刀具应用几何角度的分析及..doc

目 录1刀具几何角度11.1正交平面参考系11.2刀具的静态角度21.2.1几种车刀几何角度图例31.3.1角度变化原因41.3.2角度变化规律72车刀前角的分析与应用92.1前角在加工中的作用92.2前角大小的应用122.3刃磨前角时的角度参考值163车刀后角的分析与应用163.1粗车时后角大小的分析与应用163.2精车时后角大小的分析与应用173.3加工脆性材料时后角的分析与应用193.4实例204车刀主偏角的分析与应用214.1主偏角为90车刀的分析与应用214.2主偏角为75车刀的分析与应用244.3主偏角为45车刀的应用255车刀的其他角度的分析与应用265.1车刀的副偏角265.2刃倾角的分析与应用.27结论29致谢30参考文献31摘 要 在机械加工中，金属切削刀具的几何参数的合理选择直接影响到机械加工的质量、刀具耐用度、生产效率和加工成本。因此，机械加工中，正确选用刀具角度以及如何获得所选刀具角度的大小，尤其显得重要。俗话说：“三分工艺，七分刀具”，这充分说明刀具角度在机械加工中的突出地位。一把刀具切削性能的好坏主要取决与制造刀具的材料、刀具的结构、刀具切削部分的几何参数。其中刀具材料固然重要，但刀具材料和刀具结构确定之后，刀具切削部分的几何参数对切削性能的影响就成为十分重要的因素。 这些几何角度对车削过程影响很大，其中尤其是以前角、后角、主偏角、刃倾角、副偏角r影响更为重要，科学合理的选择车刀的几何角度，对车削工艺的顺利实施，保证工件的加工质量起着决定性的作用。下面就着手分析刀具的几何角度及在加工中的应用。关键词：前角;后角;主偏角;刃倾角;副偏角 西安工业大学继续教育学院毕业设计（论文） 1刀具几何角度车刀是车工的主要切削刀具，但它也可以用于其他的切削加工，如镗削加工、铣削加工、刨削加工、钻削加工等。在切削加工中，车刀角度的好与不好，将直接影响加工生产率和加工质量，因此充分认识和了解车刀的结构及其相关要素。1.1正交平面参考系刀具要从工件上切下金属，就必须具备一定的切削角度，这些角度决定了刀具切削部分各表面的空间位置，为了确定刀具上刀面及切削刃在空间的位置，首先应建立空间参考系。用来确定刀面和刀刃空间位置的正交平面参考系（如图1-1），即切削平面(Ps)、基面（Pr）、正交平面（Po）。图1-1 正交平面参考系测量平面的定义名称定 义基面过车刀主切削刃上某一选定点，并于该点切削速度方向垂直的平面切削平面过车刀主切削刃上某一选定点，并于工件的过渡表面相切的平面正交平面过车刀主切削刃上某一选定点，同时垂直于切削平面和基面的平面1.2刀具的静态角度刀具在正交平面参考系中定义的静态角度有前角（0）、后角（0）、主偏角（r）、副偏角（r）、刃倾角（s）、副后角（o）六个基本角度，如图（1-2）。1.在正交平面内测量的角度有：（1） 前角：前刀面与基面之间的夹角（2） 后角：后刀面与切削平面之间的夹角（3） 楔角：前刀面与后刀面之间的夹角2.在基面内测量的角度有：（4） 主偏角：主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角（5）副偏角：副切削刃在基面上的投影与背离进给运动方向的夹角（6）刀尖角：主切削刃和副切削刃在基面上的投影之间的夹角3.在切削平面内测量的角度（7）刃倾角：主切削刃与基面之间的夹角1-2车刀切削部分主要角度1.2.1几种车刀几何角度图例【例1】90外圆车刀角度，如图1-3所示。图1-3 90外圆车刀几何角度【例2】镗孔车刀角度图，如图1-4所示。图1-4 镗孔车刀几何角度1.3角度变化及其变化规律1.3.1角度变化原因上述六个基本角度，即前角、后角、副后角、主偏角、副偏角、刃倾角是在两个假设条件下定义出来的，即运动条件和安装条件。例如图1-5所示的切槽刀的0 、 0 就是下面两个假设条件下定义出来的。图1-5 切槽刀的0 、 0只有工件旋转运动，没有车刀进给运动；切槽刀安装时，其刀刃和工件中心等高，其刀身轴线和工件轴线垂直。在这种条件下，其通过刀刃O点的切削速度v的方向垂直向上，通过刀刃O点的基面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内表示出来。但车刀在工作时，这两个假设条件会被突破。要切下金属层，不仅有主运动，还必须有进给运动，这是其一；另外，车刀安装时也不可能百分之百地使刀尖和工件中心等高、刀身轴线和工件轴线垂直，总是将车刀装高了或装低了。到此假设条件突破后，就会使车刀按照假设条件磨出的角度发生变化，以上以切槽刀为例分析角度变化情况。1突破安装条件 当车刀装高时，如图1-6所示。图1-6车刀装高时0 、0 的变化从图看出有三者发生了变化；其一，切削速度v方向发生了变化。由于刀刃装高于工件中心，此时通过刀刃上一点的切削速度应在该点与工件半径垂直。这样切削速度就由假设条件下的垂直位置变成倾斜位置。 其二，几面位置由水平变化成倾斜。根据基面的规定可知，此时的基面为垂直Ve的工作基面(Pre)。其三，切削平面由垂直位置变成倾斜位置。根据切削平面的规定可知，则此时的切削平面为Ve方向并和加工表面相切的平面，即工作切削平面（Pse）。由于上面这些基准面变化，也就导致了前角0、后角0、发生变化，刃磨的前角变为工作基面于前刀面之间的夹角，即工作前角（Oe）。刃磨后角变为工作切削平面与后刀面之间夹角，即工作后角（oe）。当车刀装低时，如同1-7所示。也导致0发生变化：刃磨前角变成工作前角，刃磨后角变成工作后角。图1-7 切槽刀装低时0 、0变化2突破运动条件不仅有主运动，而且还有进给运动，如图1-8所示。图1-8 有进给运动时角度变化当有进给运动时，其切削速度的方向变成由v和f两速度的合成速度ve方向，即由垂直位置变成倾斜位置。根据基面的平面规定，则基面由水平位置成倾斜位置为图中的Pr变成工作基面Pre。同理，则切削平面由垂直位置变成倾斜位置为图中的Ps变成工作切削平面Pse。由于基面和切削平面的位置发生变化，也就导致前角和后角发生变化，刃磨的前角变成工作前角oe，刃磨的后角变成工作后角oe。由上述讨论就可以得出影响车刀角度变化的原因：车刀工作时，由于车刀安装位置发生变化和进给运动的影响，而突破了定义车刀角度的假设条件，从而导致基准平面的位置发生变化，而导致车刀角度发生变化。 既然，车刀工作时，刃磨的角度要发生变化，这必然会影响刀具的性能，进而影响切削加工。因此，必须进一步研究角度的变化规律，并掌握这些角度变化规律，以便于我们正确地使用好车刀。1.3.2角度变化规律1.车刀安装时变化规律 车刀装高于工件中心时，如图1-6所示。前角变大为：oe=0+。后角变小为： oe=o-。式中 增大或减小角度，可用下式计算，从图中直角三角形可得sin=2h/d；h刀具装高值，mm；d工件直径，mm；结论：刀具装高时，刀具角度变化规律是前角增大、后角减小。车刀低于工件中心时，如图1-7所示。前角变小为：oe=0- 。后角变大为： oe=o+。 结论：刀具装低时，刀具角度变化规律是前角减小、后角增大。在生产实践中，我们在使用车刀时就有利于用这一规律。比如在粗车圆柱形工件时总把车刀装高一点，使其前角增大，使切削轻快、省力，从而提高了生产效率。而在精加工时，总把车刀装低一些，以增大后角，可减小后刀面对工件表面的挤压和摩擦。有利于工件加工表面的质量得到保证。实例1.在车削外圆锥时，经过多次调整小滑板转角，但任然不能校正，再用圆锥套规涂色法检测锥体时，发现两端显示剂擦去，中间不接触。当重新装夹刀具，使车刀刀尖严格对准工件轴线，再次加工，发现锥面显示剂擦去；在车削内圆锥时，发现中间显示剂擦去，而两端没有擦去，当车刀严格对准工件轴线时，锥面显示剂擦去。出现以上两种情况的原因，则是因车刀刀尖没有严格对准工件轴线，而形成双曲线误差所致。因此，车削锥面时，车刀安装的高低，将影响锥面精度。所以车削圆锥时，一定要把车刀的刀尖严格的对准工件中心。2.有进给运动时变化规律横向进给运动时，如图1-9所示。图1-9 oe、o、计算图前角变大为：oe =0+后角变小为： oe=o-式中增大或减小的角度，tan=f/。在图中由、e、f所构成的直角三角形中设：切削速度，其值为 d；f进给量。那么 tan=f/d 结论：有进给运动时，刀具角度的变化规律是前角增大、后角减小。纵向进给运动时，如图1-10所示为90车刀纵向车外圆情况。图1-10 纵向进给运动角度变化由于有纵向进给运动，则切削速度由垂直位置变为偏西的e（合成速度），导致基面Pr由水平变成上斜的Pre，切削平面Ps由垂直变成偏斜的Pse，从而使前角、后角发生变化。前角变大为：oe =0+后角变小为： oe=-o式中 增大或减小的角度，其值可由式tan=f/d 计算； d 切削速度（即工件每转线速度）； F每转进给量。 结论：有纵向进给运动时，刀具角度的变化规律是前角增大、后角减小。 由以上研究得出：只要有进给运动，车刀前、后角的变化规律是前角增大，后角减小。2 车刀前角的分析与应用 在生产实践中，我们所磨出的前角，在车削工件时产生严重的“扎刀”现象，而损坏了零件的加工表面，完不成加工任务。有的车刀前角，在车削工件时非常笨重、吃力；有的总是车不光工件这些现象。如何避免或解决，我将作以下探讨。2.1前角在加工中的作用 前角在切削加工中的第一个作用就是影响切削力的大小，造成切削功率消耗的不同，进而影响加工成本。1.影响切削力老工人师傅有个说法：“力量大小看前角”。意思是说，切削中所产生大小不同的切削力，主要取决于所磨出的前角大小。根据分析研究，前角不仅对切削力有影响，而且还是刀具几何角度中对切削力影响最大、最重要的一个因素。用前角大小不同的两把刀具，在相同的条件下切削相同的切削层 ac，如图2-1所示情况说明。 由于前刀面倾斜程度不同，推挤切削层的作用力方向发生变化，使剪切面OM也随之变化。当0小时，如图2-1（a）前刀面倾斜程度极小，其作用力方向深入金属内部，剪切角小，剪切面平坦而变大，导致变形增大，使变形抗力大。 (a)0小 (b)0大图2-1 不同前脚大小对变形影响 当0大时，如图2-1（b）,前刀面倾斜程度大，其作用力Fr方向作用于切削层表面，剪切角大，剪切面变小，变形量小，则变形抗力小。0大时，c经变形转变成切屑ch的厚度小，则小，所以变形小；0小时，c经变形转变成切屑ch的厚度大，则大，所以变形大；由此，得出前角对切削力的影响是：0大时，变形小，变形抗力小，则切削力小；0小时，变形大，变形抗力大，则切削力大；此外，前角对摩擦力的影响规律也基于如此：当前角大时，前刀面倾斜程度大，前刀面与切屑之间的接触面小，摩擦阻力小，摩擦力小，则切削力小；当前角大小，前刀面倾斜程度小，前刀面与切屑之间的接触面大，摩擦阻力大，摩擦力大，则切削力大；通过以上分析可知，加大前角可减小切削力，使切削轻快，从而减小动力消耗，降低加工成本。1. 影响切削温度，从而影响刀具耐用度根据对刀具磨损原因的研究，切削温度是刀具磨损的主要原因之一，而且是加速刀具磨损的重要因素。因此，降低切削温度就可减小刀具磨损，提高刀具耐用度。刀具切削塑性材料时，前刀面推挤切削金属层使其产生变形，切削层经变形转变为切屑沿前刀面流出，在高压下，刀屑之间又产生了剧烈的挤压和摩擦。当加大前角时，变形减小，则变形热少；当加大前角时，前刀面倾斜程度大，刀屑接触长度短，摩擦小，则摩擦热少。综合二者，则切削温度降低，刀具磨损减小，刀具耐用度可提高。反之，减小前角，则切削温度升高，刀具耐用度降低。2. 影响加工表面质量前刀面对加工表面质量的影响，主要分析前角大小使前刀面倾斜程度不同而通过积屑瘤造成加工表面粗糙不光，尺寸不精确。（1） 积屑瘤 在现场加工钢件的切削过程中，有时会发现车刀刀刃附近的前刀面上粘结有块状金属，用手掰不掉，这块硬金属物就是积屑瘤。工人师傅又叫刀瘤。（2） 积屑瘤造成加工表面粗糙不光，有以下三种方式。 积屑瘤使刀刃粗糙不光这样的刀刃在精车时就会在工件表面上划出沟痕，使加工表面粗糙度加大而变得不光。这种现象在实践中经常看到。刀刃上粗糙的积屑瘤很难清除，切削不成整体薄片，而像须根一样，工件表面布满了细细的纹络。 由于有积屑瘤，会使车刀前角加大。如图2-2所示。图2-2 积屑瘤使车刀前角加大 将前角0加大为0b，但积屑瘤是变化的，它时大时小，时有时无。因而使切削力时大时小，极不稳定，造成切削振动，使工件表面出现振动波纹而粗糙不光。另一方面，积屑瘤脱落时，有些积屑瘤碎块会黏糊在工件加工表面上，也会造成加工表面粗糙不光。 积屑瘤造成加工精度不准确的两种情况。一方面，刀刃上有了积屑瘤后，使“刀尖”突出，切深增加，如图2-3所示。pp使加工尺寸减少，而影响尺寸精度。这种情况在实际切削加工中经常发生，例如根据尺寸要求对好刀车出的工件常常要比要求尺寸小些。其中原因，就是这种现象造成的。另一方面，成形车刀有了积屑瘤后，改变了成形车刀刃形状，使加工出的工件形状不准确，从而影响了工件的形状精度。图2-3 积屑瘤使切深增加 加大前角可抑制积屑瘤。人们在实验研究中，发现切削金属经过剪切面形成切屑沿前刀面流出时，其切削底层仍受到前刀面的剧烈挤压和摩擦。这就满足了形成积屑瘤的两个重要基本条件：一是压力，而是温度。没有高的压力和适当的温度，滞流层也不会停滞而粘结在前刀面上逐步形成积屑瘤。因此，只要能改变这两个基本条件，就可抑制积屑瘤，而增大前角就能做到这一点。加大前角，则变形小，变形抗力小，则压力小；变形减小，变形热少，则温度低。加大前角，刀具与切屑之间摩擦小，则摩擦力小，摩擦热少，温度低。总的来说，加大前角后，改变了压力和切削温度，从而抑制了积屑瘤。有资料显示：“当前角加大到30左右时，积屑瘤几乎消失。”这是前角通过积屑瘤影响工件表面质量的一个方面。另外，前角还通过刃口圆弧半径rn的大小来影响加工表面质量。前角0大，则rn小，可提高表面质量；前角0小，则rn大，加工表面质量差。2.2前角大小的应用研究前角在切削加工中的有关作用，似乎告诉我们，前角越大越好。那么，前角是不是磨得越大越好呢？这是不行的。因为事物都有两面性，前角磨得越大，则楔角0减小（在0 一定的情下），如图2-4所示，楔角0减小，则会带来两大不利影响。一是，刀具强度差，容易打坏刀刃；二是，散热条件不好，使刀具切削温度增高，刀具磨损变钝快，则降低刀具耐用度。图2-4 0、 0、 o 之间的关系 车刀前角磨大时，有好处也有坏处；而车刀前角磨小时，也有它的好处和坏处。这样看来车刀前角应该有一个合理数值，这个合理的前角值是相对于某一条件下前角大时有利，而相对于另一条件下前角小时有利。因此，刃磨前角的原则是具体问题，具体解决，看加工对象，刀具本身来确定前角的大小。实例1.加工塑性材料 前角应该大些，其理由是，这些材料的强度、硬度一般较低，而塑性较大。加工时塑性变形大，切屑成带状流出，如图2-5所示。图2-5 加工塑性、脆性材料的切屑和切削力 而前角大的车刀切削工件时，一可减小切削变形，从而减小切削力、切削热；二可减小带状切 对前刀面的摩擦，因而可减小摩擦力、摩擦热。总的来说，减小了切削力，减小了动力消耗，降低加工成本；减小了切削温度，就可以减小刀具磨损，使刀具耐用度提高。2.加工脆性材料 前角应该磨小些，一方面避免崩刀。刀具在加工脆性材料时，其切屑不像加工塑性材料那样呈现带状，而是呈崩碎切 ，这种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样稳定不变地作用在前刀面的中部，而是以冲击形式作用在基础薄弱的刀刃上，这极易造成刀刃崩裂。将前角磨小，可加强基础，提高刀刃强度，就可防崩刀。另一方面避免“扎刀”。一工人师傅加工脆青铜矩形内螺纹，其孔径和长度约为100mm250mm。在车削过程中老是“扎刀”（即栽刀），他采取了很多措施，如加粗刀杆，减小切深等，都不能解决问题。最后，一位老师傅将螺纹车刀前刀面修磨平坦一些（即将前角磨小些）就解决了问题，加工中不“扎刀”了很顺利地完成了加工任务。这一实例证明，生产实践中是存在着加工脆性材料，前角大易“扎刀”，前角小就可避免“扎刀”。3.加工强度大、硬度高的材料（如高碳钢、合金钢等）切削这些材料时，切削力大，切削温度高，为了使刀具具有足够的温度和散热条件来抵御这些大的切削力和高度切削温度，所以前角应小些。加工特硬材料，如淬火钢，前角应磨成负前角。3. 加工毛坯不规则的工件加工毛坯不规则的工件，要求刀具应具备足够的刀刃强度来抵挡不规则毛坯所产生的冲击力，前角应小些。4. 粗车刀、精车刀前角粗车刀前角应小些。理由是：粗车时，切削深度和进给量都大，则切削力大，切削温度高，容易打坏刀刃，磨损刀具。因此，必须增大刀具的强度和散热条件，所以应该把前角磨小些。精车时切削量小，切削层金属很薄，要求刀具必须具备锋利的刀刃（即要求刃口圆半径rn小），才能切下薄切削层，所以前角应磨大些。由于精车时的切削量小，其切削力也很小，切削温度低，对刀具的强度和散热条件要求不高，这也允许把刀具前角大些。5. 刀具材料不同，其前角大小也不同目前使用最多、最广泛的刀具材料有两大类：即高速钢和硬质合金。硬质合金的抗弯强度和冲击韧性比高速钢刀具材料低得多，因而刀片抗弯能力就小，而承受冲击力的能力比高速钢差。因此，硬质合金刀具前角小些，高速钢刀具前角大些。6. 螺纹车刀的前角螺纹车刀前角的大些有以下两种情况。粗车或车削螺纹精度要求不高时，为了提高加工生产效率，前角为p0的正前角，如图2-6（a）所示。一般取p=5-15。 （a）p 0 （b）p=0图2-6 螺纹车刀的正前角和零前角精车螺纹时，为了保证螺纹的精度，都应成零前角的螺纹车刀，如图2-6（b）所示。即p=0。当螺纹车刀的p=0时，在工件轴向剖面内，前刀面上的刀尖角和工件螺纹牙形角相等切吻合，即刀尖角等于螺纹牙形角。这说明螺纹车刀有多大的刀尖角就可以加工多大的牙形角，从而保证了工件牙型角的精度。而直线刀刃切出直线牙型角形状，也保证了螺纹表面的形状精度。如果在精车时，磨出的00，这就造成螺纹车刀前刀面上刀尖角与工件螺纹牙形角不相等，从而使螺纹车刀加工出的工件螺纹牙型角变大而不准确，影响了螺纹的精度。另外，由于00，则螺纹车刀包含两个直线刀刃的前刀面不通过工件轴线，因而将使切出的螺纹表面产生双曲线误差，造成螺纹表面不准确而影响形状精度。由此看出，为了保证螺纹工件的精度，即牙型角和螺纹表面的形状精度，螺纹车刀的前角应该成零前角，即0=0的螺纹车刀。2.3刃磨前角时的角度参考值硬质合金车刀合理前角参考值工件材料粗 车精 车低碳钢20252530中碳钢10151520合精钢10151520不锈钢15202025灰铸铁1015510铜及铜合金1015510铝及铝合金30353540钛合金510淬火钢-15-5 注：高速钢车刀的前角，一般比表中数据大些。3 车刀后角的分析与应用 后角也是刀具的重要几何角度之一。具体表现在：它是确定后刀面在空间倾斜程度的角度，而倾斜的后刀面又配合前刀面形成执行切削金属任务的刀刃。由于后刀面的倾斜程度不同，其后角也不一样，这就影响了刀具的强度、刀具刃口圆弧半径大小，进而影响加工表面质量。比如，后刀面小，刀具强度好。但刀具刃口圆弧半径rn大，同时后刀面与加工表面的接触面增大，从而影响加工表面质量。因而，后角的大小与前角的一样，针对具体问题，充分发挥刀具自身的优点，求的任务的解决。3.1粗车时后角大小的分析与应用 我们知道在粗车钢件时，切削工作量大。其切削深度和进给量都大，因此切削力也大，这就要求刀具必须有足够的强度来抵御大的切削力对刀具的破坏。对于刀具的强度，在刃磨后角上，工人师傅有个说法：“强度不好看后角。”这说明刀具强度的好坏与刀具后角的大小有极大的关系。例如，用30麻花钻在圆棒钢料上钻孔，在钻削一个孔的过程中，麻花钻刀刃口打缺了四五次，还没把孔钻通。甚至刚磨好的钻头，拿去一钻，刀刃就被打缺。查其原因，就是由于钻头后角磨得过大所致。当把后角磨小后再钻，刀刃口不再打缺，而且一次钻好多孔。这一实例从实践上完全说明了后角的大小确实关系到刀具强度的优劣。后角大了，强度不好，破坏刀具的能力差。后角磨小了后，刀具强度增加，而不易打坏刀刃。这也说明，像钻孔这一类粗加工，其刀具后角应该小些。后角大小和刀具强度，也可以从刀具结构几何角度图中看出，如图3-1所示。图3-1 车刀主剖面0、 0、 o 关系如图，当0一定后，增大后角0至O1，而楔角o减小为01，刀刃薄弱，基础空虚，则刀具强度不好。反之刀刃基础牢固，刀具强度好。综合上述分析，在粗车钢件时，为了增加刀具强度，抵御切削力破坏，车刀的后角应小些。这不仅是增加刀具强度，而且改善了刀具的散热条件，使切削温度降低，可减小刀具磨损，有利于提高刀具耐用度，所以后角应小些。3.2精车时后角大小的分析与应用精车时，切削余量小，切削金属层薄，而要获得零件所要求的精度和好的表面质量，就应该研究刀具后角在切削薄金属层中所扮演的角色。刀具在切削金属的过程中，如图3-2所示。图3-2 刀具切削金属层过程切削层在前刀面的推挤下，剪切面OM滑移变形，成为切屑沿前刀面流出，这似乎是整个切削层全部被切下而变成切屑。这种情况只有在刀刃绝对锋利的理想情况下才存在。即图中具有0和0的刀具，在主剖面中，其前刀面和后刀面相交处的刃口圆弧半径为零时，才会出现这种情况，但任何刀具都不是绝对锋利的，而是呈圆钝状，即具有大小不同的刃口圆弧半径rn，如图3-3所示。 （a）rn大 （b）rn小图3-3 不同的刃口圆弧半径rn形成的ac切削层ac中有一极薄金属层ac没有被切下，这是由于刃口呈圆弧状，而形成两种不同性质的前刀面挤压金属层，b点以上为正前角前刀面，b点以下为负前角刀面，用这种负前角前刀面去挤压b点以下金属层，很难全部使其沿OM剪切面滑移转变成切屑，这其中有一极薄金属层ac就从该负前刀面下滑过去变成已加工表面。厚度为ac极薄金属层经过前刀面挤压和摩擦流过后刀面时，由于弹性复原而再次受到后刀面的挤压和摩擦，而产生复杂的变形，使加工表面层硬化程度增大，残余应力增加，从而恶化了已加工表面质量。从图3-2（a）、(b)比较，刃口圆弧半径越大，则未切下的金属层越厚，已加工表面质量越差。这和精车目的是相违背的。要改善这种情况，如图3-2（b）图那样，减小刀具刃口圆弧半径，增加刀具锋利程度，切下更多的金属层，以提高加工表面质量。在前角0一定的情况下，欲想减小刀具的刃口圆弧半径，提高刀具锋利程度，只有增大后角才能获得，如图3-4所示。图3-4 0、 0、 o 与rn的变化关系示意当增大0、0时，则o（楔角）减小，rn减小，刀具锋利程度提高。综上分析得出结论：精车钢件时，后角应磨大些。 3.3加工脆性材料时后角的分析与应用在精车灰铸铁件内孔时，经常出现如图3-5所示的孔口大，孔里小的锥度，使零件大大超差而成为不合格产品。图3-5 精车脆性材料刀具磨损后产生锥度究其原因，在加工脆性材料时，切屑呈粉末状的崩碎切屑。此时，切屑与前刀面的接触极小，刀具前刀面不产生磨损，而此时的磨损主要发生在与旋转运动着的加工表面相摩擦的后刀面上，则刀尖就会向后退缩，在纵向进给运动中，后刀面逐步磨损，刀尖逐步退缩，切削深度逐步减小，工件直径尺寸不断变化增大，以致造成工件两端直径大小相差的锥度。另外，由于所加工的脆性材料为灰铸铁，其导热系数低，工件传散的切削热少，而集中到刀具上的热就多，再加上刀具的后角较大，刀刃部分体积小，散热条件差，因而切削温度高，加速了刀具后刀面的磨损，使刀尖向后退缩量大，而使工件直径尺寸变化更大，以致工件加工精度超差。当刀具后角磨小后，刀具的楔角o增大，散热条件有所改善，刀具的切削温度有所降低，后刀面的磨损可减小，刀尖向后退缩小，则工件直径尺寸变化小，有利于保证零件的加工尺寸。由此说明：加工脆性材料时，其后角应小些，特别是精车灰铸铁类零件，为确保零件的加工精度，后角一定要小些。3.4实例1.镗刀头及浮动镗刀片后角的大小镗刀头及浮动镗刀片都是安装在镗杆上加工工件孔的刀具，镗刀头是一把小车刀，其安装情况如图3-6所示。图3-6 镗刀安装情况由于镗刀头刀尖总是装高于工件中心，前面分析过，刀尖高于工件中心时，将使基本平面发生变化，从而引起前角、后角发生变化，加工孔时将使后角变大。因此，在刃磨这类刀具的后角时，应考虑这一变化的增大值，将后角磨小。2.螺纹车刀两侧刃后角的大小在车刀角度变化中分析过：车刀一有进给运动，后角都会发生变化，而且都是减小的。螺纹车刀也不例外。其后角也会发生变化，但具体到螺纹车刀其后角变化规律就不一样了。它有两个刀刃，其左侧刀刃和一般的车刀一样，有进给运动后角是减小的。因此左侧后角应磨大些，以补偿进给运动时的减小量。而右侧刃有进给运动时，其右侧切削平面和加工表面重合，使右侧刃后角变大 ，如图3-7所示。这就是说，右侧刀刃有进给运动时其后角是增大的。因此，螺纹车刀右侧刃后角为了利用它在进给运动时增大的情况，就应该磨小些。 图3-7 螺纹车刀车削时两测刃后角变化情况从图中看到，螺纹车刀一有进给运动时，其两侧刃的切削平面Ps位置就发生偏转，变为Pse位置，使左侧刃后角左减小，变小为左 ，右侧刃后角增大，变为左e ，即 左e=左- 左e= 左+ （为螺纹升角）因此，螺纹车刀的左侧刃后角应该磨大一螺纹升角（）角，右侧刃后角应该磨小一螺纹升角（）角。4 车刀主偏角的分析与应用主偏角是确定主刀刃相对于进给运动方向偏斜程度的角度。而主刀刃又是承担着主要切削任务，绝大部分的余量都由它来切除。因此，它的偏斜程度将影响刀刃和工件的接触长度、切屑的厚度、切削分力的比例、刀尖强度、刀具耐用度，以及工件结构形状等。因此，主偏角的大小也是很重要的问题。不过，从目前生产实践中所使用的车刀来看，其主偏角大小的规范为90、75或60、45。4.1主偏角为90车刀的分析与应用1.加工刚性差的零件时，应用r=90车刀例如，加工如图4-1所示的细长轴零件，由于其刚性差、易变性、对Fy(径向力)很敏感，极易造成中间大、两头小的腰鼓形工件，或者引起振动从而影响工件质量，而主偏角为90的车刀就能抑制造成工件质量差的径向力Fy。图4-1 加工细长轴零件Fy是切削力的一个分力，如图4-2所示。 图4-2 Fy的三个分力的立体图 图4-3 主偏角r对Fy的影响 Fy径向力随r的变化规律如下。从图4-3所示的直角三角形OAB中可得出Fy的计算式Fy=Fxycosr显然可以分析出：当r=0时，则Fy=Fxy径向力最大；当r=90时，则Fy=0，径向力为0。从而可知其随r的变化规律为：r从090，则Fy从最大0；反之，r从900，则Fy从0最大。由此看出，主偏角为90车刀切削零件时，将造成工件腰鼓形误差以及振动的Fy力为零（事实上不可能为零，因为有副刀刃参加很少切削），这就是工件刚性差时应该刃磨或选用主偏角为90理由。不仅如此，在整个工艺系统差时，都应该如此刃磨和选用。2.车削钢件等塑性材料时，为有利于断屑，应用90主偏角车刀主偏角为90车刀，切除工件金属切削层时，可使切削层的切削厚度增大到最大厚度，为切削的折断创造有利条件，如图4-4所示。切削厚度hD可由图中直角三角形关系来计算。hD=fsinr从上式可分析出，当进给量f一定时，切削厚度hD则随主偏角r的变化而变化。主偏角r小，则切削厚度hD就小；主偏角r大，则切削厚度就hD大，当主偏角r=90时，则hD=f,此时，切削厚度最大。图4-4切削厚度由于切削厚度在主偏角为90时为最大，则形成的切屑厚度也最厚，切屑越厚就越容易被折断。3.小型零件的加工加工如图4-5所示的部分小型零件，在生产实践中，一般都选用或刃磨90车刀来加工。 （d）挡板 （e）轴套 （f）圆柱销图4-5 部分小型零件其最大的优越性是“一刀多用”，它不仅能加工90台阶表面和外圆柱表面，也可以加工零件的端面。如果将车刀倾斜不同程度，还可以倒不同的角度，不用换刀而很方便地将零件加工出来。这种做法，看起来似乎有些不合理，因为主偏角为90的车刀，其刀尖角小于90，它更小于其他几种刀具（如r=75、45刀具）的刀尖角，因此，其耐用度都要小些。但对于操作者来说，用这种刀具加工一个零件，可不用换刀或少换刀，这可减轻工人劳动强度，同时还可以减少辅助时间，对生产有利。4.2主偏角为75车刀的分析与应用 在加工大、中型轴类零件，如图4-6所示的400mm棍子件时，通常都是刃磨75外圆车刀来车削。图4-6 400mm棍子件车削情况它的优点如下。刀尖角比90车刀大。刀尖角是一个派生角度，即有了主偏角和副偏角后，它可以计算出来，如图4-7所示。图4-7 r与r、r关系可用下式计算 r=180-r-r因此，75车刀的刀尖角，比90车刀的刀尖角大些，刀尖角大，则刀头部分体积大，可使刀具强度增加、散热条件得到改善，刀尖的耐用度得到提高，满足这类零件的加工要求。与45弯头外圆车刀相比，其刀刃和工件的接触长度小，则切削时的切削宽度也小，使切削合力小，则径向力更小，这就可以减小或避免振动的发生，减小刀具损坏，对生产加工有利，这也是不采用 45弯头车刀而采用75车刀车外圆的理由。4.3主偏角为45车刀的应用加工盘类零件和大、中型轴类零件用45弯头车刀。图4-8所示，（a)图为45弯头车刀车削盘类零件端面，（b）图为45弯头车刀车削大型轴类零件端面，从目前生产加工实践来看，已基本代替了端面车刀。 （a）工盘类零件端面 (b) 车削大型轴类零件端面图4-8 45主偏角车刀车削端面当工件结构形状要求有45台阶和45倒角时，应该选用45弯头车刀。图4-9所示，为45弯头车刀车削45台阶和倒45角的加工情况。图4-9 45弯头车刀车削45台阶和倒角45弯头车刀，除了用于上面两种加工外，也可用于车削外圆。前面说过，这种刀具加工时，刀刃和工件的接触长度和产生的径向力Fy，都比主偏角为45、75、90车刀大，极易造成振动，车就要求所加工零件的刚性要特别好才行。因此，只有加工粗而短、刚性好的零件，可用这种刀具。加工孔径大而短的零件时，也可选用45弯头车刀。如图4-10所示，为用45弯头车刀加工大而短的内孔情况。因为选用这种刀具很方便，随手就可取来。图4-10 45弯头车刀车内孔5 车刀的其它角度的分析与应用5.1车刀的副偏角副偏角是副刀刃相对于背进给方向倾斜程度的角度。副刀刃主要是配合主刀刃完成切除金属层工作，并形成工件的已加工表面。1.副偏角大小影响刀尖角一把刀具的主偏角磨好后，刃磨副偏角都会影响刀具的刀尖角,当将其副偏角磨大时，刀具的刀尖角减小，刀具的强度和散热条件都差，则刀具耐用度就差。当将其副偏角磨小时，刀尖角增大，到头体积大，刀头强度好，散热条件有所提高，切削温度降低，刀具磨损减小，提高了刀具耐用度。这对粗加工是极其有利的。因而粗加工时，副偏角r应小些，但副偏角不能过小，因为过小后，副刀刃参加切削的长度增加，刀刃和工件的接触长度增加，副刀刃产生的径向力Fy会增大，这将会使工艺系统产生振动的可能性增大。因此，副偏角磨小程度应该掌握在不产生振动为限，一般为515之间。2.副偏角对残留面积的影响车刀加工外圆时，车削过的外圆表面并不光整平滑，而是还有残留面积，产生残留面积的原因，主要是由于刀具主偏角、副偏角、圆弧半径和进给量影响所致。通常情况下看不见，是因为进给量f小，残留面积很小，很不容易发现。如果进给量很大，就像车螺纹一样残留面积就一目了然。当主偏角和进给量f一定时，刀具副偏角大，其残留面积就大，反之则小。从图5-1所示的图，很直观地可以看出当刀具的主偏见和进给量f一定时，刀具的副偏角大，其残留面积就大；当刀具的副偏角小，其残留面积就小。图5-1 r、f一定时，r 大小对残留面积的影响在已加工表面上有残留面积存在，就会影响工件表面的粗糙程度。残留面积大时，则工件表面粗糙度大，残留面积小时，则工件表面粗糙度小。这就意味着车刀副偏角大，则车削后工件表面粗糙度大；反之，车削后工件表面粗糙度小。因此精车零件时，要想零件精度高，表面粗糙度低，则车刀的副偏角应小些，这对于普通车刀来说是次要的，而对于低速精车刀来说就非常重要。5.2刃倾角的分析与应用