在用單刃刀具進(jìn)行車(chē)削作業(yè)的過(guò)程中，表面光潔度取決于進(jìn)給率和刀尖圓弧半徑，因?yàn)檫@兩者與已加工表面的理論殘留面積高度Ra有直接關(guān)系。刀具進(jìn)給率越大，刀尖圓弧半徑所產(chǎn)生的表面就越粗糙。新一代修光刃刀片的引進(jìn)能產(chǎn)生相應(yīng)的表面光潔度，改變了單刃刀具上進(jìn)給率和光潔度之間看似互不兼容的關(guān)系。刀具修光刃技術(shù)使進(jìn)給量加大，也使切削時(shí)間縮短一半，并產(chǎn)生相同的表面光潔度，因而，現(xiàn)不可調(diào)刀具從粗加工到精加工，用修光刃技術(shù)車(chē)削己經(jīng)成為一種廣為接受的工藝。

一、精切削與修光刃

傳統(tǒng)車(chē)床類(lèi)不可調(diào)精加工刀具的工藝性能都比較單一，而傳統(tǒng)車(chē)床類(lèi)具有修光刃的大進(jìn)給刀具的先進(jìn)靜態(tài)幾何參數(shù)也為具體運(yùn)用到不可調(diào)的可轉(zhuǎn)位車(chē)刀技術(shù)上，因而只能局限在車(chē)床類(lèi)不可調(diào)刀具的技術(shù)范疇內(nèi)，技藝的經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)。

用于車(chē)削的第一款修光刃WM刀片是山特維克可樂(lè)滿于1997年首創(chuàng)的。而把較高的生產(chǎn)效率與更好的表面光潔度融為一體的山特維克可樂(lè)滿推出的具有WMX槽形的新型Wiper(修光刃)刀片，能夠在更高的進(jìn)給下在車(chē)間實(shí)現(xiàn)安全切削，已是大多數(shù)加工系統(tǒng)應(yīng)用的首選，其應(yīng)用范圍主要包括ISO P鋼以及ISO M不銹鋼和ISO K鑄鐵。更高的進(jìn)給能力、平穩(wěn)的切削過(guò)程、低噪聲以及減少振動(dòng)的功能，使其具有明顯的加工優(yōu)勢(shì)與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。例如:WMX Wiper(修光刃)還搭配有牌號(hào)選擇，這為其從低切削速度下粗加工鑄鐵方面、要求苛刻的間斷切削到高切削速度下不銹鋼的高表面質(zhì)量精加工，提供了很寬廣的應(yīng)用選擇。

針對(duì)我國(guó)刀具應(yīng)用系統(tǒng)工程的具體狀況進(jìn)行分析，該Wiper(修光刃)技術(shù)還是脫離不了僅適應(yīng)大批量、少品種的生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)小批量、多品種的工藝系統(tǒng)適應(yīng)性不強(qiáng)。因而，加工系統(tǒng)效益的綜合提高，需要將各類(lèi)帶修光刃的半精加工、精加工以及粗加工，不可調(diào)刀具的相關(guān)技術(shù)成果，通過(guò)相應(yīng)的接口并聯(lián)起來(lái)，通過(guò)優(yōu)化其幾何參數(shù)的調(diào)整問(wèn)題，才有可能實(shí)現(xiàn)整個(gè)修光刃加工系統(tǒng)包括精密加工系統(tǒng)的優(yōu)化與集約化，為便于操作、“三高一專(zhuān)”技術(shù)可靠、車(chē)床類(lèi)精加工可調(diào)刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)解決一系列相關(guān)問(wèn)題。其許多機(jī)理與一般加工相比有其特殊性。對(duì)這些切削機(jī)理方面的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，掌握變化規(guī)律，才能完善車(chē)床類(lèi)精加工刀具可調(diào)簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)。

二、不可調(diào)刀具修光刃的兩種類(lèi)型與參數(shù)

1.修光刃的兩種類(lèi)型與刀尖圓弧半徑

現(xiàn)不可調(diào)刀具的修光刃僅是在刀具副刀刃上靠近刀尖處一條副偏角Кr'等于 (或近于)零的刃帶，有直線型與圓弧型兩種。直線型修光刃制造、研磨容易。當(dāng)修光刃的長(zhǎng)度bε，大于進(jìn)給量f時(shí)，可減少加工表面的殘留高度，達(dá)到Ra＜0.02μm的滿意結(jié)果，但直線度要好，對(duì)于不可調(diào)刀具則要求嚴(yán)格與走到方向一致，且不能太長(zhǎng)，否則會(huì)增加徑向切削力。由于和工件過(guò)多摩擦，也會(huì)加大工件表面粗糙度，加速修光刃的磨損。對(duì)于大進(jìn)給切削車(chē)刀其長(zhǎng)度bε，一般為 (1.2～1.5)f，在大型機(jī)床上用大的進(jìn)給量和大的背吃刀量可選用 (1.5～2)f∪ (0.3～0.5)+f(mm)。主刀刃的幾何參數(shù) Кr分別可為 45°、60°、75°、90°，倒角過(guò)渡刃偏角 Кrε=1/2Кr、bε=(1/5-1/4)ap。

刀具采用圓弧修光刃時(shí)，對(duì)刀容易，使用方便，但理想圓弧段的適應(yīng)性較小。即走刀量小時(shí)，圓弧刃留下的殘留面積才小，走刀量稍大時(shí)，已加工表面會(huì)有一定的質(zhì)量問(wèn)題，用橢圓弧段替代，就能實(shí)現(xiàn)刀尖在最大允許半徑公差范圍內(nèi)，調(diào)整刀尖圓弧的不同弧段，不能與主刀刃偏角同時(shí)調(diào)整，且嚴(yán)格與走刀方向平行的修刀刃就能在微調(diào)主偏角Кrr的同時(shí)，又能微調(diào)修光刃偏角Кr'，以達(dá)到粗糙度較好的加工表面質(zhì)量。

2.修光刃刃口圓弧半徑

開(kāi)發(fā)一項(xiàng)新的Wiper(修光刃)技術(shù)，需要設(shè)計(jì)其主半徑以及一系列互補(bǔ)半徑的數(shù)量和尺寸。這與精光刀具刃口不絕對(duì)平行走刀方向，有微量的偏斜度，才能加大走刀量以獲得較好質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)工藝傳統(tǒng)是一致的。這種修光刃效應(yīng)，能縮短大約30%的切削時(shí)間。但還必須考慮刃口圓弧修正主偏角與刃口半徑的調(diào)整問(wèn)題。

直線型修光刃不能與主刀刃偏角同時(shí)調(diào)整，但刀尖的幾何形狀近似于橢圓曲線，其效率的提高必須首先考慮刀尖圓弧的修正主偏角Кrr的初相角，還需要進(jìn)行具體的刀尖圓角半徑設(shè)計(jì)。所以，設(shè)計(jì)修光刃槽型前后角的優(yōu)化初相角，再通過(guò)主前角角調(diào)整 (最大調(diào)整角15°)，能使修光刃有15°刃傾角的調(diào)整幅度，從而獲得較大的工作前、后角與較小的刀尖圓弧半徑，進(jìn)行實(shí)施符合精加工的大刃傾角切削是可能的。也能將低速進(jìn)給時(shí)的良好切屑控制與高速高效進(jìn)給時(shí)的平穩(wěn)斷屑能力融為一體。

3.修光刃的前、后角

現(xiàn)可轉(zhuǎn)位刀片刃口各種槽型，基本只考慮主刀刃的流屑與斷屑功能，不管是開(kāi)式斷屑槽的各種型號(hào) (A、Y、K、H、J、Z、C、D共8種)，還是封閉式斷屑槽 (Y、M、W、G、P、B、T共7種)，均未顧及修光刃的前后角的優(yōu)化與調(diào)整問(wèn)題。因而當(dāng)修光刃大于一定長(zhǎng)度，往往容易造成振動(dòng)。根據(jù)分屑大進(jìn)給切削刀具介紹的刃口參數(shù):前、后角 aoε=3°-8°、roε=8°-10°、λSε=0°只表示了粗加工的狀況，因而實(shí)際切削力高出5%～10%。

對(duì)于車(chē)床類(lèi)不可調(diào)刀具來(lái)說(shuō)，修光刃技術(shù)的具體運(yùn)用，其先進(jìn)性只能在某些具體條件下才能體現(xiàn)與衡量。平修光刃適用于小吃刀深度、低速、大進(jìn)給量、剛性好的加工系統(tǒng)，也可以進(jìn)行高速切削;圓弧修光刃比較適合高速加工，吃刀深度也可加大，一般應(yīng)＜3mm，進(jìn)給量要小于平修光刃刀具，工件已加工面質(zhì)量因條件不同會(huì)稍差一些。修光刃與加工表面較長(zhǎng)的接觸長(zhǎng)度必須與適當(dāng)?shù)臄嘈疾坌推胶猓拍苋〉闷交那邢髯饔?，并達(dá)到較高進(jìn)給率所需的強(qiáng)度。繼WM修光刃之后是WF修光刃，用于較為精細(xì)的領(lǐng)域，適合切削條件約束較多的加工系統(tǒng)。

對(duì)于帶修光刃的不可調(diào)大進(jìn)給、大切深刀具(f=1～3mm/r，ap=8～10mm，v=60～70m/min)，其特點(diǎn)是使切屑變形、單位切削力、刀具磨損減少，但切削面積大、切削力Fr也就加大，也容易產(chǎn)生機(jī)床功率不足、振動(dòng)與刀具崩刃、工件表面光潔度下降等問(wèn)題。因而，刀具修光刃的設(shè)計(jì)，必須根據(jù)具體加工條件，具體考慮與選擇主刀刃系統(tǒng)幾何參數(shù)的配合和優(yōu)選問(wèn)題。已把不可調(diào)刀具精密切削獨(dú)立幾何參數(shù)的研究成果，具體運(yùn)用到修光刃系統(tǒng)幾何參數(shù) (刀尖圓弧半徑rε及其修正主偏角Кrr和排屑角θ、刃口前、后角、斜角與有效長(zhǎng)度)的優(yōu)化與調(diào)整上，其前角與槽型的配合與優(yōu)化問(wèn)題必須具體解決。

例如:新型可調(diào)刀瘤切削 (SWC)重型車(chē)削主前角就在 30°左右、刃傾角 λs=-(3°～6°)，其在κr＜90°的情況下，主、副刀刃幾何參數(shù)與刃傾角均由前角調(diào)整15°左右獲得，從而使主刀刃與修光刃的幾何參數(shù)都得到優(yōu)化。除主刀刃能進(jìn)行瘤切削 (SWC)重型車(chē)削外，修光刃也能進(jìn)行正刃傾角25°的斜刃精切削，因而，提高了加工系統(tǒng)的整體效益。

三、主刀刃的切屑變形與斷屑槽型

帶修光刃的大進(jìn)給刀具的切屑變形是三維的。因?yàn)橹鞯度?、過(guò)渡刃、刀尖圓弧部分和副刀刃在單獨(dú)切削時(shí)，各自有不同的剪切角 (各自有不同的厚度和長(zhǎng)度)，切屑應(yīng)在不同的方向流出，但把切屑看作整體流出時(shí)，卻是作螺旋運(yùn)動(dòng)。其各部分相互作用著力和力矩，其結(jié)果切屑往往發(fā)生卷曲。根據(jù)沿切削刃使剪切角發(fā)生變化，是切削發(fā)生橫向卷曲的一個(gè)重要原因。因而，其槽型應(yīng)選擇外斜通槽，但刃口各主前角矢量應(yīng)沿刀刃逐漸向圓頭車(chē)刀所具有的縱向直槽過(guò)渡，就能保證主刃切屑的變形與流向偏離已加工表面和修光刃的刃口效應(yīng)。由于其刃傾角調(diào)整至正25°左右，能保證一般刀具材料較小的刃口半徑進(jìn)行0.001mm的精密切削。修光刃與加工表面實(shí)際接觸寬度減少長(zhǎng)度需要時(shí)也能調(diào)整。因而，修光刃刃口主半徑的增減能符合加工廠質(zhì)量的要求，也能通過(guò)調(diào)整修光刃的刃傾角得到實(shí)現(xiàn)，把修光刃刃口的實(shí)際長(zhǎng)度限制在允許較高進(jìn)給率所需的長(zhǎng)度上。

如何運(yùn)用較少種類(lèi)的刀具，滿足較多類(lèi)型精加工技術(shù)要求，就必須突破傳統(tǒng)精加工刀具幾何參數(shù)不可調(diào)的局限，滿足較多粗加工與半精加工、半精加工與精加工的工藝合成以及超精密加工的工藝集成需要，就必須考慮有關(guān)機(jī)床動(dòng)力與刀具調(diào)整方面的一系列集約化問(wèn)題。

例如:把較高的生產(chǎn)效率與更好的表面光潔度融為一體的山特維克可樂(lè)滿推出的具有WMX槽形的新型Wiper(修光刃)刀片，就能夠在更高的進(jìn)給下在車(chē)間實(shí)現(xiàn)安全切削。其車(chē)削性能源自Wiper(修光刃)刀片上新的刀尖圓角半徑設(shè)計(jì)，并成為負(fù)前角刀片車(chē)削的首選。Wiper(修光刃)刀片為提高車(chē)削時(shí)的生產(chǎn)效率提供了最有利的捷徑。刀尖圓角半徑上的變化使得進(jìn)給率翻倍，并且絲毫不會(huì)影響到良好的表面質(zhì)量。如其技術(shù)運(yùn)用到車(chē)床類(lèi)帶修光刃的大進(jìn)給可調(diào)式刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)的技術(shù)上，將能更適應(yīng)我國(guó)的工具應(yīng)用系統(tǒng)工程的實(shí)際狀況與能力的提高。

四、車(chē)床類(lèi)帶修光刃的大進(jìn)給可調(diào)式刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)

車(chē)床類(lèi)帶修光刃的大進(jìn)給可調(diào)式精密刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能基本超越了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利車(chē)床類(lèi)可調(diào)式刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)(專(zhuān)利號(hào):200810017571.0)所闡述的指數(shù)范圍。該簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)不僅要求刀具結(jié)構(gòu)能使主刀刃的幾何參數(shù)在最小范圍內(nèi)適應(yīng)加工系統(tǒng)中相關(guān)調(diào)整、調(diào)換與變化的需求，也要與修光刃的系統(tǒng)幾何參數(shù)滿足精加工的要求相適應(yīng)，且各構(gòu)件的配合精度要符合刀具結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜剛度要求。因而，刀槽與刀片修光刃不同類(lèi)型的初相角，應(yīng)確保刀頭切削部分不僅能做平面直線有限往返與圓弧的有限往返運(yùn)動(dòng)，而且又能及時(shí)調(diào)整相應(yīng)刀片定位銷(xiāo)與刀片可調(diào)壓板以及圓弧球面可調(diào)壓板。因而，刀桿構(gòu)件配合精度與連接強(qiáng)度要高，并具有良好的動(dòng)平衡性能，剛性?xún)?yōu)異，不致發(fā)生異常振動(dòng)，也能在承受較大切削力時(shí)消振、預(yù)警。刀桿材料可用用45鋼或4OCrMo鍛造或車(chē)削成型，熱處理硬度為45～48HRC，彈性變形量應(yīng)滿足刀具的結(jié)構(gòu)性能的動(dòng)、靜剛度要求，從而作為機(jī)床功能的補(bǔ)充，滿足加工系統(tǒng)的高效需要。實(shí)踐證明采用可調(diào)式精密刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，初步實(shí)現(xiàn)了集約化與綠色化切削，有效提高了刀具工藝措施的經(jīng)濟(jì)性，從一般車(chē)床到最現(xiàn)代化的CNC車(chē)床都可適用，換刀時(shí)間只有一般車(chē)床刀具的1/20～1/10，且重復(fù)定位精度高，又有很好的加工尺寸穩(wěn)定性，是車(chē)床類(lèi)帶修光刃的大進(jìn)給焊接刀具技術(shù)與Wiper(修光刃)的有效結(jié)合與拓展。

修光刀具刃口幾何參數(shù)的變化應(yīng)具有以下特點(diǎn):前角 γo=15°～30°、后角 αo=5°～8°、主偏角κr=45°～75°、刃傾角 λs=-3°～ -6°、過(guò)渡刃主偏角 κrε=15°～30°、副偏角 κ'r=15°～30°、修光刃偏角κr1=0°、修光刃刃傾角λs1=0～10°、主切削刃負(fù)倒棱寬度必須小于切削厚度ap(=f·sinκr)、bγ1=(3/4 ～1/2)f，刀尖圓角半徑 rε=0.3～1.0mm，修光刃長(zhǎng)度為背吃刀量的1.5～2倍，刃傾角為+25°，起到刮削作用，刃口棱面負(fù)前角約為-30°由倒棱獲得，效率將有所提高。刀槽初相角參數(shù) κcγ=60°∪45°、αco=(25°∪20°∪15°)、λcs=-6°、副偏角 κco=-30°。刀片角度為 γpo=15°∪20°∪25°αpr=20°∪15°、刃傾角 λps=0°。在 κr＜90°的情況下，主、副刃傾角均由前角調(diào)整15°左右獲得。這樣結(jié)合刀片的調(diào)換性能，能使刃口刀具幾何參數(shù)與切削用量參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

五、結(jié)束語(yǔ)

研制新一代車(chē)床類(lèi)帶修光刃的大進(jìn)給精加工可調(diào)式刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)技術(shù)，主要是為了在較高的進(jìn)給率下，提高刀片所能產(chǎn)生的表面光潔度水平。按其技術(shù)功能大致可分為兩類(lèi):一類(lèi)是用于半精加工以提高生產(chǎn)加工效率為目的;另一類(lèi)是用于精加工以減少表面粗糙度值為目的。車(chē)床類(lèi)帶修光刃的大進(jìn)給可調(diào)式刀具簡(jiǎn)式工具系統(tǒng)使先進(jìn)的Wiper(修光刃)技術(shù)在我國(guó)的刀具應(yīng)用工程中得到進(jìn)一步的發(fā)揮，適應(yīng)我國(guó)多品種、小批量的刀具應(yīng)用工程系統(tǒng)的具體狀況，其實(shí)用價(jià)值是巨大的，應(yīng)得到具體的推廣與應(yīng)用。