设计刀具

设计刀具（精选十篇）

设计刀具 篇1

1 刀具的选择

1.1 数控刀具的型号

ISO是国内外刀具厂商的统一标准, 通过一系列编号代表着不同的刀具参数, 应根据具体的几何参数选择。

1.2 刀片形状的选择

1) 数控车刀片形状, 它取决于加工部位的形状, 是选刀的最重要内容。它主要涉及刀具的主偏角, 刀尖角和有效刃数等。一般来讲刀尖角愈大刀尖强度愈高, 应尽量采用。但刀尖角小干涉现象少, 适用于复杂型面, 开挖沟槽及下坡的型面。选刀片形状概括见表1:

2) 刀片类型:指的是有无断屑槽及中心孔。在刀体选定后, 可适用的刀片就已确定为一种或几种类型。通常更倾向选择A, G, N等正反面都有刀刃的类型以利提高刀片的利用率。

3) 刀尖半径:刀尖圆弧半径不仅影响切削效率, 而且关系到被加工件表面粗糙度及精度。从刀尖圆弧半径与最大进给量关系来看, 最大进给量不应超过刀尖圆弧半径的80%, 否则将恶化切削条件, 甚至出现螺纹状和打刀问题。因此选择刀尖圆弧半径至少要等于最大进给量的1.25倍, 一般应为2倍。

4) 通常对于小余量:小进给量的车削采用小的刀尖圆弧半径, 反之用大的刀尖圆弧半径。通常, 我们在精加工中选刀尖圆弧半径为0.2, 0.4, 0.8;半精加工选0.4, 0.8, 1.2;粗加工选0.8, 1.2, 1.6, 2.4。

1.3 车刀类型的选择

1) 刀具的选择要求刀具要有较高的强度, 又不能与工件产生干涉。所以刀杆头部形式按主偏角和直头, 偏头分有十几种形式, 应用时必须结合工件形状与刀片类型相协调。

2) 车刀类型的选择着眼于刀具的主偏角。一般情况有直角台阶的工件可选择大于或等于90°主偏角的刀杆。一般粗车可选主偏角45°～90°, 精车可选45°～75°的。工艺系统刚度好时主偏角可选较小值, 反之选较大值。

3) 刀片卡紧方式的选择:刀片卡紧方式主要有C, D, M, P, S五种, 根据切削强度和刀片形状选择。

1.4 刀杆尺寸的选择

1) 刀杆的基本尺寸有刀尖高度, 刀杆宽度及长度。在标准尺寸系列中, 刀的高度宽度及长度都是对应的。选择时应按机床匹配。其中最重要的是刀尖高度, 因为车刀刀尖必须处于车床主轴中心线的等高位置, 因故不能匹配则由刀垫, 刀夹予以解决。

2) 刀杆长度由夹持长度及悬伸量确定的, 外圆刀杆悬伸量一般为刀尖高度的1.5倍, 内孔刀的悬伸量则决定于孔深或加工部位的位置。刀杆太长宁肯锯短也不要悬选择伸过长, 因过长易导制振颤和干涉。

1.5 刀片材料

国内厂家的数控刀片材料比较单一, 国外知名厂商将钢、不锈钢、铸铁.有色金属、耐热优质合金和淬硬材料分类, 采用不同的刀片材料, 而且每类加工材料又配有不只一种刀片材料供选择。各厂商都有自己的刀具材料牌号, 其中不乏厂商自己研制的。

1.6 刀具厂商的选择

做为用户, 选择经济适用、服务及时、能够提供技术支持的刀具厂商是最佳方案:

1) 价位:德国的最贵, 美、欧、以色列、日本次之。便宜的是韩国、台湾, 最便宜的是国货。

2) 知名度和服务:从销量上看, 国际上几大厂家首推瑞典山特维克可乐满, 其次为美国肯纳飞硕, 以色列依斯卡和日本三菱紧随其后。这些厂家销量大且刀具尤其是刀片品种齐全。

根据上述, 零件的加工, 必须根据刀具的参数和零件加工实际情况, 合理的选择刀具, 达到提高工作效率的目的。

2 多工位刀具系统的设计优化

1) 工位刀具系统时, 必须注意防止刀具与工件.卡具和机床之间的干涉和碰撞。主要有下面三种情况。

a.径向安装的刀具如果过长, 将引起刀位转换时刀具与机床内壁之间的碰撞。

b.邻刀位上的刀具对工件的干涉在加工大直径带小孔的工件时, 特别是孔加工刀具多的时侯容易出现, 加工小直径内孔也容易出现与卡具的干涉。当工件直径很大, 但加工部位不靠近中心, 无干涉区就会变大;

c.调装时, 若不能明确判断不发生干涉, 应绘制刀具干涉图。由于刀架工位数多, 刀夹相邻角度小所以无干涉区变小。要扩大无干涉区以加大工件直径, 可减小刀具长度或改变装刀的位置, 比如把孔加工刀具尽量间隔开等。

2) 制刀架允许的最大的转动惯量:当安装的刀夹过重, 镗杆过粗过长时需计算刀架的转动惯量, 不能超出允许值。

3 结语

总之, 在刀具选择及刀具系统设计时, 应考虑刀具的使用成本, 减少刀具的使用数量, 对产品加工要求高的难加工、高效率、高质量的工件可选较高层次的刀具等。反之可选较低层次的, 以降低成本。无论哪一层次, 非标、特殊订货的刀具价贵且供货期长, 都要尽量选标准产品。

参考文献

[1]孟少农.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社, 1998.

设计刀具 篇2

近年来，金属加工业发展迅速，其动力来自于多个方面。例如经济的全球化、市场竞争的加剧、难加工材料的使用以及对环境问题的觉悟等因素。其结果是，刀具的最终用户对刀具制造商提出持续改进的要求。金属加工业的总趋势是发展更多先进的加工工艺。虽然刀具发展史上具有划时代意义的创造发明多数来自专门的科研机构，但是直接面对具体加工挑战的是广大的刀具制造商。因为刀具制造商处在开发新型刀具材料、刀具结构和加工方法的第一线。

本文将针对几个方面的加工挑战给出具体的案例，阐述刀具制造商如何在实践中推进刀具的发展。

新材料的加工挑战

粉末金属零件是一种经济型的替代方案。使用粉末金属技术制成的零件具有许多独特的优势。粉末金属技术使得被加工的复杂零件接近最终的尺寸和轮廓，从而明显提高加工效率。通常所需要的只是一次精加工。另外，粉末金属技术在零件内特意留出残余孔隙度，这对于自润滑、减轻重量和消声等特性非常有利。某些复杂零件很难或不能采用传统铸造工艺制造，能很轻易地使用粉末金属技术进行生产。总之，粉末金属技术提供了一个经济的零件生产方法。那么，加工粉末金属面对的挑战是什么？

粉末金属材料的加工难度经常被低估。由于粉末金属材料往往是在一种软的、有时为多孔结构中含有硬颗粒，加工人员经常被材料硬度值所误导。颗粒硬度高达HRC70，而宏观硬度低到HRC10。硬颗粒和多孔性会导致刀具切削刃的微观疲惫。刀具的切削刃在切入切出时如同是在颗粒和颗粒之间以及孔和孔之间穿行。反复的小冲击导致切削刃上产生小裂纹。这些疲惫裂纹越来越大，最终导致切削刃微崩。这种微崩非常细微，以致于看上去就像正常的磨损。颗粒硬度和宏观硬度之间的常见偏差意味着加工粉末金属零件通就像是在加工一个砂轮。

粉末金属零件的独特性能和加工特性意味着增加耐磨性的高CBN含量和为了改善切削刃韧性的细颗粒度是加工的基本要求。CBN200刀片正是由CBN高含量的极细颗粒材料构成，正好满足了这些要求。此外还有一种独特的金属粘合剂，从而使CBN200成为理想的加工解决方案。它极好的耐磨性和韧性对于最小化加工成本非常理想。

通过匹配倒角、宽度和切削刃研磨，我们已经强化了切削刃，并因此提高了刀具寿命，改善表面粗糙度和加工公差，使客户获得更高的生产率和可靠性。这种切削刃设计对于难加工的粉末金属材料尤其适用。

汽车发动机缸盖上的阀座是一个典型的粉末金属零件，阀座孔的精加工用PCBN加工的刀具寿命是5000件，而用硬质合金刀具加工的寿命为300件，两者的寿命相差十几倍。PCBN等超硬刀具材料替代硬质合金刀具已经在越来越多的应用场合成为一种趋势。

难加工材料断屑的挑战

钛合金是众人皆知的不良导热体，也就是说高温保持在切削点上，导致能产生焊接、粘结和扩散等合金化倾向，切削刃会很快被损坏。钛合金的切削特性是产生一种薄的高速切屑，它很难被折断成可控制的碎屑。通常，这种切屑将使传统的冷却传输系统偏移，导致切削点缺乏冷却液，并损坏零件。使用大正前角且切削刃锋利的传统刀具可以使这些影响最小化，但是生成的长切屑很难控制。

为响应航空工业对改善钛合金切削性能的需求，山高开发了Jetstream刀具。在解决把冷却液精确地传送到切削区这个老大难问题上，它是一种革命性的新方案。

Jetstream刀具的工作原理是把集中的冷却液高压射流以高速直达接近切削刃的最佳位置。这种冷却液的射流把切屑抬离前刀面，改善切屑控制和刀具寿命，并能提高所应用的切削参数，而且不仅仅适用于航空材料。Jetstream刀具已经被证实对几乎所有的材料组有效，而且冷却液压力的选择范围宽。

从切削区高效地散热是影响刀具性能的最重要的因素之一。使用冷却液来散热的好处是清楚明了，直到现在冷却液还简单地被用在冲洗该区域。要让冷却液能真正地有效，它应该能把热量从切削区迅速带走，而定向的冷却液流将冷却液精确地送到需要的地方就会有效得多。

为了使刀片有效地工作，工件和刀片两者都需要达到某一温度水平。热量太多的话，刀具寿命将缩短；热量不足的话，切屑将不能正常形成。当切屑形成时，它所含的热量需要被带走。不能迅速带走热量导致一种延展性好的切屑，柔性好且不能折断，而其自身的不断卷曲使操作工操作起来十分不便。

Jetstream刀具对于从切削区带走热量非常有效，使得切屑迅速冷却，切屑的硬化使其变脆。由此得到的切屑易于折断并能从切削区移除。

凭借Jetstream刀具，山高清楚了直接将冷却液传输到刀具/工件接触面这一理念的重要性。它用最小量的冷却液，提供有效的冷却，也使得切屑脆到足以更轻易地折断，从而答应提高切削速度并延长刀具寿命（归因于减少加工硬化和沟槽磨损）。更不用说消除了停机时间和与缠结的长切屑相关的零件损坏。

在山高的试验中，普通刀具以40m/min的切削速度、0.25mm/rev的进给量和2mm的切削深度来生产Ti6Al4V零件，加工节拍为5min。而使用Jetstream刀具，可以把切削速度提高到80m/min，并将加工节拍缩短到3min，生产率提高了40%。

加工效率的挑战

时代在变，日益增长的效率竞争要求有越来越高效的加工方法。高进给铣削是保持公司处于领先地位的要害。

高进给铣削实际上是一个为高金属切削率开发的粗加工方法，用以提高生率和节约加工时间。把较浅的切削深度（不超过2mm）和大的切削圆弧半径或者小的主偏角相结合，将切削力的方向朝着轴向的机床主轴。

这种铣削方法能够取得比传统方法快3倍的加工速度。它并没有在切削时采用更大的切深（将缩短刀具寿命），而是从反方向进行。它把浅的切削深度和高的每齿进给量成对使用，保护了刀具。并且获得比普通加工更高的金属切除率。

这种方法具有很多优势。例如，切削力在轴线方向上指向机床主轴；减少振动并进而延长刀具寿命；高进给铣削（HFM）方法利用较小的主偏角；使得径向切削力最小化而轴向切削力最大化；减少振动的风险并获得稳定的加工；当处于大悬伸加工时，这个方法甚至又能提高切削参数。

采用较小的切深和更快的每齿进给量进行加工，每分钟可以去除超过1000cm3的工件材料。事实上，有时进给速度可以提高到常规值的10倍。而且即使它是一种粗加工方法，仍能获得接近成品的外形。这使得用户能跳过半精加工并直接进行最终的精加工。给每台机床生产更多零件的可能性。

HFM方法对于型腔铣削非常有效，尤其是模具加工。除了型腔铣削，它还可用于平面铣削、螺旋插补铣削和插铣等加工方法。HFM方法已经被更多的机加工领域所采用，刀具制造商还在提高加工经济性方面进行探索。除了最常见的三角形刀片，有4个切削刃的方刀片也已用于高进给铣刀。

加工经济性的挑战

方肩铣削在铣削加工领域占有很大份额。无论加工中碰到怎样的困难，用户都希望获得一种既能提高生产率又能降低单件成本的经济刀具的解决方案。多切削刃刀具已经存在，但是用户还在寻求能够提供最低每刃成本的刀具。

方肩铣削的经济性还体现在以下方面。用户希望第一次就实现真正的90°直壁，不必动用费钱耗时的另一个铣削加工。有些多刃刀具噪声很大，振动剧烈，因此其表面粗糙度的效果不甚理想。需要低噪声、低振动的铣削刀具，而且必须采用较小的公差刀片（周边磨削）和刀片座。客户需要高精度的刀具来实现最佳质量的表面粗糙度。减少不同刀具的库存量有助于提高利润。客户需要可用于多种不同加工（包括平面铣削）的方肩铣刀。事实上，客户希望得到一种用于普通加工的可靠、经济高效、首选的解决方案。

山高刀具公司的Square-6产品是一款采用三角形刀片的独特方肩铣刀。每个刀片有2个切削刃的Turbo旋风铣刀是一款最常见的方肩铣刀，它切削轻快，加工效率高。美中不足的是刀片的有效切削刃数量少，在谈及经济性时缺乏优势。Square-6有6个切削刃，因此每个切削刃的成本低，非常经济。刀片座的轴向前角为负，但是刀片上的正角切削刃能保证切削前角为正，因此可以确保高性能。Square-6具备3种不同刀片几何角度和3种不同的齿距，这使得其能在广泛的材料、加工和工况下都能提供同样的高性能。90°的主偏角确保只需一次加工就能得到真正的90°方肩，从而节约生产时间。带涂层的刀体具有更长的刀具寿命。预硬的刀体和周边精磨的刀片具有更好的精度，可靠性更高，也能够提高所加工零件的精确度和公差。

设计刀具 篇3

关键词： 影像式刀具预调仪； 图像像素标定； 图像处理； 标定具； 集成校准基准标定

中图分类号： TH 741文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.015

引言

近年来，随着我国制造业的快速发展，带动了国内数控机床、加工中心的日益普及，而随着数控机床、加工中心的大量使用，又使得能够快速、准确测量刀具相关参数的刀具预调测量仪的市场需求日益增加。纵观国内国外相关产品的发展，国内目前正在逐步从以光学投影式测量向视频影像式测量发展，技术上还存在一个逐步完善过程，且生产厂家很少，而国外主要走高端，技术成熟，但价格不菲，在此情况下，为满足市场日益扩大的需求，开发了这一款影像式刀具预调仪。目前国内市场主要以光学投影式刀具预调仪为主导，随着国外先进产品的不断引入及用户需求的提高，研制带CCD视频图像处理技术的刀具预调仪就显得尤为重要，而且要求仪器外形美观、操作直观、方便；软件要求人机界面友好，智能化程度高，功能强大，本仪器正是根据这些要求进行开发。

1刀具预调测量原理

数控机床和加工中心利用刀具在主轴上的长度及直径等参数调整刀尖轨迹进行刀具补偿，这一过程称为对刀。通常来说，理想的刀具的刀尖是一个点，但实际刀具的刀尖都是具有一定曲率半径的圆弧，如图1所示为刀尖局部放大图，根据切削方式的不同，其切削点也就不同，当用于断面切削时，切削点是图1中的R点，当用于圆柱面切削时，切削点是图1中的H点，在机床坐标系中确定刀具预调点R、H的位置坐标就实现了刀具的预调，也就是说刀具预调就是测量刀具刀尖相对于仪器基准点的坐标位置，即如图1中的R、H两点。另外在复杂曲面的加工中有些是利用刀具刀尖上R、H之间的某一点，而有些接触点则是在R、H之间变化的，因此，刀具预调仪不但要能测出刀具的刀尖特征位置（R、H两点），还要能测出切削角、刀尖圆弧半径等形状参数，如图2、图3所示。

如图6所示，整机由二维机械位移系统、气浮系统、照明系统、CCD摄像系统、图像采集接口系统、计算机处理系统构成，其中机械位移系统和计算机图像处理软件是保证测量精度的基础，而照明系统和CCD摄像系统则是实现精确测量的关键部件。其整机实现原理是：通过x、z二维机械位移系统，使刀具的被测轮廓进入到光学视觉系统中。光源从一侧投射在被測刀尖上，另一侧的视觉系统接收成像。通过软件对图像预处理、去噪、滤波、边缘提取、亚像素细分、曲线拟合等，提出被测刀具的相应数据（（R、H）值、切削角、圆弧半径等），在计算机上显示结果，并把相应数据与加工中心共享，达到刀具预调目的，其流程图如图7所示。

这其中，为保证机械精度，二维机械位移系统采用气浮式运动机构，日本THK精密滑块导轨，采用进口光栅作为位移基准。

4图像处理系统

图像处理系统是完成测量的关键部分，它包括图像采集及图像处理两部分。

4.1图像采集系统

图像采集系统主要是对刀具的刀尖图像进行摄取、采集，并送到计算机进行图像处理，该系统主要由照明系统、CCD光学成像系统、图像采集硬件及光栅数据采集硬件组成。

4.1.1

照明系统

照明系统的好坏决定图像处理的好坏，也是决定测量稳定性的关键，照明系统主要由光源和聚光镜组成。经过大量实验可知，要达到最佳照明效果，必须考虑照明系统能够提供足够的光能量及能提供稳定均匀的照明等因素，因此选择好的照明光源[4]是关键。

常用的光源有钨丝灯光源、LED半导体发光二极管光源、气体放电灯、激光光源，由于光源对图像处理影响很大，常见的白炽灯、卤钨灯由于红外成份重，使像元之间的干扰大，会降低器件的均匀性，且发热量高，因此综合各方面因素，选用了LED大功率发光二极管作为照明光源。

4.1.2

光学成像系统

本系统采用远心光路设计，光学镜头采用长焦镜头，远心光路设计可减少由于调焦不准带来的误差，长焦镜头可减少光学畸变误差。由于光学放大倍数会影响测量精度，因此具备足够大的放大倍率也是应该考虑的问题，考虑到放大倍率高，视场范围小，放大倍率小，视场范围大的特点，将放大倍率设定在2倍。

由于CMOS摄像机畸变较大，本系统采用CCD摄像头作为图像摄取部件，相比USB图像接口，图像采集卡采集速度快、实时性好而在本系统中被采纳使用，因此本系统没有采用CMOS摄像头及USB图像接口，而采用CCD摄像头、图像采集卡作为图像采集系统的基础硬件。在选择CCD摄像头时主要根据以下参数[4]进行考虑：

分辨率，摄像机每次采集图像的像素点数（像素数量）；

像素深度，即每像素数据的位数；

最大帧频/行频，摄像机采集传输图像的速率，对于面阵摄像机一般为每秒采集的帧数，对于线阵摄像机一般为每秒采集的的行数（Hz）；

像元尺寸；

光谱响应特性，像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350～1 000 nm，如果需要滤除红外光，可在摄像机靶面前加一个滤光镜；

综合各方面因素，本系统采用的CCD摄像头为日本Nikon 1/3英寸彩色摄像头，像素数为576×768，图像采集卡的型号为国内某公司生产的OK_C61A，经实际使用，能达到精度要求。

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4.1.4光栅数据采集系统

在采集刀具图像的同时，也必须对图像移动的位移坐标进行实时采集，选择采集卡应考虑今后该卡可接不同种类的光栅，例如，今后根据用户需要可改接海德汉光栅、雷尼绍金属钢带光栅及其它厂家生产的光栅等，另外还应考虑提供的库函数丰富、功能多，方便二次开发等因素。本系统采用的数据采集卡型号为国内某公司生产的Enc7480，该卡响应频率快，提供的库函数功能丰富，采用的光栅为本公司自行生产的光栅传感器。

4.2图像处理系统

图像处理是本仪器的关键技术，在其它系统都满足要求的情况下，对取得的刀具图像进行精确处理就显得尤为重要。一般情况下，成像系统获得的图像由于受到种种条件限制和随机干扰，往往不能直接进行处理，为了准确检测图像边缘，还需对原始图像进行灰度校正、噪声过滤等图像预处理。一般来说，图像处理大致包括图像采集、图像存储、图像传输、图像处理、图像输出等几个方面，具体到刀具图像的处理，一副刀具图像需经过刀具图像、滤波去噪、图像灰度化、边缘检测与跟踪、阈值分割、亚像素定位、得到边缘点坐标、计算刀具参数等处理步骤方能得出最后结果。

目前，图像处理有多种方法[57]，具体选择那一种处理方式，要看具体仪器要处理的图像情况来定。经过对本系统的多次研究实验确定，本系统使用中值滤波效果最好，使用Canny算子进行图像刀尖数据的提取，对于刀尖边缘的初定位效果不错，而采用多项式拟合法作为亚像素细分算法实现刀尖边缘亚像素定位能够满足本仪器精度要求。由于中值滤波、Canny算子、多项式拟合法在多个资料中都有详细论述，这里就不一一介绍了。

4.3系统标定

为了得到准确的测量结果，还需要对几个重要参数[6]进行标定。在本系统中，测量基准为固定在7∶24锥柄轴套上的两个直径相同的精密钢球，要得到需要的R、H值，首先必须要标定出两钢球分别到主轴旋转中心（本系统坐标原点）的距离，在本系统中，称为系统集成校准基准。另外，在使用仪器进行实际测量时，都是在计算机屏幕上用鼠标直接对视频图像进行操作，得到的坐标数据是屏幕图像像素坐标，不是实际的长度坐标，因此，必须对图像像素进行标定。有些参考文献上介绍了标定方法，但都过于繁琐且计算量较大，不是太实用，在本系统中，避开了抽象繁琐的数学模型，使用了一种较为直接的标定方法来完成图像像素的标定。对于标定两钢球分别到主轴旋转中心（本系统坐标原点）的距离，也即系统集成校准基准，其方法暂不作具体介绍，这里只介绍图像像素标定方法。

许多标定方法[8]都是基于较为抽象的数学模型，且计算量较大，数学模型中大都会用物镜理论放大倍数参与计算，但物体实际成像会受到系统中各种因素的影响致使最终放大倍数会偏离理论放大倍数，这就会造成计算误差，在本系统中，采用了如下一种标定方法来标定像素实际尺寸，既直接又避开了繁琐地的计算。

将一块上面有大小不一的一组圆的长方形玻璃块（标定专用）放在仪器夹具上固定好并调整，使玻璃成像面正好在焦平面上，将屏幕上清晰成像的同一个圆分别移动到屏幕图像窗口四个角，用相关图像处理方法计算出该圆在图像窗口四个角的圆心像素坐标，记为（XTi，ZTi），同时记下此时对应仪器光栅数据（XGi，ZGi），根据得到的四组数据可很容易地计算出水平方向和垂直方向也即x方向和z方向一个像素实际长度尺寸，达到了像素标定的目的。

本系统中，由于采用了远心光路设计及长焦镜头，其调焦误差及光学畸变较小，标定时光栅移动距离很短，导轨误差也可忽略。实践证明，该方法利用物体实际成像效果和光栅移动数据进行像素标定处理计算，像素标定误差较小，测量准确性较高，不过需要注意的是，由于光照对图像处理影响较大，标定时一定要保证屏幕图像窗口照明均匀。

5处理软件

根据刀具预调仪的测量原理及需要測量的刀具参数，利用VC++开发工具及图像处理技术设计、编写了测量软件，目前，开发的软件已在该仪器上测试使用，软件主界面如图8所示。

测量软件主要包含了图像采集显示模块、光栅数据采集显示模块、图像处理模块、数据处理模块、数据显示模块、打印模块等。软件功能主要包含了手动测量功能、预调功能、自动测量功能、基准钢球定位功能、系统设置功能、系统修正与标定功能、数据操作功能等。

6结论

根据刀具预调仪的测量原理，利用CCD光学成像技术、计算机视频图像处理技术和图像标定技术设计了一款影像式刀具预调仪。目前该仪器已生产出了样机，经过对样机的反复测试，证明该样机操作方便，稳定可靠，测量重复性好、精度高，各个功能模块达到了预定的设计要求。目前该仪器已进入试样阶段，不久即可投入市场进行销售。

参考文献：

[1]常家东. 加工中心对刀仪器研制[J].机床与液压，2005（8）：3233.

[2]李东光，杨世民，张国雄.刀具预调仪的结构设计及误差的补偿方法[J].制造技术与机床，1999（1）：1114.

[3]刘力双，王宝光，张铫，等.刀具预调测量仪系统的研究[J].制造技术与机床，2005（10）：6769.

[4]王庆有.图像传感器应用技术[M].北京：电子工业出版社，2003：4350.

[5]李庆利，张少军，李忠富，等.一种基于多项式插值改进的亚像素细分算法[J].北京科技大学学报，2003，25（3）：280283.

[6]陈向伟.机械零件计算机视觉检测关键技术的研究[D].长春：吉林大学，2005.

[7]李茜，郭佳，郭小云.基于边缘检测小波变换的红外与可见光图像融合方法[J].光学仪器，2013，35（1）：1921.

[8]邱茂林，马颂德，李毅.计算机视觉中摄像机定标综述[J].自动化学报，2000，26（1）：4355.

成形刀具的自动设计 篇4

初始化模块的主要功能是调用被加工工件的零件图, 从工件零件图上选择被加工表面的投影, 自动生成工件廓形数据文件。刀具设计模块由四个部分组成:棱体成形车刀设计模块、圆体成形车刀设计模块、前角P=0的成形铣刀设计模块、前角P>0的成形铣刀设计模块, 完成由工件廓形的数据文件生成刀具廓形数据文件, 并设计、计算刀具的结构。刀具零件图生成模块也由四个部分组成, 分别完成上述四种刀具零件图的自动生成。根据刀具设计模块设计出的刀具廓形数据和结构形状及尺寸, 能参数化地绘制刀具零件图。刀具廓形数控加工代码生成模块主要根据刀具设计模块提供的刀具廓形数据, 自动生成加工刀具廓形的数控加工代码。

使用者利用本系统设计成形刀具要做的工作仅仅是选择被加工工件的零件图, 交互地输入和选择少量数据, 点取有关菜单和命令按钮, 便可轻松自如地完成刀具设计的全部工作。使用本设计系统, 刀具设计精度高, 设计周期短, 设计人员劳动强度低。本系统设计采用集成化思想, 将被加工工件的设计及加工该工件的成形刀具的设计集成在一起, 对企业实现计算机集成制造系统 (CIMS) 也具有十分重要的意义。

本系统为微机CAD系统, 能为所有具有成形刀具设计、制造工作和任务的企业、单位使用。系统运行环境简单, 硬件环境:586以上微机, 内存16MB或以上, 硬盘应当有80MB空闲空间;软件环境:Windows95或以上。系统界面采用Windows 95风格, 提供各种使用工具, 操作简单方便。

单位:南通大学21号信箱

地址:江苏南通青年东路40号

邮编:226007

刀具报告 篇5

1）巩固所课堂所学习的知识，复习并观察木工机械和道具的工作原理。

2）对木材加工行业进行初步了解，初步了解人造板加工工艺。

3）为以后深入学习课程打下基础，为以后从事木材加工行业打下实践基础。

二．实习时间

2011年12月26日——2011年12月30日

三．实习单位和部门

三德木业：昆明三德木业公司是目前国内规模最大的木门生产企业之一。公司创建于1994年,投资额1000万美元，拥有目前世界上最先进的全套意大利进口木工机械设备120台（套）。企业发展至今，除在昆明拥有禄达林木制品厂、安宁吉隆木业制成厂及三新木业研究所外,已在上海、湖北、四川、河南、浙江等省市建有分厂或生产基地,使月生产量达到10万片木门。公司在全国设立若干销售分公司,并大量向南韩、日本、美国、英国等国家出口“三得”牌木门产品。三德木业公司是在全国木门生产企业中率先获得ISO9001质量管理体系认证的企业,在2002年又率先在同行中取得了ISO14001环境管理体系认证。

昆明奥斯腾木业有限公司：系于2000年成立的美国独资企业，主要生产、加工、采购、和销售环保型实木复合地板、实木地板、木线条、木门窗、木楼梯、木雕等木制建筑装饰材料，产品主要销往美国、欧洲等国家以及中国各地。

昆明森工：昆明森工集团有限公司始建于1954年，企业建立五十多年来，经过几代员工的艰苦创业，公司现已发展成为云南省和昆明市从事实木门窗、实木地板、实木家具、装饰板生产经营和建筑装修装饰的老字号企业。并拥有从德国、意大利、台湾引进的先进技术和设备以及成套的木材干燥设备。公司在昆明市西山区普坪村建盖了现代化的厂房和环境优美的生产厂区。并在中缅边境林区建有可供企业持续发展的原料林基地。公司还在上海、北京等先进发达地区设有自己的营销分公司。公司生产的实木门、实木地板等系列产品不仅行销省内外，而且于多年前还打入了韩国、日本和欧美等国市场，真正成为老字号出口企业。

玉溪玉加宝人造板有限公司：云南玉加宝人造板有限公司（以下简称玉加宝公司），位于玉溪市高新技术开发区高仓片区。公司成立于1995年11月，总投资2.5亿元，占地面积7万多平方米，配备有各类专业技术人员，主要以研究及开发中（高）密度板项目为主，该项目为玉溪市“九五”重点项目之一。公司生产线设备由德国全套引进，年生产能力超过7万立方米，全程PLC控制，纤维板产品质量满足或优于国家标准（GB/T11718-2009、GB18580-2001）要求，甲醛释放量达到或优于国家标准E1、E2级限定值，公司也被云南省科技厅认定为高新技术企业，国家林产工业协会及国家统计局认定为中国人造板百强企业，云南省政府认定为省级林产业龙头企业，通过了IS09001质量管理体系认证等荣获多项荣誉及认证。昆明新飞林：

昆明新飞林人造板有限公司是全国木材综合加工重点企业之一，被授予云南省林业产业龙头企业、全国林业产业突出贡献企业。公司现担任中国林业产业协会常务理事、中国林产工业协会刨花板专业委员会副会长、云南省林业产业协会副会长、昆明市林业产业协会会长单位。

四．实习内容 刨床

1.1刨床的用途：木工刨床用于将毛料加工成具有精确的尺寸和截面形状的工件，并保证工件表面具有一定的表面粗糙度。

1.2刨床的分类：平刨床、压刨床、四面刨和精光刨。1.3 实习中参观到的刨床 1.3.1四面刨

1.3.1.1 四面刨床在生产中的主要用途：要用于加工木方、木板、装饰木线条、木地板等木制品，对木材的上下及侧面进行刨光处理。优秀的四面刨一般都是结构紧凑，工作台面镀硬络，经久耐用的。并且主轴特殊加工，精度要高。送料系统，最好是采用无级调速机构，送料辊与减速机构之间用万向节联结传动，才能传动平稳，送料才能强劲有力。1.3.1.2 四面刨的基本结构：主要由床身、工作台、切削机构、压紧机构及操纵机构等组成，实物外观图如右

切削机构：四面刨可以同时加工加工工件的四个表面，并可加工出各种不同形状的成型表面。切削刀轴较多，一般为4--10根，最普遍的为6--7根。根据不同的加工要求可选用不同的刀轴数目。刀轴布局也各不相同。

进给机构：轻型四面刨为推送式进给，只在工件进料处设上进给滚筒，后面的工件推送送前面的工件。送料机构的传动可以是机械传动，即由电动机通过齿轮变速箱传至滚筒轴，进给速度一般为6--30m/min。

压紧机构：四面刨床的压紧机构由一下几个部分组成。（1）弹簧压紧的进给滚筒。（2）气压压紧的进给滚筒。（3）压紧滚筒。（4）侧向压紧滚轮。(5)压紧装置。（6）前压紧器。

工作台及导尺：四面刨的工作台分为三段，安装于机床的床身。最前端的进料台和最后端的出料台可谓调整工作台，中间一段为固定工作台。为下水平刀轴和旋转刀轴为界，进料工作台的调整量即为下水平刀轴的切削用量，一般为2--3mm。调整机构采用变心周或双轴刚性连接轴，通过手柄调节,由手柄上的刻度盘指示，锁紧螺栓锁紧。除了工作台安装在一个有导轨的托架上，由丝杠螺母机构调节，以保证通过旋转刀轴做下水平刀轴使用是，工作台面和刀轴切削刃相切，它高股东工作台面的值为通用旋转刀轴的切削用量。

1.3.2 单板刨切机(BB11271 最大刨切长度2700mm）

1.3.2.1 单板刨切机的用途：由于单板刨切机刨切薄木属于横向切削，薄木纹理美观，不出现背裂，强度和表面质量高，充分利用了不同花纹的薄木组合制成的薄木饰面板，因此备受人们的青睐，并且有效地利用了珍贵稀有木材，给生产薄木饰面板的生产厂家带来了巨大的经济效益，更节约了大量的树木资源，其推广应用范围十分广泛，市场潜力巨大。

1.3.2.2 单板刨切机的原理：运用曲柄连杆机构的工作原理，首先通过横梁夹木机构，将原木板材夹紧，由定厚装置确定其刨切厚度。然后启动驱动电机，通过皮带轮传动、齿轮传动等传动机构，使长力矩曲柄推动刀台沿机体滑道做往复直线运动，从而推动超越离合器单向超支再经变速机构变速，通过丝杠、螺母等使横梁夹木机构按一定比例下降，以达到板材的定量刨切。

原理简图：

实物图：2 锯机

2.1 锯机的分类：带锯机、圆锯机 2.2锯机的用途：

（1）带锯机是以环状无端开齿的带锯条张紧于旋转的两个锯轮上，使其沿一个方向连续运动而实现锯割木材的机床。带锯机主要应用在制材领域。

（2）圆锯机是以圆盘锯片的方式锯割木材，已经被广泛应用于原木、板材、方材的纵剖、横截、裁边、开槽等锯割工序。2.3 锯机的特点：

（1)带锯机可以锯切特大径级的原木和采用特殊下锯法锯切珍贵木材，带锯机所使用的薄锯条，锯口宽度最小，仅为圆锯机的1/3--1/2，节约木材；带锯机可以实

现看材下锯，出材率高于圆锯机和框锯机；带锯机进料速度快，生产率高。但也存在缺点：锯条自由长度大，带锯片薄，温度高，容易产生振动和跑锯，影响锯切精度，锯材质量不如框锯；操作技术要求高。

（2）圆锯机结构比较简单、效率高、类型多、应用广，是木材加工机械加工最基本的设备之一。2.4 实习中参观到的锯机 2.5.1 细木工带锯机

2.5.1.1 细木工带锯机的结构：带锯机主要由机体、上下锯轮、锯条张紧装置、工作台倾斜装置和锯条导向组成。

2.5.1.2 细木工带锯机的工作原理：细木工带锯机上锯轮的升降和倾斜装置，明显不同于其他带锯机，它一般采用弹簧式。上锯轮与拖板铰接于销轴，转动手轮可调节其倾斜程度，以满足锯条安装的要求，拖板安装于导轨中，转动手轮，通过丝杠，可以使螺母并通过弹簧连同拖板带动上锯轮一起移动，改变两锯轮的中心锯，以适应不同长度的锯条以及锯条张紧的需要。弹簧起弹性弹性张紧的作用。当锯条工作一段时间以后，锯条因发热及拉伸等因素影响而变松的程度超过了锯条自动张紧装置的调节范围时，必须转动手轮，将上锯轮轮拖板再次升起以张紧锯条，从而使锯条的自动张紧装置重新发挥作用。

2.5.2 摇臂式万能圆锯机（MJ223-600)3 铣床和开榫机

铣床和开榫机都是利用铣刀对零件经行加工，都可以用于开榫。所不同的是，铣床的通用性好，开榫机为专用设备。3.1 铣床

3.1.1 铣床的概述

铣床属于通用设备的一种。在铣床上可以进行各种不同的加工，主要对零部件进行曲线外形，直线外形或平面铣削加工。此外，还可以坐锯切，开榫加工。3.1.2铣床的分类

按进给方式不同分为手动进给铣床和机械进给铣床。按主轴数目可分为单轴铣床和双轴铣床。

按主轴布局可以分为上轴铣床、下轴铣床、立式铣床和卧式铣床。3.1.3 实习中参观的铣床 3.1.3.1 靠模铣床

链条进给的靠模铣床用于直线或曲线外形零件的加工，在这种机床的主轴上装有同主轴同心的链轮，而链轮由另以电动机带动，被加工零件安放在样板上，样板四周禁锢着链条，通过丝杠和重锤的作用或气压装置、液压装置，使链条与链轮始终保持啮合状态。因而，当链轮旋转时，样板与工件一起进给。机构的驱动力是由电动机经过减速器、齿轮链条传动，传至装有和主轴同心的链轮上。弹簧将压紧滚轮紧靠样板的表面，使链轮与样板外围上的链条始终相啮合。由于样板被压紧滚轮压紧，当链轮转动，就带动了安装在样板上的工件通过铣刀进行加工。3.2 开榫机

榫头实际上是在铣床上加工，铣床虽然适应性广，但加工精度不高，效率低。专门的开榫机配备多个刀具，采用流水线式的加工方式，因而加工精度高，速度快。

在参观过程中我们看到MX3510半自动梳齿型开榫机，这种型号的开榫机可用于开梳齿榫槽，是集成材生产线上的一个重要设备。4砂光机

4.1 砂光机的概述

砂光机通过砂布或砂纸加工木质零件的表面，以提高零件表面的光洁度，有些砂光机还可提高零件尺寸精度（定厚）。

磨削的分类：盘式磨削、带式磨削、辊式磨削、刷式磨削、轮式磨削、滚辗磨削、喷砂磨削。

4.2 实习中参观到的砂光机 宽带砂光机：BSG2613MGAD(A)4.2.1 宽带砂光机通常可以进行定厚砂光，在砂光大幅面板材或零件时，它的砂光效率非常高。目前它是应用最广的砂光设备。

4.2.1 宽带砂光机的结构：砂架、工件的支承装置、压紧装置和进给机构 4.2.2 宽带砂光机的特点：

1）砂带宽度大于工件宽度，一般为630--2250mm 2）砂带比辊式砂光机砂带长，易于冷却，磨粒间空隙不易堵塞

3）进料速度比辊式砂光机快，生产率高，18--60 m/min VS 6--30 m/min 4）砂带寿命长，更换方便、省时 5 钻床

5.1 钻削与钻床的概述

钻削使用旋转的钻头沿钻头的轴线方向进给对工件进行切削的过程。各种类型的钻床可以实现圆孔、长圆孔、去节补孔的工作，是木材加工当中一个关键的木工机床。我们在参观实习的工厂中，木质家具的生产，必有此类型机床。5.2 实习中参观的钻床

5.2.1 MZ6423卧式多轴木工钻床： 最大钻孔直径16mm 主轴转速2825r/min 最大钻孔深度70mm 安装功率 1.1kw

5.2.2 单排木工钻床的结构：床身、工作台、压紧机构、钻削头、钻削头进给手柄、电气箱、钻削头翻转丝杠和工作台升降丝杠。5.2.3 单排木工钻床的主要工作原理：

钻削动力头其传动主要有齿轮传动和链传动两种形式，由电动机带动，齿轮相互啮合，使得主轴获得相同的转速，但相邻齿轮转向相反，故需要两种转向的钻头。主轴箱的进给是依靠手工扳动操纵手柄，通过连杆使整个钻削头与电动机一起沿翻转架中的导轨作往复移动，并由定位螺钉限制其行程，对钻削深度的定位起调节作用。

翻转架机构：整个钻削头安装在翻转架上，转动丝杠，可使翻转架绕O-O由垂直位置转成倾斜45度或水平位置，机床设有限位螺钉和固定螺定，能保证主轴处在这三个位置并能进行正常加工。

工作台支撑工件，并设定有定位块，可以使工件准确定位。具体结构随各个机床而异。

五．实习总结

在几日的实习过程中，获益匪浅。带着书本上学习过的专业知识走进木材加工和家具制造车间，直观的感受我们现在学习的专业知识和我们以后将要从事的职业，在感谢老师良苦用心的同时，也深感自己肩上的责任重大，而自己所学的还远远不够。

曹正兴刀具 篇6

壹

2012年2月14，《楚商》记者找到了曹正兴刀具的后人曹文显。今年77岁的曹文显，精神矍铄，是曹正兴刀具第四代传人，目前是武汉一中的退休老师。

在《楚商》记者说明到访的来意之后，曹文显一边热情的招待，一边告诉记者：“虽然现在曹正兴刀具已经消失了，但是我希望通过文字的记载能让人们记住‘曹正兴’，把‘曹正兴’的故事流传下去。”

曹文显从厨房里拿出了一把近30年的曹正兴菜刀给记者看，虽然刀面有些生锈，但做工很扎实，“我剁骨头时会用这把刀” 。

曹文显出生那年恰好遇上日本侵华战争，父亲曹万匀就靠生产曹正兴刀具来供一家子生活，而从他从小就看着父亲生产各种刀具。

“‘曹正兴’最有名的是放血条子，一寸长，杀猪用的刀，从颈子杀到心脏。”曹文显说，其实用得最多的当属菜刀，一把刀用几十年。

“当时我们请来了一个做刀的老师傅，有几十年的经验，在制作的过程特别的讲究，尤其注重质量，所以曹正兴刀具也有自己的特点。”曹文显说。

曹文显介绍，曹正兴刀店经两代人的摸索钻研，制作工艺更加考究，在选料、锻坯、夹钢、碎火等主要工序上都十分严格并独具特色。

“在生产的过程中，首先要把生产出来的刀坯平放在煤油炉上缓缓地移动过去，从烟尘的浓淡来检验刀板的平整度。根据烟子的浓淡可以看出刀板是否平正，厚薄是否均匀，从而确定下一道工序铲板的操作。”曹文显说，这是生产菜刀的一道关键工序，即“热处理”。热处理不好，生产出的菜刀不是废品就是次品，“夹灰卷口”这样的废品就出在这道工序上。当时手艺人缺乏科学的检测手段，只有凭经验。

“生产出来的刀要用火石在刀刃上磨擦，根据磨擦时喷出的火花鉴别钢火的软、硬度。如果磨擦时的火花至暗红色，就表明火太软，刀一砍骨头就“卷口”；如果火花是白色，就表明钢火太硬，刀一砍就缺口：如果火花呈现金黄色，就表明钢火恰到好处。”曹文显说，“经过这样精心制作出来的刀，青钢白铁分明，用起来就得心应手，游刃有余，受到顾客欢迎。”

因而，曹正兴刀具广受称赞：“切姜不带丝、切肉不带筋、砍骨不卷口，削肉剁骨头样样称便。”

贰

曹正兴刀店的创始人曹月海，系黄陂县祁家湾曹家大湾农民。清道光年间，曹月海带着远房的一个侄儿离乡到汉谋生。由于没有找到工作，而他身带的盘缠用完之后，陷入困境；最终曹月海和其侄儿从事自己的老本生意，靠盘红炉沿街打鐵维生。

由于清政府的腐败，当年的汉口百业凋敝，刚开始生意也很冷清，打好的菜刀卖不出去。最后，他们就将刀送到肉案上请屠户们试用，用得好再付款，不好不要钱。由于他们打的刀工艺考究，质量过硬，屠户们都喜欢用，于是生意渐渐好起来，声誉也逐渐传开，生产的刀供不应求。

清道光二十年（公元1840年）正月，曹月海开始扩大生产，在汉水岸边搭起了简陋的作坊，筹办一盘行炉锻制菜刀。因为是在正月开业,又取兴旺之意，故挂牌“曹正兴”。

“曹正兴”创业时，除做菜刀外，还兼做屠宰刀、厨刀。曹月海按湖北人喜爱猪牛骨头煨汤的生活习俗，研制出前薄后厚、前切后砍、切砍兼用的锥形板式菜刀。

曹月海去世后，由其子曹明才当家，由于他善于经营和管理，于同治七年(1868年)在汉口张美之巷（今民生路172号）买了一栋三开间的楼房，正式挂起“曹正兴”的金字招牌。前面是店铺，后面是作坊，楼上住家，生意蒸蒸日上。

曹正兴刀店除了在工艺上精心制作之外，在销售服务上也有新招。如在招牌上写明“夹灰卷口，包调回换”，只要顾客拿来“夹灰”刀，店内连忙换同样型号的新刀给顾客，并表示歉意，所以，曹正兴刀店的信誉历久不衰，名扬三镇，邻近各省市也慕名前来购刀。

民国初期，曹正兴刀店传到第三代曹万长（曹明才的侄儿）手里。曹正兴刀具发展到鼎盛时期。

民国初年，由于生意的扩大，曹万长与其叔兄几个便从直接生产者转为指挥和管理者。当时开有4盘红炉，雇用工人、学徒、管账先生约20几人。

随后因军阀混战，汉口各业均受影响，曹正兴刀店也无例外。曹万长为了渡过难关，缩小了生产规模，把生产的初级产品刀坯分散到各家小作坊加工，刀坯经加工制作后刻上曹正兴的商标出售。而曹正兴的拳头产品割肉刀、砍刀、放血条子（杀猪刀）仍由本店生产。经过这样的调整，渡过了难关，生产还有所发展，生意好的时候，每天日销量高达200把，可获纯利50—60块银元。盛名之下有“北有王麻子，中有曹正兴，南有张小泉”的赞语在民间流传。

至上世纪30年代初，“曹正兴”繁衍成了一个大家族。当家的人凭借手中的权力，吃的是山珍海味，穿的是绫罗绸缎，一味享乐，不管生产。店里的生产管理交给管账先生李志安。他把账上的钱拿来挥霍，直到账上的钱都被扯空。

抗日战争前夕，曹正兴刀店就只能勉强支撑门面了。抗战爆发，武汉沦陷，曹正兴刀店的产业被日寇侵吞，曹家的后代逃难到各地，各自谋生。曹文显他们一家逃到湖南去避难。

抗战胜利后，曹家人陆续回到武汉，为了生存，在老店附近四个街口摆起摊子卖刀具，又重新挂起“曹正兴”的招牌。

叁

曹文显回忆：“ 最初父亲回到武汉后，在民生路贤乐巷租了间二层楼房子，一楼用来打铁，二楼住人，摆摊子的地方在维安里弄堂口。”

曹文显这一房有兄弟姊妹7人，他上有四个哥哥，一个姐姐，下有一弟弟。两个哥哥负责做刀具，父亲管理收银。

当时做刀具，一个炉子、一个风箱，一把铁砧子成为主要设备。“家里四个人，一天只能做十几把菜刀。”曹文显说，那是刀具按大小性质不同，售价从2元到5元不等。有时卖不完，只有过年过节生意才好些。不过一家九口人生活能维持，还有盈余供几个儿女读书。

因规模扩大，曹文显的父亲曹万匀又请了2名小工帮忙。所谓好钢用在刀刃上，那时候做菜刀都是用夹钢，刀身用普通的铁皮切成方块后，把钢夹在刀刃部位，再打磨固定牢固。如果工艺不扎实，刀刃会夹灰。

正是工艺扎实，诚信经营，老三房曹正兴刀具闯出了一片市场。曹文显说，他二哥写得一手好字，当时每把刀具上刻有老三房“曹正兴”字样。

解放初期，国家鼓励恢复生产，发展中小手工业，曹正兴刀具迎来发展高峰。

曹文显说：“当年除了维安里这家‘曹正兴’外，在民生路兴元里口上，还有一家曹正兴。那是他二伯曹万祥开的‘曹正兴老二房’刀店。大房、二房都在民生路上开起铺面，一共有四个铺面，相隔不远。三房虽有竞争，但无意中形成积聚效应，买刀都来民生路。“

但是好景不长。1956年，“曹正兴”公私合营，曹正兴、曹正大、曹正太及曹正兴、汤大兴等组成第四刀具生产合作社。后改名为“武汉市曹正兴刀具生产合作社”，有职工39人，6盘红炉。

成立合作社后，囊括汉口各擅所长的5家刀店，有以菜刀驰名的“曹正兴”，以屠宰刀著称的曹正文，长于厨刀的曹正大，精于书简刀具的曹正太。并荟集武汉刀剪行业中有声望名师巧匠，发挥其技术优势。

1959年，菜刀质量跻身全国先进行列，荣获湖北省红旗单位称号，并出席全国群英大会。1961年以机械生产和传统工艺相结合，从下料、锻打到冷作，逐步形成流水作业生产；在材料上亦改用复合扁钢，变红炉夹钢生产工艺为红轧压坯、气锤锻制代替人工锻打。产品行销内蒙古、陕西、广西等地，还远销港澳、日本、毛里求斯等国家和地区，年产能力达12万把。

但是到了上世纪70年代，因资金短缺，厂房狭小，设备陈旧落后等，“曹正兴”发展滞后。到1985年底，曹正兴刀厂有职工134人，厂房建筑面积1800平方米，各种专用、通用设备有一半带病运转，唯一的一台自制齿轮剪板机已使用二十多年。

上世纪90年代，曹正兴再次荡入低谷，工厂迁往新华下路，陷入半停产状态。后来曹正兴刀具厂迁至江汉北路，后又到后湖乡。

曹文显说，自1990年之后，国际国内刀具生产的新工艺新材料日新月异，且沿海地区各路利刃长驱直入武汉市场，其刀光剑影早已遮蔽了百年“曹正兴”的锋芒。1995年后，曹正兴刀具厂生产量锐减，直至完全停摆停产。

“工厂倒闭前，有工人用板车拖着曹正兴刀具在街头甩卖，五元钱一把。”当时我记得我是出去买菜看到，感到非常的痛心，很可惜。“曹正兴”本来是我们祖辈们辛苦打造出来的一个品牌，交给国家了，不是他们自己不知道珍惜，最后我们看着它消亡，又无能为力。

“1996年我退休后，我的二哥曾给我商量再把‘曹正兴’振作起来，当时‘曹正兴’的老址还在，但是我们问了一下，如果想把旧址房子租过去，再把曹正兴的牌子买回去，要花几十万，当时我们也没有这么多钱，后来也就不了了之了。”曹文显有些伤感的说，后来二哥曹文瑞的小儿子曹景德曾顶职进厂，但工厂倒闭后，他四处打工，后因身患癌症，英年早逝。可能跟常年在高温车间工作有关，其他后人都没有从事这行。

2003年老城区改造，民生路方正里、维安里瞬间坍塌成一片废墟。如今那里大洋百货高楼耸立，灯火璀璨，热闹非凡。

用正交试验设计方法优化刀具设计 篇7

在生产中,专用刀具需根据被加工件的工艺要求专门设计。而在设计过程中,往往会出现由于参数选择不恰当,造成校验不合格的情况,这就需要反复计算,直至合格。在此过程中,经常会出现为了指标合格,某参数只能选取极端值,尽管校验合格,但选定的参数不一定是最优。要找到最优的参数组合,就需要多次反复计算和试验,在有多因素影响时,就更难确定合理的参数值。这使得专用刀具的设计工作量大、繁琐,设计质量不高,效率低下。

本文采用正交试验设计方法来安排计算,并对结果进行分析。选择出理论最优值,再进行试制试用,这样就大大缩短了刀具设计和试制的周期,既提高了刀具设计质量,又提高了刀具生产效率。最终达到优化刀具设计的目的。

1 正交试验设计方法的优点

简单说,正交试验设计就是用正交表确定试验方案,并对结果进行统计分析。正交试验的试验点有如下两个条件:

1)任一因素的诸水平做相同数目的试验;

2)任两个因素的水平组合做相同数目的试验[1]。

这就使得用正交表安排的试验有很好的代表性,同时,大大减少了试验次数。将正交试验法应用在刀具设计中,既可以避免一些无谓的计算,同时可以找到刀具参数的最佳组合,不必盲目地试数计算,优化了设计过程。

2 正交试验设计方法在刀具设计中的应用

下面,以圆孔拉刀设计为例,来说明如何应用正交试验优化刀具设计过程。

1)试验目的

通过正交试验,找出在满足拉刀强度要求的前提下,刀具参数的最优值。使刀具既符合工作性能要求,又节约材料,降低成本。

2)确定因素、水平和指标

2.1 试验指标和因素的选取

在圆孔拉刀设计中,需要校验的指标主要有:容屑条件、同时工作齿数、拉刀强度、拉床载荷和拉刀长度等。根据各指标影响因素的繁简以及是否容易达到合格标准,现选取容屑条件(h')、同时工作齿数(ze)、拉应力(σ)、拉刀长度(L)四项为试验指标。

影响因素主要有:拉刀材料(许用应力(σ))、粗切齿齿升量(af)和粗切齿齿距(p)三项。其他影响较小,或对试验指标无直接影响的因素忽略。

2.2 水平的确定

为了便于衡量各因素对试验指标的影响,选取设计手册提供的经验值范围的中间值为基本量,每个参数以此为基准上下变动。每个因素的水平数取3,试验因素水平如表1所示。

表中各因素水平值,以拉削某箱体上一通孔为例,数值的具体选取和下文中的计算过程本文从略。

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

通过以上分析可以知道这是一个3因素3水平的试验,可选用L9(34)型正交表,内容如表2所示。由正交设计的结构矩阵可得到9种设计变量组合,每种参数组合计算后,将结果列入表2中。表2列出了每项试验的设计变量取值及试验结果。

分析表2计算结果,排除容屑条件不满足要求的项,可以认为以2号试验为最好,既满足容屑条件、同时工作齿数和拉应力要求,又使得拉刀长度最短。

注:带*的为容屑条件不满足要求

3.2 极差分析

直观分析是通过计算将因子和水平对试验指标影响的大小用图形表示出来,通过直观分析综合比较,确定最优试验方案。在此例中,将拉刀长度作为单指标试验,进行极差分析。

1)由表3中的试验数据进行直观分析,可得:R3﹥R2﹥R1,故齿距p是影响拉刀长度最主要的因素,其次是齿升量af,拉刀材料对拉刀长度的影响最小。

2)将3个因素的3个平均拉刀长度做点图。

分析点图,可以知道:拉刀材料对拉刀长度几乎没有影响;齿升量越大,拉刀长度越小;齿距越小,拉刀长度越小。

3)通过上述分析,可知:选择拉刀材料时,只要满足应力要求,为降低成本,尽可能选价格低的;然后选一尽可能大的齿升量,并配以尽可能小的齿距值。而过大的齿升量和过小的齿距配合,往往会不满足校核要求。采用正交表安排的9个试验是全面试验的27种搭配中的代表,用正交表的9个试验,就能把27种搭配中较好的找出来,这正是正交表的优点。

4 结论

通过利用正交试验设计方法来安排刀具的设计计算,有效的简化了刀具设计计算的过程,同时找到了影响刀具性能的各参数的最佳组合。以此进行设计计算,再进行试制试用,达到了优化刀具设计的目的。

摘要：以圆孔拉刀设计为例,说明正交试验设计方法在刀具设计中的应用,提出了基于正交试验设计方法的专用刀具设计的优化方案。

关键词：正交试验,专用刀具,优化设计

参考文献

[1]刘达民,程岩.应用统计.北京:化学工业出版社,2004.

[2]刘华明.金属切削刀具设计简明手册.北京:机械工业出版社,1995.

[3]陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社,1998.

非标齿条刀具的设计及应用 篇8

1 问题的提出及齿条刀具的设计

用齿形角为25°的非标齿条刀具来加工压力角为20°、模数为4 mm、齿数为25的标准直齿轮, 那么其齿条刀具是如何设计的?

在加工齿轮时, 刀具的齿形角、模数与被加工齿轮的模数及压力角要求相等, 但是遇到上述问题时就需要重新计算。大家知道, 在加工齿轮的过程中齿轮与刀具的展成运动相当于齿轮与齿轮或齿轮与齿条的啮合运动, 它们要正确啮合就需满足齿廓正确啮合条件以及Willis定理。

齿轮与该齿条刀具要正确啮合, 其基节要相等, 则

式中, m1为被加工齿轮模数;m2为齿条刀具模数;α1为被加工齿轮压力角;α2为齿条刀具的齿形角。

求出齿条刀具模数后, 设计出的齿条刀具截形如图1。

齿条刀具的齿顶上带有半径为R1的圆角, R1的值可根据齿轮的具体要求确定出来。齿顶圆角与直线部分相切。用图1所示的齿条刀具加工该齿轮时, 让齿条刀具的加工节线与被加工齿轮上压力角等于25°的圆相切作纯滚动, 则加工出的齿轮合乎设计要求。同时, 经验算齿条刀具的齿顶与齿根部都能满足制造要求, 其设计是可行的。

2 齿条刀具的应用

主要介绍齿条刀具在汽车变速器加工、设计中的应用。

(1) 从设计该齿条刀具过程中可以看到, 刀具模数与齿轮模数不相等它们亦能正确啮合。那么, 在设计一对相啮合的齿轮时可利用这一点来增强某个齿轮的强度。在变速器设计中经常遇到某个齿轮由于疲劳试验不过而出现打齿的现象。查看之下发现一个齿轮打齿而另一个齿轮仍完好无损, 这时若要调整整对齿轮的参数而重新设计太麻烦, 且重新设计也不见得就能通过试验。但是若调整打齿的齿轮的模数及压力角, 使两齿轮基节只要相等, 则仍能正确啮合, 而且可以保证强度。这样做试验可以通过, 但加工齿轮时需要两把刀具。这样设计齿轮就适用于一对轮中某个齿轮经常打齿但又查不出原因的情况。

(2) 用有限元法分析齿根应力时的应用。用有限元计算齿根应力时, 必须求出齿廓上各点的坐标。齿轮的齿廓分为两部分, 渐开线部分和过渡曲线部分。渐开线部分坐标容易求出, 可利用滚刀计算, 也可以直接求出。这里主要介绍过渡曲线部分坐标求法。

如图2所示, 直角坐标系X-P-Y为固定坐标系, P点为节点。直角坐标系X1-O1-Y1为动坐标系且与齿条刀具相固连, 其中X1轴与X轴及齿条刀具加工节线相重合, Y1轴通过刀具齿槽的对称中心。直角坐标系X2-O2-Y2为动坐标系且与被加工齿轮相固连, O2点为齿轮的旋转中心, Y2轴通过齿轮某一轮齿的对称中心, r2为被加工齿轮的节圆半径。齿条刀具自右向左平行匀速移动加工齿轮。M、N两点为齿条刀具直线部分与圆角部分的切点, K点为齿条刀具圆角上任意一点, C点为齿条刀具圆角的圆心。下面根据啮合原理用齿廓法线法来求当齿顶圆角上任意点K成为啮合切削点时对应的齿轮上与K点相啮合的点的坐标。图示位置M点为啮合点, 则有PM⊥HM, PM也是刀具齿顶圆弧在M点的法线, 故P、C、M三点共线。∠CPH=γ=25°为刀具齿形角, CM=R1为刀具圆角半径, m=m2为刀具模数。设C点在X1-O1-Y1坐标系下的坐标为 (XC, YC) , 则

至此, C点的坐标求出来了, 不过CF、BC的长度均取负值。

K点为刀具圆角上任意一点, 设其在X1-O1-Y1坐标系下的坐标为 (X1, Y1) , 下面求出K点在X1-O1-Y1坐标系下的坐标。

经转换:

β角在图2中表示K点与圆心C的连线CK与CF的夹角, ∠CAB=β, 其β角是可变的, 变化范围为25°≤β≤90°。当β角变化时刀具圆角部分每一点坐标均可求出, 从而圆角部分的参数方程已写出。连接C、K两点则CK即为圆弧上K点的法线, 延长线段KC交X轴于A点。下面根据齿廓法线法建立刀具圆角部分的啮合方程。

当M点成为啮合点时:

刀具圆角上的K点要成为啮合点, 根据Willis定理, 刀具必须向左平移至A点与节点P重合, 齿条刀具平移的距离为PA。设齿轮节圆转过的弧长为r2φ2, 由于节线与被加工齿轮的节圆作纯滚动, 则有

(3) 式即为圆角部分的啮合方程。当 (3) 式中的角β取不同的值时可根据 (1) 、 (2) 两式求出不同K点的坐标 (X1, Y1) , 根据 (3) 式可求出被加工齿轮转过的角度φ2值。用参考资料中的坐标变换矩阵:

将不同K点的坐标 (X1, Y1) 变换到坐标系X2-O2-Y2中即可求得被加工齿轮上与K点相啮合的点的坐标 (X2, Y2) 。其齿根过渡曲线方程为

通过以上计算可求出过渡曲线上各点坐标, 从而进行有限元分析。

(3) 在滚齿中的应用。齿轮滚完齿后都要用渐开线检查仪查看滚出齿的齿形、齿向, 在齿轮加工中这是必须要做的。但好多人看到齿形、齿向报告不合适时, 不知如何找原因。特别是现在加工设备都很先进, 夹具也合适, 但是刀具问题说不好是哪一点不合适。其实当看到齿形、齿向检测报告不合适时, 由于报告中网格分的很小, 每小格0.005 mm, 由此可确定不合适点的大致坐标, 然后利用上面的坐标变换的逆变换, 求出刀具齿廓上点的坐标。由于刀具切削刃的坐标都可以算出, 相比较就可找出刀具切削刃上的不合适点而对滚刀进行修正, 然后再进行加工, 直到滚出合适的齿轮。

刀具造型和外观设计的研究 篇9

1 国内外刀具造型和外观设计的发展及现状

在刀具造型方面,我国早期的刀具产品造型具有强烈的时代性,格调陈旧、形体粗笨、线条凌乱,使产品缺乏美感质感,严重制约了产品精神功能的发挥,影响了产品对外销售。当今有的刀具产品通过产品自身的功能特点,与其它各种造型要素进行有机自然地结合,获得完美统一的外部形象,使美的因素通过产品的形象特征充分的体现出来。但是限于思维与意识的局限性,国内自主刀具的造型与国际知名刀具还存在一定的差距。相比之下,国外的刀具科研机构研究的比较细致到位,例如瑞典的刀具设计及制造商山高、山特维克等,其刀具慧在其中、秀在其表,性能优越、实用性强,而且造型独特﹑外观新颖,从而受到了世界上众多机械加工企业的青睐[1,2]。

在外观设计方面,我国现在大多数工厂服役的刀具仍然是一身灰,色调沉闷,无形之中,车间氛围也被渲染的异常沉闷。而国外的刀具外观采用了不同的色彩,给人以强烈的视觉冲击,使整个工作环境变得宽松、活泼,提高了工人工作的积极性,无形中增加了刀具产品的价值。例如端铣刀刀体采用黑色灰色等暗色调或银色调,刀片则采用黄色或金色,这些搭配体现出了刀具浑厚﹑大气和洒脱的特点[3,4]。

2 刀具造型和外观设计方法

刀具产品的造型和外观设计是一项以确定外部质量为目标的创造性劳动,人们通过技术规律和艺术手段,对产品外观造型和色彩进行综合性的技术处理,以表达产品的功能、形体、装饰、色彩和质感。使产品的功能和艺术性,通过形体结构,物质条件,工艺手段等方法体现出来,以满足审美情趣的需要。

进行刀具产品造型和外观设计时,首先要满足该产品最基本的使用性能,然后对其进行色彩造型,即独立形式、融合形式或扶助形式造型。

独立形式指色彩可以在产品的形状、质地已经确定的情况下满足人们对色彩形象的各种要求,是一种普遍采用的色彩造型形式。比如可以将形状固定的刀体设计为沉稳的黑色系,而将刀片设计为金黄色,以烘托它的强力与“彪悍”;还可以将精加工的铣刀设计成银色调来体现它的高贵典雅。

融合形式是指色彩造型和形体造型的有机融合,既表现各自的功能作用,又不可分离形色浑然一体的造型形式。

扶助形式即利用色彩造型弥补形体造型的不足或缺陷,起到“色帮形”的效果。例如在刀具色彩设计中,通常在刀片或螺钉等部位施用有凸出表现效果的重点色,如明度高,纯度高的黄色,而刀体部位则设置为隐退庄重的黑色等冷色调,通过对比以强化刀具的功能模块——刀片,给人创造良好操作环境的目的。

当然在色彩造型中选择颜色的时候,要考虑到我国现有的涂层技术和表面处理技术的水平、经济性要求,提出合理可行的造型和外观设计[5]。

3 端铣刀造型和外观设计分析

端铣刀是在铣床或镗铣床上加工平面的刀具,其轴线垂直于被加工表面,主切削刃分布在圆锥表面或圆柱表面上,端部切削刃为副切削刃,端铣刀主要采用硬质合金刀齿,故有较高的生产率,在现代机械加工中占有重要地位[6]。

图1所示为端铣刀最初的经典结构造型,给人一种笨重之感;图2到图6在结构上有所改观,采用比较常见的楔块式夹紧结构,但是图2、图3造型外观方面仍然没有摆脱传统的圆筒样式,而图4在造型方面则有了很大的进步,棱角大大减少,过渡较为自然,但是外观方面依然表现不足,表面粗糙且色泽凝重,显然,图5、图6在造型外观方面较前几幅图有了很大的进步,圆角过渡,色彩鲜明;图7、图8、图9为压孔式端铣刀,可以看出,这种结构的约束较少,造型自由独特,大方得体,外观设计空间极大。

从以上各类端铣刀图片中不难看出,有的造型粗笨,线条凌乱,色彩沉闷,容易给人带来烦躁不安的情绪;而有的则表现出良好的可视效果,营造出厚重而不失活泼,钢硬而不失柔和的感觉。因此,一个好的造型外观对产品的衬托是极为重要的,它通过其形体结构、工艺手段,色彩和质感,使产品的功能和艺术性得以升华,满足了人们审美情趣的需要,同时体现了外在质量和内在质量的一致,创造了刀具产品的高附加值,从而在保证产品销量的同时表现出更高的价值,对企业的经济发展起到了助推作用。

4 结论

在市场竞争日益激烈的今天,刀具作为一种商品除了不断提高其切削性能,还应该重视它的造型和外观设计。一个好的外观设计不仅可以吸引消费者的目光,提高产品的销售量,还可以在工作时给使用者带来愉悦的心情,提高工人工作效率。所以加快对刀具造型和外观设计的研究对刀具生产企业的产品发展和创新有很重要的意义。

参考文献

[1]SANDVIK山特维克可乐满新刀具[J],2003(1).

[2]Total Capability Tooling.PUB.No.TMK-100MAY1984.

[3]SECO铸铁粗加工面铣刀R220.88,山高刀具中国之窗[J],总第7期.

[4]SECO全新Quattromill快豹铣刀——平面铣刀之首选,山高刀具中国之窗[J],2005(1).

[5]佘建芳.山特维克可乐满公司切削刀具涂层技术的发展.稀有金属与硬质合金[J],2003(9).

PDC刀具设计要素的选择原则 篇10

PDC刀具是采用超硬材料PDC (聚晶金刚石/PCD复合片) 与刀具基体通过焊接、刃磨等工艺制成的刀具, 如图1所示。具有硬度极高, 耐磨性好, 加工效率高, 摩擦系数低, 导热性能优越等优点, 主要用于加工铝、铜等有色金属及其合金、木工材质、非金属材料及复合材料等, 不适合黑色金属的加工。广泛应用于汽车摩托车制造业、航天航空制造业、计算机和家电制造业、模具、机电制造业及其它行业。

2 PDC设计要素的选择原则

PDC刀具的生产设计通常要根据加工对象的材料性能、形状、光洁度、机床性能、PDC复合片等因素综合考虑, 以确定刀具材料、刀体、主偏角、副偏角、后角、前角、刃倾角、刀尖圆弧、刃带等要素的选择。

3 PDC材料的选择

3.1 PDC粒度选择

PDC粒度大致分为三大类:粗粒度 (20~50μm) 、中粒度 (10~20μm) 、细粒度 (0.5~10μm) ;通常PDC粒度影响着刀具刃口锯齿度、抗冲击强度、使用寿命。细粒度的PDC刀具强度高、韧性好、抗冲击性能好, 可以加工出好的刃口, 获得良好的表面光洁度, 主要用于精加工或超精加工, 但相对粗粒度PDC刀具而言, 其使用寿命偏低。而粗粒度PDC刀具, 粒度越粗, 刀具的抗磨损性能越强, 刀具使用寿命越长, 相对的刀具却越脆, 抗冲击能力越差, 且刀具刃口也越差, 一般用做粗加工刀具。研究表明:10~25μm粒度的PDC刀具适合加工ω (Si) >12%的高硅铝合金 (ν=300~1500m/min) 及硬质合金, 8~10μm粒度的PDC刀具适合加工ω (Si) <12%的硅铝合金金、铜及铜合金或非金属材料等材料, 4~5μm粒度的PDC刀具适合干切加工FRP、木材或纯铝等材料。具体选择原则如表1所示:

PDC厚度根据实际生产需要进行确定。

(1) 当刀体本身有足够的强度时, PDC整体厚度可以选用常规刀片厚度 (1.6mm或2.0mm) 。当刀体后刀面强度较低时, 需要对PDC刀片的硬质合金层进行减薄, 以增加刀体后刀面厚度, 提高刀体支撑强度, 例如设计厚度在2.38mm、3.18mm的薄机卡片及小直径钻头铣刀等刀具时都要考虑减薄PDC。但硬质合金层的厚度也不能太小, 以避免焊接时因两种材料结合面间的应力差而引起分层。

(2) 当刃口加工采用电火花加工时, 宜采用金刚石层较薄的PDC, 可提高PDC片的可加工性, 进而提高切割速度。例如De Beers公司推出的金刚石层仅为0.3mm厚的PDC复合片, 可降低磨削力, 提高电火花切割速度[1]。

4 刀体的选择

刀具刀体主要用于承载PDC刀片及实现刀具的装卡。一般多采用高频焊机 (有特殊需要的也可采用真空焊接技术) 将PDC刀片焊接在合适的刀体上, 所以在焊接过程中刀体材料的金属性越好, 刀体被加热的速度就越快, 相对加热时间越短, 焊接效率越高, 同时PDC复合片在空气中被裸露加热的时间越短, 对PCD层的性能影响越小 (聚晶金刚石在空气中加热到700℃时开始氧化[2]) 。一般的常用刀体可选45#钢、40Cr, 对于使用刀杆较细或者要求刀杆强度较高时可选用白钢或硬质合金作为刀体, 以提高刀体强度防止振动。

5 PDC刀具角度的选择

5.1 主偏角 (κr) 的选择

主偏角的大小影响径向力Fx和轴向力Fy的分配比例及切削刃的长度。在背吃刀量ap和进刀量f相同的条件下, 主偏角减小, 径向力Fx增大和轴向力Fy减小, 如图2所示;同时参与切削的切削刃长度增加, 切削厚度减小, 单位刃长度上的载荷减小, 并增大刀尖角, 因而有利于提高散热体积和刀尖强度, 近而提高刀具寿命, 如图3所示。

在设计中, PDC刀具的主偏角一般采用75°~90°, 具体选择原则如下:

(1) 加工细长杆时要尽量选用较大的主偏角, 以减小径向力, 减小工件的变形, 正常情况下要选用较小的主偏角, 增加参与切削的切削刃长度, 减小切削力, 使切削变得轻快, 以提高刀具寿命。

(2) 根据被加工材料的硬度来选择, 当被加工工件较硬时, 为减小单位切削刃上的载荷, PDC刀具一般多采用90°主偏角, 加工较软材料时可采用较大的主偏角。

(3) 要考虑被加工工件的形状来选择相应的主偏角, 例如加工阶梯轴选用90°的主偏角。

(4) 在精加工时可选用较小的主偏角, 以提高工件表面的加工质量。

5.2 副偏角 (κ′r) 的选择

副偏角主要影响被加工工件的表面粗糙度和质量。PDC刀具一般选用较小的副偏角, 必要时可以增加一段修光刃, 一方面用来获得较高的表面光洁度, 体现PDC刀具高精加工的优越性, 另一方面可以弥补PCD材料本身的脆性, 以增加刀尖强度, 但较小的副偏角则会增加副后面与工件的摩擦和磨损, 使加工温度升高, 影响刀具的使用寿命。

具体选择原则如下:

(1) 精加工刀具应取较小的或零度副偏角, 以增加副切削刃对工件已加工表面的修光作用

(2) 工件或刀具钢性较差时, 应取较大的副偏角, 以减少刀具与工件间的摩擦, 防止工件或刀具振动。

(3) 在切削过程中需要作用中间切入或双向进给的刀具, 应取较大的副偏角

(4) 切断、切糟及孔加工刀具的副偏角应取较小值, 以保证重磨后刀具尺寸变化量较小

5.3 前角 (γο) 的选择

前角影响刀具的锋利度和刀楔的强度, 加大前角则刃口锋利, 切削轻快, 平稳, 同时刀尖强度下降, 散热条件变坏, 刀具寿命降低, 且比较容易崩刃。

具体选择原则如下:

(1) 由于PDC材料的脆性很大, 很容易造成刃口崩刃, 一般宜取较小的前角以增加刃口强度。

(2) 根据被加工材料来选择, 当加工的材料强度、硬度低, 应选用较大的前角, 例如:在用PDC刀具加工普通木制品时可选用10°至20°的大前角, 在加工玻璃钢, 陶瓷等硬脆材料时, 要选用很小的前角甚至可以设计成负前角, 例如:PDC刀具在切削碳化硅铝基复合材料时, 以30~40m/min、后角6°、主偏角70°、刀尖圆弧半径0.1mm为参数, 将前角设计为-6°可以取得良好的加工效果。PDC刀具负前角可以选择5~12°[3],

(3) 在设计槽刀, 螺纹刀等成型刀具时宜采用较小的前角或者零度前角, 以减小加工误差。

(4) 在连续切削中由于对刀头的冲击性小, 可选择较大的前角, 以提高刀具的锋利度, 在断续加工中由于对刀具的冲击性较大, 设计中应选用较小的前角甚至负前角, 避免造成崩刃。

(5) PDC刀具在使用中大多切削速度较高, 前角对切屑变形及切削力的影响较小, 宜选用较小的前角。

(6) 在PDC刀具在用0°、5°等小后角硬质合金刀片为基体的设计中, 可以适当考虑增加前角, 以提高刀具的锋利度。

5.4 后角 (αο) 的选择

后角影响后刀面与工件表面的摩擦程度, 刀具磨损的速率和刀楔的强度。加大后角可以减少后刀面与工件表面的摩擦, 降低刀具的磨损速率和工件已加工表面硬化的程度, 提高刀具的耐用度, 但后角过大会使切削刃强度降低, 散热条件变差, 近而降低刀具寿命。对于PDC刀具多用于工件的精加工, 切削厚度较小, 属于微量切削, 其后角对加工质量有明显的影响, 较小的后角对于提高PDC刀具的加工质量起着重要的作用。

具体选择原则如下

(1) 精加工刀具及切削厚度较小的刀具, 磨损主要发生在后刀面上, 为降低磨损要尽量采用较大的后角, 粗加工刀具要求切削刃坚固, 要采用较小的后角。

(2) 当工件强度, 硬度较高时, 宜选用较小的后角 (8°~12°) , 以增加刀具刃口强度, 工件材料软、粘时, 后刀面摩擦严重, 应取较大的后角 (10°~20°) , 加工脆性材料, 载荷集中在切削刃处, 为提高切削刃强度, 要选用较小的后角,

(3) 被加工工件的工艺性较差时, (如细长杆) , 要选用较小的后角, 以增大后刀面与工件的接触面积, 减小振动。

5.5 刃倾角 (λs) 的选择

刃倾角的作用: (1) 控制排屑方向, 当刃倾角为负时, 切屑流向已加工表面;当刃倾角为正时, 切屑流向待加工表面。 (2) 适当的刃倾角, 可使切削刃逐渐切入和切出工件, 使切削力均匀, 切削过程平衡, 负刃倾角车刀, 可以在刀具切入工件时避免刀尖受到冲击以保护刀尖, 但过大的负刃倾角会使径向切削力显著增加。

具体选择原则如下:

(1) PDC刀具多用于精加工, 一般选用正的刃倾角使切屑流向待向工表面, 以免划伤已加工表面。粗车时采用较小的刃倾角, 以增强切削刃的强度, 精车时一般采用较大的刃倾角, 以减小径向切削力。微量切削的精加工刀具可取特别大的刃倾角。

(2) 冲击负荷较大的断续切削, 应取较大负值的刃倾角, 以保护刀尖及刃口, 提高切削平稳性, 此时可配合采用较大的前角, 以免径向切削力过大。

(3) 加工高硬度材料时, 可取负值倾角, 以提高刀具强度。

6 PDC刀具刀尖圆弧 (rε) 的选择

刀尖圆弧 (rε) 主要影响被加工工件的光洁度及刀尖强度。

工件表面粗糙度与刀尖圆弧的关系式如下:[4]

Rmax———表面粗糙度最大值

f———进给量

rε———刀尖圆弧半径

根据图4和上述关系式可知:在进刀量一定时, 刀尖圆弧增大可以提高被加工工件的光洁度;PDC刀具多用于精加工, 进刀量一般设定在0.1~0.3mm/r, 甚至更小, 所以PDC刀具的刀尖圆弧一般取0.1~0.4mm, 对于加工硬度高的材料, 为增加刀尖强度, 可以选择更大的刀尖圆弧;在工件或刀体强度较低时, 要选择较小的刀尖圆弧, 以减小切削振动。

7 PDC刀具韧带的选择

PDC刀具通过精抛韧带一方面可以降低刀具的刃口锯齿度, 提高被加工工件的表面光洁度;另一方面选择合理韧带宽度可以提高刀具的使用寿命, 降低刀具成本, 一般选择在0.2~0.4mm, 韧带太宽, 后刀面与工件的接触面积越大, 产生的热量越多, 越容易造成金刚石层的石墨化, 降低刀具寿命, 韧带太窄又会影响刀具刃口强度, 容易崩刀刃。

具体选择原则如下:

(1) 加工对刀具磨损较严重的材料, 宜选用小韧带或者不加工韧带,

(2) 加工硬度高的材料宜适当地增加韧带宽度, 以增加刀刃强度,

(3) 对于较软材料宜适当减小韧带宽度, 以提高刀具的寿命。

(4) 在选择PDC材料20μm以上的粗粒度刀具时, 可以选择不加工韧带。

8 总结

由于PDC刀具在许多场合可以实现以车、镗、铣代替磨削工艺, 也是高速切削最理想的刀具之一, 实现了现代切削加工的绿色制造, 所以设计出优良的PCD刀具对现代化工业的发展有着至关重要的作用, 因此对PDC刀具的设计要素的作用及选择原则有一定的了解和把握, 对设计出性能优良的PDC刀具有一定的参考作用。

参考文献

[1]庄心辅.新型金属切削刀具设计制造与新材料选用及检测标准汇编[M].北京:中国电子科技出版社, 2006:559-563.

[2]白清顺, 姚英学.聚晶金刚石 (PDC) 刀具发展综述[J].工具技术, 2002 (3) .

[3]章文峰, 潘晓南.PDC刀具加工SiC颗粒增强铝基复合材料的合理切削速度[J].材料工程, 1999 (1) .