高速刀具的几何结构设计

数控冲床高速刀具的几何结构设计
(1)刀体结构
数控冲床高速镜刀在很高的回转速度下工作时，其刀体和可转位刀片均受到很大的离心力作用，要求设计十分可靠的刀体结构和刀片夹紧结构。机夹可转位刀片的结构形式应能实现一个作用力的封闭连接；刀体结构形式要求与刀片之间形成封闭连接；刀片装卸应尽可能容易；刀片夹紧机构要有足够的夹紧力。图8-5中给出了三种刀体与刀片的安装夹紧形式。为了调节刀具的不平衡度在刀体上径向安装了调整螺钉。
在高速切削中采用的平面镜刀刀体现已使用铝合金制造，其优点是刀具重量约为钢的60%，明显降低了转动惯量，使达到数控冲床主轴最高转速的时间大为缩短，有利于刀具的更换；大尺寸刀具不容易产生颤动。日本住友电气工业公司的RF型号刀体的铝合金，其抗拉强度为576N/mm2，硬度150HB，是一般铝合金的2倍。为了提高铝合金刀体的表团硬度，采用表面硬质氧化膜处理，可使表面硬度达到350-400HV。
为了提高刀具的刚度，钻头、立镜刀等小直径刀具均设计为整体硬质合金，并被广泛应用于印刷线路板的高速钻孔和仪表零件的高速加工上，已在模具高速切削中成为主流刀具。为了更好地冷却，出现了带冷却孔结构的刀具设计。为了容易排屑，将钻头的槽形设计成抛物线截面；为了得到更好的加工表面，简化后续工序，广泛采用CBN球头立镜刀。
断屑刀片在自动化机床上已成为重要的断屑手段，由于走刀量和切削探度影响断屑效果，所以选择和应用较为困难。目前，日本东芝鸽公司生产的N系列断屑刀片有Nm和1"1 S两种，可根据走刀量和切削探度分别用于粗加工和精加工，有助于选择和应用。而日本三菱材料公司研制的Hybrid Mill AQX型立镜刀，使用特殊形状的刀片，可以兼作多功能、高性能切削。
数控冲床刀具技术发展的另一个趋势是开发多功能刀具或专用刀具，即要求刀具在一次安装中能完成多道工序，或减少换刀次数，提高数控机床的效率，减少刀具的品种和库存的数量，降低制造成本。如ISCAR公司的"霸王刀"是多功能车刀的一个例子。
(2)刀具的刃形
切削刃边界的缺口破损和刀尖处的热磨损是高速切削刀具的另一特征，因此，设计应使主、副刀刃在刀尖处逐渐过撞，增大刀尖角，加大刀尖区切削刃的长度和刀具材料的体积，以减缓边界处的应力梯度和温度梯度。
高速切削刀具的切削部分应尽量短，以提高刀具的刚性和减少刀刃破损的概率。如陶瓷镜刀的切削部分就较短，而钻头副刀刃的倒锥就比较大。目前，瑞士的Mikron公司还致力于刀尖刃口开刃糟的研究，以改善切削效果。
(3)刀具的主要切削角度
高速切削在前刀面紧靠刀刃处形成月牙洼磨损，减弱了刀刃的强度和散热能力。减小前角或取副前角可有效减少月牙洼对刃口造成的不良影响。表8-5所示的高速切削与普通切削刀具的前、后角的对比，可见无论切削何种材料，高速切削比普通切削的前角约小10°，后角约大5°_8°。而高速切削不同种类材料时，刀具前、后角的增减规律与普通切削相同.表8-6为几种用于高速切削的刀具角度，车刀前角的取值范围较大，立镜刀因具有螺旋刃，刀 齿逐渐切人，冲击小，可取较大的前角，但高速切削立镜刀的螺旋角较小，前角取值也不应太大。