高速切削的自滚切刀具

    在高速切削技术的发展过程中，高速切削机床、高速刀具系统和高速切削工艺是其中
三项主要技术，而刀具技术起到了非常关键的作用。随着切削速度的大幅提高，对切削刀
具材料、刀具几何参数、刀体结构以及切削工艺参数等都提出了不同于传统切削速度下的
更高要求。由于高速切削时产生的切削热和对刀具的磨损比普通速度时高得多，所以高速
切削技术发展的一个重要障碍就是刀具材料的耐高温和耐磨损问题。对刀具材料的要求主
要包括以下几方面：①高硬度、高强度和耐磨损；②韧性好，抗冲击能力强；③高的热硬

  

性和化学稳定性；④抗热冲击能力强等。

    尽管目前的刀具材料已由早期的高速钢、硬质合金发展到陶瓷、立方氮化硼（

CBN）和

金刚石，并且开发和应用了刀具涂层技术和烧结层压技术，但同时满足上述要求还是很
困难的，而且 CBN、金刚石等刀具的价格也很高。可见一味地追求刀具材料的发展与进步，
不是最优的选择。自滚切刀具从刀具结构入手，巧妙地使刀具增加了一个运动单元，改善

  

了刀具的工作状态，极大地提高了刀具材料的耐高温、抗磨损能力。

   1

  

．自滚切刀具的基本原理

    自滚切刀具采用圆形刀片，在切削过程中靠工件和刀具间的相对运动驱使刀片绕自身
轴线不停地旋转。以车削加工为例，刀片的安装方式一种是以圆刀片的端面作前刀面，周
面作后刀面，称为Ⅰ型自滚切刀具（前者刃倾角为正，后者刃倾角为负）；另一种是以

  

圆刀片的周面作前刀面，端面作后刀面，称为Ⅱ型自滚切刀具。

    由于自滚切刀具的刀片增加了一个切削运动单元，它不仅具有斜角切削的特点，而且

“ ” “ ”

后刀面的棱带对工件表面还有滚压作用，所以自滚切刀具的切削特点就是 滚 与 切 相

  

结合。它的很多切削概念都不同于普通刀具，必须加以修正。

    2

  

．自滚切刀具的两个重要概念

   （1

  

）刃倾角

    自滚切刀具的刃倾角是决定切削性能的重要参数，也是使切削运动增加一个运动单元

  

的先决条件。刃倾角对工作前、后角、流屑角，甚至对切削速度都有直接的影响。

    Ⅰ型刀具的轴线在 XZ 平面内的倾斜使刀片产生了角度 λ，我们称其为安装刃倾角。若
将圆弧刀刃上主偏角为零的点命名为刀尖，则安装刃倾角 λ 即为刀尖点的刃倾角。对Ⅱ型

  

刀具而言，虽然安装刃倾角和刀尖都很不直观，但经简要的推导也可得到。

    事实上上述对刃倾角的理解仅仅是停留在几何意义上，并不全面。由于刃倾角既是刀

“

”

刃切线与基面间的几何参数，更是影响工件沿刀刃切向、法向相对速度的 运动参数 。对
滚切刀具而言，当切削过程不稳定或刀片回转的阻力发生变化时，甚至当刀片的旋转是
靠外加动力驱使时（此为驱动式滚切刀具），刀片的旋转均不同于理想状态下单纯受工
件驱使的情况，切削刃上各点的真实刃倾角都会有变化。因此，一些学者还提出了工作刃

  

倾角、等效刃倾角等概念，本文在此就不展开论述。