基于塑料尼龍加工的內外圓兩用車刀設計

王勝， 程遠， 巫少龍

（衢州職業技術學院機電工程學院，浙江衢州324000）

1 機加工兩用車刀設計

車刀是由機床、刀具和工件組成的切削加工工藝系統中最活躍的因素，刀具切削性能的好壞取決于刀具的材料和刀具結構。切削加工生產率、刀具壽命加工成本、加工精度和加工表面質量的優劣等，在很大程度上取決于刀具材料、刀具結構及切削參數的合理選擇。

通過實踐證明，在進行機械加工的過程中，尤其是加工塑料尼龍等材料的產品，通過設計具有特殊形狀特征的兩用車刀，對有效加工部分進行兩頭加工設計，使得刀具能夠重復利用，從而提高加工效率，降低刀具損耗。加工過程中能減少70%的換刀時間，提高產品的生產效率，而且生產的產品質量非常高。能在工人的操作和加工過程中減少刀具的磨損率和產品的報廢率，為公司節約近30%刀具材料和加工成本，為企業創造了可觀的經濟效益［1］。

1.1 刀具結構優化設計

突破傳統的刀具設計范圍，克服設計缺陷。機加工中，產品的質量直接受車刀幾何角度的影響，一把好的車刀它不僅能高效率地加工出產品，而且在加工過程中不易磨損，使用壽命長。

常規車刀由主、副切削刃、前刀面、主后刀面、副后刀面和刀尖角組成。優化設計合理的刀具角度，可提高刀具的使用壽命。刀具分為5個主要角度，這5個角度分別對應著不同的角度范圍，不同的角度在不同的范圍內會出現不一樣的切削性能，經過不斷反復的實驗，確定選用以白鋼刀為主要刀具材料磨制刀具，設置的5個角度在圖標的角度范圍內時可以達到合理切削的刀具性能，并且不會出現刀具干涉等車削加工中經常出現的問題，在斷屑方面效果也很理想［2］。

1.2 兩用車刀刀具角度的優化

如圖1，刀具∠1 的確定?！?（0°～20°），如果其角度大于20°便會造成切削剛性不足，刀尖角度過尖，在切削的過程中很有可能出現崩刀的現象，如果其角度小于0°那么會出現刀具干涉的現象和刀具不鋒利，切削出來的表面質量差。

圖1 兩用車刀刀具角度

刀具∠2 的確定?！?（5°～15°）稱之為兩用車刀的前刀面角，這個角度的大小決定著刀具的剛性和加工產品底面的形狀規整度，經過實驗將其定好范圍，較好地滿足車削要求。

刀具∠3 的確定?！?（2°～10°）是刀具在磨削時候的一個參考值，其角度必須要大于2°，這樣也符合刀具形狀的規律，因為其后端是刀桿，刀具實際切削的有效長度在圖1中也已經定下范圍，為了確保有效刀桿的長度能更好地進行內外圓的加工，在磨削刀具的時候要考慮這個參考值。

刀具∠4 的確定?！?（5°～25°）和∠1 的原理是一樣的，為什么會有不同的角度范圍呢，因為刀桿要合理利用一端已經磨削成可以加工的兩用車刀并且確定的范圍也是一定的，另一端要有所區別地進行磨削成可以加工另外一些產品的刀具形狀，所以角度就必須磨削成不同的范圍。

刀具∠5的確定?！?（2°～8°）是一個非常關鍵的角度，它的角度直接影響著兩用車刀能否上機床工作，因為它的角度一旦小于2°會直接引起干涉和撞刀的現象，造成刀桿會與外圓表面或內孔表面碰撞，嚴重時會出現斷刀事故［6］。

2 兩用車刀結構性能

兩頭加工設計，使得刀具能夠重復利用。在進行磨制刀具的過程中，把刀坯的兩頭均進行磨制，如果出現一頭刀具破損或者崩刀現象，可以及時進行掉頭，裝夾好刀具，繼續進行機械加工。

提高加工效率，降低刀具損耗。機械加工過程中會出現的一些鐵屑，考慮到斷屑的效果，設計刀具時在其表面磨制了一個帶圓弧的卷、斷屑槽，方便加工過程中的排屑，防止堵刀、粘刀等損壞刀具的現象，三維形狀見圖2。

圖2 兩用車刀三維形狀

3 兩用車刀的實際加工方法

機械加工中加工內孔和加工外圓的工序，往往是相對獨立的，在選擇刀具上面也是相對獨立的，加工外圓的刀具如93°外圓偏刀，35°的外圓刀，外螺紋車刀，切槽、切斷刀等；加工內孔刀具主要有35°的內孔鏜刀，內螺紋、內槽加工刀具等。

充分利用刀具有效切削部分，提高生產效率。常規的滑輪加工往往是先加工內孔，再進行外圓加工。兩用車刀加工時也考慮在內孔退刀的過程中，停留于離端面內側0.5～1 mm的地方，直接工進到外圓加工位置，然后再進行外圓的精加工，這樣順便就可以把端面也一起進行精加工，一次裝夾一把刀具可以加工三道工序，從而大大節省了加工時間，提高了加工效率。這種刀具廣泛應用于企業車間加工中，可為企業節省加工成本，從而創造更高的效益［7］。

4 結語

在校、企雙環境模式下加工產品的過程中，我們反復使用刀具，以加工塑料制品為例，這樣設計的刀具一次裝夾每小時可以加工上百個產品，比普通的刀具反復加工要快50%，并且加工的產品質量非常高，刀具中途出現的磨損也非常小，從而很好地解決了企業機械加工過程的低效率等難題。

［1］ 郭國林，林朝平.數控刀具可靠度的分析與研究［J］.機床與液壓，2010，38（19）：150-151，155.

［2］ 吳能章.數控刀具技術的最新進展［J］.西華大學學報：自然科學版，2007，26（5）：14-19.

［3］ 林朝平.數控刀具可靠度的改善對策［J］.工具技術，2008，42（11）：89-90.

［4］ 陳遼軍，程偉.用于成形車刀CAD/CAM的三維實體造型法［J］.工具技術，2000，34（11）：18-21.

［5］ 張吉軍，賈昕宇，楊忠國.成形車刀設計中的關鍵問題分析［J］.機械設計與制造，2008（2）：198-199.

［6］ 丁友偉，陳文，沈殿才.一種差動微調車刀夾的設計與應用［J］.機床與液壓，2013，41（2）：134，138.

［7］ 張鵬.圓體成形車刀廓形的快速精確設計與制造［J］.新技術新工藝，2003（2）：13-15.