高速刀具的幾何結構設計

數控沖床高速刀具的幾何結構設計
(1)刀體結構
數控沖床高速鏡刀在很高的回轉速度下工作時，其刀體和可轉位刀片均受到很大的離心力作用，要求設計十分可靠的刀體結構和刀片夾緊結構。機夾可轉位刀片的結構形式應能實現一個作用力的封閉連接；刀體結構形式要求與刀片之間形成封閉連接；刀片裝卸應盡可能容易；刀片夾緊機構要有足夠的夾緊力。圖8-5中給出了三種刀體與刀片的安裝夾緊形式。為了調節刀具的不平衡度在刀體上徑向安裝了調整螺釘。
在高速切削中采用的平面鏡刀刀體現已使用鋁合金制造，其優點是刀具重量約為鋼的60%，明顯降低了轉動慣量，使達到數控沖床主軸最高轉速的時間大為縮短，有利于刀具的更換；大尺寸刀具不容易產生顫動。日本住友電氣工業公司的RF型號刀體的鋁合金，其抗拉強度為576N/mm2，硬度150HB，是一般鋁合金的2倍。為了提高鋁合金刀體的表團硬度，采用表面硬質氧化膜處理，可使表面硬度達到350-400HV。
為了提高刀具的剛度，鉆頭、立鏡刀等小直徑刀具均設計為整體硬質合金，并被廣泛應用于印刷線路板的高速鉆孔和儀表零件的高速加工上，已在模具高速切削中成為主流刀具。為了更好地冷卻，出現了帶冷卻孔結構的刀具設計。為了容易排屑，將鉆頭的槽形設計成拋物線截面；為了得到更好的加工表面，簡化后續工序，廣泛采用CBN球頭立鏡刀。
斷屑刀片在自動化機床上已成為重要的斷屑手段，由于走刀量和切削探度影響斷屑效果，所以選擇和應用較為困難。目前，日本東芝鴿公司生產的N系列斷屑刀片有Nm和1"1 S兩種，可根據走刀量和切削探度分別用于粗加工和精加工，有助于選擇和應用。而日本三菱材料公司研制的Hybrid Mill AQX型立鏡刀，使用特殊形狀的刀片，可以兼作多功能、高性能切削。
數控沖床刀具技術發展的另一個趨勢是開發多功能刀具或專用刀具，即要求刀具在一次安裝中能完成多道工序，或減少換刀次數，提高數控機床的效率，減少刀具的品種和庫存的數量，降低制造成本。如ISCAR公司的"霸王刀"是多功能車刀的一個例子。
(2)刀具的刃形
切削刃邊界的缺口破損和刀尖處的熱磨損是高速切削刀具的另一特征，因此，設計應使主、副刀刃在刀尖處逐漸過撞，增大刀尖角，加大刀尖區切削刃的長度和刀具材料的體積，以減緩邊界處的應力梯度和溫度梯度。
高速切削刀具的切削部分應盡量短，以提高刀具的剛性和減少刀刃破損的概率。如陶瓷鏡刀的切削部分就較短，而鉆頭副刀刃的倒錐就比較大。目前，瑞士的Mikron公司還致力于刀尖刃口開刃糟的研究，以改善切削效果。
(3)刀具的主要切削角度
高速切削在前刀面緊靠刀刃處形成月牙洼磨損，減弱了刀刃的強度和散熱能力。減小前角或取副前角可有效減少月牙洼對刃口造成的不良影響。表8-5所示的高速切削與普通切削刀具的前、后角的對比，可見無論切削何種材料，高速切削比普通切削的前角約小10°，后角約大5°_8°。而高速切削不同種類材料時，刀具前、后角的增減規律與普通切削相同.表8-6為幾種用于高速切削的刀具角度，車刀前角的取值范圍較大，立鏡刀因具有螺旋刃，刀 齒逐漸切人，沖擊小，可取較大的前角，但高速切削立鏡刀的螺旋角較小，前角取值也不應太大。