刀具前后角对切削过程的影响

时间：2022-10-21 百科知识版权反馈

【摘要】：它由刀杆和刀头所组成。刀头直接担负切削工作，它由下列几何要素组成。刀具角度是确定刀头的几何形状与切削性能的重要参数，它是由刀具的前、后刀面、切削刃与假定的参考坐标平面间的夹角构成的。正交平面　正交平面是通过切削刃上某选定点，垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面，用Po表示。刀具标注角度确定主切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定向。但在切断、车螺纹及非圆柱表面时，就要考虑进给运动的影响。

6.2.2　刀具切削部分的几何参数

1.刀具切削部分的组成要素

切削刀具的种类繁多、形状各异，但就其切削部分而言，都可以看成是外圆车刀刀头的演变。

图6-3　刀具切削部分的组成要素

1—刀头　2—前刀面　3—副切削刃　4—副后刀面　5—刀杆　6—主切削刃 7—主后刀面　8—刀尖

图6-3所示为常见的普通车床上使用的外圆车刀。它由刀杆（用来把车刀固定在刀座上）和刀头（切削部分）所组成。刀头直接担负切削工作，它由下列几何要素组成。

1）前刀面（face）：刚形成的切屑流经的表面。

2）主后刀面（major flank）：和工件加工表面相对的表面。

3）副后刀面（minor flank）：和工件已加工表面相对的表面。

4）主切削刃（major cutting edge）：前刀面与主后刀面的交线，它担负主要的切削工作。

5）副切削刃（minor cutting edge）：前刀面与副后刀面的交线。

6）刀尖（corner）：主切削刃和副切削刃的交点。实际刀具的刀尖往往是一小段曲线或直线。

2.刀具切削角度的坐标平面

刀具角度（tool angle）是确定刀头的几何形状与切削性能的重要参数，它是由刀具的前、后刀面、切削刃与假定的参考坐标平面间的夹角构成的。用于确定刀具角度的参考坐标系有两大类：一类称标注坐标系也称静态参考系，它是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测量角度时的基准，用它定义的角度称刀具角度；另一类称工作坐标系也称动态参考系，它是确定刀具切削运动中角度的基准，用它定义的角度称为工作角度。

（1）基面　在标注坐标系中，基面（tool reference plane）是通过切削刃上某选定点，垂直于切削速度方向的平面，用P_r表示；在工作坐标系中，通过切削刃上某选定点，垂直于合成切削速度方向的平面称工作基面，用Pre表示。

（2）切削平面（tool cutting edge plane）　在标注坐标系中，切削平面是通过切削刃上某选定点，与切削刃相切，且垂直于基面的平面，用P_s表示；在工作坐标系中，通过切削刃上某选定点，与切削刃相切，且垂直于工作基面的平面称工作切削平面，用P_se表示。

除了上述基面和切削平面外，还需要一个平面作为标注和测量刀具前、后刀面角度用的“测量平面”，构成一个刀具标注角度参考系。通常，根据刃磨和测量的需要和方便，可以选用不同的平面作为测量平面。在切削刃上同一选定点，如果测量平面选得不同，测量的刀具角度的大小也不同。一般常用正交平面作为标注前、后刀面角度的测量平面。

（3）正交平面（tool orthogonal plane）　正交平面是通过切削刃上某选定点，垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面，用Po表示。如图6-4中的O-O剖面，正交平面P_o垂直于切削刃在基面上的投影。P_r、P_s和P_o三个平面构成一个空间正交平面参考系，如图6-5所示。

图6-4　车刀标注角度的参考系

3.刀具的标注角度

刀具的标注角度（mark angle）用于刀具的设计、制造、刃磨和测量，它将保证刀具在使用时得到必要的切削角度。其参考系的选用与生产中实际采用的刀具角度刃磨方式有关。在此处仅介绍刀具在正交平面参考系中的标注角度。

刀具标注角度确定主切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定向。其最基本的类型只有四个，以外圆车刀为例（见图6-6），它们的名称、符号和定义如下：

1）主偏角（tool cutting edge angle）κ_r：主切削刃在基面P_r的投影与进给方向的夹角。

2）刃倾角（tool cutting edge inclination angle）λ_s：在切削平面Ps上测量的主切削刃与基面P_r的夹角。当刀尖在主切削刃上为最高点时，λ_s为正值，当刀尖在主切削刃上为最低点时，λ_s为负值。

图6-5　正交平面参考系

3）前角（tool orthogonal rake）γ_o：在正交平面P_o测量的前刀面与基面P_r的夹角。

4）后角（tool orthogonal clearance）α_o：在正交平面P_o测量的主后刀面与切削平面Ps的夹角。

同理，副切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定向也需用四个角度：副偏角κ_r′、副刃倾角λ_s′、副前角γ_o′和副后角α_o′。由于图6-6所示的车刀副切削刃与主切削刃共处一个前刀面上。因此，当前角γ_o和刃倾角λ_s确定后，前刀面的方位已经确定。副刃倾角λ_s′和副前角γ_o′是两个派生角度。在刃磨好前角γ_o、刃倾角λ_s、主偏角κ_r和副偏角κ_r′后，就自然得到了副刃倾角λ_s′和副前角γ_o′。

图6-6　外圆车刀在正交平面参考系中的标注角度

由上分析知，图6-6所示的外圆车刀有三个刀面，两个切削刃，所需标注的独立角度只有六个（前角γ_o、后角α_o、刃倾角λ_s、主偏角κ_r、副偏角κ_r′和副后角α_o′）。

4.刀具的工作角度

刀具的工作角度（working angles of tool）是指在工作参考系中定义的刀具角度。刀具工作角度考虑了合成运动和安装条件的影响。在一般情况下，进给速度远小于切削速度，进给运动对合成运动的影响可以忽略，在正常安装条件（如车刀刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向等）下，车刀的工作角度近似于标注角度。但在切断、车螺纹及非圆柱表面时，就要考虑进给运动的影响。

如图6-7所示，车外圆时，若刀尖高于工件的回转轴线，则工作前角γ_oe＞γ_o，工作后角α_oe＜α_o；反之，若刀尖低于工件的回转轴线，则工作前角γ_oe＜γ_o，工作后角α_oe＞α_o。镗孔时的情况正好与此相反。当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化，如图6-8所示。