.8 |
0.1~0.3 |
中硬合金钢 |
800~1100N/mm2 |
60~120 |
60~120 |
0.3~0.8 |
0.2~0.6 |
0.1~0.25 |
高硬合金钢 |
1100~1400N/mm2 |
25~60 |
30~90 |
0.2~0.8 |
- |
0.08~0.15 |
铸钢 |
400~700N/mm2 |
45~90 |
75~140 |
0.3~1.0 |
0.3~0.8 |
0.1~0.3 |
黄铜 |
- |
150~600 |
300~900 |
— |
0.25~0.50 |
青铜 |
- |
90~300 |
150~300 |
— |
0.25~0.50 |
铝 |
- |
900~4500 |
≥1500 |
— |
0.15~1.00 |
镁 |
- |
1500~4500 |
≥1500 |
— |
0.15~1.00 |
在满足用户生产节拍要求的前提下,为保证切削安全,建议用户首先选用低于推荐值的切削用量进行切削试验,如粗铣加工普通钢的切削速度推荐值为120~240m/min,可首先选用100~120m/min进行切削试验;每齿进给量推荐值为0.2~0.8mm,可首先选用0.2~0.4mm进行切削试验。
6 结语
无油轴承通过消化吸收引进技术以及对可转位铣刀CAD/CAM技术的大量研究,我公司除研制开发了各种型式、规格的Ingersoll标准MAX-I型可转位铣刀产品外,还根据市场需求研制开发了一大批非标、复杂可转位铣刀,如加工电机转子槽专用可转位铣刀、加工汽车发动机曲轴用可转位铣刀、加工铁道锰叉、道岔专用可转位成形铣刀、重型机械行业用齿轮铣刀、冷冻机行业用螺杆转子铣刀等,其中许多产品填补了国内空白,成功地替代了价格昂贵的进口刀具,有力地推动了机械制造行业的刀具国产化进程。 |