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。

7 `$ c h( d7 ^$ d

　　关键词：刀具 　角度剖析

　　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。

4 C6 ?' _, S+ {

　　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。

　　一、理解基本角度

$ T1 }# P7 _; ]- A# z: l; \

　　——理解角度明定义辅助平面是关键

+ }5 W$ i; m( a. n0 |* O8 ? , q, G2 z3 u) U8 c/ h" E

　　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：

$ t& U, y- j3 ^* U" r9 @- a

　　1)基面是过切削刃上的选定点；

+ L" }5 c1 m( u [, I' L

　　2)垂直于假定主运动方向。

/ d8 t: a' d B5 F. S

　　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。

9 B# i! X [% g u- y5 J3 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。

4 L1 X2 J0 t3 I0 V+ f3 o " T# }: b8 ~+ d; q$ e) l

　　二、派生角度

4 u/ H+ u! x$ Q. S; x% W

　　——角度之间有联系明确数量和功用

　　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。

( U& r% ^+ }: a1 {

　　三、转换角度

/ N1 D) t2 K" W1 v. D

　　——测量面间转换角对应关系要清楚

# t" K' R; I/ v/ r' \+ g

　　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 ?' g+ v8 I3 T( g5 M0 J 3 s% ?. e- M9 P! B

　　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：

4 Z7 B. K* u5 U A* N

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

# F# l% K/ @2 l7 p( T; R; r. K

　　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。

# Y! o* h2 Y4 M! h6 ~. R

　　四、工作角度

　　——工作角度是变值辅助平面随着变

i" _/ {4 q$ I8 k7 _ - m) I) k, M5 \# |) O5 s8 f' y( ?' B

　　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。

3 G$ Q7 b& Z, S Y) K$ ~( u ' V' ?6 S2 _8 C0 U

　　比如：车削外圆时：

8 G' {! y0 ~$ M' w' \

　　工作前角＝γ0＋μ

; B; Q8 R# |$ d) y1 W4 B% Q- Z

　　工作后角＝α0-μ

9 J( w$ _2 ~3 r# W% P' t- x 3 ?! f1 m; ~& H$ v

　　现在单从切削运动去分析μ值的变化。

9 H9 z. ]0 i# l6 \ + H4 X1 F# S' w$ G

　　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。

* S0 ^; {3 C. D

　　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。

　　五、衍生角度

6 L$ K. q7 W5 `/ j% y

　　1、过渡刃偏角

0 I' w% W: ], b- F

　　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。

　　2、修光刃偏角

　　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。

) F$ j' g4 ~; C5 \- r# D; J; t0 R; s5 a " r; N1 D1 F6 I0 I- l2 \

　　3、负倒棱前角

' M/ A1 g" ^- L4 g4 L# A! G# e

　　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。

" x& _$ p @* U" y' o0 Y& v, P" G

　　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】

0 u# H. ^; V+ Q- C& ^4 t ; O) `: k, T8 ]( U$ d7 a/ {