自回转刀具的运动及特点
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数控刀具
自回转刀具的应用主要有自回转车刀、自回转铣刀和自回转刨刀，本文从分析自回转车刀的运动行为出发，并以切削理论对自回转刀具的特点予以阐明。
1 自回转车刀工作原理与运动行为
s,刀片的回转是由切削产生的相对于圆形切削刃几何轴线的切削扭矩来实现，见图1。
图1 自回转车刀工作原理 图2 摩擦力Ft作用对速度影响
t的大小取决于主运动速度v,倾斜角ls以及刀具表面上的力和刀片支承中的摩擦状态，即 v t=xv 式中，x—刀片自回转系数，一般x≤sinls,在理想支承中，不考虑刀片支承中的摩擦力影响，切削刃最佳回转速度 vt=vsinls (1)
n与v、vt的关系为
n为 vn=vcosls (2)
n与刀片回转轴线平行，而当刀片支承中的摩擦力Ft作用使vt减小为vt´时，相应的vn´不再与刀片回转轴线平行，见图2所示。
Vn´=vn/cosDl (3)
Vt´=vt(1-cotlstanDl) (4)
t减小，使vn增大，并且决定了刀片以自回转的最小角Dl。由此可以看出ls是自回转刀具的重要参数，根据ls的不同数值，自回转刀具切削运动具有三种特征：
- 保证刀片能够自回转的最小ls1,其数值由刀片支承中的摩擦系数及加工条件决定(一般ls1<7.5°)。
- 随着ls增大，刀片支承中的摩擦力作用减弱，会出现实际的vt与理论值相吻合时的ls2。
- 保证切屑正常切离工件的极限值ls3。
图3 自回转车刀的两种安装方式
图4 自回转车刀角度关系
2 自回转车刀的几何参数
s较大，具有斜角切削的特点，其几何参数在法平面参考系中标注。
- 安装方式
- 自回转车刀工作时，圆形刀片的倾斜角l
s可以是正值，亦可以是负值，前者称为正切削，后者称为反切削，如图3所示。正切削时，切屑由待加工表面一侧流出，反切削时，切屑由已加工表面一侧流出。
- 自回转车刀工作时，圆形刀片的倾斜角l
- 自回转车刀的工作角度
- 自回转车刀切削运动行为使自回转车刀切削刃上各点的工作角度发生较大变化，工作角度与静态角度的关系如图4所示。
- 正切削时： g
nc=gn-sn (5) anc=an+sn (6)- 反切削时： g
nc=gn+sn (7) anc=an-sn (8)式中，gne、ane——刀具切削刃任一点的工作法前角；工作法后角；
- g
n、an——刀具静系法前角、法后角；- s
n——刀具切削刃任一点工作基面与刀片基面之间的夹角。 cosgn= sinwcosy+coswsinysinls-zsinycosls coswcosls+zsinls(9) w=arccosx/Rx (10) y=arccos[1-(x-Rm)/Rb] (11) z=f/(2pR) (12) (13)式中，Rb——圆形刀片切削刃半径;
- R
x——切削刃任一点对应的工件半径；- R
m——工件已加工表面半径；- f——每转进给量。
图5 自回转刀具加工表面残留高度
3 自回转刀具加工粗糙度
b、Rbcosls的两椭圆组成。
b——圆形刀片切削刃半径；
z——每齿进给量(车削时为进给量f)。
4 结语
- 刀片倾斜角ls是自回转刀具的重要参数，它决定了刀具的运动状态，影响切削中的物理变化。
- 自回转刀具在ls>30°容易获得较好的表面粗糙度；在不降低切削用量的条件下刀具耐用度比普通刀具明显提高。
- 自回转刀具适用于在较高切削速度，较大进给量条件下切削难加工材料。
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