黃曉艷，耿 京，王 軒，王克陽，王兆明

(陸軍軍事交通學院鎮(zhèn)江校區(qū) 船艇動力系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

大部分零件的生產(chǎn)離不開切削加工，切削加工主要依靠刀具和工件作相對運動完成，而刀具承擔切削加工的主要任務(wù)。刀具切削性能取決于刀具材料和刀具的幾何角度。刀具角度是空間概念，涉及的概念、專業(yè)術(shù)語多，環(huán)環(huán)相扣，是教學中的重點和難點。結(jié)合機械制圖相關(guān)知識，以車刀為例，講解刀具的主要角度，有利于學員理解和掌握。

1 刀具的組成部分

如圖1所示的車刀由刀頭(或刀片)、刀桿組成[1]18。刀頭用于切削，又稱切削部分，由刀面、切削刃(也稱刀刃)構(gòu)成； 刀桿用于裝夾，又稱刀體。車刀的切削部分一般由三面二刃一尖(即前面、后面、副后面、主切削刃、副切削刃、刀尖)組成。前面是切屑沿著它流動的面，又稱前刀面，即車刀的上面。后面是與工件加工表面相對的面，又稱后刀面，傾斜一定角度，以減少與工件的摩擦。副后面是與工件已加工表面相對的面，傾斜一定角度，以免擦傷

圖1 車刀的組成

已加工表面。主切削刃擔任主要切削工作，是前面與后面匯交的邊緣。副切削刃擔任少量切削工作，是前面與副后面匯交的邊緣。刀尖是主、副切削刃匯交的一小段切削刃。切削刃通常磨成一小段過渡圓弧。不同類型的刀具，刀面、切削刃的數(shù)量不同。兩個刀面(前面、主后面)、一條切削刃是刀具的基本組成單元。

2 刀具靜止參考系

為定量表示刀具切削部分的幾何形狀，把刀具放在靜止參考系，用一組給定的幾何參數(shù)確切表達刀具表面和切削刃的空間位置[2]86。刀具的靜止參考系是以刀具結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，考慮刀具的安裝定位面及假定的切削運動方向建立的空間直角坐標系，由基面(Pr)、主切削平面(Ps)和正交平面(Po)3個相互垂直的平面構(gòu)成[3]，如圖2所示。

圖2 刀具靜止參考系

基面是通過主切削刃某選定點，平行于車刀底面的平面。對于鉆頭、銑刀等旋轉(zhuǎn)刀具，基面為通過主切削刃某選定點，包含刀具軸線的平面?；媸堑毒咧圃臁⑷心?、測量時的定位基準面。

主切削平面是通過主切削刃某選定點，與主切削刃相切，且垂直于基面的平面。過主切削刃上任一點的切削平面與基面互相垂直。

正交平面是通過主切削刃某選定點，同時垂直于基面和主切削平面的平面。

結(jié)合機械制圖中三視圖的形成和機件的表示方法，將車刀的切削部分向3個輔助平面投影，把3個相互垂直的投影面展開成一個平面，可得車刀的主偏角κr，副偏角κr′，前角γo，后角αo和刃傾角λs[4]。

3 在基面Pr中測量的角度

主偏角主要影響刀尖部分的強度與散熱條件，影響切削分力的大小。主偏角減小，刀尖強度增加，切削條件得到改善，但工件的徑向力增大，故車削細長軸時，常用κr為75°或90°的車刀。增加主偏角，刀尖角減小，刀尖部分強度與散熱條件變差，刀具壽命降低，同時，背向力減小，進給力增大。車刀常用的主偏角有45°，60°，75°，90°等。

副偏角可減小副切削刃與已加工表面之間的摩擦，改善加工表面的粗糙度。副偏角為5°～15°，粗加工時取較大值。

圖3 偏角的形成過程

4 在正交平面Po中測量的角度

在正交平面Po內(nèi)測量的角度有前角γo和后角αo。其形成過程與機械制圖中斷面圖相似，如圖4a所示，過主切削刃任選一點，作Pr，Ps，Po。正交平面相當于斷面圖中的剖切面，將刀頭剖切開，移開觀察者與剖切面Po之間的部分，僅畫出被切斷截面的形狀，在剖面區(qū)域(即刀頭與剖切面Po接觸的部分)畫上剖面線，形成圖4b。前角γo是前面與基面Pr之間的夾角，后角αo是主后面與主切削平面Ps之間的夾角。

前角影響刃口的鋒利度和強度，影響切削變形和切削力[5]。增大前角可使切削刃鋒利，切削輕快，減小切削力和切削熱，但前角過大，切削刃變?nèi)?，散熱條件和受力狀態(tài)變差，容易崩刃，加快刀具磨損； 反之，若取過小前角，切削刃較強固，散熱條件和受力狀態(tài)較好，但切削刃變鈍。前角的選用應(yīng)考慮刀具材料、工件材料、加工條件等因素。在相同的切削條件下，高速鋼車刀的前角可比硬質(zhì)合金車刀的前角增大5°～10°。粗加工、斷續(xù)切削和承受沖擊載荷時，為保證切削刃強度，前角選擇范圍為5°～15°。精加工時前角選擇范圍為13°～18°[6]17。

后角大，切削刃鋒銳，易切入，工件表面的彈性恢復(fù)小，減小了后面與已加工表面的摩擦，但后角過大，將顯著削弱刀頭強度，使散熱條件變差而降低刀具壽命，并使重磨量和磨刀時間增加，增加刀具費用； 反之，后角過小，切削刃強度增加，散熱好，但摩擦加劇，刀具磨損增加。后角應(yīng)在保證加工質(zhì)量和刀具壽命的前提下取小值。一般粗加工或工件材料較硬時，αo為4°～8°，精加工或工件材料較軟時，αo為8°～12°，在條件相同時，高速鋼車刀的后角應(yīng)比硬質(zhì)合金車刀的大些。

圖4 前角和后角的形成過程

5 在主切削平面Ps中測量的角度

在主切削平面Ps中測量的角度是刃傾角λs。它的形成過程相當于機械制圖中的向視圖。以主切削平面為投影面，作K方向的向視圖，如圖5所示，主切削刃與基面間的夾角就是刃傾角λs。

刃傾角有正值、負值和0°，如圖6所示。刃傾角主要影響刀頭的強度、切削分力和排屑方向。負的刃傾角可以增強刀頭，但會增加背向力，有可能引起振動，還會使排屑向已加工表面，可能劃傷和拉毛已加工表面。因此，粗加工時，為了增強刀頭，λs常取負值； 精加工時，為了保護已加工表面，λs常取正值或零度。車刀的刃傾角一般為-5°～+15°。

圖5 刃傾角的形成示意圖

圖6 刃傾角的正與負

當?shù)都鉃橹髑邢魅猩系淖畹忘c時，λs為負值； 當主切削刃為水平位置時，λs為0°； 當?shù)都鉃橹髑邢魅猩系淖罡唿c時，λs為正值[7]7。當λs=0°時，切屑垂直于主切削刃方向流動； 當λs<0°時，切屑流向已加工表面，容易擦傷已加工表面，但刀尖強度好，適于粗加工和有沖擊的斷續(xù)切削[2]86； 當λs>0°時，切屑流向待加工表面，適于精加工。粗車、粗鏜時，λs取-5°～0°； 精車、車細長軸、精鏜時，λs取0°～5°； 切槽、切斷時，λs=0°。

5 繪制車刀角度圖

了解車刀主要角度的形成過程后，繪制車刀角度圖就不難了。刀具圖形按投影方法繪制相當繁瑣，通常用簡單畫法。車刀主要角度圖類似于機械制圖中的主視圖、斷面圖和向視圖。如圖7所示，以基面圖作為主視圖，在基面圖中確定剖切平面Po的位置，即在主切削刃上任一位置處，標注剖切符號及字母(如O-O)，畫出斷面圖，得到前角γo和后角αo，作K方向的向視圖，得到刃傾角λs。

圖7 車刀的主要角度

參考文獻：

[1] 金福昌.車工(初級)[M]. 2版.北京:機械工業(yè)出版社,2012.

[2] 浦艷敏,李曉紅.金屬切削刀具選用與刃磨[M].北京:化學工業(yè)出版社,2012.

[3] 周濤.融合機械制圖知識指導(dǎo)車刀角度教學[J].南方論刊,2010(s1):91.

[4] 關(guān)俊英.在教學中關(guān)于刀具角度的講解[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2009(9):182.

[5] 王志聰.車刀角度教學難點的巧妙突破[J].職業(yè)教育研究,2011(2):130.

[6] 張偉,沙乾.零件的普通機械加工[M].武漢:華中科技大學出版社,2012.

[7] 陳玉琨,趙支筑.工程材料及機械制造基礎(chǔ)(機械加工工藝基礎(chǔ))[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997.