加工薄壁件小孔用铰刀的优化设计
图1 工件(导块)图
1 问题的提出
(a)
(b) 图2 切削层与切削力分析图
2 铰刀几何参数的优化设计
r是决定切削层厚度和径向切削力大小的关键参数。用于加工钢等韧性材料的普通硬质合金铰刀的主偏角通常取kr=12°～15°(最大可取kr=30°)。由于铰孔时切削层厚度仅为ac=0.025～0.032，铰刀刃口稍有磨损，切削层便难以剥离而造成挤压，使切削力(尤其是径向切削力Fr)急剧增大(见图2a)。为解决这一问题，设计时将铰刀主偏角增大为kr=60°，从而使切削层厚度ac增大一倍，径向切削力Fr减小一半(见图2b)。由于铰孔为精加工，切削余量较小，因此增大主偏角kr引起的轴向切削力Fo增大对加工过程基本无影响。
图3 两段切削刃示意图
图4 铰刀切削刃坐标系
r1和kr2(见图3)。其中，主偏角较大的主切削刃担负主要切削任务；主偏角较小的过渡刃起微量切削及熨光作用。但由于过渡刃的主偏角kr2较小(0°30～1°30)，因此在铰刀磨制过程中两段切削刃的交点难以控制，使加工质量不够稳定。由于该铰刀用于铰削通孔，因此磨制铰刀时可在铰刀前面磨出一个刃倾角”，这样即可在圆柱刃和倒角刃的后刀面上相贯出两段切削刃，通过调整铰刀几何参数(K1、K2、a1、a2、l)，即可确定两段切削刃的偏角和切削量。采用刃倾角l还可起到增加切削过程平稳性、减轻切削振动、增大切削锥部切削刃前角的作用，从而可减小铰削后孔径的波动量，提高铰孔质量。
3 铰刀几何参数的计算
2)tanl (1)
A)/tana (2)
rtana2+tankrsinkrtana2)-Ztankr=RAtankr+K1 (3)联立求解方程式(1)、(2)、(3)，可得两段切削刃的拐点B的坐标为 XB=(K1-K2Etanl)/(1-Etanl)
YB=(K1-K2)tanl)/(1-Etanl)
ZB=(K1-K2)tanatanl/(1-Etanl)+RA式中，E=tan(1-Etankrtana1-tankrsinkrtana2-coskrtana1。联立求解方程式(1)、(3)和YOZ平面方程，可得端面点C的坐标为 XC=0
YC=-K2tanl
ZC=(RAtankr-K1-K2coskrtana2tanl-K2sinkrtankrtana2tanl)/tankr
1=0.7mm，K2=2.5mm，a1=8°，a2=15°，l=10°，kr=60°，根据粗铰、精铰余量为2:1的分配关系，可求得粗铰余量为1.3156mm(双边)，精铰余量为0.0765(双边)。
图5 铰刀设计图
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