刀具應(yīng)用幾何角度的分析及._圖文

1、目錄目錄 (1摘要 (1一刀具幾何角度 (21.1正交平面參考系 (21.2刀具的靜態(tài)角度 (31.2.1幾種車刀幾何角度圖例 (41.3角度變化及其變化規(guī)律 (51.3.1角度變化原因 (51.3.2角度變化規(guī)律 (8二車刀前角的分析與應(yīng)用 (102.1前角在加工中的作用 (102.2前角大小的應(yīng)用 (132.3刃磨前角時(shí)的角度參考值 (17三車刀后角的分析與應(yīng)用 (173.1粗車時(shí)后角大小的分析與應(yīng)用 (183.2精車時(shí)后角大小的分析與應(yīng)用 (193.3加工脆性材料時(shí)后角的分析與應(yīng)用 (203.4實(shí)例 (21四車刀主偏角的分析與應(yīng)用 (224.1主偏角為90°車刀的分析與應(yīng)用 (

2、234.2主偏角為75°車刀的分析與應(yīng)用 (254.3主偏角為45°車刀的應(yīng)用 (26五車刀的其它角度的分析與應(yīng)用 (275.1車刀的副偏角 (275.2刃傾角的分析與應(yīng)用 (28致謝 (30參考文獻(xiàn) (32摘要在機(jī)械加工中,金屬切削刀具的幾何參數(shù)的合理選擇直接影響到機(jī)械加工的質(zhì)量、刀具耐用度、生產(chǎn)效率和加工成本。因此,機(jī)械加工中,正確選用刀具角度以及如何獲得所選刀具角度的大小,尤其顯得重要。俗話說:“三分工藝,七分刀具”,這充分說明刀具角度在機(jī)械加工中的突出地位。一把刀具切削性能的好壞主要取決與制造刀具的材料、刀具的結(jié)構(gòu)、刀具切削部分的幾何參數(shù)。其中刀具材料固然重要,但刀

3、具材料和刀具結(jié)構(gòu)確定之后,刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削性能的影響就成為十分重要的因素。這些幾何角度對(duì)車削過程影響很大,其中尤其是以前角、后角、主偏角、刃傾角、副偏角'r影響更為重要,科學(xué)合理的選擇車刀的幾何角度,對(duì)車削工藝的順利實(shí)施,保證工件的加工質(zhì)量起著決定性的作用。下面就著手分析刀具的幾何角度及在加工中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:前角后角主偏角刃傾角副偏角一刀具幾何角度車刀是車工的主要切削刀具,但它也可以用于其他的切削加工,如鏜削加工、銑削加工、刨削加工、鉆削加工等。在切削加工中,車刀角度的好與不好,將直接影響加工生產(chǎn)率和加工質(zhì)量,因此充分認(rèn)識(shí)和了解車刀的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)要素。1.1正交平面參考系

4、刀具要從工件上切下金屬,就必須具備一定的切削角度,這些角度決定了刀具切削部分各表面的空間位置,為了確定刀具上刀面及切削刃在空間的位置,首先應(yīng)建立空間參考系。用來確定刀面和刀刃空間位置的正交平面參考系(如圖1-1,即切削平面(Ps、基面(Pr、正交平面(Po。 圖1-1 正交平面參考系測(cè)量平面的定義名稱定義基面過車刀主切削刃上某一選定點(diǎn),并于該點(diǎn)切削速度方向垂直的平面切削平面過車刀主切削刃上某一選定點(diǎn),并于工件的過渡表面相切的平面正交平面過車刀主切削刃上某一選定點(diǎn),同時(shí)垂直于切削平面和基面的平面1.2刀具的靜態(tài)角度刀具在正交平面參考系中定義的靜態(tài)角度有前角(、后角(0、主偏角(r、副偏角(

5、9;r、刃傾角(s、副后角(o六個(gè)基本角度,如圖(1-2。1.在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度有:(1前角:前刀面與基面之間的夾角(2后角:后刀面與切削平面之間的夾角(3楔角:前刀面與后刀面之間的夾角2.在基面內(nèi)測(cè)量的角度有:(4主偏角:主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角(5副偏角:副切削刃在基面上的投影與背離進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角(6刀尖角:主切削刃和副切削刃在基面上的投影之間的夾角3.在切削平面內(nèi)測(cè)量的角度(7刃傾角:主切削刃與基面之間的夾角 1-2車刀切削部分主要角度1.2.1幾種車刀幾何角度圖例【例1】90°外圓車刀角度,如圖1-3所示。 【例2】鏜孔車刀角度圖,如圖1-4所示。

6、圖1-4 鏜孔車刀幾何角度1.3角度變化及其變化規(guī)律1.3.1角度變化原因上述六個(gè)基本角度,即前角、后角、副后角、主偏角、副偏角、刃傾角是在兩個(gè)假設(shè)條件下定義出來的,即運(yùn)動(dòng)條件和安裝條件。例如圖1-5所示的切槽刀的0 、 0 就是下面兩個(gè)假設(shè)條件下定義出來的。 圖1-5 切槽刀的0 、 0只有工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),沒有車刀進(jìn)給運(yùn)動(dòng);切槽刀安裝時(shí),其刀刃和工件中心等高,其刀身軸線和工件軸線垂直。 在這種條件下,其通過刀刃O 點(diǎn)的切削速度v 的方向垂直向上,通過刀刃O 點(diǎn)的基面Pr 成水平位置,切削平面Ps 成垂直位置。而前角、后角就在主剖面Po 內(nèi)表示出來。但車刀在工作時(shí),這兩個(gè)假設(shè)條件會(huì)被突破。要切下

7、金屬層,不僅有主運(yùn)動(dòng),還必須有進(jìn)給運(yùn)動(dòng),這是其一;另外,車刀安裝時(shí)也不可能百分之百地使刀尖和工件中心等高、刀身軸線和工件軸線垂直,總是將車刀裝高了或裝低了。到此假設(shè)條件突破后,就會(huì)使車刀按照假設(shè)條件磨出的角度發(fā)生變化,以上以切槽刀為例分析角度變化情況。1突破安裝條件當(dāng)車刀裝高時(shí),如圖1-6所示。 圖1-6車刀裝高時(shí)0 、0的變化從圖看出有三者發(fā)生了變化;其一,切削速度v方向發(fā)生了變化。由于刀刃裝高于工件中心,此時(shí)通過刀刃上一點(diǎn)的切削速度應(yīng)在該點(diǎn)與工件半徑垂直。這樣切削速度就由假設(shè)條件下的垂直位置變成傾斜位置。其二,幾面位置由水平變化成傾斜。根據(jù)基面的規(guī)定可知,此時(shí)的基面為垂直Ve的工作基面(P

8、re。其三,切削平面由垂直位置變成傾斜位置。根據(jù)切削平面的規(guī)定可知,則此時(shí)的切削平面為Ve方向并和加工表面相切的平面,即工作切削平面(Pse。由于上面這些基準(zhǔn)面變化,也就導(dǎo)致了前角0、后角、發(fā)生變化,刃磨的前角變?yōu)楣ぷ骰嬗谇暗睹嬷g的夾角,即工作前角(Oe。刃磨后角變?yōu)楣ぷ髑邢髌矫媾c后刀面之間夾角,即工作后角(oe。當(dāng)車刀裝低時(shí),如同1-7所示。也導(dǎo)致0發(fā)生變化:刃磨前角變成工作前角,刃磨后角變成工作后角。 圖1-7 切槽刀裝低時(shí)0 、0變化2突破運(yùn)動(dòng)條件不僅有主運(yùn)動(dòng),而且還有進(jìn)給運(yùn)動(dòng),如圖1-8所示。 圖1-8 有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)角度變化當(dāng)有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),其切削速度的方向變成由v和f兩速度的合成速

9、度v e方向,即由垂直位置變成傾斜位置。根據(jù)基面的平面規(guī)定,則基面由水平位置成傾斜位置為圖中的Pr變成工作基面Pre。同理,則切削平面由垂直位置變成傾斜位置為圖中的Ps變成工作切削平面Pse。由于基面和切削平面的位置發(fā)生變化,也就導(dǎo)致前角和后角發(fā)生變化,刃磨的前角變成工作前角oe,刃磨的后角變成工作后角oe。由上述討論就可以得出影響車刀角度變化的原因:車刀工作時(shí),由于車刀安裝位置發(fā)生變化和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響,而突破了定義車刀角度的假設(shè)條件,從而導(dǎo)致基準(zhǔn)平面的位置發(fā)生變化,而導(dǎo)致車刀角度發(fā)生變化。既然,車刀工作時(shí),刃磨的角度要發(fā)生變化,這必然會(huì)影響刀具的性能,進(jìn)而影響切削加工。因此,必須進(jìn)一步研究角

10、度的變化規(guī)律,并掌握這些角度變化規(guī)律,以便于我們正確地使用好車刀。1.3.2角度變化規(guī)律1.車刀安裝時(shí)變化規(guī)律車刀裝高于工件中心時(shí),如圖1-6所示。前角變大為:oe=0+。后角變小為: oe=o-。式中增大或減小角度,可用下式計(jì)算,從圖中直角三角形可得sin=2h/d;h刀具裝高值,mm;d工件直徑,mm;結(jié)論:刀具裝高時(shí),刀具角度變化規(guī)律是前角增大、后角減小。車刀低于工件中心時(shí),如圖1-7所示。前角變小為:oe=0-。后角變大為: oe=o+。結(jié)論:刀具裝低時(shí),刀具角度變化規(guī)律是前角減小、后角增大。在生產(chǎn)實(shí)踐中,我們?cè)谑褂密嚨稌r(shí)就有利于用這一規(guī)律。比如在粗車圓柱形工件時(shí)總把車刀裝高一點(diǎn),使其

11、前角增大,使切削輕快、省力,從而提高了生產(chǎn)效率。而在精加工時(shí),總把車刀裝低一些,以增大后角,可減小后刀面對(duì)工件表面的擠壓和摩擦。有利于工件加工表面的質(zhì)量得到保證。實(shí)例1.在車削外圓錐時(shí),經(jīng)過多次調(diào)整小滑板轉(zhuǎn)角,但任然不能校正,再用圓錐套規(guī)涂色法檢測(cè)錐體時(shí),發(fā)現(xiàn)兩端顯示劑擦去,中間不接觸。當(dāng)重新裝夾刀具,使車刀刀尖嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)工件軸線,再次加工,發(fā)現(xiàn)錐面顯示劑擦去;在車削內(nèi)圓錐時(shí),發(fā)現(xiàn)中間顯示劑擦去,而兩端沒有擦去,當(dāng)車刀嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)工件軸線時(shí),錐面顯示劑擦去。出現(xiàn)以上兩種情況的原因,則是因車刀刀尖沒有嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)工件軸線,而形成雙曲線誤差所致。因此,車削錐面時(shí),車刀安裝的高低,將影響錐面精度。所以車削圓錐

12、時(shí),一定要把車刀的刀尖嚴(yán)格的對(duì)準(zhǔn)工件中心。2.有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)變化規(guī)律橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),如圖1-9所示。 圖1-9 oe、o、計(jì)算圖前角變大為:oe =0+后角變小為: oe=o-式中增大或減小的角度,tan=f/。在圖中由、e、f所構(gòu)成的直角三角形中設(shè):切削速度,其值為 d;f進(jìn)給量。那么 tan=f/d結(jié)論:有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),刀具角度的變化規(guī)律是前角增大、后角減小?？v向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),如圖1-10所示為90°車刀縱向車外圓情況。 圖1-10 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)角度變化由于有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),則切削速度由垂直位置變?yōu)槠鞯膃(合成速度,導(dǎo)致基面Pr由水平變成上斜的Pre,切削平面Ps由垂直變成偏斜的Pse

13、,從而使前角、后角發(fā)生變化。前角變大為:oe =0+O后角變小為: oe=O-o式中增大或減小的角度,其值可由式tan=f/d 計(jì)算;d 切削速度(即工件每轉(zhuǎn)線速度;F每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。結(jié)論:有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),刀具角度的變化規(guī)律是前角增大、后角減小。由以上研究得出:只要有進(jìn)給運(yùn)動(dòng),車刀前、后角的變化規(guī)律是前角增大,后角減小。二車刀前角的分析與應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中,我們所磨出的前角,在車削工件時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的“扎刀”現(xiàn)象,而損壞了零件的加工表面,完不成加工任務(wù)。有的車刀前角,在車削工件時(shí)非常笨重、吃力;有的總是車不光工件這些現(xiàn)象。如何避免或解決,我將作以下探討。2.1前角在加工中的作用前角在切削加工中的第一個(gè)

14、作用就是影響切削力的大小,造成切削功率消耗的不同,進(jìn)而影響加工成本。1.影響切削力老工人師傅有個(gè)說法:“力量大小看前角”。意思是說,切削中所產(chǎn)生大小不同的切削力,主要取決于所磨出的前角大小。根據(jù)分析研究,前角不僅對(duì)切削力有影響,而且還是刀具幾何角度中對(duì)切削力影響最大、最重要的一個(gè)因素。,如圖用前角大小不同的兩把刀具,在相同的條件下切削相同的切削層 ac2-1所示情況說明。由于前刀面傾斜程度不同,推擠切削層的作用力方向發(fā)生變化,使剪切面OM也隨之變化。當(dāng)0小時(shí),如圖2-1(a前刀面傾斜程度極小,其作用力方向深入金屬內(nèi)部,剪切角ø小,剪切面平坦而變大,導(dǎo)致變形增大,使變形抗力大。 (a0

15、小(b0大圖2-1 不同前腳大小對(duì)變形影響當(dāng)0大時(shí),如圖2-1(b,前刀面傾斜程度大,其作用力Fr方向作用于切削層表面,剪切角ø大,剪切面變小,變形量小,則變形抗力小。0大時(shí),c經(jīng)變形轉(zhuǎn)變成切屑ch的厚度小,則小,所以變形小;0小時(shí),c經(jīng)變形轉(zhuǎn)變成切屑ch的厚度大,則大,所以變形大;由此,得出前角對(duì)切削力的影響是:0大時(shí),變形小,變形抗力小,則切削力小;0小時(shí),變形大,變形抗力大,則切削力大;此外,前角對(duì)摩擦力的影響規(guī)律也基于如此:當(dāng)前角大時(shí),前刀面傾斜程度大,前刀面與切屑之間的接觸面小,摩擦阻力小,摩擦力小,則切削力小;當(dāng)前角大小,前刀面傾斜程度小,前刀面與切屑之間的接觸面大,摩擦

16、阻力大,摩擦力大,則切削力大;通過以上分析可知,加大前角可減小切削力,使切削輕快,從而減小動(dòng)力消耗,降低加工成本。2.影響切削溫度,從而影響刀具耐用度根據(jù)對(duì)刀具磨損原因的研究,切削溫度是刀具磨損的主要原因之一,而且是加速刀具磨損的重要因素。因此,降低切削溫度就可減小刀具磨損,提高刀具耐用度。刀具切削塑性材料時(shí),前刀面推擠切削金屬層使其產(chǎn)生變形,切削層經(jīng)變形轉(zhuǎn)變?yōu)榍行佳厍暗睹媪鞒?在高壓下,刀屑之間又產(chǎn)生了劇烈的擠壓和摩擦。當(dāng)加大前角時(shí),變形減小,則變形熱少;當(dāng)加大前角時(shí),前刀面傾斜程度大,刀屑接觸長度短,摩擦小,則摩擦熱少。綜合二者,則切削溫度降低,刀具磨損減小,刀具耐用度可提高。反之,減小前

17、角,則切削溫度升高,刀具耐用度降低。3.影響加工表面質(zhì)量前刀面對(duì)加工表面質(zhì)量的影響,主要分析前角大小使前刀面傾斜程度不同而通過積屑瘤造成加工表面粗糙不光,尺寸不精確。(1積屑瘤在現(xiàn)場(chǎng)加工鋼件的切削過程中,有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)車刀刀刃附近的前刀面上粘結(jié)有塊狀金屬,用手掰不掉,這塊硬金屬物就是積屑瘤。工人師傅又叫刀瘤。(2積屑瘤造成加工表面粗糙不光,有以下三種方式。積屑瘤使刀刃粗糙不光這樣的刀刃在精車時(shí)就會(huì)在工件表面上劃出溝痕,使加工表面粗糙度加大而變得不光。這種現(xiàn)象在實(shí)踐中經(jīng)?？吹健５度猩洗植诘姆e屑瘤很難清除,切削不成整體薄片,而像須根一樣,工件表面布滿了細(xì)細(xì)的紋絡(luò)。由于有積屑瘤,會(huì)使車刀前角加大。如圖2

18、-2所示。 圖2-2 積屑瘤使車刀前角加大將前角0加大為0b,但積屑瘤是變化的,它時(shí)大時(shí)小,時(shí)有時(shí)無。因而使切削力時(shí)大時(shí)小,極不穩(wěn)定,造成切削振動(dòng),使工件表面出現(xiàn)振動(dòng)波紋而粗糙不光。另一方面,積屑瘤脫落時(shí),有些積屑瘤碎塊會(huì)黏糊在工件加工表面上,也會(huì)造成加工表面粗糙不光。積屑瘤造成加工精度不準(zhǔn)確的兩種情況。一方面,刀刃上有了積屑瘤后,使“刀尖”突出,切深增加,如圖2-3所示。'p>p使加工尺寸減少,而影響尺寸精度。這種情況在實(shí)際切削加工中經(jīng)常發(fā)生,例如根據(jù)尺寸要求對(duì)好刀車出的工件常常要比要求尺寸小些。其中原因,就是這種現(xiàn)象造成的。另一方面,成形車刀有了積屑瘤后,改變了成形車刀刃形狀

19、,使加工出的工件形狀不準(zhǔn)確,從而影響了工件的形狀精度。 圖2-3 積屑瘤使切深增加加大前角可抑制積屑瘤。人們?cè)趯?shí)驗(yàn)研究中,發(fā)現(xiàn)切削金屬經(jīng)過剪切面形成切屑沿前刀面流出時(shí),其切削底層仍受到前刀面的劇烈擠壓和摩擦。這就滿足了形成積屑瘤的兩個(gè)重要基本條件:一是壓力,而是溫度。沒有高的壓力和適當(dāng)?shù)臏囟?滯流層也不會(huì)停滯而粘結(jié)在前刀面上逐步形成積屑瘤。因此,只要能改變這兩個(gè)基本條件,就可抑制積屑瘤,而增大前角就能做到這一點(diǎn)。加大前角,則變形小,變形抗力小,則壓力小;變形減小,變形熱少,則溫度低。加大前角,刀具與切屑之間摩擦小,則摩擦力小,摩擦熱少,溫度低。總的來說,加大前角后,改變了壓力和切削溫度,從而抑

20、制了積屑瘤。有資料顯示:“當(dāng)前角加大到30°左右時(shí),積屑瘤幾乎消失?！边@是前角通過積屑瘤影響工件表面質(zhì)量的一個(gè)方面。另外,前角還通過刃口圓弧半徑r n的大小來影響加工表面質(zhì)量。前角0大,則r n小,可提高表面質(zhì)量;前角0小,則r n大,加工表面質(zhì)量差。2.2前角大小的應(yīng)用研究前角在切削加工中的有關(guān)作用,似乎告訴我們,前角越大越好。那么,前角是不是磨得越大越好呢?這是不行的。因?yàn)槭挛锒加袃擅嫘?前角磨得越大,則楔角0減小(在0 一定的情下,如圖2-4所示,楔角0減小,則會(huì)帶來兩大不利影響。一是,刀具強(qiáng)度差,容易打壞刀刃;二是,散熱條件不好,使刀具切削溫度增高,刀具磨損變鈍快,則降低刀具

21、耐用度。 圖2-4 0、 0、 o 之間的關(guān)系車刀前角磨大時(shí),有好處也有壞處;而車刀前角磨小時(shí),也有它的好處和壞處。這樣看來車刀前角應(yīng)該有一個(gè)合理數(shù)值,這個(gè)合理的前角值是相對(duì)于某一條件下前角大時(shí)有利,而相對(duì)于另一條件下前角小時(shí)有利。因此,刃磨前角的原則是具體問題,具體解決,看加工對(duì)象,刀具本身來確定前角的大小。實(shí)例1.加工塑性材料前角應(yīng)該大些,其理由是,這些材料的強(qiáng)度、硬度一般較低,而塑性較大。加工時(shí)塑性變形大,切屑成帶狀流出,如圖2-5所示。 圖2-5 加工塑性、脆性材料的切屑和切削力而前角大的車刀切削工件時(shí),一可減小切削變形,從而減小切削力、切削熱;二可減小帶狀切 對(duì)前刀面的摩擦,因而可減

22、小摩擦力、摩擦熱。總的來說,減小了切削力,減小了動(dòng)力消耗,降低加工成本;減小了切削溫度,就可以減小刀具磨損,使刀具耐用度提高。2.加工脆性材料前角應(yīng)該磨小些,一方面避免崩刀。刀具在加工脆性材料時(shí),其切屑不像加工塑性材料那樣呈現(xiàn)帶狀,而是呈崩碎切,這種崩碎切屑使作用在前刀面上的切削力不像加工脆性材料那樣穩(wěn)定不變地作用在前刀面的中部,而是以沖擊形式作用在基礎(chǔ)薄弱的刀刃上,這極易造成刀刃崩裂。將前角磨小,可加強(qiáng)基礎(chǔ),提高刀刃強(qiáng)度,就可防崩刀。另一方面避免“扎刀”。一工人師傅加工脆青銅矩形內(nèi)螺紋,其孔徑和長度約為100mm×250mm。在車削過程中老是“扎刀”(即栽刀,他采取了很多措施,如加

23、粗刀桿,減小切深等,都不能解決問題。最后,一位老師傅將螺紋車刀前刀面修磨平坦一些(即將前角磨小些就解決了問題,加工中不“扎刀”了很順利地完成了加工任務(wù)。這一實(shí)例證明,生產(chǎn)實(shí)踐中是存在著加工脆性材料,前角大易“扎刀”,前角小就可避免“扎刀”。3.加工強(qiáng)度大、硬度高的材料(如高碳鋼、合金鋼等切削這些材料時(shí),切削力大,切削溫度高,為了使刀具具有足夠的溫度和散熱條件來抵御這些大的切削力和高度切削溫度,所以前角應(yīng)小些。加工特硬材料,如淬火鋼,前角應(yīng)磨成負(fù)前角。4.加工毛坯不規(guī)則的工件加工毛坯不規(guī)則的工件,要求刀具應(yīng)具備足夠的刀刃強(qiáng)度來抵擋不規(guī)則毛坯所產(chǎn)生的沖擊力,前角應(yīng)小些。5.粗車刀、精車刀前角粗車刀

24、前角應(yīng)小些。理由是:粗車時(shí),切削深度和進(jìn)給量都大,則切削力大,切削溫度高,容易打壞刀刃,磨損刀具。因此,必須增大刀具的強(qiáng)度和散熱條件,所以應(yīng)該把前角磨小些。精車時(shí)切削量小,切削層金屬很薄,要求刀具必須具備鋒利的刀刃(即要求刃口圓半徑r n小,才能切下薄切削層,所以前角應(yīng)磨大些。由于精車時(shí)的切削量小,其切削力也很小,切削溫度低,對(duì)刀具的強(qiáng)度和散熱條件要求不高,這也允許把刀具前角大些。6.刀具材料不同,其前角大小也不同目前使用最多、最廣泛的刀具材料有兩大類:即高速鋼和硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性比高速鋼刀具材料低得多,因而刀片抗彎能力就小,而承受沖擊力的能力比高速鋼差。因此,硬質(zhì)合金刀具

25、前角小些,高速鋼刀具前角大些。7.螺紋車刀的前角螺紋車刀前角的大些有以下兩種情況。粗車或車削螺紋精度要求不高時(shí),為了提高加工生產(chǎn)效率,前角為p>0 的正前角,如圖2-6(a所示。一般取p=5°-15°。 (ap >0 (bp=0圖2-6 螺紋車刀的正前角和零前角精車螺紋時(shí),為了保證螺紋的精度,都應(yīng)成零前角的螺紋車刀,如圖2-6(b所示。即p=0。當(dāng)螺紋車刀的p=0時(shí),在工件軸向剖面內(nèi),前刀面上的刀尖角和工件螺紋牙形角相等切吻合,即刀尖角等于螺紋牙形角。這說明螺紋車刀有多大的刀尖角就可以加工多大的牙形角,從而保證了工件牙型角的精度。而直線刀刃切出直線牙型角形狀,也

26、保證了螺紋表面的形狀精度。如果在精車時(shí),磨出的00,這就造成螺紋車刀前刀面上刀尖角與工件螺紋牙形角不相等,從而使螺紋車刀加工出的工件螺紋牙型角變大而不準(zhǔn)確,影響了螺紋的精度。另外,由于0>0,則螺紋車刀包含兩個(gè)直線刀刃的前刀面不通過工件軸線,因而將使切出的螺紋表面產(chǎn)生雙曲線誤差,造成螺紋表面不準(zhǔn)確而影響形狀精度。由此看出,為了保證螺紋工件的精度,即牙型角和螺紋表面的形狀精度,螺紋車刀的前角應(yīng)該成零前角,即0=0的螺紋車刀。2.3刃磨前角時(shí)的角度參考值硬質(zhì)合金車刀合理前角參考值工件材料粗車精車低碳鋼20°25°25°30°中碳鋼10°15&

27、#176;15°20°合精鋼10°15°15°20°不銹鋼15°20°20°25°灰鑄鐵10°15°5°10°銅及銅合金10°15°5°10°鋁及鋁合金30°35°35°40°鈦合金5°10°淬火鋼-15°-5°注:高速鋼車刀的前角,一般比表中數(shù)據(jù)大些。三車刀后角的分析與應(yīng)用后角也是刀具的重要幾何角度之一。具體表現(xiàn)在:它是確定后刀面在空間

28、傾斜程度的角度,而傾斜的后刀面又配合前刀面形成執(zhí)行切削金屬任務(wù)的刀刃。由于后刀面的傾斜程度不同,其后角也不一樣,這就影響了刀具的強(qiáng)度、刀具刃口圓弧半徑大小,進(jìn)而影響加工表面質(zhì)量。比如,后刀面小,刀具強(qiáng)度好。但刀具刃口圓弧半徑r n大,同時(shí)后刀面與加工表面的接觸面增大,從而影響加工表面質(zhì)量。因而,后角的大小與前角的一樣,針對(duì)具體問題,充分發(fā)揮刀具自身的優(yōu)點(diǎn),求的任務(wù)的解決。3.1粗車時(shí)后角大小的分析與應(yīng)用我們知道在粗車鋼件時(shí),切削工作量大。其切削深度和進(jìn)給量都大,因此切削力也大,這就要求刀具必須有足夠的強(qiáng)度來抵御大的切削力對(duì)刀具的破壞。對(duì)于刀具的強(qiáng)度,在刃磨后角上,工人師傅有個(gè)說法:“強(qiáng)度不好看

29、后角?！边@說明刀具強(qiáng)度的好壞與刀具后角的大小有極大的關(guān)系。例如,用30麻花鉆在圓棒鋼料上鉆孔,在鉆削一個(gè)孔的過程中,麻花鉆刀刃口打缺了四五次,還沒把孔鉆通。甚至剛磨好的鉆頭,拿去一鉆,刀刃就被打缺。查其原因,就是由于鉆頭后角磨得過大所致。當(dāng)把后角磨小后再鉆,刀刃口不再打缺,而且一次鉆好多孔。這一實(shí)例從實(shí)踐上完全說明了后角的大小確實(shí)關(guān)系到刀具強(qiáng)度的優(yōu)劣。后角大了,強(qiáng)度不好,破壞刀具的能力差。后角磨小了后,刀具強(qiáng)度增加,而不易打壞刀刃。這也說明,像鉆孔這一類粗加工,其刀具后角應(yīng)該小些。后角大小和刀具強(qiáng)度,也可以從刀具結(jié)構(gòu)幾何角度圖中看出,如圖3-1所示。 圖3-1 車刀主剖面0、 0、 o 關(guān)系

30、如圖,當(dāng)0一定后,增大后角0至O1,而楔角o 減小為01,刀刃薄弱,基礎(chǔ)空虛,則刀具強(qiáng)度不好。反之刀刃基礎(chǔ)牢固,刀具強(qiáng)度好。綜合上述分析,在粗車鋼件時(shí),為了增加刀具強(qiáng)度,抵御切削力破壞,車刀的后角應(yīng)小些。這不僅是增加刀具強(qiáng)度,而且改善了刀具的散熱條件,使切削溫度降低,可減小刀具磨損,有利于提高刀具耐用度,所以后角應(yīng)小些。3.2精車時(shí)后角大小的分析與應(yīng)用精車時(shí),切削余量小,切削金屬層薄,而要獲得零件所要求的精度和好的表面質(zhì)量,就應(yīng)該研究刀具后角在切削薄金屬層中所扮演的角色。刀具在切削金屬的過程中,如圖3-2所示。 圖3-2 刀具切削金屬層過程切削層在前刀面的推擠下,剪切面OM滑移變形,成為切屑沿

31、前刀面流出,這似乎是整個(gè)切削層全部被切下而變成切屑。這種情況只有在刀刃絕對(duì)鋒利的理想情況下才存在。即圖中具有0和0的刀具,在主剖面中,其前刀面和后刀面相交處的刃口圓弧半徑為零時(shí),才會(huì)出現(xiàn)這種情況,但任何刀具都不是絕對(duì)鋒利的,而是呈圓鈍狀,即具有大小不同的刃口圓弧半徑r n,如圖3-3所示。 (ar n大(br n小圖3-3 不同的刃口圓弧半徑r n形成的a c切削層a c中有一極薄金屬層a c沒有被切下,這是由于刃口呈圓弧狀,而形成兩種不同性質(zhì)的前刀面擠壓金屬層,b點(diǎn)以上為正前角前刀面,b點(diǎn)以下為負(fù)前角刀面,用這種負(fù)前角前刀面去擠壓b點(diǎn)以下金屬層,很難全部使其沿OM剪切面滑移轉(zhuǎn)變成切屑,這其中

32、有一極薄金屬層a c就從該負(fù)前刀面下滑過去變成已加工表面。厚度為a c 極薄金屬層經(jīng)過前刀面擠壓和摩擦流過后刀面時(shí),由于彈性復(fù)原而再次受到后刀面的擠壓和摩擦,而產(chǎn)生復(fù)雜的變形,使加工表面層硬化程度增大,殘余應(yīng)力增加,從而惡化了已加工表面質(zhì)量。從圖3-2(a 、(b比較,刃口圓弧半徑越大,則未切下的金屬層越厚,已加工表面質(zhì)量越差。這和精車目的是相違背的。要改善這種情況,如圖3-2(b 圖那樣,減小刀具刃口圓弧半徑,增加刀具鋒利程度,切下更多的金屬層,以提高加工表面質(zhì)量。在前角0一定的情況下,欲想減小刀具的刃口圓弧半徑,提高刀具鋒利程度,只有增大后角才能獲得,如圖3-4所示。 圖3-4 0、 0、

33、 o 與r n 的變化關(guān)系示意當(dāng)增大0、0時(shí),則o (楔角減小,r n 減小,刀具鋒利程度提高。綜上分析得出結(jié)論:精車鋼件時(shí),后角應(yīng)磨大些。3.3加工脆性材料時(shí)后角的分析與應(yīng)用在精車灰鑄鐵件內(nèi)孔時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)如圖3-5所示的孔口大,孔里小的錐度,使零件大大超差而成為不合格產(chǎn)品。 圖3-5 精車脆性材料刀具磨損后產(chǎn)生錐度究其原因,在加工脆性材料時(shí),切屑呈粉末狀的崩碎切屑。此時(shí),切屑與前刀面的接觸極小,刀具前刀面不產(chǎn)生磨損,而此時(shí)的磨損主要發(fā)生在與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)著的加工表面相摩擦的后刀面上,則刀尖就會(huì)向后退縮,在縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中,后刀面逐步磨損,刀尖逐步退縮,切削深度逐步減小,工件直徑尺寸不斷變化增大,以致

34、造成工件兩端直徑大小相差的錐度。另外,由于所加工的脆性材料為灰鑄鐵,其導(dǎo)熱系數(shù)低,工件傳散的切削熱少,而集中到刀具上的熱就多,再加上刀具的后角較大,刀刃部分體積小,散熱條件差,因而切削溫度高,加速了刀具后刀面的磨損,使刀尖向后退縮量大,而使工件直徑尺寸變化更大,以致工件加工精度超差。當(dāng)?shù)毒吆蠼悄バ『?刀具的楔角增大,散熱條件有所改善,刀具的切削溫o度有所降低,后刀面的磨損可減小,刀尖向后退縮小,則工件直徑尺寸變化小,有利于保證零件的加工尺寸。由此說明:加工脆性材料時(shí),其后角應(yīng)小些,特別是精車灰鑄鐵類零件,為確保零件的加工精度,后角一定要小些。3.4實(shí)例1.鏜刀頭及浮動(dòng)鏜刀片后角的大小鏜刀頭及浮

35、動(dòng)鏜刀片都是安裝在鏜桿上加工工件孔的刀具,鏜刀頭是一把小車刀,其安裝情況如圖3-6所示。 圖3-6 鏜刀安裝情況由于鏜刀頭刀尖總是裝高于工件中心,前面分析過,刀尖高于工件中心時(shí),將使基本平面發(fā)生變化,從而引起前角、后角發(fā)生變化,加工孔時(shí)將使后角變大。因此,在刃磨這類刀具的后角時(shí),應(yīng)考慮這一變化的增大值,將后角磨小。2.螺紋車刀兩側(cè)刃后角的大小在車刀角度變化中分析過:車刀一有進(jìn)給運(yùn)動(dòng),后角都會(huì)發(fā)生變化,而且都是減小的。螺紋車刀也不例外。其后角也會(huì)發(fā)生變化,但具體到螺紋車刀其后角變化規(guī)律就不一樣了。它有兩個(gè)刀刃,其左側(cè)刀刃和一般的車刀一樣,有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后角是減小的。因此左側(cè)后角應(yīng)磨大些,以補(bǔ)償進(jìn)給運(yùn)

36、動(dòng)時(shí)的減小量。而右側(cè)刃有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),其右側(cè)切削平面和加工表面重合,使右側(cè)刃后角變大 ,如圖3-7所示。這就是說,右側(cè)刀刃有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)其后角是增大的。因此,螺紋車刀右側(cè)刃后角為了利用它在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)增大的情況,就應(yīng)該磨小些。 圖3-7 螺紋車刀車削時(shí)兩測(cè)刃后角變化情況從圖中看到,螺紋車刀一有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),其兩側(cè)刃的切削平面Ps 位置就發(fā)生偏轉(zhuǎn),變?yōu)镻se 位置,使左側(cè)刃后角左減小,變小為左 ,右側(cè)刃后角增大,變?yōu)樽骵 ,即 左e =左-左e = 左+ (為螺紋升角因此,螺紋車刀的左側(cè)刃后角應(yīng)該磨大一螺紋升角(角,右側(cè)刃后角應(yīng)該磨小一螺紋升角(角。四 車刀主偏角的分析與應(yīng)用主偏角是確定主刀刃相對(duì)于進(jìn)給

37、運(yùn)動(dòng)方向偏斜程度的角度。而主刀刃又是承擔(dān)著主要切削任務(wù),絕大部分的余量都由它來切除。因此,它的偏斜程度將影響刀刃和工件的接觸長度、切屑的厚度、切削分力的比例、刀尖強(qiáng)度、刀具耐用度,以及工件結(jié)構(gòu)形狀等。因此,主偏角的大小也是很重要的問題。不過,從目前生產(chǎn)實(shí)踐中所使用的車刀來看,其主偏角大小的規(guī)范為90°、75°或60°、45°。4.1主偏角為90°車刀的分析與應(yīng)用1.加工剛性差的零件時(shí),應(yīng)用r=90°車刀例如,加工如圖4-1所示的細(xì)長軸零件,由于其剛性差、易變性、對(duì)Fy(徑向力很敏感,極易造成中間大、兩頭小的腰鼓形工件,或者引起振動(dòng)從而

38、影響工件質(zhì)量,而主偏角為90°的車刀就能抑制造成工件質(zhì)量差的徑向力Fy。 圖4-1 加工細(xì)長軸零件Fy是切削力的一個(gè)分力,如圖4-2所示。 圖4-2 Fy的三個(gè)分力的立體圖圖4-3 主偏角r對(duì)Fy的影響Fy徑向力隨r的變化規(guī)律如下。從圖4-3所示的直角三角形OAB中可得出Fy的計(jì)算式Fy=Fxycosr顯然可以分析出:當(dāng)r=0時(shí),則Fy=Fxy徑向力最大;當(dāng)r=90°時(shí),則Fy=0,徑向力為0。從而可知其隨r的變化規(guī)律為:r從090°,則Fy從最大0;反之,r從90°0,則Fy從0最大。由此看出,主偏角為90°車刀切削零件時(shí),將造成工件腰鼓形誤

39、差以及振動(dòng)的Fy力為零(事實(shí)上不可能為零,因?yàn)橛懈钡度袇⒓雍苌偾邢?這就是工件剛性差時(shí)應(yīng)該刃磨或選用主偏角為90°理由。不僅如此,在整個(gè)工藝系統(tǒng)差時(shí),都應(yīng)該如此刃磨和選用。2.車削鋼件等塑性材料時(shí),為有利于斷屑,應(yīng)用90°主偏角車刀主偏角為90°車刀,切除工件金屬切削層時(shí),可使切削層的切削厚度增大到最大厚度,為切削的折斷創(chuàng)造有利條件,如圖4-4所示。切削厚度hD可由圖中直角三角形關(guān)系來計(jì)算。hD=fsinr從上式可分析出,當(dāng)進(jìn)給量f一定時(shí),切削厚度hD則隨主偏角r的變化而變化。主偏角r小,則切削厚度hD就小;主偏角r大,則切削厚度就hD大,當(dāng)主偏角r=90

40、6;時(shí),則hD=f,此時(shí),切削厚度最大。 圖4-4切削厚度由于切削厚度在主偏角為90°時(shí)為最大,則形成的切屑厚度也最厚,切屑越厚就越容易被折斷。3.小型零件的加工加工如圖4-5所示的部分小型零件,在生產(chǎn)實(shí)踐中,一般都選用或刃磨90°車刀來加工。 (d擋板(e軸套(f圓柱銷圖4-5 部分小型零件其最大的優(yōu)越性是“一刀多用”,它不僅能加工90°臺(tái)階表面和外圓柱表面,也可以加工零件的端面。如果將車刀傾斜不同程度,還可以倒不同的角度,不用換刀而很方便地將零件加工出來。這種做法,看起來似乎有些不合理,因?yàn)橹髌菫?0°的車刀,其刀尖角小于90°,它更小于

41、其他幾種刀具(如r=75°、45°刀具的刀尖角,因此,其耐用度都要小些。但對(duì)于操作者來說,用這種刀具加工一個(gè)零件,可不用換刀或少換刀,這可減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)還可以減少輔助時(shí)間,對(duì)生產(chǎn)有利。4.2主偏角為75°車刀的分析與應(yīng)用在加工大、中型軸類零件,如圖4-6所示的400mm棍子件時(shí),通常都是刃磨75°外圓車刀來車削。 圖4-6 400mm棍子件車削情況它的優(yōu)點(diǎn)如下。刀尖角比90°車刀大。刀尖角是一個(gè)派生角度,即有了主偏角和副偏角后,它可以計(jì)算出來,如圖4-7所示。 關(guān)系圖4-7 r與r、r可用下式計(jì)算r=180°-r-r因此,75

42、°車刀的刀尖角,比90°車刀的刀尖角大些,刀尖角大,則刀頭部分體積大,可使刀具強(qiáng)度增加、散熱條件得到改善,刀尖的耐用度得到提高,滿足這類零件的加工要求。與45°彎頭外圓車刀相比,其刀刃和工件的接觸長度小,則切削時(shí)的切削寬度也小,使切削合力小,則徑向力更小,這就可以減小或避免振動(dòng)的發(fā)生,減小刀具損壞,對(duì)生產(chǎn)加工有利,這也是不采用 45°彎頭車刀而采用75°車刀車外圓的理由。4.3主偏角為45°車刀的應(yīng)用加工盤類零件和大、中型軸類零件用45°彎頭車刀。圖4-8所示,(a圖為45°彎頭車刀車削盤類零件端面,(b圖為45&

43、#176;彎頭車刀車削大型軸類零件端面,從目前生產(chǎn)加工實(shí)踐來看,已基本代替了端面車刀。 (a工盤類零件端面 (b 車削大型軸類零件端面圖4-8 45°主偏角車刀車削端面當(dāng)工件結(jié)構(gòu)形狀要求有45°臺(tái)階和45°倒角時(shí),應(yīng)該選用45°彎頭車刀。圖4-9所示,為45°彎頭車刀車削45°臺(tái)階和倒45°角的加工情況。 圖4-9 45°彎頭車刀車削45°臺(tái)階和倒角45°彎頭車刀,除了用于上面兩種加工外,也可用于車削外圓。前面說過,這種刀具加工時(shí),刀刃和工件的接觸長度和產(chǎn)生的徑向力Fy,都比主偏角為45

44、6;、75°、90°車刀大,極易造成振動(dòng),車就要求所加工零件的剛性要特別好才行。因此,只有加工粗而短、剛性好的零件,可用這種刀具。加工孔徑大而短的零件時(shí),也可選用45°彎頭車刀。如圖4-10所示,為用45°彎頭車刀加工大而短的內(nèi)孔情況。因?yàn)檫x用這種刀具很方便,隨手就可取來。 圖4-10 45°彎頭車刀車內(nèi)孔五車刀的其它角度的分析與應(yīng)用5.1車刀的副偏角副偏角是副刀刃相對(duì)于背進(jìn)給方向傾斜程度的角度。副刀刃主要是配合主刀刃完成切除金屬層工作,并形成工件的已加工表面。1.副偏角大小影響刀尖角一把刀具的主偏角磨好后,刃磨副偏角都會(huì)影響刀具的刀尖角,當(dāng)將

45、其副偏角磨大時(shí),刀具的刀尖角減小,刀具的強(qiáng)度和散熱條件都差,則刀具耐用度就差。當(dāng)將其副偏角磨小時(shí),刀尖角增大,到頭體積大,刀頭強(qiáng)度好,散熱條件有所提高,切削溫度降低,刀具磨損減小,提高了刀具耐用度。這對(duì)粗加工是極其有利的。因而粗加工時(shí),副偏角'r應(yīng)小些,但副偏角不能過小,因?yàn)檫^小后,副刀刃參加切削的長度增加,刀刃和工件的接觸長度增加,副刀刃產(chǎn)生的徑向力Fy會(huì)增大,這將會(huì)使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的可能性增大。因此,副偏角磨小程度應(yīng)該掌握在不產(chǎn)生振動(dòng)為限,一般為5°15°之間。2.副偏角對(duì)殘留面積的影響車刀加工外圓時(shí),車削過的外圓表面并不光整平滑,而是還有殘留面積,產(chǎn)生殘留面積的原因,主要是由于刀具主偏角、副偏角、圓弧半徑和進(jìn)給量影響所致。通常情況下看不見,是因?yàn)檫M(jìn)給量f小,殘留面積很小,很不容易發(fā)現(xiàn)。如果進(jìn)給量很大,就像車螺紋一樣殘留面積就一目了然。當(dāng)主偏角和進(jìn)給量f一定時(shí),刀具副偏角大,其殘留面積就大,反之則小。從圖5-1所示的圖,很直觀地可以看出當(dāng)?shù)毒叩闹髌姾瓦M(jìn)給量f一定時(shí),刀具的副偏角大,其殘留面積就大;當(dāng)?shù)毒叩母逼切?其殘留面積就小。 圖5-1 r、f一定時(shí),'r 大小對(duì)殘留面積的影響在已加工表面上有殘留面積存在,就會(huì)影響工件表面的粗糙程度。殘留面積大時(shí),則工件表面粗