关于刀具几何角度的综合剖析

HEATS

　　摘要：本文提出了对刀具几何角度综合剖析的思路。使学生既能加深对单个角度的理解；又能进一步理解角度之间的联系和同名角度的异同点。从而整体把握刀具几何角度概念和意义。

　　关键词：刀具 　角度剖析

$ @/ S) m5 f2 Z" I

　　在《刀具》课程中，刀具几何角度这部分内容属于教学重点。因为它是各类刀具设计、选择、使用、刃磨的基础知识。如果不掌握刀具的几何角度，就不能很好地学习后续课程。同时，刀具几何角度又是该课程的教学难点。因为，角度分析是空间概念不易理解；而且角度又多，各有功用；角度之间又有换算关系等。教学时学生感到头绪繁多、眼花缭乱，会产生畏难心理。一些学生可能就望而却步，甚至放弃学习，影响学业。

　　其实，刀具几何角度的学习，有其脉络和条理。学生只要掌握其内在规律，按照一定的方法深入理解。就可以由表及里、由浅入深、由此及彼，从而达到整体把握刀具几何角度的全貌和实质。为以后的学习和工作打下扎实的基础。

3 `2 g1 V2 H( w0 m2 g" k, k9 s Z k9 N/ U+ m# o5 [% t& \

　　一、理解基本角度

0 I7 I4 a& U& v- ?- {& X; N7 N

　　——理解角度明定义辅助平面是关键

5 P% |( |6 X1 A7 [2 C8 O$ e7 ?8 b

　　基本角度分别是：在正交平面内的前角、后角；在切削平面内的刃倾角；在基面内的主偏角、副偏角。教学时很多学生感到一时难以掌握。关键在于未能重视和领会坐标平面和测量平面的概念。而只是死记硬背角度定义，结果只是停留在表面上的记忆而已。

　　其实首先应明了刀具是放在一定的测量系内确定角度的。例如：正交平面测量系包括基面、切削平面、正交平面等。对于某一平面的理解，如基面定义是：过切削刃上选定点，垂直于假定主运动方向的平面。理解时必须把握两点：

4 S$ |0 Z: y5 S' h

　　1)基面是过切削刃上的选定点；

4 T9 Y3 n# i! G; F1 c0 w1 r5 m3 X2 m ; ~+ G" Y6 ^4 G; h

　　2)垂直于假定主运动方向。

3 o6 O9 P3 w, a2 m0 a: ~

　　所谓假定主运动方向：即是假定装刀高度在工件的中心高上。这时主运动方向是垂直向下的。此时定义的基面是一个通过主刀刃上选定点的水平面。同理，切削平面是一个通过主刀刃上选定点的且垂直于基面的一个铅垂面。而正交平面是同时垂直于基面和切削平面的一个剖面。三个辅助平面在空间是两两垂直。

! X, [7 h. I+ N. s- r

　　必须清楚三个辅助平面在空间的方位以及相互位置关系。由此不难理解基本角度。比如，在正交平面内：前刀面与基面的夹角为前角；后刀面与切削平面的夹角为后角。所以学习基本角度的前提是理解辅助平面。

9 a$ W0 U$ N E3 q" c! d 0 d! Y R8 M: n h2 H8 N

　　二、派生角度

2 |5 p3 X' b" f5 X0 i0 R8 k

　　——角度之间有联系明确数量和功用

, @' v; V: D8 E' K5 L

　　派生角度是：刀尖角、楔角。因为前角、后角和楔角之和等于90°。楔角数值随前角、后角的变化而变化；又因为主偏角、副偏角和刀尖角之和等于180°。刀尖角数值随着主偏角、副偏角的变化而变化。这是角度数值之间的对应关系。但无论楔角还是刀尖角都是有其自身的意义和功用。决不是可有可无的。比如：车削螺纹时，刀尖角的准确与否直接影响螺纹的牙形角；还有，刀尖角、楔角的大小对刀刃的强度有极大的影响。

& M8 ~0 b5 b- @8 X6 O : h7 P% |8 S0 Z7 Z

　　三、转换角度

0 E9 z8 y+ G! D$ R0 I

　　——测量面间转换角对应关系要清楚

3 h7 t) t% ~, b4 e ; ~" w; q7 ]- L; n: T% V

　　在不同的测量面内，都可以定义前角或后角。例如：在正交平面、法平面、切深平面、进给平面内都有其对应的前角和后角。

　　各个不同的测量面内定义的角度有其独立的意义和功用。这是因为各种刀具的加工特点不同，需要在不同的剖面内分析角度。比如：车削外圆时，一般在正交平面内分析车刀后角大小；而钻孔时，就需要在端剖面内分析麻花钻的后角大小。

5 H5 o4 \. s- i/ G ' A( P: Y5 z% ~! X

　　各个测量面内的同名角度在数值上又有一定的联系。必须让学生理解其中的异同点。比如：车刀的正交前角和法向前角的关系如下：

3 W4 |3 v6 h: h4 J/ v2 | ( Z" f9 K9 O7 n. o# ^. g

　　γo=γn×cosλs；当λs=0°时：γo=γn 　此时法向前角就是正交前角。

: f+ m5 q' O7 i

　　而λs≠0°时，γo≠γn在齿轮和螺纹加工时，会影响工件的加工精度。

/ M* N& Y N* S v2 N

　　四、工作角度

0 J9 e* p5 m" z

　　——工作角度是变值辅助平面随着变

' l6 r+ z5 X( Z

　　刀具的标志角度是静态角度，是唯一确定的。而动态角度即工作角度却随不同的工作条件而变化。

5 [& i! U% j, `) k9 c

　　比如：车削外圆时：

C) N& H u5 ]7 Z W

　　工作前角＝γ0＋μ

; @4 }, ], b, G" W+ g2 y, H" g 0 Q' ?. v" T I/ b% [8 A4 l0 y

　　工作后角＝α0-μ

4 h: W: a5 p5 z- X0 c , y- ^) X+ V- O0 i; j

　　现在单从切削运动去分析μ值的变化。

　　因为实际车削时，存在进给运动(尤其在加工大螺距螺纹时)。这时应以合成切削运动定义基面和切削平面。成为工作基面和工作切削平面。工作基面的定义是：通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。工作切削平面定义是：通过切削刃选定点与切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。相对原先标注角度时的基面和切削平面倾斜了一个μ值的角度。

　　这样，在车削大螺距的螺纹时，可能由于工作后角的减小，而使刀刃无法切入工件。

5 B2 S" p7 U' v! U

　　五、衍生角度

1 ~. z! p, g% E; K

　　1、过渡刃偏角

　　在主刀刃上再磨出一条长度较短的过渡刃。即形成过渡刃和主刀刃双重刀刃。主刀刃成为折线状过渡刃担任部分切削任务。过渡刃的偏角一般是主偏角数值的一半。目的是减轻主刀刃负担，同时增加刀头切削部分的强度。因此可以提高切削用量，增加刀具的耐用度。

& P0 M* T f* L- l

　　2、修光刃偏角

8 h9 U& U( g3 J7 O+ x1 ~# J- ? 6 K Z$ o9 D# h/ F- O1 A

　　在主、副刀刃之间，还可以磨出修光刃。实际上修光刃是副刀刃的极端形式。修光刃的作用与副刀刃相似，但因为修光刃偏角一般取0°~3°，长度为2倍的走刀量左右。因此能大大降低加工表面的粗糙度，提高加工质量。

　　3、负倒棱前角

　　在主刀刃上磨出负倒棱。其倒棱角度一般为-15°~ -20°。倒棱在主刀刃上，但在前角相反方向，且属于负前角性质。目的是增加主刀刃强度，提高刀具耐用度。选择时应和前角一起考虑。

% v% O v2 k: W! {8 K

　　刀具的几何角度在选择和使用时，不是孤立地分析某一角度，而是需要综合考虑相关角度的互补和制约关系。所以我们需要对刀具几何角度进行综合分析，才能最大限度地发挥刀具的潜力。达到优质、高产、低消耗的生产要求。【MechNet】

: `; u' r$ R# P+ R1 `; W# m! y