现有的圆弧刃刀具，为了减少磨损，会在其前刀面刃口处磨一段负倒棱，虽然在一定程度上可提高刀尖刃口的强度和耐磨性^[1]，但在加工中会发生切屑积聚现象，导致切削力增大和切削温度升高，最终影响刀具的加工性能^[2]。

合理设计倒棱刀具的刃线、倒棱面、前刀面结构可以减少刀具的磨损，提高其加工性能。KLOCKE等^[3]提出了一种变倒棱角度的聚晶立方氮化硼（polycrystalline cubic boron nitride，PcBN）刀具，通过实验发现这种刀具结构能够延长其使用寿命，减少刀具的磨损量。陈涛等^[4]设计了圆弧刃渐变倒棱PcBN刀具，通过模拟仿真和实验得出：与定值倒棱刀具相比，渐变倒棱刀具具有更优异的切削性能，其排屑能力和刀具抗磨损能力均得到了明显提升。郭建^[5]通过改变刀具前刀面形状，设计了有双斜壁分屑结构余弦强化刃的PcBN刀具，并通过高速硬切削实验发现：同原有的余弦渐变强化刃结构刀具相比，双斜壁结构刀具切削金属时加工表面的粗糙度会受到刀具磨损量的影响，刀具磨损量越大，加工表面的粗糙度也随之增大。刘思宇^[6]建立了渐变负倒棱刀具数学模型，分析了其排屑规律，并通过仿真分析和车削实验研究了超硬车刀渐变负倒棱的设计及其刃磨工艺，发现其可解决定值倒棱刀具的排屑干涉问题。魏子洋等^[7]建立了双倒棱刀具的二维切削模型，并通过有限元仿真系统地研究了不同双倒棱参数的影响，以及切削过程中切削力、切削温度、应力应变和刀刃磨损的变化规律；同时，对PCD双倒棱刀具的刃磨实验进行了优化，观察到双倒棱刀具的切屑变形小，且更容易排出，因而具有更好的切削性能。

通过以上研究可以看出：合理设计刀具刃线、倒棱面和前刀面结构等，对改善负倒棱刀具在切削加工时的切屑积聚现象具有重要意义。本研究在一阶倒棱车刀基础上，在CATIA软件中完成PCD复合倒棱车刀的三维建模，并使用Deform软件对PCD复合倒棱刀具的三维切削进行仿真分析。主要研究内容包括：一是根据切削深度需要，对复合倒棱结构中的二阶倒棱宽度、二阶倒棱角度进行优化设计；二是分析斜角切削时刃倾角的变化对复合倒棱刀具排屑和加工性能的影响；最后根据仿真优化结果进行PCD复合倒棱车刀与PCD一阶倒棱车刀切削实验对比。

1.   复合倒棱刀具三维实体建模

PCD是通过粉末烧结得到的一种新的刀坯材料，粉末中有钴、镍与微米级金刚石颗粒等材料，并在碳化钨基材上经过高温高压烧结而成。用PCD制作的刀具的硬度仅低于天然金刚石刀具的，其硬度高、耐磨性好、摩擦系数低、导热性高、热膨胀系数低，同时刀具刃口锋利且刀面光洁度高等。

一阶倒棱刀具结构如图1所示。由于刀具的后刀面分为圆柱形后刀面和圆锥形后刀面，本研究建模选择圆柱形后刀面。在一阶倒棱刀具基础上得到复合倒棱刀具结构，如图2所示，其中的$ {\gamma }_{0} $为刀具前角，$ {\alpha }_{0} $为刀具后角，$ {b}_{1} $、$ {b}_{2} $分别为一阶、二阶倒棱宽度，$ {\alpha }_{1} $、$ {\alpha }_{2} $分别为一阶、二阶倒棱角度。

图  1  圆弧刃一阶倒棱刀具

Figure  1.  Arc edge first order chamfering tool

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图  2  复合倒棱结构参数

Figure  2.  Composite chamfer structure parameters

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复合倒棱刀具是经过2次定值倒棱加工形成的台阶状结构刀具。在一阶倒棱加工时，当刀具的前角为0°时，形成的倒棱宽度为定值；当刀具的前角不为0°时，形成的倒棱宽度是渐变的，在刀具圆弧中心处倒棱宽度最大，从中心到刀腹两侧的倒棱宽度则逐渐减小。

通过CATIA等三维建模软件中的倒棱功能建模，可根据砂轮运行轨迹直接扫掠而建立，但无法真正反映砂轮实际刃磨倒棱刀具的过程，而得到刀具真实的倒棱结构^[8]。因此，采用一种特殊的建模方式，根据砂轮实际刃磨倒棱刀具的过程，在CATIA中模拟其实际加工情况而建模^[9]。实际加工时选用磨削超硬刀具性能良好的COBORN RG9精密磨床，其刃磨倒棱刀具时砂轮与刀具的运动关系如图3所示。RG9磨床的运动轴有枢轴、刀架X轴、刀架Y轴、吊杆轴、砂轮进给轴、砂轮横轴、RM轴，其枢轴中心一般设置成与刀具圆弧中心重合，可使刀具在XY平面上旋转；刀架X轴、刀架Y轴可使刀具在X、Y方向平移；吊杆轴一般在磨削有后角的刀具时使用，可以使刀架整体沿Z轴（Z轴垂直于刀架X、刀架Y轴形成的水平面）旋转0～25°；砂轮进给轴、砂轮横轴可以使砂轮在X、Y方向上移动；RM轴为外接在刀架上的旋转轴，可绕自身轴线中心旋转，在刃磨倒棱刀具时刀具装卡在RM轴上。刃磨倒棱刀具时，主要参与的轴是砂轮进给轴、枢轴和RM轴。

图  3  砂轮与刀具的运动关系图

Figure  3.  Motion relationship diagram between grinding wheel and cutting tool

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刀具加工时选择的砂轮是金刚石粒度代号为M8/16的陶瓷结合剂金刚石砂轮，砂轮直径为150 mm。金刚石砂轮主要的3种结合剂是树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂。陶瓷结合剂金刚石砂轮更耐高温、耐腐蚀，且其磨粒保持度高，自锐性较好，磨削效率较高，适合用于精密磨削加工。因此，选用陶瓷结合剂金刚石砂轮用于PCD刀具的磨削加工。

CATIA中的实际建模过程如下：（1）先将砂轮实际走过的轨迹离散化，即根据磨削轨迹将砂轮摆放到不同位置，待加工刀具与砂轮会存在重叠部分，利用CATIA中的布尔运算功能去掉重叠部分，得到复合倒棱刀具圆弧刃部分的近似模型，如图4所示。离散次数越多，越接近理论上的复合倒棱车刀刃线。（2）在得到的近似模型中提取圆弧刃上及其他关键位置的点坐标，保存后重新导入CATIA。在创成式外形设计中，得到圆弧刃离散点的线拟合曲线，如图5所示，并通过多截面曲面功能生成面。（3）最后封闭各个面，得到复合倒棱刀具的三维实体模型，如图6所示。

图  4  复合倒棱刀具的圆弧刃近似模型

Figure  4.  Approximate model of arc edge for compound chamfering tools

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图  5  复合倒棱刀具圆弧刃的线拟合

Figure  5.  Line fitting of arc edge of compound chamfering tool

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图  6  复合倒棱刀具的三维实体模型

Figure  6.  3D solid model of compound chamfering tool

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在建立复合倒棱刀具三维实体模型后，再在Deform仿真软件中进行切削仿真分析，对复合倒棱刀具的结构进行优化设计；并使用优化设计后的模型，进行不同刃倾角时的切削仿真分析，分析斜角切削状态下刃倾角对刀具加工性能的影响。

2.   复合倒棱刀具切削仿真分析

2.1   前处理

在Deform V11.0软件中导入建立好的复合倒棱刀具及工件的三维模型，使用复合倒棱刀具对工件进行切削仿真模拟。刀具形状为35°菱形刀片，刀尖圆弧半径为0.8 mm，前角为6°，后角为0°，一阶倒棱宽度为0.20 mm，一阶倒棱角度为25°。工件模型的长宽高分别为6、4 和4 mm。

工件设置为塑性体，材料选择Al6061铝合金^[10]，初始环境温度设置为20°；刀具设置为刚体，刀具材料选择PCD，初始环境温度设置为20°。工件网格数设置为50 000，选择相对网格划分，其尺寸比为6；刀具网格数设置为35 000，选择相对网格划分，其尺寸比为6。分别对刀具与工件的接触区域网格进行细化，窗口外尺寸比设为0.01。刀具-工件的网格划分如图7所示。工件的动作设定为固定不动，模拟控制模式中选择变形 + 传热；摩擦形式为剪切摩擦，摩擦系数设为0.6；热传导率设为154 W/(m· K)；刀具磨损模型选择Usui，模型中的参数a=0.000 01、b=1 000。

图  7  刀具-工件的网格划分

Figure  7.  Mesh division of cutting tool and workpiece

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设置切削速度为100 m/min，进给量为0.1 mm/r。首先进行不同切削深度下，不同二阶倒棱宽度的切削仿真^[11]；再进行不同切深、不同二阶倒棱角度下的切削仿真；最后进行不同刃倾角时的切削仿真。切削深度分别选择0.07、0.14 和0.21 mm，二阶倒棱宽度分别选择0.05和0.10 mm，二阶倒棱角度为40°和50°。倒棱前处理完成条件后生成DB文件，切削仿真开始，如图8所示。

图  8  切削仿真开始

Figure  8.  Start of cutting simulation

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2.2   不同切深、不同二阶倒棱宽度时的切削仿真结果与分析

在后处理界面中分析切削力随切削深度增加产生的变化，可得到3向切削力动态曲线图9。取图9中仿真步数为200步时的数据进行分析，根据每组切削力平均值$ \stackrel{-}{F} $_x、$ \stackrel{-}{F} $_y、$ \stackrel{-}{F} $_z求得3向切削力的均方根值$ \stackrel{-}{F} $。图10为不同切深、不同二阶倒棱宽度时的切削力均方根值$ \stackrel{-}{F} $。

图  9  3向切削力动态曲线

Figure  9.  Dynamic curves of three-direction cutting forces

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图  10  不同切深、不同二阶倒棱宽度时的切削力均方根值

Figure  10.  Root mean square values of cutting forces at different cutting depths and second-order chamfering widths

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通过图9、图10对比可以看出：在其他参数一定时，随着切削深度逐渐增大，二阶倒棱宽度为0.10 mm时的3向切削力的均方根值$ \stackrel{-}{F} $的增大幅度，比二阶倒棱宽度为0.05 mm时的更大，这主要是切削深度与二阶倒棱宽度的关系所致（二阶倒棱宽度为0.05 mm简称为“宽度1”，二阶倒棱宽度为0.10 mm简称为“宽度2”）。当切削深度为0.07 mm时，其值超过了宽度1，但未超过宽度2，此时宽度1的二阶倒棱起作用，但切深超过宽度1较少，因此宽度1的切削力均方根值大于宽度2的； 当切削深度为0.14 mm时，切深均超过了宽度1和宽度2，但超过宽度1的数值更大，二阶倒棱发挥了更大作用，所以此时宽度1的切削力均方根值小于宽度2的；当切削深度为0.21 mm时，切深均远超宽度1和宽度2，且超出了刀具倒棱面，到达前刀面（一阶倒棱宽度为0.20 mm），此时宽度1的切削力均方根值小于宽度2的。但二者的差值与切深为0.14 mm时的相比相差不大，这主要是切深超出宽度1与宽度2的数值均较大，二阶倒棱均发挥了更大作用，且刀具前刀面也参与了切削，使二阶倒棱的作用逐渐弱化。

图11为不同切深、不同二阶倒棱宽度时的切削温度均值变化。如图11所示：随着切削深度增加，宽度1和宽度2时的切削温度均值变化趋势同切削力均方根值的变化趋势基本一致，宽度1时的切削温度均值的上升幅度明显小于宽度2时的，在切削深度>0.14 mm时，二者切削温度均值上升幅度基本趋于一致。

图  11  不同切深、不同二阶倒棱宽度时的切削温度均值变化

Figure  11.  Mean variation of cutting temperatures at different cutting depths and second-order chamfering widths

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通过对不同切削深度、不同二阶倒棱宽度时的切削力均方根值和切削温度均值变化分析能够得出，根据加工时需要的切削深度，复合倒棱车刀的二阶倒棱宽度的设计应满足以下条件：（1）在一阶倒棱宽度为定值时，若切削深度相比一阶倒棱宽度较小，则二阶倒棱宽度应大于切深；（2）若切削深度较大，甚至接近一阶倒棱宽度时，则二阶倒棱宽度应小于切深。

2.3   不同切深、不同二阶倒棱角度时的切削仿真结果与分析

二阶倒棱宽度选取0.10 mm，二阶倒棱角度分别选取40°、50°，其他条件同上，进行不同切削深度下的仿真。仿真完成后，求得3向切削力的均方根值$ \stackrel{-}{F} $及切削温度均值$\stackrel{-}{T} $，结果如图12、图13所示。

图  12  不同切深、不同二阶倒棱角度时的切削力均方根值

Figure  12.  Root mean square values of cutting forces at different cutting depths and second-order chamfering angles

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通过图12、图13能够看出：当二阶倒棱宽度小于切削深度，二阶倒棱角度较小时，其切削力均方根值和切削温度均值均较小；当二阶倒棱宽度大于切削深度，二阶倒棱角度较大时，其均方根值和切削温度均值均较小。其原因是切深较小未超过二阶倒棱宽度时，起作用的仅为二阶倒棱的一小段区域，二阶倒棱角度越大，切屑向前刀面方向运动的角度也越大，其起到的分离切屑的效果也较好，此时切削力和切削温度也相对较小；随着切深的增大，一阶倒棱区域和刀具前刀面也参与了切削，大角度二阶倒棱的功能也在相对弱化。

图  13  不同切深、不同二阶倒棱角度时的切削温度均值变化

Figure  13.  Mean variation of cutting temperature at different cutting depths and second-order chamfering angles

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通过对不同切削深度、不同二阶倒棱角度的切削力均方根值和切削温度均值变化分析能够得出，根据需要的切削深度，复合倒棱车刀的二阶倒棱角度的设计应该满足以下条件：（1）在切深较小未超过二阶倒棱区域时，应选择较大的二阶倒棱角度；（2）在切深较大超过二阶倒棱区域时，应选择较小的二阶倒棱角度。

2.4   不同刃倾角时的切削仿真结果与分析

2.4.1   切屑流动分析

斜角切削加工时，刃倾角的出现会使切屑排出的方向在原有基础上偏转一个流屑角，一般情况下认为刃倾角≈流屑角，产生的流屑角可能会造成排屑干涉^[11]。根据前文的二阶倒棱宽度、二阶倒棱角度与切深关系的分析，选取复合倒棱车刀的二阶倒棱宽度为0.10 mm，二阶倒棱角度为50°，切削深度为0.10 mm，其他条件同上，进行不同刃倾角的切削仿真分析，分析不同刃倾角对复合倒棱车刀加工性能的影响。

通过Deform中的点追踪功能，并用工件上2个点的坐标变化分析复合倒棱车刀加工时切屑的流动情况。在工件上设置2个点坐标，点$ {P}_{1} $坐标为（0, −0.8, 0），点$ {P}_{2} $坐标为（0.2, −0.8, 0），并将其设置为游动点，如图14所示。随着模拟仿真的进行，不同刃倾角下2点在x、y轴上的位置变化分别如图15、图16所示。2点在x轴上的位置变化表示的是切屑切削加工时横向移动的距离，在y轴上的位置变化表示的是切屑纵向移动的距离。

图  14  Deform中的点追踪功能

Figure  14.  Point tracking function in Deform

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图  15  不同刃倾角下2点在x轴上的位置变化

Figure  15.  Position changes of two points on x-axis under different cutting edge inclination angles

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图  16  不同刃倾角下2点在y轴上的位置变化

Figure  16.  Position changes of two points on y-axis under different cutting edge inclination angles

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从图15、图16中可以看出：当刃倾角为0°时，随着切削进行，2点在x轴上的距离基本不变，未发生相交的情况，说明切屑分离效果较好。2点在y轴上的距离增大趋势基本相同，切屑向纵轴顶端运动；当刃倾角为5°时，2点在x轴上的距离逐渐接近，是因为存在刃倾角时，切屑会在原有排屑方向上偏离一个流屑角，产生排屑干涉。2点在y轴上的移动情况与其在刃倾角为0°时的情况大致相同；当刃倾角为10°时，2点在x轴上的位置出现了交叉，可能是排屑干涉发生的较早，也有可能是切屑发生了卷曲变形导致，此时2点在y轴上的距离相差较大；当刃倾角为15°时，在x轴上可以看到2点的交叉位置更靠前，说明切屑干涉发生得更早，而在y轴上的距离相差更大。此后2点的切屑排出，其在x、y轴上的位置基本保持不变。

通过以上分析能够得出：随着刃倾角增大，加工时的排屑干涉程度总体上呈增大趋势，且排屑干涉主要发生在切屑横向移动时。

2.4.2   刀具温度分析

刀具的温度会影响其磨损量，同时也会影响加工工件的精度及表面质量。取仿真步数为200时的状态进行分析，不同刃倾角时的刀具瞬时温度如图17所示，求得刀具的平均温度如图18所示。

图  17  不同刃倾角时刀具的瞬时温度

Figure  17.  Instantaneous temperatures of tool at different cutting edge inclination angles

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图  18  不同刃倾角时刀具的平均温度

Figure  18.  Average temperatures of tool at different cutting edge inclination angles

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从图17、图18可以看出：随着刀具加工时刃倾角的不断增大，刀具的温度整体上呈上升趋势；刃倾角为0°时与刃倾角不为0°时的刀具温度相差较大，刃倾角为10°时的刀具温度比刃倾角为5°和15°时的有所降低。这种温度变化趋势说明刃倾角为10°时的排屑较为顺畅，排屑干涉较小，是由刀具刃线的实际结构与刃倾角产生的排屑方向偏离综合作用导致的。

2.4.3   刀具磨损分析

刀具磨损是刀具在切削加工中一项重要的性能指标，工件的面型精度受刀具磨损的影响。分析不同刃倾角加工时，PCD复合倒棱车刀的磨损情况。取仿真步数为200时的状况进行分析，刀具磨损结果如图19所示；并求出倒棱面上的刀具磨损平均深度，结果如图20所示。

图  19  不同刃倾角下的刀具磨损

Figure  19.  Tool wear with different cutting edge inclination angles

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图  20  不同刃倾角时刀具的磨损平均深度变化

Figure  20.  Change in average depth of tool wear at different cutting edge inclination angles

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由图19、图20可知：当刃倾角为0°时，与刃倾角不为0°时的相比，复合倒棱车刀的磨损深度明显更小，说明斜角切削时刃倾角变化导致流屑角产生，使本来排出较为顺畅的切屑发生了干涉，导致刀具磨损深度增加，且增大的磨损区域主要集中在二阶倒棱区域靠下位置和一阶倒棱右侧靠近前刀面位置；当刃倾角为10°时，刀具磨损深度相比刃倾角为5°、15°时的较小，这与刀具温度的变化趋势是一致的，也说明在切削加工时刀具的温度会直接影响刀具的磨损。

3.   复合倒棱车刀切削实验与分析

3.1   实验方案

选用型号为CAK3275v的数控车床进行车削实验，实验车床如图21所示，车削方式选择外圆车削。CAK3275v数控车床的具体加工参数如表1所示。实验中，选取车削速度为100 m/min、进给量为0.1 mm/r、切削深度分别为0.07、0.14和0.21 mm进行车削实验。实验主要比较PCD复合倒棱车刀与PCD一阶倒棱车刀的加工性能，如切削温度、不同加工时间下零件的表面粗糙度。实验中选择了较大的切削深度，主要目的是加大刀具的磨损量以便于观察，能够反映出复合倒棱车刀在较大切削深度下的加工效果。

图  21  实验车床

Figure  21.  Experimental lathe

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表  1  实验车床具体参数

Table  1.  Specific parameters of experimental lathe

参数	规格或取值
机床最大回转直径 D / mm	320
最大工件长度 L / mm	750
主轴转速范围 n / (r·min−1)	200~3000
主轴电机功率 P / kW	5.5
刀方尺寸	20 mm×20 mm

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选取的PCD一阶倒棱车刀参数为：倒棱宽度，0.20 mm；倒棱角度，25°。根据PCD复合倒棱车刀刃口结构优化结果选取的PCD复合倒棱车刀参数为：一阶倒棱宽度，0.20 mm；一阶倒棱角度，25°；二阶倒棱宽度，0.10 mm；二阶倒棱角度，50°。实验选用的车刀杆型号为MVJNR2020K16，工件材料选择Al6061铝合金，工件是直径为20 mm的圆柱形棒料。

Al6061铝合金具备良好的加工性能，广泛应用于交通运输、电子、航空、航天、兵器等领域，使用该材料时能获取更好的零件表面质量是重要研究内容之一。切削过程参数是影响零件表面质量的重要因素，除切削三要素外，切削液对零件表面的耐腐蚀性能有较大影响，目前的干式切削（即在切削加工中完全不使用切削液）已成为一种趋势，其不仅能够提高零件的耐腐蚀性能，还可以减少切削液对环境的污染，降低加工成本。但失去了切削液的冷却和润滑作用，也会对零件表面质量和刀具磨损产生一定影响。由于PCD刀具内部结构稳定，其刀尖位置在高温下不易破损，因此实验采用干式车削方法，其实验过程如图22所示。

图  22  车削实验过程

Figure  22.  Turning experiment process

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3.2   实验结果与分析

实验选择的切削温度测量仪器为世敖SA-D24140ARC红外测温仪。由于对工件内部温度无法进行实时测量，实验使用红外测温仪对加工区域的工件表面温度进行测量。在数控车床对刀完成后，将红外测温仪的红色光斑对准加工区域的工件表面，在相同的加工点，分别测量切削深度为0.07、0.14和0.21 mm，加工时间为2 min时，PCD复合倒棱车刀与PCD一阶倒棱车刀加工后的工件表面切削温度。为了减小测量误差，分别对每种切削深度下的切削温度进行5次测量并取平均值。切削温度测量如图23所示。

图  23  切削温度测量

Figure  23.  Cutting temperature measurement

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2种刀具下工件表面切削温度随切削深度的变化如图24所示。由图24可知：复合倒棱车刀与一阶倒棱车刀的切削温度随着切削深度的增加均呈逐渐上升的趋势，在相同切削深度条件下，复合倒棱车刀的切削温度更低，这是因为复合倒棱车刀的二阶倒棱起到了分离切屑的作用，切屑排出较为顺畅，带走了产生的大部分切削热量。对比切削仿真与实验时PCD复合倒棱车刀不同切削深度下的工件表面切削温度，发现仿真切削温度值与实验切削温度值存在一定误差，但两者变化趋势一致。

图  24  2种刀具下工件表面切削温度随切削深度的变化

Figure  24.  Variation of workpiece surface cutting temperatures with cutting depths under two kinds of tools

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实验结束后，使用TR240便携式表面粗糙度仪测量加工时间为10、20和30 min时的零件表面粗糙度（切削深度为0.14 mm），测量位置为零件的外圆柱表面，测量过程如图25所示。

图  25  零件表面粗糙度测量

Figure  25.  Part surface roughness measurement

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零件表面粗糙度随加工时间的变化如图26所示。从图26中可以看出：在相同切削深度下随着时间的增加，复合倒棱车刀加工零件的表面粗糙度要低于一阶倒棱车刀的。究其主要原因是：一阶倒棱刀具刃口结构在切削加工中会产生切屑滞留区，切屑滞留区产生于刃口倒棱处并充满整个倒棱区域，并充当了切削刃进行再加工。于是实际加工中的材料去除一部分为切削加工产生，一部分为挤压变形产生，切屑滞留区的存在影响了加工零件的表面粗糙度；而复合倒棱刀具因有第二段倒棱存在，其结构趋近于圆弧，分离切屑的功能较好，所形成的切屑滞留区较小，对零件表面质量的影响较小，因此所加工零件的表面粗糙度较低。

图  26  零件表面粗糙度随加工时间的变化

Figure  26.  Variation of surface roughness of part with processing time

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同时，随着加工时间的延长，2种刀具加工的零件表面粗糙度升高，工件的表面质量均逐渐降低。对比2种刀具同一时间加工零件的表面粗糙度发现：在加工初期，2种刀具加工的零件质量相差不大；随着时间增大到30 min，PCD复合倒棱车刀加工的零件表面质量明显更优。其主要原因是PCD复合倒棱车刀形成的切屑滞留区较小，承受来自切屑的挤压力较小，长时间加工对刀具损伤较小，延长了刀具的使用寿命。

2种刀具的磨损形貌如图27所示，其为切削30 min时刀具的磨损情况。从图27可发现：2种刀具刃口及前刀面位置磨损均很严重，但对比2种刀具的磨损情况，能够看出PCD复合倒棱车刀的磨损更轻。

图  27  2种刀具的磨损形貌

Figure  27.  Wear morphology of two types of cutting tools

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4.   结论

在CATIA软件中依据磨床COBORN RG9实际刃磨PCD倒棱刀具的工艺，建立圆柱形后刀面复合倒棱车刀三维模型；然后使用Deform V11.0软件进行PCD复合倒棱车刀三维切削仿真分析，再使用仿真优化后的PCD复合倒棱车刀与PCD一阶倒棱车刀对Al6061铝合金工件进行车削实验，可得出如下结论：

（1）复合倒棱只有在较大的切削深度时才有提升工件光亮度的作用。

（2）在相同切削深度下，PCD复合倒棱车刀的切削温度低于PCD一阶倒棱车刀的。在切削深度为0.14 mm下进行30 min的工件车削加工，对比2种刀具加工的零件表面粗糙度，发现随着加工时间延长，PCD复合倒棱车刀加工的零件表面粗糙度更低，结合最终刀具的磨损状态说明PCD复合倒棱车刀对切削工件的捋平效果更佳，工件的光亮度更高，抗磨损性能更好。