车刀刃磨水平的高低直接关系到产品的生产效率.doc

车刀刃磨水平的高低直接关系到产品的生产效率、加工质量、设备能耗和产品成本，甚至关系到操作者的人身安全，也反映出操作者对加工主体的特性和切削用量的灵活应变能力。合理选择车刀的几何参数是决定刃磨质量的关键，其主要体现于对车刀角度和前面形状的合理选择。两者既相互依赖又相互制约，一把车刀不能只有一个角度，如果只有一个角度选择合理，它的切削效果也不一定理想，操作者必须根据工件材料、车刀材料、切削用量，以及工件、车刀、夹具和车床的刚性等各方面因素，全面分析，找出切削过程中的主要矛盾，合理选择车刀的角度和前面形状。笔者结合多年的教学生产经验及相关理论资料，针对几类车刀的选择和使用情况，论述一下合理选择车刀的几何参数的方法。1切断刀几何参数的选择在选择切断刀的几何参数时，应首先考虑保证切削刃足够锋利，在此前提下，再认真地维护其具有足够的强度，所以前角应该作为选择的主要参数，一般高速钢切断刀前角应取20。25。左右，硬质合金的钢件切断刀前角应取8o20。左右，硬质合金的铸铁件切断刀前角选取5。10。左右。在维护车刀强度的问题上，应根据不同的工件材料、切削用量等因素，考虑采取以下方法：1.1刀杆部分细而长，所以只能取较小的0.5。1.5。的副偏角和1。3。的副后角，以增加刀杆的强度。1.2车刀的切削部分深入工件，切削力和热大量集中在刀尖处，应各磨一个过渡刃，以保证刀尖。1.3切断刀的切削刃一般较宽，且又深入工件里层，在正面切削力和侧面摩擦力作用下，容易引起振动而打坏刀具，所以主后角选取Z。5。左右。方面环境场中有用、无用的电磁波辐射能相互干扰日趋严重。另一方面，各种电磁辐射都将影响或污染电磁环境，给人们的生活和健康带来不利因素。在受污染或干扰的电磁环境中，轻则是电子设备不能正常工作，重则危及电子设备及人们的安全。例如，当调频收音机本机振荡辐射正好落人民用导航频段，且共辐射超过限额值时，就可能干扰飞机导航，一旦导航有误就有可能造成飞行事故。又如，生活中因电磁干扰造成的收音机噪声大，电视有“雪花”甚至不能正常收听收看也不足为奇。电磁辐射与污染众所周知，电磁辐射中的X射线和7射线对人体的危害是较为严重的。它是一种电离辐射，能使空气中的气体分子游离，穿透力很强。无线电波波段中的无线电广播、电视、雷达、微波通讯、微波炉、微波理疗机以及工业设备用电磁辐射，属于非电离辐射，辐射的量子能较小，但在一定功率密度和照射时间的条件下，也会对人产生一定程度的危害。电磁辐射对人体的危害程度，主要决定于电磁辐射的频率，强度和照射时间。一般来说，电磁辐射能量越大，照射时间越长，对人体的影响也就越大。当人体长时间受到过量的电磁辐射后，会出现疲劳、头昏、记忆力衰退和视力下降等现象。作为物理教师，应当使学生在学习物理知识的过程中，逐步懂得科学与环境生活息息相关的问题。如在指导学生进行有关遥控、遥测及业务无线电通讯等科技活动中，应当教育学生重视电磁环境的保护，遵守当地有关无线电管理部分的管理规定，避免干扰其他无线电波的活动。对家用电器中的电磁辐射，如彩电的X射线保护，微波炉的微波泄漏防护等常识，也应向学生进行适当的教育，以保护学生的视力、脑力等不受影响。最后顺便说一句，多吃新鲜蔬菜、水果，对预防和减轻电磁波伤害大有好处。1.4切断直径较大的工件时，切断刀的切削刃最好磨成大圆弧形。1.5切断工件时，因受刀具安装误差和进给误差等因素的影响，平头的切断刀往往容易受侧向切削力的作用而歪斜，此时可以做成具有120。顶角的切断刀使侧向切削力保持平衡来维护刀具稳定。1.6被切断的材料较硬时，切断刀除了做成120。顶角外，还应在刀刃上磨出负倒楞，以增强刀刃的强度。1.7被切断的材料特别硬或进行强力切断时，可将刀杆下面加宽呈鱼肚形，以增强刀杆强度。2淬硬钢车刀几何参数的选择在选择车削高硬度材料(如淬火钢)的车刀几何参数时，首角应取负值，再配合合适的其它角度，就能顺利地切削了。一般人们要问，前角是负值，这把车刀还算锋利吗?笔者认为，锋利和强度是刀具的一对矛盾，锋利不能被孤立看待。如果用前角为10。20。的车刀车削淬硬钢，车刀很快就会磨损变钝或崩刃，所以锋利只有在一定的强固条件下，才能发挥作用。但是强度高不是最终目的，强度高是为锋利服务的，其目的是为了更好地发挥锋利的作用。所以必须辩证地看待锋利与强度两者的关系。被切削材料不同，对刀具强度的要求就不同，衡量车刀锋利的标准也就相应不同。例如，切削铝件时，车刀前角磨成25。或30。仍能保持较好的强度，对切削铝件来说这种车刀是锋利的。在车削钢件时，假如也选择这样大的前角，就失去了切削所需要的强度，它的锋利就不能有效地发挥作用，此时前角必须取得小一些。车淬硬钢时，车刀前角应选用负值，为一7。一8。，这样车刀的锋利才能发挥有效作用。前角决定后，再按以下步骤选择合适的其它切削角度，来进一步增加刀具强度。2.1刃倾角也取成一7。一8。，以增强刀尖强度。2.2取较小的后角2。3。，以增大楔角。3橡胶辊车刀几何参数的选择在车削橡胶辊时，由于切削力很小，同时工件材料的弹性好，切削变形大，所以选择车刀角度时，可较少考虑车刀的强度要求，而着重考虑车刀的锋利，以减少工件的切削变形，保证工件表面的加工质量。为此，首先应选择较大的前角，若采用硬质合金车刀，前角一般选用40。50。左右。此外，选择其它角度时，也应紧密配合，立足于增加车刀锋利，其措施如下：3.1加大后角，为8。15。，使楔角减少，进一步增强车刀的锋利，以达到减少切削变形的目的。3.2加大过渡刃和修光刃，使切削力和切削热不致过分集中，以减少车刀磨损和工件的热烧损，从而提高工件表面质量。3.3前面做成大前角的平面型式，使切削得以顺利流出排除，避免缠绕在车刀或工件上。4车刀安装位置和进给运动对车刀工作角度的影响4.1刀具的安装位置对车刀工作角度的影响在安装车刀时，车刀刀尖应尽量对准工件旋转中心，车削外圆时，如果车刀装得太高，则前角增大，后角减小，增大车刀后面的摩擦，降低了刀尖的强度；相反如果车刀装得太低，则后角增大，前角变小，切削不够顺畅，有时甚至会抬起工件，打坏车刀。车削内孔时，车刀装得高或低，结果恰恰与车外圆时相反。车刀除了在车无孔端面时，必须对准中心外，一般情况下，尚可略高于中心。经验认为，车刀安装的高低误差，应小于工件直径的百分之一。此外，车刀装偏会影响主、副偏角的大小。4.2进给运动对车刀工作角度的影响在横向进给时，车刀按一定的走刀量向前推进，这时车刀在端面上走过的轨迹不是一个圆圈，而是一条阿基米德螺旋线，车刀越接近中心和走刀量越大，螺旋线越倾斜，从而使车刀切削时的后角变小，前角变大，因此在刃磨时后角应磨得大一些。在纵向进给时，由于车刀在工件上走出的轨迹是一条螺旋线，这条螺旋线的切线与原切削平面不重合，而是相交一定角度，所以在切削时实际后角是减去这个交角的差值。在车外圆或内孔时，由于影响很小，可以忽略不计。在车削螺纹时，这个交角很大，所以在刃磨螺纹刀后角时，要加上这个螺旋角差值，以克服走刀运动的影响。4.3工件形状对车刀几何参数的影响在加工凸轮类零件时，由于工件形状的变化，也能引起车刀前后角的变化，刃磨时应考虑这个角度的变化。以上这三个因素在选择刀具的几何参数时必须给予适当考虑。总之，在选择车刀的几何参数时，应根据工件材料和车刀材料的机械物理性能、切削用量以及工件、车刀、夹具和机床的刚度等等因素，找出切削过程中的主要问题，把车刀的锋利放在第一位，以锋利为前提，适当考虑车刀的强度。由于车刀的锋利主要取决于前角的大小，所以在选择时首先要抓住切削过程中的主要问题，合理确定前角值，然后选择其它几何角度 车刀几何角度是指车刀切削部分各几何要素之间，或它们与参考平面之间构成的两面角和线、面之间的夹角。它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空间位置。根据“一面二角”理论可知，车刀的独立标注角度有六个，它们分别是：确定车刀主切削刃位置的主偏角Kr和刃倾角s;确定车刀前刀面与后刀面的前角ro和后角ao;确定副切削刃及副后刀面的副偏角Kr和副后角ao（附图略）。这些几何角度对车削过程影响很大，其中尤其以主偏角Kr、前角ro、后角ao和刃倾角s的影响更为突出，科学合理地选择车刀的几何角度，对车削工艺过程的顺利实施起着决定性作用。下面就从分析车刀几何角度对切削力、切削热和刀具的耐用度的影响着手，本着合理切削轻便、质量稳定，延长刀具使用寿命的宗旨，来研究确定科学合理的车刀几何角度的一般性原则。一、车刀几何角度对切削力的影响在金属切削时，刀具切入工件，将多余材料从工件上切除会产生强烈的力的作用，这些力统称为切削力。切削力主要来源于被加工材料在发生弹性和塑性变形时的抗力和刀具与切屑及工件表面之间的摩擦作用。根据切削力产生的作用效果的不同，可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。它们分别是：主切削力Fz，进给抗力Fx和切深抗力Fy,其中Fz是切削总力Fr沿主运动切向分解而得，是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率的主要依据；Fx也叫轴向力，它是Fr沿工件轴向的分力，是设计进给机构，计算车刀进给功率所必需的；Fy也叫径向力，它是Fr沿着工件径向的分力，它不消耗机床功率，但是机床或工艺系统刚度不足时，容易引起振动。(一）角度ro对切削力的影响前角ro增大，剪切角随着增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力减小，因此切削力减小。但对于脆性材料而言，前角ro的变化不会对车削力产生较大的影响，这是因为脆性材料在车削时，切屑变形和加工硬化都很小，变形抗力自然会随着减小。同时，实验还证明，前角ro的增大，对切削分力Fx、Fy的影响程度也不一样，当前角ro的增大，对Fx的影响较明显，而当当前角ro较小时，则对Fy的降低幅度更大些。（二）主偏角Kr对切削力的影响主偏角Kr的改变，使得切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变，从而使切削力也随之变化。实验证明。主偏角Kr增大，切削厚度也随之增大，切屑变厚，切削层的变形减小，因此主切削力也随之减小。但当Kr增大到6075后，Fz又随着Kr的增大而有所回升，这是因为此时刀尖圆弧所占的切削工作比例增大，使切屑变形和排屑阻力增大，从而又使主切削力Fz增大。根据切削力分解公示：Fy=FxycosKr; Fx= FxysinKr可知，主偏角Kr增大，使Fy减小，Fx增大，这有利于减轻工件的变形和系统的振动。因此，在工程上我们往往采用较大主偏角的车刀切削细长轴类零件，来减小径向分力Fy。（三）刃倾角s对切削力的影响刃倾角s对切削力Fz影响很小，但对进给抗力Fx和切深抗力Fy的影响较大。当s由正值向负值变化时，使刀具受到的正压力的方向发生了变化，从而改变了切削合力Fr及其分力Fxy的作用方向，使Fy增大，Fx减小。由此可见，从切削力角度分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角，否则会增大Fy的作用而产生振动。二、车刀几何角度对切削热的影响车削过程所消耗的能量 ，除了极少部分用以形成新表面和潜藏能以外，绝大部分都转换为热能，以切削热的形式表现出来，使工艺系统的温度升高。分析可知，车削时热量主要来源于切屑 的变形功和前、后刀面的摩擦力。这些热量产生后又将通过切屑、工件、刀具和周围介质传出，使产热与散热达到动态平衡状态，此时工艺系统的切削温度就是稳态切削温度。影响切削与切削温度的因素很多，这里分析车刀几何角度对其产生的影响。(一）前角ro对切削温度的影响前角增大，使切削力下降，切削的变形和工艺系统的摩擦减轻，使产生的切削热减少，从而降低了切削温度。事实上，切削温度的高低不仅取决于工艺系统产生热量的多少，还受工艺系统散热条件的影响。实验证明。当车刀的前角增大到16左右时，由于车刀的楔角减少后使刀具的散热条件变差，切削温度反而有一些回升。（二）主偏角Kr对切削温度的影响主偏角Kr减少时，使切削宽度增大，使切削厚度减小，切削变形和摩擦减轻，同时，切削宽厚度增大，散热条件改善，又有利于降低切削温度。因此，当工艺系统刚性足够时，采用小的主偏刀切削，是降低切削温度、提高刀具的耐用度的一个重要措施，尤其是切削难加工材料时效果更显著（附图略）。三、车刀几何角度对刀具耐用度的影响车刀在切削加工过程中，受切削和工件表面的摩擦，使用一段时间后，它就会钝化,从而失去切削的能力，这时就要对刀具进行重磨或更换刀片。刀具的耐用度用来衡量刀具连续切削时间长短的参量。它是指刀具从开始使用至达到磨损限度为止所用的切削时间，它是衡量刀具切削性能的重要指标。由于刀具几何角度对耐用度的影响较大，合理选择刀具几何角度,可以大幅度提高刀具的耐用度，因此刀具的耐用度也是衡量刀具几何角度先进与否的重要标志。（一）前角ro对刀具耐用度的影响适当增加前角，有利于减少切削力，降低切削温度，使刀具的耐用度提高。但是，如果前角增大到一定值以后，会使刀刃强度下降，散热条件逐渐变差，而且刀刃易于产生破损，耐用度反而会下降。因此前角ro对刀具耐用度的影响呈山峰状，它的峰顶初前角值使刀具的耐用度最高，切削不同的材料时，刀具的耐用度达到最高的前角值也不相同（附图略）。（二）主偏角Kr对刀具耐用度的影响主偏角缩小，增大了刀具强度，改善了刀具的散热条件，使刀具的耐用度升高。另外。适当减小副偏角Kr还能降低摩擦，提高刀具强度，改善散热条件，使刀具耐用度升高。当然，随着主偏角Kr和副偏角Kr的减小，会使系统的切深抗力Fy增大，当系统刚性不足时，会引起振动而影响加工质量。四、如何正确选择科学合理的车刀几何角度评价车刀的几何角度对车削工艺过程的影响，应该用辩证的观点去分析，同时还应该综合考虑车刀几何角度对切削过程中的切削力、切削热和刀具的耐用度的影响，从而选择科学合理的几何角度。 （一）车刀前角选择原理前角主要影响切削过程中的变形和摩擦、刀具强度，改变散热条件，影响刀具的