刀具幾何參數(shù)的選擇與測(cè)量裝置

1、刀具幾何參數(shù)的選擇與測(cè)量裝置摘 要用于切削加工的刀具種類繁多，但刀具切削部分的組成確有共同之處。車刀的切削部分可看作是各種刀具切削部分最基本的形態(tài)。車刀是最典型的刀具，其他刀具都可以看作是由車刀演化而來(lái)的，車刀是其它刀具的基礎(chǔ)。把車刀角度研究清楚了，就可以在此基礎(chǔ)上研究其他刀具角度。因此，我們要掌握車刀切削部分的構(gòu)造要素、車刀標(biāo)注角度參考系及車刀標(biāo)準(zhǔn)角度的基本概念，并且了解車刀角度測(cè)量?jī)x的構(gòu)造和使用方法，學(xué)會(huì)用它測(cè)量車刀的比標(biāo)注角度、繪制車刀標(biāo)注角度圖。關(guān)鍵詞： 刀具；幾何參數(shù)；測(cè)量裝置目 錄緒論1一、基本定義11.1基本定義11.2 車刀的幾何參數(shù)11.3刀具的標(biāo)注角度51.4刀具在正交平面

2、參考系中的標(biāo)注角度6二、刀具合理幾何參數(shù)的選擇92.1 前角的功用及選擇102.2后角的選擇112.3主偏角、副偏角的選擇112.4刀尖形狀及尺寸的選擇132.5刃傾角的選擇14三、車刀幾何角度測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)143.1 車刀幾何角度測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)143.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?53.3車刀幾何角度測(cè)量裝置的使用方法15總結(jié)19致謝20參考文獻(xiàn)21緒論任何刀具均由切削部分和夾持部分組成。雖然刀具的種類很多，但它們切削部分的形狀和幾何參數(shù)都具有共同的特性。其中最簡(jiǎn)單、典型的是外圓車刀。因?yàn)椴徽摰毒呓Y(jié)構(gòu)如何，也不論是單齒或復(fù)雜的多齒刀具，對(duì)每個(gè)刀齒而言，其結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)就相當(dāng)于普通外圓車刀的演變。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

3、 1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)鞏固和加深對(duì)車刀幾何角度的標(biāo)注坐標(biāo)系平面與車刀幾何角度坐標(biāo)系的基本定義的了解； 2、了解車刀量角儀的結(jié)構(gòu)與工作原理，熟悉其使用方法； 3、掌握車刀標(biāo)注角度的測(cè)量方法。一、基本定義1.1 基本定義車刀(turning tool)安裝在車床上的用來(lái)削切金屬的工具. 工欲善其事，必先利其器，為了在車床上做良好的切削，正確地準(zhǔn)備和使用刀具是很重要的工作。不同的工作需要不同形狀的車刀，切削不同的材料要求刀口具不同的刀角，車刀和工作物的位置和速度應(yīng)有一定相對(duì)的關(guān)系，車刀本身也應(yīng)具備足夠的硬度、強(qiáng)度而且耐磨、耐熱。因此，如何選擇車刀材料，刀具角度之研磨都是重要的考慮因素。車刀屬于單鋒刀具，因車

4、削工作物形狀不同而有很多型式，但它各部位的名稱及作用卻是相同的。一支良好的車刀必須具有剛性良好的刀柄及鋒利的刀鋒兩大部份。車刀的刀刃角度，直接影響車削效果，不同的車刀材質(zhì)及工件材料、刀刃的角度亦不相同。1.2 車刀的幾何參數(shù)合理選擇車刀幾何參數(shù)，是順利完成車削加工任務(wù)的關(guān)鍵。定義刀具角度的參考系：為了定義刀具切削部分的幾何角度，需選定適當(dāng)組合的基準(zhǔn)坐標(biāo)平面作為參考系。其中用于規(guī)定刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)幾何參數(shù)的參考系稱為刀具靜止參考系，如圖1-1所示。規(guī)定刀具進(jìn)行切削加工時(shí)幾何參數(shù)的參考系稱為刀具工作參考系。 刀具靜止參考系的各平面名稱、表示符號(hào)及定義見(jiàn)表1-1。圖1-1 刀具靜止參考系

5、 表1-1刀具靜止參考系的各方面名稱 符號(hào)定義 基面 pr通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。 切削平面 ps通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，與切削刃相切，怯垂直于該點(diǎn)基面的平面。 正交平面 po通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，垂直于基面和切削平面的平面。 法平面 pn通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，且與切削刃垂直的平面。 假定工作平面 pf通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，垂直與基面且平行與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的平面。 背平面 pp通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，且垂直于基面和假定工作平面的平面。 刀具角度的定義：刀具角度是刀具在靜止參考系中的一組角度，其名稱，表示符號(hào)及定義見(jiàn)表1-2。外圓車刀刀具角度見(jiàn)圖1-3。 表1-2 刀具角

6、度定義 名稱 符號(hào) 定義 前角 前角法前角側(cè)前角背前角 yo yn yf yp 定義：前到面ar與基面pr之間的夾角。在正交平面中測(cè)量、在法平面中測(cè)量、在假定工作平面中測(cè)量、在背平面中測(cè)量。 后角 后角法后角側(cè)后角背后角 ao an af ap 定義：主后刀面aa與切削平面ps之間的夾角。早正交平面中測(cè)量、在法平面中測(cè)量、在假定工作平面中測(cè)量、在背平面中測(cè)量。 主偏角 kr 主切削平面ps與假定工作平面pf之間的夾角，在基面pr中測(cè)量。 到尖角 r 主切削平面ps與副切削平面ps之間的夾角，在基面pr中測(cè)量。 刀傾角 s 主切削刃與基面pr間的夾角，在主切削平面ps中測(cè)量。 注：表中所列角度都

7、只是過(guò)主切削刃選定點(diǎn)的角度（r除外），過(guò)副切削刃選頂點(diǎn)的響應(yīng)角度可仿照定義，并在角度符號(hào)右上角加一撇“”以示區(qū)別，例如車刀副偏為kr，副后角為ao。 1.2.1 刀具切削部分的表面與刀刃圖1-2典型外圓車刀切削部分的結(jié)構(gòu)車刀由刀頭和刀柄組成，如圖 1-2 所示。刀柄是刀具上夾持部位。刀頭則用于切削，是刀具的切削部分。刀具的切削部分包括以下幾個(gè)部分： （1）前刀面 a 切下的金屬沿其流出的刀面。 （2）主后刀面 a 與工件上過(guò)渡表面相對(duì)的刀面。 （3）副后刀面 a 與工件上已加工表面相對(duì)的刀面（4）主切削刃 s 前刀面與主后刀面匯交的邊鋒，用以形成工件上的過(guò)渡表面，擔(dān)負(fù)著大部分金屬的切除工作。

8、（5） 副切削刃 s 前刀面與副后刀面匯交的邊鋒 , 協(xié)同主切削刃完成金屬的切除工作 , 用以最終形成工件的已加工表面。表 車刀結(jié)構(gòu)類型特點(diǎn)及用途名 稱特 點(diǎn)適 用 場(chǎng) 合整體式用整體高速鋼制造，刃口可磨得較鋒利小型車床或加工非鐵金屬焊接式焊接硬質(zhì)合金或高速鋼刀片，結(jié)構(gòu)緊湊，使用靈活各類車刀特別是小刀具機(jī)夾式避免了焊接產(chǎn)生的應(yīng)力、裂紋等缺陷，刀桿利用率高。刀片可集中刃磨獲得所需參數(shù)；使用靈活方便外圓、端面、鏜孔、切斷、螺紋車刀等可轉(zhuǎn)位式避免了焊接刀的缺點(diǎn)，刀片可快換轉(zhuǎn)位；生產(chǎn)率高；斷屑穩(wěn)定；可使用涂層刀片大中型車床加工外圓、端面、鏜孔，特別適用于自動(dòng)線、數(shù)控機(jī)床1.2.2 確定刀具切削角度的參

9、考系及參考平面刀具的切削部分其實(shí)是由前、后刀面、切削刃、刀尖組成的一空間幾何體。為了要確定刀具切削部分的各幾何要素的空間位置，就需要建立相應(yīng)的參考系。為此目的設(shè)立的參考系一般有兩大類：一是刀具靜止角度參考系；二是刀具工作角度參考系。下面說(shuō)明刀具靜止角度參考系及其坐標(biāo)平面。 （一）刀具靜止角度參考系刀具靜止角度參考系是指用于定義設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量刀具切削部分幾何參數(shù)的參考系。它是在假定條件下建立的參考系。假定條件是指假定運(yùn)動(dòng)條件和假定安裝條件。 （1）假定運(yùn)動(dòng)條件 在建立參考系時(shí)，暫不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即用主運(yùn)動(dòng)向量近似代替切削刃與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成速度向量。 （2）假定安裝條件 假定刀具的

10、刃磨和安裝基準(zhǔn)面垂直或平行于參考系的平面，同時(shí)假定刀桿中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向垂直。例如對(duì)于車刀來(lái)說(shuō)，規(guī)定刀尖安裝在工件中心高度上，刀桿中心線垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向等。 由此可見(jiàn)，刀具靜止角度參考系是簡(jiǎn)化了切削運(yùn)動(dòng)和設(shè)定刀具標(biāo)準(zhǔn)位置下建立的一種參考系。（二）刀具靜止參考系的坐標(biāo)平面作為一個(gè)空間參考系，它必須有確定的坐標(biāo)平面。在靜止參考系中，這樣的坐標(biāo)平面有三個(gè)：基面（ pr ）、切削平面 (p s) 和刃剖面（可由需要而任意選擇的切削刃剖面）。 （1）基面 pr基面是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。如圖 1-3 所示。它平行于或垂直于刀具在制造、刃磨和測(cè)量時(shí)適合于安裝和定位的一個(gè)平面或

11、軸線。例如，對(duì)于車刀和刨刀等，它的基面 p r 按規(guī)定平行于刀桿底面；對(duì)于回轉(zhuǎn)刀具（如銑刀、鉆頭等），它的基面 p r 是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)并包含軸線的平面。 （2）切削平面 ps切削平面是指切削刃上選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面。如圖 1-3所示。在無(wú)特殊情況下切削平面即指主切削平面。 （3）切削刃剖切平面（刃剖面） 常用的刃剖面有四個(gè)：圖1-3 假定運(yùn)動(dòng)條件和靜止參考系圖1-3 （1）正交平面 po （也稱主剖面） 正交平面是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面。也可認(rèn)為，正交平面是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)垂直于主切削刃在基面上的投影的平面。如圖 1-3 所示。 （2）法

12、平面 pn （也稱法剖面） 法平面是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)垂直于切削刃的平面。 （3）假定工作平面 p f （也稱進(jìn)給剖面） 假定工作平面是是通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向并垂直于基面的平面。 （4）背平面 p p （也稱切深剖面） 背平面是指通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，垂直于假定工作平面和基面的平面。 以上四個(gè)刃剖面可根據(jù)需要任選一個(gè)，然后與另兩個(gè)坐標(biāo)平面（基面 pr 和切削平面 ps ）共三個(gè)平面組成相應(yīng)的參考系。如由正交平面 po 、基面 pr 和切削平面 ps 組成的參考系稱為正交平面參考系（ pr ps po ），或稱為主剖面參考系；由法平面 p n 、基面 pr 和切削平面 p s

13、組成的參考系稱為法平面參考系，或稱為法剖面參考系（ pr ps pn ）；由假定工作平面 pf 、基面 pr 和切削平面 ps 組成的參考系稱為假定工作平面參考系，也稱為進(jìn)給剖面參考系（pr ps pf ）；由背平面 pp 、基面 p r 和切削平面 ps 組成的參考系稱為背平面參考系，或稱為切深剖面參考系（pr ps pp ）。 對(duì)于副切削刃的靜止參考系，也有同樣的上述的坐標(biāo)平面。為區(qū)分起見(jiàn)，在相應(yīng)符號(hào)可上方加“ ”。如 po 為副切削刃的正交平面，其余類同。1.3 刀具的標(biāo)注角度刀具標(biāo)注角度（圖1-4）在正交平面po中測(cè)量的角度：（1）前角o - 前刀面與基面之間的夾角。通過(guò)選定點(diǎn)的基面若

14、位于楔形刀體的實(shí)體之外，前角為正值；反之為負(fù)值。（2）后角o - 后刀面與切削平面之間的夾角。若通過(guò)選定點(diǎn)的切削平面位于楔形刀體的實(shí)體之外，后角為正值；反之為負(fù)值。（3）楔角o - 前刀面與主后刀面之間的夾角。顯然有：o + o +o = 90。在基面pr中測(cè)量的角度：（4）主偏角kr - 主切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給方向之間的夾角。（5）副偏角kr - 副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給反方向之間的夾角。（6）刀尖角r - 主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角。顯然有： kr+kr +r = 180。在切削平面ps中測(cè)量的角度：（7）刃傾角s - 主切削刃與基面之間的夾角。當(dāng)?shù)都馐侵髑?/p>

15、削刃上最低點(diǎn)時(shí)，刃傾角定為負(fù)值；當(dāng)?shù)都馐侵髑邢魅猩献罡唿c(diǎn)時(shí)，則刃傾角為正值，如圖1-5 所示。圖1-4 車刀的標(biāo)注角度圖1-5 刃傾角當(dāng)s = 0時(shí)，主切削刃與切削速度垂直，稱之為直角切削或正切削。而s 0的切削稱為斜角切削或斜切削。s的正或負(fù)會(huì)改變切屑流出的方向。 在副正交平面 中測(cè)量的角度（8）副后角o - 副后刀面與切削平面之間的夾角；（9）副前角o - 前刀面與基面之間的夾角。實(shí)際上，當(dāng) o、s 、kr 及kr 為已定值，且主、副切削刃處于共同的前刀面時(shí)，o 也已被確定了。另外，o及r是派生角。因此，外圓車刀的標(biāo)注角度只有六個(gè)是獨(dú)立的：o 、o、kr、 kr、s與o ，它們的大小會(huì)直接

16、影響切削過(guò)程。1.4 刀具在正交平面參考系中的標(biāo)注角度刀具靜止角度的標(biāo)注：在刀具靜止參考系中標(biāo)注或測(cè)量的幾何角度稱為刀具靜止角度，或刀具標(biāo)注角度。刀具靜止角度標(biāo)注的基本方法為“一刃四角法”。所謂“一刃四角法”是指刀具上每一條切削刃，必須且只需四個(gè)基本角度，就能唯一地確定其在空間的位置。如前所述，刀具切削部分是由若干個(gè)刀尖、切削刃、前、后刀面組成的空間幾何體，為確定這些幾何要素的空間位置，應(yīng)抓往其關(guān)鍵要素，其關(guān)鍵要素即為切削刃。只要把切削刃的空間位置確定后，其它幾何要素的空間位置也可“迎刃而解”了。 當(dāng)然，一把刀具可能有若干條切削刃，這時(shí)應(yīng)找出刀具的主切削刃，對(duì)主切削刃應(yīng)一個(gè)不漏地完整地標(biāo)出四個(gè)

17、角度，然后逐條地分析其它的切削刃，這樣整個(gè)刀具切削部分的幾何角度也不難解決。 下面將在不同的刃剖面參考系中，說(shuō)明“一刃四角法”在刀具幾何角度標(biāo)注中的應(yīng)用。正交平面參考系（ pr ps po ）如圖 1-6為正交平面參考系。圖 1-7 為外圓車刀在正交平面參考系中角度的標(biāo)注。 分析這把外圓車刀，它有主切削刃和副切削刃共兩條切削刃組成。根據(jù)“一刃四角法”的原則，應(yīng)先抓住主切削刃，完整地標(biāo)出四個(gè)基本角度。那么應(yīng)標(biāo)注哪四個(gè)基本角度呢？根據(jù)切削平面的定義，主切削刃應(yīng)在切削平面內(nèi)，因此要確定主切削刃的位置，應(yīng)先確定切削平面的位置及主切削刃在切削平面內(nèi)的位置，這兩個(gè)位置分別由主偏角和刃傾角來(lái)確定。（1）主偏

18、角r 是在基面內(nèi)度量的切削平面 ps 和假定工作平面 pf 之間的夾角。也是主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角。應(yīng)標(biāo)注在基面內(nèi)。 （2）刃傾角s 是切削平面內(nèi)度量的主切削刃 s 與基面之間的夾角。它是確定主切削刃在切削平面 ps 內(nèi)的位置的角度。應(yīng)標(biāo)注在切削平面的方向視圖內(nèi)。當(dāng)?shù)都庠谇邢魅猩蠟樽罡唿c(diǎn)時(shí)，刃傾角s 為正值；當(dāng)?shù)都庠谥髑邢魅猩蠟樽畹忘c(diǎn)時(shí)，刃傾角s 為負(fù)值；當(dāng)主切削刃在基面內(nèi)時(shí)，刃傾角s 為零。 在主切削刃的位置確定之后，形成這條切削刃的前、后刀面的位置，就可任意選用一個(gè)刃剖面來(lái)反映。在正交平面參考系中即選用正交平面，在此平面內(nèi)前刀面與基面、后刀面與切削平面對(duì)應(yīng)的角度即為

19、前角o 和后角o 。 圖1-6 圖1-7 車刀正交平面參考系的靜止角度（3）前角o 在正交平面內(nèi)度量的前刀面 a 與基面 pr 之間的夾角。當(dāng)切削刃上選定點(diǎn)的基面 pr 在剖視圖中處于刀具實(shí)體之外時(shí)，前角o 為正值；當(dāng)基面 pr 處于刀具實(shí)體之內(nèi)時(shí)，前角o 為負(fù)值；當(dāng)前刀面與基面重合時(shí)，前角o 為零。 （4）后角o 在正交平面內(nèi)度量的后刀面與切削平面 p s 之間的夾角。當(dāng)切削刃上選定點(diǎn)的切削平面 ps 在剖視圖中處于刀具實(shí)體之外時(shí)，后角o 為正值；當(dāng)切削平面 ps 在刀具實(shí)體之內(nèi)時(shí)，后角o 為負(fù)值；當(dāng)后刀面與切削平面 ps 重合時(shí)，后角 o 為零。由此可得出結(jié)論，對(duì)于一條切削刃應(yīng)該標(biāo)注的四個(gè)

20、角度為：主偏角r 、刃傾角s 、前角o 和后角o 。而這四個(gè)角度標(biāo)注的視圖應(yīng)該是：主偏角r 應(yīng)標(biāo)注在基面內(nèi)、刃傾角s 應(yīng)標(biāo)注在切削平面的方向視圖內(nèi)、前角o 和后角o 應(yīng)在刃剖面內(nèi)。這就是“一刃四角法”中四個(gè)角的內(nèi)容。 在解決了主切削刃這個(gè)關(guān)鍵要素后，再逐條分析其它切削刃。圖 1-9 所示的外圓車刀還有一條副切削刃。根據(jù)“一刃四角法”的原則，它也應(yīng)完整無(wú)缺地標(biāo)出四個(gè)角度，即副偏角r ， 、副刃傾角s ， 、副前角o ， 和副后角o ， 。但由于該刀具主切削刃與副切削刃在同一個(gè)前刀面上，在完整無(wú)缺地標(biāo)出主切削刃的四個(gè)角度后，前刀面的空間位置也已確定，因此副切削刃的副前角和副刃傾角也隨之確定，它們已

21、不是獨(dú)立的角度。因此，對(duì)副切削刃只需標(biāo)出另兩個(gè)角度，即副偏角r ， 和副后角 o ， 。 副偏角r ， 在副切削刃上選定點(diǎn)的基面 pr ， （平行于 pr ）內(nèi)度量的副切削平面與假定工作平面之間的夾角。 副后角o ， 在副切削刃上選定點(diǎn)的正交平面內(nèi)度量的副后刀面與副切削平面之間的夾角。圖 1-7 所示就是普通外圓車刀在正交平面參考系中的靜止角度的標(biāo)注。 綜上所述，在分析或標(biāo)注一把刀具切削部分幾何角度時(shí)，先找出該刀具切削部分的主切削刃，分別在三個(gè)視圖內(nèi)完整地標(biāo)出四個(gè)基本角度；然后逐條分析其它切削刃，如某條切削刃的前刀面不與主切削刃為同一前刀面，則也應(yīng)對(duì)其完整地標(biāo)出四個(gè)基本角度；如某條切削刃的前刀

22、面與主切削刃為同一前刀面，則只需標(biāo)出相應(yīng)的偏角和后角。這就是“一刃四角法”的完整應(yīng)用。二、刀具合理幾何參數(shù)的選擇刀具合理幾何參數(shù)的選擇是切削刀具理論與實(shí)踐的重要課題。中國(guó)有句諺語(yǔ)說(shuō)：“工欲善其事，必先利其器”，刀具正是切削加工的直接作用工具，它的完善程度對(duì)切削加工的現(xiàn)狀和發(fā)展起著決定性的作用。cirp的一項(xiàng)研究報(bào)告指出：“由于刀具材料的改進(jìn)，刀具的允許切削速度每隔十年幾乎提高一倍；由于刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的改進(jìn)，刀具使用壽命每隔十年幾乎提高二倍。”這也說(shuō)明了選擇刀具合理幾何參數(shù)的重要意義。 什么是刀具的合理(或最佳)幾何參數(shù)呢？ 在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠滿足刀具使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高、加工成

23、本低的刀具幾何參數(shù)，稱為刀具的合理幾何參數(shù)。 一般地說(shuō)，選定刀具幾何參數(shù)的合理值問(wèn)題，本質(zhì)上是多變量函數(shù)針對(duì)某一目標(biāo)計(jì)算求解最佳值的問(wèn)題。但是，由于影響切削加工效益的因素很多，而且影響因素之間又是相互作用的，因而建立數(shù)學(xué)模型的難度甚大。實(shí)用的優(yōu)化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改變少數(shù)參量，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且采用適當(dāng)方法(例如方差分析法、回歸分析法等)進(jìn)行處理，得出優(yōu)選結(jié)果。選擇刀具合理幾何參數(shù)的一般性原則 ：（1）.要考慮工件的實(shí)際情況 選擇刀具合理幾何參數(shù)，要考慮工件的實(shí)際情況，主要是工件材料的化學(xué)成分、制造方?jīng)]熱處理狀態(tài)、物理機(jī)械性能(包括硬度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性、導(dǎo)熱系數(shù)等

24、)，還有毛坯表層情況、工件的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量要求等。 （2）.要考慮刀具材料和刀具結(jié)構(gòu) 選擇刀具合理幾何參數(shù)時(shí)，要考慮刀具材料的化學(xué)成分、物理機(jī)械性能(包括硬度、抗彎強(qiáng)度、沖擊值、耐磨性、熱硬性和導(dǎo)熱系數(shù))，還有刀具的結(jié)構(gòu)型式，是整體式、焊接式或機(jī)夾式等。 （3）.要注意各個(gè)幾何參數(shù)之間的聯(lián)系 刀具的刃形、刃區(qū)、刀面和角度之間是相互聯(lián)系的，應(yīng)該綜合起來(lái)考慮它們之間的作用與影響，分別確定其合理數(shù)值。從本質(zhì)上看，這是一個(gè)多變量函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，若用單因素法難免有很大的局限性。例如，選擇前角。時(shí)，至少要考慮卷屑槽型、有無(wú)倒棱及刃傾角s的正負(fù)大小等，聯(lián)系這些情況，優(yōu)選合理的前角值，不要割裂

25、它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，孤立地選擇某一參數(shù)。 （4）.要考慮具體的加工條件 選擇合理幾何參數(shù)，也要考慮加工條件，這就是機(jī)床、夾具的情況，工藝系統(tǒng)剛度及功率大小，切削用量和切削液性能等。一般地說(shuō)，粗加工時(shí)，著重考慮保證最長(zhǎng)的刀具使用壽命，精加工時(shí)，主要考慮保證加工精度和已加工表面質(zhì)量的要求；對(duì)于自動(dòng)線生產(chǎn)用的刀具，主要考慮刀具工作的穩(wěn)定性，有時(shí)需要著重解決斷屑問(wèn)題；機(jī)床剛性和動(dòng)力不足時(shí)，刀具應(yīng)力求鋒利(如增大前角和主偏角，減小切削刃鈍圓半徑等)，以減小切削力和振動(dòng)。2.1 前角的功用及選擇車刀的前角是車刀前面與基面的夾角，其主要作用是使車刀刃口鋒利，減少切削 變形，使切削省力，切屑易排出。 （1）前

26、角的功用 影響切屑變形和切削力及功率； 影響刀頭強(qiáng)度、受力性質(zhì)及散熱條件； 影響切屑形態(tài)和斷屑；影響加工表面質(zhì)量。（2）前角的選擇增大前角可以減小切屑變形和摩擦阻力，使切削力、切削功率及切削時(shí)產(chǎn)生的熱量減小。前角過(guò)大將導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度降低，刀頭散熱體積減小，致使刀具壽命降低。增大前角，可減少切削變形，從而減少切削力、切削熱和切削功率，提高刀具的使用壽命。但增大前角，會(huì)使切削刃強(qiáng)度降低，容易造成崩刃，另一方面使散熱情況變壞，致使切削溫度增高，刀具使用壽命下降。因此，在一定切削條件下，存在一個(gè)合理前角opt，見(jiàn)圖2-1和圖2-2。圖2-1 前角的合理數(shù)值 圖2-2 加工不同材料時(shí)刀具的合理前角選擇合

27、理刀具前角可遵循下面幾條原則：（1） 根據(jù)工件材料的種類和性質(zhì)選擇前角加工塑性材料(如鋼)，應(yīng)選較大的前角；加工脆性材料(如鑄鐵)，應(yīng)選較小前角。工件材料的強(qiáng)度和硬度大時(shí)，切削力大，溫度較高，宜選較小前角；反之，強(qiáng)度和硬度小時(shí)，選較大前角。見(jiàn)圖2-2。 （2）根據(jù)刀具材料的種類和性質(zhì)選擇前角 刀具材料的強(qiáng)度及韌性較高時(shí)(如高速鋼)，可選較大前角；反之，強(qiáng)度及韌性較低(如硬質(zhì)合金陶瓷)時(shí)，可選較小前角。見(jiàn)圖2-1。 （3） 選擇前角還要考慮一些具體加工條件 粗加工，特別是斷續(xù)切削，有沖擊載荷時(shí)，為增強(qiáng)刀具強(qiáng)度，宜選較小前角。 精加工或工藝系統(tǒng)剛性差，機(jī)床動(dòng)力不足，應(yīng)選較大前角。 成形刀具，數(shù)控機(jī)

28、床和自動(dòng)線刀具，為增加工作穩(wěn)定性和刀具使用壽命應(yīng)選較小前角 工藝系統(tǒng)剛度，系統(tǒng)剛度差，為減小切削力，其合理前角要選大一些。具體如下：加工一般灰鑄鐵時(shí)，可選o=5-15；加工鋁合金時(shí)，o=30-35；用硬質(zhì)合金刀具加工一般鋼料時(shí)，選o=10-20 （4）刀具材料的抗彎強(qiáng)度及韌性較高時(shí)，可取較大前角。（5）工件材料的強(qiáng)度、硬度較低、塑性較好時(shí)，應(yīng)取較大前角；加工硬脆材料應(yīng)取較小前角，甚至取負(fù)前角。（6） 繼續(xù)切削或粗加工有硬皮的鑄鍛時(shí)，應(yīng)取叫小前角，精加工時(shí)宜取叫大前角。（7） 工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床功率不足時(shí)，應(yīng)取較大前角。 （8） 成形刀具和齒輪刀具全減小齒形誤差，應(yīng)取小前角甚至零前角。2.2

29、 后角的選擇（1） 后角o的功用 影響刀具與工件的摩擦； 影響刀具刃口的鋒利性； 影響刀頭的體積和刀具的壽命；影響刀刃的強(qiáng)度和刀頭的散熱條件。（2）合理后角的選擇原則 合理后角受合理前角的制約，合理前角大的刀具，為了使刀具具有一定的強(qiáng)度，應(yīng)選擇小一些的合理后角； 根據(jù)加工的實(shí)際情況選，粗加工為了提高刀具的強(qiáng)度合理后角應(yīng)小一些，而精加工要減小刀具與工件的摩擦，合理后角要大一些； 根據(jù)系統(tǒng)剛度選，系統(tǒng)剛度差，為減小系統(tǒng)的振動(dòng)，合理后角應(yīng)小一些； 有尺寸要求的刀具，重磨后要保證尺寸基本不變，合理后角應(yīng)選小一些；切削脆性材料為增加刃口抗沖擊力合理后角要小一些；切削塑性材料宜取較大的合理后角。具體如下：

30、車刀合理后角f0.25mm/r時(shí)，可ao=1012；在f0.25mm/r時(shí)，取ao=58 1） 工件材料強(qiáng)度、硬度較高時(shí)，應(yīng)取較小后角；工件材料軟、粘時(shí)應(yīng)取較大后角；加工脆性材料時(shí)，宜取較小后角。 2） 精加工及切削厚度較小的刀具，應(yīng)采用較大的后角；粗加工、強(qiáng)力切削、宜取較小后角。 3） 工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，應(yīng)適當(dāng)尖小后角。 4） 定尺寸刀具，如拉刀、鉸刀等，為避免重磨后刀具尺寸變化過(guò)大，宜取較小的后角。2.3 主偏角、副偏角的選擇（1）主副偏角r、r的功用 影響切削層形狀和刀尖角； 影響刀尖的散熱條件及刀尖強(qiáng)度； 影響切削力的比值； 影響殘留面積高度；影響斷屑效果及排屑方向。（2）主偏角的選

31、擇原則 粗、半精加工的刀具，因?yàn)槠淝邢髁Υ?、振?dòng)大，對(duì)于抗沖擊性差的刀具材料（如硬質(zhì)合金），應(yīng)選大的主偏角以減小振動(dòng)； 系統(tǒng)剛性不足時(shí)，為減小切削的振動(dòng)，應(yīng)選大一些的主偏角； 加工強(qiáng)度大、硬度高的材料時(shí)，為求減小切削刃上的單位負(fù)荷、改善切削刃區(qū)的散熱條件，應(yīng)選小一些的主偏角；對(duì)用于單件小批量生產(chǎn)的刀具，為求一刀多用，一般r=45或90。減少主偏角會(huì)使切削厚度減少，切削寬度增加(見(jiàn)圖2-3)，從而使單位長(zhǎng)度切削刃所承受的載荷減輕，散熱條件改善，可使刀具使用壽命提高。但是，減少主偏角會(huì)導(dǎo)致背向力增大，同時(shí)刀尖與工件的摩擦加劇，會(huì)導(dǎo)致刀具使用壽命下降。圖2-3 主偏角對(duì)切削的影響合理選擇主偏角的原則

32、：主要看工藝系統(tǒng)的剛性如何。系統(tǒng)剛性好，不易產(chǎn)生變形和振動(dòng)，則主偏角可取小值；若系統(tǒng)剛性差（如切削細(xì)長(zhǎng)軸），則宜取大值。具體如下：（1）主偏角 在工藝系統(tǒng)剛性允許的條件下，應(yīng)采用較小的主偏角。如系統(tǒng)剛性較好時(shí)（lw/dw6），可取kr=3045；當(dāng)系統(tǒng)剛性較差時(shí)（ lw/dw=612）,取kr=6075；車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)（ lw/dw12），取kr9093 2） 加工很硬的材料時(shí)，應(yīng)取較小的主偏角。 3） 主偏角的大小還應(yīng)與工件的形狀相適應(yīng)。如車削階梯軸時(shí)，可用 kr=90；要用同一把車刀車削外圓、端面和倒角時(shí)，可取 kr=45。副偏角 在工藝系統(tǒng)剛性較高、不引起振動(dòng)的條件下，幅偏角宜取小值。精車

33、時(shí)，一般取kr=510，粗車時(shí)取kr=1015。對(duì)切斷刀及切槽刀，取kr=13。精加工刀具必要時(shí)可磨出一段kr=0的修光刃2.4 刀尖形狀及尺寸的選擇車外圓的刀尖：選用原則主要是根據(jù)加工工藝的具體情況決定。一般要選通用性較高的及在同一刀尖上切削刃數(shù)較多刀尖。粗車時(shí)選較大尺寸，精、半精車時(shí)選較小尺寸。 s形：四個(gè)刃口，刃口較短（指同等內(nèi)切圓直徑），刀尖強(qiáng)度較高，主要用于75、45車刀，在內(nèi)孔刀中用于加工通孔。 t形：三個(gè)刃口，刃口較長(zhǎng)，刀尖強(qiáng)度低，在普通車床上使用時(shí)常采用帶副偏角的刀片以提高刀尖強(qiáng)度。主要用于90車刀。在內(nèi)孔車刀中主要用于加工盲孔、臺(tái)階孔。 c形：有兩種刀尖角。100刀尖角的兩個(gè)

34、刀尖強(qiáng)度高，一般做成75車刀，用來(lái)粗車外圓、端面，80刀尖角的兩個(gè)刃口強(qiáng)度較高，用它不用換刀即可加工端面或圓柱面，在內(nèi)孔車刀中一般用于加工臺(tái)階孔。 r形：圓形刃口，用于特殊圓弧面的加工，刀尖利用率高，但徑向力大。w形：三個(gè)刃口且較短，刀尖角80刀尖強(qiáng)度較高，主要用在普通車床上加工圓柱面和臺(tái)階面。 d形：兩個(gè)刃口且較長(zhǎng)，刀尖角55刀尖強(qiáng)度較低，主要用于仿形加工，當(dāng)做成 93車刀時(shí)切入角不得大于2730；做成62.5車刀時(shí)，切入角不得大于5760，在加工內(nèi)孔時(shí)可用于臺(tái)階孔及較淺的清根。 v形：兩個(gè)刃口并且長(zhǎng)，刀尖角35刀尖強(qiáng)度低，用于仿形加工。做成93車刀時(shí)切入角不大于50；做成72.5車刀時(shí)切入

35、角不大于70；做成107.5車刀時(shí)切入角不大于35。切斷、切槽刀片： 切斷刀片：在普通車床上常用的是q形刀片，這種刀片可重磨而且價(jià)格一般可轉(zhuǎn)位車刀刀片要低23元片，其缺點(diǎn)是刃口是直的，不能使切屑橫向產(chǎn)生收縮變形，容易與已加工表面摩擦，加上它的側(cè)偏角和側(cè)后角都很小，因此切削熱量高，易磨損，在使用時(shí)要隨時(shí)觀察刃口情況，及時(shí)重磨或更換刀片。在數(shù)控車床上一般使用直接壓制出斷屑槽形的切斷刀片，它能使切屑橫向產(chǎn)生收縮變形，切削輕快，斷屑可靠，另外它的側(cè)偏角和側(cè)后角都很大，切削熱產(chǎn)生的少，使用壽命長(zhǎng)，只是價(jià)格高一些。切槽刀片：一般切深槽用切斷刀片，切淺槽用成型刀片，如以下幾種：立裝切槽刀片、平裝切槽刀片、條

36、狀切槽刀片、清臺(tái)階圓弧根槽刀片，這些刀片切出的槽寬精度較高。螺紋刀片：常用的是l形，這種刀片可重磨，價(jià)格也便宜，但不能切牙頂。切精度較高的螺紋要用磨好牙形的刀片，因內(nèi)、外螺紋的牙形尺寸不同，所以又分內(nèi)、外螺紋刀片，它的螺距是固定的可以切出牙頂。做為夾緊方式又分為兩種，一種是刀片無(wú)孔用上壓式夾緊的刀片，這種刀片在加工塑性較高的材料時(shí)還要加檔屑板，；另一種是壓出斷屑槽并帶夾緊孔的刀片，它用壓孔式的梅花螺釘夾緊。切削刃長(zhǎng)度：應(yīng)根據(jù)背吃刀量進(jìn)行選擇，一般通槽形的刀片切削刃長(zhǎng)度選1.5倍的背吃刀量，封閉槽形的刀片切削刃長(zhǎng)度選2倍的背吃刀量。 刀尖圓?。捍周嚂r(shí)只要?jiǎng)傂栽试S盡可觸采用較大刀尖圓弧半徑，精車時(shí)

37、一般用較小圓弧半徑，不過(guò)當(dāng)剛性允也應(yīng)自較大值選取，常用壓制成型的圓半徑有0.4；0.8；1.2；2.4等。刀片厚度：其選用原則是使刀片有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受切削力，通常是根據(jù)背吃量與進(jìn)給量來(lái)選用的，如有些陶瓷刀片就要選用較厚的刀片。 0后角一般用于粗、半精車，5；7；11，一般用于半精、精車、仿形及加工內(nèi)孔。 2.5 刃傾角的選擇（1）刃傾角s的功用 影響切屑的流出方向； 影響實(shí)際切削前角和切削刃的鋒利性； 影響刀尖的強(qiáng)度和刀尖的散熱條件； 影響切削刃的工作長(zhǎng)度； 影響切入切出的平穩(wěn)性； 影響切削分力之間的比值。（2）選擇原則及參考值一般鋼材和灰鑄鐵，粗加工時(shí)為提高刀具強(qiáng)度和壽命，常取s=0-5；

38、精加工時(shí)，為避免切屑流向已加工表面，一般取s= 05。加工有色金屬，為提高刀具的鋒利度，一般取s= 510。加工淬硬鋼，為提高刀尖的強(qiáng)度，一般取s= -5-12。當(dāng)系統(tǒng)剛度不足時(shí)，為減小切削力盡量不用負(fù)刃傾角。對(duì)有沖擊載荷的加工，為避免刀尖受到?jīng)_擊，一般s= -5-15，沖擊大取小值,甚至可用s= -30-45。金剛石和立方氮化硼刀具，為提高抗沖擊能力，一般取s= 0-5三、車刀幾何角度的測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)及測(cè)量方法3.1 車刀幾何角度測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)車刀幾何角度測(cè)量裝置有多個(gè)部分組成：底座、立柱、滑體、螺母、大刻度盤、小刻度盤、定位塊、測(cè)量臺(tái)、指針等部件組成。凡事但求一個(gè)穩(wěn)字，測(cè)量臺(tái)也如此，底座平

39、穩(wěn)了，整個(gè)裝置也就穩(wěn)定了。底座的設(shè)計(jì)尺寸如下：底座的直徑為250mm，底面有個(gè)大圓，并且掏的深度為6mm，直徑為230mm，正面有一個(gè)凹槽，直徑為230mm,中心圓的直徑為20mm，中心臺(tái)的直徑為50mm，邊圓的直徑為25mm。立柱的直徑為26mm,長(zhǎng)度為260mm,中間開一個(gè)鍵槽。大刻度盤等個(gè)部件的尺寸大小根據(jù)繪制的圖形中確定。常用的車刀有直頭外圓車刀、彎頭外圓車刀、偏刀、切斷刀等。測(cè)量車刀幾何角度時(shí)需在工作臺(tái)上面準(zhǔn)備萬(wàn)能車刀量角臺(tái)和需測(cè)量的車刀。 3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、掌握車刀幾何角度測(cè)量的基本方法,加深對(duì)車刀幾何角度與參考平面的理解。2、通過(guò)對(duì)各參考系角度的測(cè)量、計(jì)算及刀具圖的繪制,

40、進(jìn)一步加深理解各參考系角度的定義和相互之間的關(guān)系。3、能夠繪制各類車刀的圖紙,并在視圖與剖面中正確標(biāo)注車刀的基本角度。4、認(rèn)真填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,作圖比例適當(dāng)、整潔。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ：1 利用車刀量角臺(tái)分別測(cè)量 s = 00 、 s 00 的直頭外圓車刀的幾何角度：要求學(xué)生測(cè)量 r 、r 、s 、o 、o 、o 等共 6 個(gè)基本角度。2. 記錄測(cè)得的數(shù)據(jù)，并計(jì)算出刀尖角和楔角。 3.3 車刀幾何角度測(cè)量裝置的使用方法1. 圖3-1所示的車刀量角臺(tái)能較方便地測(cè)量車刀幾何角度。它主要由底座、立柱、測(cè)量臺(tái)、定位塊、大小刻度盤、大小指度片、螺母等組成。其中底座和立柱是支承整個(gè)結(jié)構(gòu)的主體。刀具放在測(cè)量臺(tái)上，靠緊定位

41、塊，可隨測(cè)量臺(tái)一起順時(shí)或逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，并能在測(cè)量臺(tái)上沿定位塊左右移動(dòng)。 旋轉(zhuǎn)大螺母可使滑體上下移動(dòng)，從而使兩刻度盤及指度片達(dá)到需要的高度。使用時(shí)，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)或大指度片的前面或底面或側(cè)面與刀具被測(cè)量要素緊密貼合，即可從底座或刻度盤上讀出被測(cè)量的角度數(shù)值。圖3-1 萬(wàn)能車刀量角臺(tái)1測(cè)量臺(tái)2定位塊3指度片4滑體5立柱 6小指度片 7彎板 8小刻度板 9旋鈕 10大刻度板11大螺母12大指度片13底座2.測(cè)量外園車刀的幾何角度（1)原始位置調(diào)整 將量角臺(tái)的大小指度片及測(cè)量臺(tái)全部調(diào)至零位，并把刀具放在測(cè)量臺(tái)上，使車刀貼緊定位塊、刀尖貼緊大指度片的大面。此時(shí)，大指度片的底面與基面平行，刀桿的軸線與大指度片的大面垂直，如圖3-2所示。 圖3-2 原始位置調(diào)整（2）在基面內(nèi)測(cè)量主偏角、副偏角旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)，使主切削刃與大指度片的大面貼合（圖3-3），根據(jù)主偏角的定義，即可直接在底座上讀出主偏角的數(shù)值。同理，旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)，使副切削刃與大指度片的大面貼合，即可直接在底座上讀出副偏角的數(shù)值。圖3-3 在基面內(nèi)測(cè)量主偏角和副偏角（3）在切削平面內(nèi)測(cè)量刃傾角旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)，使主切削刃與大指度片的大面貼合，此時(shí)，大指度片與車刀主切削刃的切削平面重合。再根據(jù)刃傾角的定義，使大指度片底面與主切削刃貼合（圖3-4），即可在大刻度板上讀出刃傾角的數(shù)值（注意的正負(fù)）。圖3-4 在切削平面內(nèi)測(cè)量刃傾角（4）在主