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摘要
用于切削加工的刀具種類繁多，但刀具切削部分的組成確有共同之處。車刀的切削部分可看作是各種刀具切削部分最基本的形態(tài)。車刀是最典型的刀具，其他刀具都可以看作是由車刀演化而來的，車刀是其它刀具的基礎(chǔ)。把車刀角度研究清楚了，就可以在此基礎(chǔ)上研究其他刀具角度。因此，我們要掌握車刀切削部分的構(gòu)造要素、車刀標(biāo)注角度參考系及車刀標(biāo)準(zhǔn)角度的基本概念，并且了解車刀角度測量儀的構(gòu)造和使用方法，學(xué)會用它測量車刀的比標(biāo)注角度、繪制車刀標(biāo)注角度圖。
關(guān)鍵詞：車刀；切削加工；刀具
目錄
摘要 I
第1章 緒論 1
第2章 基本定義 2
2.1 基本定義 2
2.2 刀具的幾何參數(shù) 3
2.2.1刀具切削部分的表面與刀刃 3
2.2.2確定刀具切削角度的參考平面 4
2.3刀具標(biāo)注角度的參考系 5
2.4刀具的標(biāo)注角度 6
2.4.1刀具在正交平面參考系中的標(biāo)注角度 6
第3章 刀具合理幾何參數(shù)的選擇 7
3.1 前角的功用及選擇 7
3.1.1前角的功用 7
3.1.2前角的選擇 7
3.2 后角的選擇 9
3.3 主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇 10
3.3.1主偏角的功用及選擇 10
3.4 副偏角的功用 11
3.5 刀尖形狀及尺寸的選擇 12
3.6 刃傾角的選擇 12
第4章 車刀角度的測量 14
4.1目的與要求 14
4.2測量原理與實驗方法 14
4.2.1量角器和量角臺的結(jié)構(gòu) 14
結(jié) 論 21
參考文獻 22
附錄 23
22
第1章緒論
近年來由于機械制造工業(yè)的迅速發(fā)展，對刀具的要求也日益提高。為了提高刀具的使用效率，延長刀具的使用壽命，除了在設(shè)計刀具時正確地決定刀具的幾何外形，合理地選用刀具材料，規(guī)定必要的熱處理硬度外，在制造過程中尚須對刀具進行嚴(yán)格的檢驗，以保證符合圖紙上所規(guī)定的外形尺寸及技術(shù)條件等要求。
在金屬切削加工中，車刀是一種廣泛使用的刀具，在車床上使用各種車刀，可完成工件的外圓、端面、車槽或切斷，以及車孔和車內(nèi)外螺紋等加工工藝。
車刀切削部分各個刀面和刀刃在空間是互相傾斜的,為了確定它們在空間的位置和角度,根據(jù)切削運動的方向,假想出三個輔助平面：基面、切削平面和主平面（主剖面），形成主平面（主剖面）參考系。車刀的主要切削角度就是依據(jù)假想的三種輔助面和車刀上傾斜的各個刀面、刀刃來確定和定義的。用通常的量角器、角度尺是無法準(zhǔn)確地測量出車刀的各種切削角度值。一般的中小型機械制造工廠里,只能由工人憑經(jīng)驗?zāi)サ?所以車刀角度無法確認。為此,我設(shè)計制造出一種簡便的車刀切削角度測量器,它使用方便、準(zhǔn)確直觀、效果良好，即可用于教學(xué)、又可用于生產(chǎn)實踐。儀器的主扇形板安裝在滑座上,可相對支柱軸線轉(zhuǎn)動和固定,它相對本身軸線和支柱軸線轉(zhuǎn)動的角度均可由指針示出。測量尺與車刀前面接觸的基準(zhǔn)刀口邊平行于底座分布。
為了滿足機器制造、金屬加工及其他部門對金屬切削刀具的需求，首先必須提高其生產(chǎn)速度，第二，要顯著提高刀具質(zhì)量，最后，要改進刀具的使用。其中，提高金屬切削刀具的質(zhì)量乃是達到最大限度滿足對切削刀具需求的基本方法。
第2章 基本定義
2.1 基本定義
切削運動：直接切除金屬層，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鞯倪\動稱為切削的運動。
主運動：使工件與刀具產(chǎn)生相對運動以進行切削的最基本的運動，成為主運動。這個運動的速度最高，消耗功率最大。例如，外圓車削時的工件旋轉(zhuǎn)運動和平面刨削時的刀具直線往復(fù)運動，都是主運動。其他切削加工方法中的主運動也同樣是由工件和刀具來完成的，其形式可以是旋轉(zhuǎn)運動和直線運動，但每種切削加工方法的主運動通常只有一個。進給運動：使主運動能夠繼續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表面所需的運動，稱為進給運動。例如外圓車削時車刀的縱向連續(xù)直線進給運動，和平面刨削時工件的間歇直線進給運動。其它切削加工方法中也是由工件或由刀具來完成進給運動的，但進給運動可能不只一個。它的運動形式可以是直線運動、旋轉(zhuǎn)運動或兩者的組合，但無論哪種形式的進給運動，它消耗的功率都比主運動藥效。
總之，任何切削加工方法都必須有一個主運動，可以有一個或幾個進給運動。主運動和進給運動可以由工件或刀具非別完成，也可以由刀具單獨完成（例如在鉆床上鉆孔或鉸孔）。
待加工表面：它是工件上即將被切去的表面，隨著切削過程的進行，它將逐漸減小，直至全部切去；
已加工表面：它是刀具切削后在工件上形成的新表面，并隨著切削的繼續(xù)進行而逐漸擴大；
過度表面：它是刀刃正切削著的表面，并切是切削過程中不斷改變著的表面，但它總是處在待加工表面與已加工表面之間。
切削用量：所謂切削用量是指切削速度、進給量河背吃刀量三者的總稱。
切削速度ν：它是切削加工時，刀刃上選定點相對于工件的主運動的速度。刀刃上各點的切削速度可能是不同的。當(dāng)主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，刀具或工件最大直徑處的切削速度由下式確定：
式中d ─ 完成主運動的刀具或工件的最大直徑（mm）；
n ─ 主運動的轉(zhuǎn)速（r / s或r / min）。
進給量f：它是工件或刀具的主運動每轉(zhuǎn)或每一行程時，工件和刀具兩者在進給運動方向上的相對位移量。例如外圓車削時的進給量f是工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時車刀相對于工件在進給運動方向上的相對位移量,其單位為mm / r；又如在牛頭刨床上刨削平面時，則進給量f是刨刀每往復(fù)一次，工件在進給運動方向上相對于刨刀的位移量，其單位為mm /雙行程。
在切削加工中，也有用進給速度Vf來表示進給運動的。所謂進給運動Vf是刀刃上選定點相對于工件的進給運動的速度，其單位為mm / s。若進給運動為直線運動，則進給速度在刀刃上各點是相同的。
背吃刀量：對外圓車削和平面刨削而言，背吃刀量等于工件已加工表面與待加工表面間的垂直距離；其中外圓車削的背吃刀量
=
式中 ─ 工件待加工表面的直徑（mm）。
─ 工件已加工表面的直徑（mm）。
2.2 刀具的幾何參數(shù)
用于不同切削加工方法的刀具，種類很多，但是它們參加切削的部分在其和特征上卻具有共性。外圓車刀的切削部分可以看作是各類刀具切削部分的基本形態(tài)；其它各類刀具，包括復(fù)雜刀具，根據(jù)它們的工作要求，都是在這個基本形態(tài)上演變出各自的特點。所以本節(jié)將以外圓車到切削部分為例，給出刀具幾何參數(shù)方面的有關(guān)定義。
2.2.1刀具切削部分的表面與刀刃
如圖所示是外圓車刀的切削部分，它具有下述表面和刀刃：
前刀面：切下的切削沿其流出的表面。
主后刀面：與工件上過渡表面相對的表面。
副后刀面：與工件上已加工表面相對的表面。
主切削刃：前刀面與主后面相交而得到的邊鋒，用以形成工件的過渡表面，它完成主要的金屬切除工作。
副切削刃：前刀面與副后面相交而得到的邊鋒，它協(xié)同主切削刃完成金屬切除工作，以最終形成工件的已加工表面。
過度刃：主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃，它可以是小的直線段貨圓弧。通常還把主切削刃與副切削刃連接處稱為"刀尖"。
2.2.2確定刀具切削角度的參考平面
刀具要從工件上切下金屬，就必須使它具備一定的切削角度，也正是由于這些角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。
刨刀是幾何參數(shù)較為簡單的刀具，它的刀刃是直線，前刀面與后刀面均為平面，切削時只有主運動而沒有進給運動的影響，并且過渡表面也是平面。對于較為復(fù)雜的刀具，其刀刃可能是曲線，前刀面和后刀面可能是曲面，切除時除主運動外還有進給運動的影響的，過渡表面大多數(shù)不是平面，而是曲面。考慮到這后一種情況，作為刀具切削 角度參考平面的切削平面和基面定義如下：
切削平面：是通過刀刃上選定點，切于工件過渡表面的平面。在切削平面內(nèi)包含有刀刃在該定點的切線，和由主 運動與進給運動合成的切削運動向量。（簡稱合成切削運動向量）。
基面：基面是通過刀刃上選定點，垂直于該點合成切削運動的平面。顯然，刀刃上同一點的基面與切削平面是互相垂直的。
應(yīng)該指出，上述切削平面和基面的定義是在刀具與工件的相對運動狀態(tài)下給出的。根據(jù)上述定義分析刀具角度時，對于同一刀刃上不同點，可能有不同的切削平面和基面，因而同一刀刃上各點切削角度的數(shù)值也就不一定相等。
2.3刀具標(biāo)注角度的參考系
刀具的標(biāo)注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具設(shè)計圖上予以標(biāo)注的角度。標(biāo)注角度也應(yīng)該有參考平面作為坐標(biāo)；但與刀具工作時的切削角度不同，標(biāo)注角度的切削平面與基面可以不考慮進給運動的影響，只考慮主運動即切削速度方向；因而這時切削平面內(nèi)只包含有刀刃在其選定點的切線與切削速度向量；基面則是通過該點而垂直于切削速度向量的平面。除此之外，為了便于刃磨和檢驗刀具的標(biāo)注角度，還應(yīng)盡可能使標(biāo)注角度的參考平面和刀具的刃磨檢驗基面一致；所以要根據(jù)不同刀具的情況，對刃磨檢驗時刀具的安裝定位面作出某些規(guī)定；例如刨刀，可以規(guī)定起刀桿底面垂直于切削平面（或平行于基面）。
實際上，除了由上述切削平面和基面組成的參考平面系以外，還應(yīng)該有一個平面作為標(biāo)注和測量刀具前、后刀面角度用的"測量平面"。通常根據(jù)刃磨和測量的需要與方便，可以選用不同的平面作為測量平面。在刀刃上同一選定點測量其角度時，如果測量平面選得不同，刀具角度的大小也就不同。
測量平面和參考平面系就組成了所謂的刀具標(biāo)注角度參考系。目前各個國家由于選用的測量平面不同，所以采用的刀具標(biāo)注角度參考系也不完全統(tǒng)一?，F(xiàn)在以常用的外圓車刀為例，來說明幾種不同的刀具標(biāo)注角度參考系。
我們先按照刀具標(biāo)注角度的參考平面系的定義，分析一下外圓車刀的切削平面和基面。在不考慮進給運動影響的情況下，并假定主切削刃選定點安裝與工件中心高度上，刀桿中心線垂直于進給方向，這時過主切削刃上一點的切削平面與工件的過渡表面相切，并包含主切削刃（它是直線）和切削速度向量；詞典的基面垂直于切削速度向量或切削平面，它與車刀底面平行。
車刀標(biāo)注角度參考系可以隨所選測量平面而不同，然而無論選用哪一個平面作測量平面，各個標(biāo)注角度參考系的切削平面和基面卻是共同的。一般用坐標(biāo)祝前、后刀面角度的測量平面有三種：
1、正交平面：它是過主切削刃上選定點，并垂直于切削平面與基面的平面，因此正交平面垂直與主切削刃在基面的投影。
2、法平面：它是過主切削刃上選定點并垂直與主切削刃或其切線的平面。
3、背平面和假定工作平面：背平面是通過主切削刃上選定點，平行于刀桿軸線并垂直于基面的平面，它于進給方向是垂直的；假定工作平面是通過主切削刃上選點，同時垂直于刀桿直線即基面的平面，它與進給方向平行。
因此，刀具標(biāo)注角度參考系對刀刃上同一選點來說可以有三種：正交平面參考系、法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系。
2.4刀具的標(biāo)注角度
刀具的標(biāo)注角度是指刀具工作圖上需要標(biāo)出的角度。它用于刀具的制造、刃磨和測量。這些角度將保證刀具角度在使用時得到必需的切削角度。刀具標(biāo)注角度的參考系由上述三種，他們的選用，與生產(chǎn)中實際采用的刀具角度刃磨方式和檢測夾具的構(gòu)造及調(diào)整方式有關(guān)。我國過去多采用正交平面參考系，近年來參照國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，逐漸兼用正交平面參考系和法平面參考系。
2.4.1刀具在正交平面參考系中的標(biāo)注角度
刀具標(biāo)注角度的內(nèi)容包括兩個方面:一是確定刀具上刀刃位置的角度；二是確定前刀面與后面位置的角度。以外圓車刀為例，確定車刀主切削刃位置的角度。
主偏角：它是在基面上，主切削刃的投影與進給方向的夾角。
刃傾角：它是在切削平面內(nèi)，主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都庠谥髑邢魅猩蠟樽畹偷狞c時，刃傾角是負值；反之，當(dāng)?shù)都庠谥髑邢魅猩蠟樽罡唿c時，刃傾角為正值。
前角：在主切削刃上選點的正交平面內(nèi)，前刀面與基面之間的夾角。
后角：在同一正交平面內(nèi)，后刀面與切削平面之間的夾角。
副偏角：它是在基面上，副切削刃的投影與進給方向的夾角。
副后角：它是在副切削刃上選定點的副正交平面內(nèi)，副后刀面與副切削平面之間的夾角。副切削平面是過改選定點并包含切削速度向量的平面。
楔角：在主切削刃上選定點的正交平面內(nèi)，前刀面與后刀面的夾角。
刀尖角：在基面上，主切削刃和副切削刃的投影之間的夾角。
余偏角：在基面上，主切削刃上的投影與進給方向垂線之間的夾角。
第3章 刀具合理幾何參數(shù)的選擇
刀具的幾何參數(shù)包括刀具的切削角度（如 )，刀面的形式（如平前刀面、帶刀棱的前刀面、帶卷屑槽的前刀面）即切削刃的性狀（直線形、折線形、圓弧形）等。
刀具的幾何參數(shù)對切削時金屬的變形、切削力、切削溫度和刀具結(jié)構(gòu)的改進，道具耐用度、加工表面質(zhì)量和加工成本。為了充分發(fā)揮刀具的切削性能，除應(yīng)正確選擇刀具材料外，還應(yīng)合理地選擇刀具幾何參數(shù)。
一般地說，刀具的"合理"幾何參數(shù)，是指在保證質(zhì)量的前提下，能夠獲得最高刀具耐用度，從而能夠達到提高切削效率或降低生產(chǎn)成本目的的幾何參數(shù)。
刀具合理幾何參數(shù)的選擇主要決定于工件材料、刀具材料、刀具類型及其他具體工藝條件，如切削用量、工藝系統(tǒng)剛性及機床功率等。
3.1 前角的功用及選擇
3.1.1前角的功用
前角是刀具上重要的幾何參數(shù)之一，前角的大小決定著切削鋒利程度和強固程度。它對切削過程有一系列的重要影響。
增大刀具的前角可以減小切削變形，從而使切削力和切削功率減小，切削時產(chǎn)生的熱量減少，使刀具耐用度得以提高。
但是，增大前角會使楔角減小，這樣一方面使刀刃強度降低，容易造成蹦刀；另一方面會使刀頭散熱體積減小，刀頭能容納熱量的體積減小，致使切削溫度增高。因此，刀具前角太大時，刀具耐用度也會下降。
對于由各種材料作成的刀具，前角太大或太小，刀具耐用度都較低。在一定的加工條件下，存在一個刀具耐用度為最大的前角，通常稱為合理前角。
3.1.2前角的選擇
實踐證明，刀具合理前角主要取決于刀具材料和工具材料的種類與性質(zhì):
1、刀具材料的強度及韌性較高時可選擇較大的前角。例如，高速鋼的強度高，韌性好；硬質(zhì)合金脆性大，怕沖擊，易蹦刃；因此高速鋼刀具的前角可比硬質(zhì)合金選的大些。陶瓷刀具的脆性更大，故前角應(yīng)選擇的比硬質(zhì)合金刀具還要小些。
2、刀具的前角還取決于工件材料的種類與性質(zhì)
（1）加工塑性材料時，應(yīng)選較大的前角；加工脆性材料時，應(yīng)選較小屑的前角。切削鋼料時，切削變形很大，切削與前刀面的接觸長度較長，刀之間的壓力和摩擦力都很大，為了減小切削的變形和摩擦，宜選較大的前角。用硬質(zhì)合金刀具加工一般鋼料時，前角顆懸10°～ 20°。
切削灰鑄鐵時，塑性變形較小，切屑呈崩碎狀，它與前刀面的接觸長度較短，與前刀面的摩擦不大，切削力集中在切削刃附近。為了保護切削刃不致?lián)p壞，宜選較小的前角。加工一般灰鑄鐵時，前角可選5°～ 15°。
（2）工件材料的強度或硬度較小時，切削力不大，刀具就不易蹦刃，對刀具強固的要求較低，為了使切削刃鋒利，宜選較大前角。當(dāng)材料的強度或硬度較高時，切削力較大，切削溫度也較高，為了增加切削刃的強度和散熱提及，易取較小前角。例如，加工鋁合金時= 30°～ 35°；加工中硬鋼時 =10°～ 20°；加工軟鋼時，前角可用20°～30°。
（3）用硬質(zhì)合金車刀加工強度很大的鋼料或淬硬鋼，特別是斷續(xù)切削時，應(yīng)從刀具破損的角度出發(fā)選擇前角，這時常需采用副前角（= -5°～ -20°）。材料的強度或硬度越高，副前角的絕對值也越大。這是因為工件材料的強度或硬度很高時，切削力很大，采用正前角的刀具，切削刃部分和刀尖部分主要受到的是彎曲和剪切變形，硬質(zhì)合金的抗彎強度較低，在重載下容易破損。采用負前角時，切削刃和刀尖部分受到的是壓應(yīng)力，硬質(zhì)合金的抗壓強度比抗彎強度3～4倍，切削刃不易因受壓而損壞?？箯潖姸雀畹奶沾珊土⒎降鸬毒撸步?jīng)常采用負前角。但是負前角刀具會增大切削力（特別是Fy力）和能耗，易引起機床振動；因此，只在工件材料的強度和硬度很高、切削時沖擊很大，采用正前角要產(chǎn)生蹦刀，而工藝系統(tǒng)鋼性卻很好，才采用負前角。
加工一般脆性金屬時，由于這類金屬的抗壓強度大于抗拉強 度、用正前角刀具較容易切除切屑，故通常不采用負前角。
3、選擇合理前角時還要考慮一些具體加工條件，例如：粗加工時，特別是斷續(xù)切學(xué)時，切削力和沖擊一般都比較大，工件表面硬度也可能很高，為使切削刃有足夠的強度，宜取較小前角；精加工時，對切削刃強度要求較低，為使刀刃鋒利，降低切削力，以減小工件變形和減小表面粗糙度，宜取較大前角。
在工藝系統(tǒng)剛性較差或機床電動機功率不足時，宜取較大的前角；但在自動機床上加工時，為使刀具切削性能穩(wěn)定，宜取小一些的前角。
3.2 后角的選擇
后角的主要功能是減小切削過程中刀具后刀面與加工表面之間的摩擦。后角的大小還影響作用在后刀面上的力、后刀面與工件的接觸長度以及后刀面的磨損強度，因而對刀具耐用度和加工表面質(zhì)量有很大的影響。
適當(dāng)增大后角可提高刀具耐用度，這是因為：
1、刀具切削過的工件表面由于彈性變形、塑性變形和刀刃圓弧的作用，加工表面上總有一個彈性恢復(fù)層；增大后角可減小彈性恢復(fù)層與后刀面的接觸長度，因而可減小后刀面的摩擦與磨損。
2、后角增大，楔角則減小，刀刃鈍圓半徑也減小，刀刃易切入工件，可減小工件表面的彈性恢復(fù)。當(dāng)切下的切削層很薄時，這一點尤其重要。
3、在后刀面磨損標(biāo)準(zhǔn)VB相同時后角較大的刀具，用到磨鈍時，所磨去的金屬體積較大，這也是刀具耐用度較高的原因之一。
但是，當(dāng)后角太大時，由于楔角會顯著減小，將削弱切削刃的強度，減小散熱體積而使散熱條件惡化，并使刀具耐用度降低。而且重磨時磨去的材料量增多，將增加磨刀及刀具費用。由此可知，加工條件不同時，也存在一個刀具耐用度為最大的合理后角。
合理后角的大小主要取決于切削厚度（或進給量）的大小。
當(dāng)切削厚度很小時，磨損主要發(fā)生在后刀面上，為了減小后刀面的磨損和增加切削刃的鋒利程度，宜取較大的吼叫。當(dāng)切削厚度很大時，前刀面的磨損量加大，這時后角取小些可以增強切削刃及改善散熱條件；同時，由于這時楔角較大，可以使月牙洼磨損深度達到較大值而不致使切削刃碎裂，因而可提高刀具耐用度。
車刀合理后角在f≤0.25mm/r時可選為10°～ 12°，在f 〉0.25mm/r時取為5°～ 8°。
刀具合理后角除決定于切削厚度外，還與一些切削條件有關(guān)：
1、工件條件的強度或硬度較高時，為了加強切削刃，宜取較小的后角，例如取 = 5°～ 7°。工件材料較軟，塑性較大，已加工表面易產(chǎn)生加工硬化時，后刀面摩擦對刀具磨損和加工表面質(zhì)量影響較大，這時應(yīng)取較大的后角。例如，加工高溫合金時，宜取 = 10°～ 15°。在加工鈦合金時，由于這種材料的彈性極限較大，加工后的表面彈性恢復(fù)較大，為了減小后面與彈性恢復(fù)層的接觸面積，宜取較大的后角，例如，可取 = 10°～ 12°。
2、當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性較差，容易出現(xiàn)振動時，應(yīng)適當(dāng)減小后角。為了減小或消除切削時的振動，還可以在車刀后面上磨出=0.1～0.2mm ,=0°的刃帶；或磨出=0.1～0.3mm ，=-5°～ -10°的消振棱。這樣的一些刃帶可以增加后刀面與加工表面的接觸面積，可以產(chǎn)生同振動位移方向相反的摩擦阻力；當(dāng)使用恰當(dāng)時，不僅可以減小振動，而且可以對工件表面起一定的熨壓作用，提高加工表面質(zhì)量。
3、對于尺寸精度要求較高的刀具，宜取較小的后角。因為當(dāng)徑向磨損量NB選為定值時，后角較小所磨損掉的金屬體積較多，刀具可連續(xù)使用較長時間，故刀具耐用度較高。生產(chǎn)現(xiàn)場中，車削一般鋼和鑄鐵時，車刀的后角通常選用4°～ 6°。
車刀的副后角一般取其等于主后角。切斷刀及切槽刀的副后角，由于受到其結(jié)構(gòu)強度的限制，只能取得很小，= 4°～ 6°。
3.3 主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇
3.3.1主偏角的功用及選擇
主偏角對刀具耐用度影響很大，并且可以在很大范圍內(nèi)變化。隨著主偏角的減小，刀具耐用度得以提高。這是由于:
1、當(dāng)背吃刀量和進給量f不變時，主偏角減小會使切削厚度（國標(biāo)為hD）減小,切削寬度（國標(biāo)為bD）增加。這時參加切削的切削刃長度增加，單位長度切削刃上的復(fù)合減輕，散熱條件亦得以改善。
2、主偏角減小時，刀尖角εr增大，是刀尖強度提高，刀尖散熱體積。
3、主偏角較小的刀具（λs=0°時）在切入時，最先與工件接觸處是遠離刀尖的地方，而不是像κr 〉90°時那樣在刀尖處，也不會像κr =90°時那樣，主切削刃參加切削部分同時切入工件，因而可減少因切入沖擊而造成的刀尖損壞。
由此可知，從刀尖耐用度出發(fā)，刀具的主偏角理應(yīng)是小些為好。
減小主偏角還可使工件表面殘留面積高度減小，從而使已加工表面粗糙度減小。
然而，減小主偏角會導(dǎo)致徑向分力Fy增大，這會引起以下結(jié)果：
1、隨著Fy力的增大和工件剛性減?。垂ぜL徑比ι0 / dw增大），切削時產(chǎn)生的撓度f也增大，因而會降低加工精度。
2、在工藝系統(tǒng)剛性不足的情況下，力增大會引起振動。振動會使刀具（特別是刀具材料脆性大時）耐用度顯著下降，和已加工表面粗糙度顯著增大。
在工藝系統(tǒng)剛性很強時，隨著主偏角減小，刀具耐用度或可用切削速度顯著提高；但當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性不足時，主偏角太大或太小都會使刀具耐用度下降。在某一主偏角時，刀具耐用度最高。由此可知，合理主偏角的大小也決定于工藝系統(tǒng)的剛性。當(dāng)剛性允許時，則主偏角宜取小一些。
在系統(tǒng)剛性很好，切削深度較小，切削硬度高的材料，如冷硬鑄鐵和淬硬鋼時，取κr = 10°～ 30°；當(dāng)系統(tǒng)剛性剛好（ιw / dw < 6）時，可取κr = 30°～ 45°；當(dāng)系統(tǒng)剛性較差（ιw / dw = 6～ 12），切削時帶有沖擊（斷續(xù)車削）或多車削時，取κr = 60°～ 75°；當(dāng)系統(tǒng)剛性差（ιw / dw > 12），如車細長軸時，為避免振動，宜增大主偏角，可取κr = 90°～ 93°。硬質(zhì)合金車刀的主偏角多取為 60°～ 75°。
在選擇車刀主偏角時，還應(yīng)考慮工件形狀及具體條件。例如，車階梯軸時，可用κr = 90°；要用同一把刀加工外圓、端面和倒角時可取κr = 45°；需要從中間切入及仿形加工用的車刀，可取κr = 45°～ 60°。
3.4 副偏角的功用
車刀副切削刃的主要作用是最終形成已加工表面。副偏角的大小對刀具耐用度和已加工表面粗糙度都有影響。
副偏角過小會增加副切削刃參加切削工作的長度，增大副后刀面與已加工表面的摩擦和磨損。因此刀具耐用度較低。此外，副偏角太小，也已引起振動。
但是，副偏角太大會使刀尖強度降低，和散熱條件惡化，因此刀具耐用度也降低。
由此可知，副偏角也存在一個合理值。
如前所述，在副偏角較小時，加工表面粗糙度也較小。
由上述可知，在工藝系統(tǒng)剛性較好，不產(chǎn)生振動的條件下，副偏角不宜取大。精車時，一般取κr′ = 5°～ 10°，粗車時取κr′ = 10°～ 15°。切斷刀及切槽刀由于結(jié)構(gòu)強度的限制，只能取很小的副偏角，κr′ = 1°～ 3°。
為了提高已加工表面質(zhì)量，在生產(chǎn)中還使用了κr′= 0°的帶有修光刃的刀具。用這種車刀在進給量為3 ～ 3.5mm/r時還能得到粗糙度為Ra 6.3 ～ 3.2μm的表面。而用普通車刀（κr′> 0°），要得到同樣的已加工表面，進給量幾乎要減小到十分之一。
車刀的修光刃長度可取為bε′= (1.2 ～ 1.5)f，f為進給量，硬質(zhì)合金端銑刀的 bε′=(4 ～ 6)f。
用帶有修光刃的車刀切削時，徑向分力Fy很大，因此工藝系統(tǒng)剛性必須很好（一般ιw / dw 應(yīng)小于5），否則易引起振動。
3.5 刀尖形狀及尺寸的選擇
主要切削刃和副切削刃連接的地方成為刀尖。則該處的強度較差，散熱條件不好。因此，在切削時，刀尖處切削溫度較高，很易磨損。當(dāng)主偏角及副偏角都很大時，這一情況尤為嚴(yán)重。所以，強化刀尖可顯著提高刀具的耐崩刃性和耐磨性，從而可以提高刀具耐用度。
刀尖的過度刃有以下兩種：
1、圓弧形過渡刃 圓形過渡刃不僅可提高刀具耐用度，還可大大減小已加工表面粗糙度。精加工車刀常采用圓弧形過渡刃。
圓弧形過渡刃的半徑rε對硬質(zhì)合金和陶瓷車刀一般可取rε= 0.5～1.5 mm，對高速鋼車刀可取rε= 1～ 3 。適當(dāng)增大rε時，刀具的磨損和破損均可減小，斷續(xù)切削時不產(chǎn)生崩刃的沖擊次數(shù)可顯著增加。但rε增大時，徑向分力Fy也增大。因此，在工藝系統(tǒng)剛性不強時，rε太大容易引起振動；脆性較大的刀具材料對振動較敏感，因此硬質(zhì)合金及陶瓷刀具的刀尖圓弧半徑取得較??；此外，精加工時的rε比粗加工時取得小一些。
2、直線形過渡刃 粗加工時，背吃刀量比較大，為了減小徑向分力和振動，并使硬質(zhì)合金刀片能得到充分利用，通常采用較大的主偏角。但這時刀尖角度強度較差，散熱條件惡化。為了改善這種情況，提高刀具耐用度，常常磨出直線形過渡刃。由于圓弧形過渡刃的圓弧半徑難以磨得一致，同時圓弧處的后角也難以磨出，因此多刃刀具（如端銑刀）多做成直線形過渡刃。
3.6 刃傾角的選擇
刃傾角有如下的一些作用：
1、控制切削流出方向 當(dāng)λs=0，即直角切削時，主切削刃與切削速度向量成90°，切削在前刀面上近似沿垂直于主切削刃的方向流出，在ap / f 或自由切削時，切削呈平面螺旋狀（發(fā)條狀卷屑）。當(dāng)λs≠0，即斜角切削時，切削速度向量不垂直于主切削刃，而是與主切削刃法線n - n成-Φλ角,Φλ稱為流屑角。當(dāng)λs < 45°,ac < 0.3 mm時，可以認為Φλ≈λso，當(dāng)λs為負值時，切削流向已加工表面，并形成長螺卷屑，易損壞已加工表面。但這時切屑流向機床尾座，對操作者影響較小。
2、影響刀頭強度及斷續(xù)切削時切削刃上受沖擊的位置 一把κr′ = 90°刨刀的加工情況，當(dāng)λs=0時，切削刃全長與工件同時接觸，切削力在瞬間由零增至最大，因而沖擊較大。當(dāng)λs=0時，刀尖首先接觸工件，沖擊作用在刀尖上，容易崩尖，當(dāng)λs<0，即為負值時，離刀尖較遠處的切削刃首先接觸工件，保護了刀尖。其次，切削面積在切入時由小到大，切出時由大到小逐漸變化；因而切削力也是逐漸變化，切削比較平穩(wěn)，可大大減小刀具受到的沖擊和崩刃現(xiàn)象。因此，在粗加工時，特別是沖擊較大的加工中，常常采用負刃傾角的刀具。
3、影響切削刃的鋒利程度 斜角切削時，由于切削在前刀面上流向的改變，使實際起作用的前角增大。
4、影響切削分力的大小 當(dāng)負刃傾角絕對值增大時，徑向切削力Fy顯著增大。
第4章 車刀角度的測量
4.1目的與要求
1、熟悉車刀切削部分的構(gòu)造要素，掌握車刀標(biāo)注角度的參考平面、參考系及車刀標(biāo)注角度的定義；
2、了解量角器和量角臺的結(jié)構(gòu)，學(xué)會使用量角器和量角臺測量車刀標(biāo)注角度；
3、繪制車刀標(biāo)注角度圖，并標(biāo)注出測量得到的各標(biāo)注角度數(shù)值。
4.2測量原理與實驗方法
車刀標(biāo)注角度可以用角度樣板、萬能量角器、重力量角器以及各種車刀量角臺等進行測量。其測量的基本原理是：按照車刀標(biāo)注角度的定義，在刀刃的選定點，用量角器的尺面或量角臺的指針平面（或側(cè)面、或底面），與構(gòu)成被測角度的面或線緊密貼合（或相平行、或相垂直），把要測量的角度測量出來。由于量角器和量角臺的結(jié)構(gòu)不同，其測量方法也不同。
4.2.1量角器和量角臺的結(jié)構(gòu)
1、萬能量角器
萬能量角器是一種通用的角度測量工具，直角尺或直尺根據(jù)需要，用定位螺釘、卡塊、制動螺釘或裝在尺座上，松開制動螺釘，直角尺或直尺可以在卡塊內(nèi)平行移動，當(dāng)將直角尺或直尺調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢脮r，再用制動螺釘將其鎖緊。測量角度時，松開制動頭。尺體連同基尺可以沿尺座上的半圓形滑軌轉(zhuǎn)動，把基尺與構(gòu)成被測角度的面或線緊密貼合（或相平行、或相垂直），然后將制動頭鎖緊，從游標(biāo)尺的刻度線上，便可以讀出所要測量的角度數(shù)值。
2、擺針式重力量角器
擺針式量角器也是一種通用的角度測量工具。測量角度時，尺板的側(cè)面（或底面）緊密地與構(gòu)成被測角度的面或線貼合，使尺板傾斜（因尺板和刻度盤固定在一起，所以刻度盤也隨之一起傾斜），而擺針靠重力的作用，始終保持與底面垂直，于是擺針便把尺板傾斜角度（即被測角度）的數(shù)值在刻度盤上指示出來。
為了使測量車刀標(biāo)注角度時有較好的定位基準(zhǔn)，利用一個輔助測量臺和擺針式重力量角器配合使用。水平放置的平臺、底座和墊塊是給車刀定位用的，橫梁和磁塊（圓形磁鐵）是為放置和固定（通過磁鐵吸引）刻度盤及尺板用的。
3、車刀量角臺
車刀量角臺是測量車刀標(biāo)注角度的專用量角儀，它有很多種型式，其中即能測量車刀主剖面參考系的基本角度，又能測量車刀法剖面參考系的基本角度的一種車刀量角臺。
圓形底盤的周邊，刻度從0°起向順、逆時針兩個方向各100°的刻度，其上的工作臺可以繞小軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角度，由固連于工作臺上的工作臺指針指示出來。工作臺上的定位塊和導(dǎo)條固定在一起，能在工作臺的滑槽內(nèi)平行滑動。
立主固定安裝在底盤上，它是一根矩形螺紋絲杠，旋轉(zhuǎn)絲杠上的大螺帽，可以使滑體沿立柱（絲杠）的鍵槽上、下滑動?；w上用小螺釘固定裝上一個小刻度盤，在小刻度盤的外面，用旋鈕將彎板的一端所僅在滑體上。當(dāng)松開旋鈕時，彎板以旋鈕為軸，可以向順、逆時針兩個方向轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動的角度用固連于彎板上的小指針在小刻度盤上指示出來。在彎板的另一端，用兩個螺釘固定裝上一個扇形大刻度盤，其上用特制的螺釘軸裝上一個大指針。大指針可以繞螺釘軸向順、 逆時針兩個方向旋轉(zhuǎn)，并在大刻度盤上指示出轉(zhuǎn)動的角度。兩個銷軸可以限制大指針的極限位置。
當(dāng)工作臺指針、大指針和小指針都處在0°時，大指針的前面和側(cè)面垂直于工作臺的平面。測量車刀角度時，就是根據(jù)被測角度的需要，轉(zhuǎn)動工作臺上的車刀位置，再旋轉(zhuǎn)大螺帽，使滑體帶動大指針上升或下降而處于適當(dāng)?shù)奈恢?，然后用大指針的前面（或?cè)面或底面），與構(gòu)成被測角的面或線緊密貼合，從大刻度盤上讀出大指針指示的被測角度數(shù)值。
4.2.2測量車刀標(biāo)注角度的方法
以外圓車刀為例，說明用萬能量角器、擺針是重力量角器及測量臺和車刀量角臺測量車刀標(biāo)注角度的方法。
1. 用萬能量角器測量車刀標(biāo)注角度
（1） 主偏角的測量
用萬能量角器測量主偏角，使車刀的左側(cè)面（主刀刃一側(cè)）緊密地貼合
在直尺（或換成直角尺）的尺面上，讓基尺和主刀刃在其面上的投影相平行，則游標(biāo)尺零線所指示的角度數(shù)值，就是主偏角的數(shù)值。
（2） 副偏角的測量
測完主偏角之后，保持車刀和直尺的相對位置，讓基尺和輔刀刃在表面上的投影相平行，則游標(biāo)尺零線所指示的角度數(shù)值，就是副偏角的數(shù)值。
（3） 刃傾角的測量
用萬能量角器測量刃傾角，把車刀底面緊密地貼合在直尺尺面上，調(diào)整
車刀的位置，使基尺處在切削平面內(nèi)，并和主刀刃緊密貼合，則游標(biāo)卡尺零線所指示的角度數(shù)值，就是刃傾角的數(shù)值。
（4） 前角的測量
用萬能量角器測量前角，把車刀底面緊密地貼合在直尺尺面上，調(diào)整車
刀的位置，使基尺處在主剖面內(nèi)，并通過主刀刃上的選定點，和前刀面緊密貼合，則游標(biāo)尺零線所指示的角度數(shù)值，就是主剖面前角的數(shù)值。
（5） 后角的測量
用萬能量角器測量后角，把車刀底面緊密地貼合在直角尺（或換成直尺）
的尺面上，調(diào)整車刀的位置，使基尺處在主剖面內(nèi)，并通過主刀刃上的選定點，和后刀面緊密貼合，則游標(biāo)尺零線所指示的角度，就是主剖面后角的數(shù)值。
用萬能量角器測量車刀標(biāo)注角度，其角度數(shù)值的精確度可以達到分，但由于基尺、直角尺和直尺的尺面較窄，定位不準(zhǔn)，再加上是用眼睛觀察來判斷尺面是否在基面、切削平面和主剖面內(nèi)，因此可能造成較大的測量誤差。
2、用擺針式重力量角器及測量臺測量車刀標(biāo)注角度
（1）前角的測量
將車刀平放在平臺上，使主刀刃與底座側(cè)面緊密貼合，在保持尺板（刻度盤）平面與橫梁前面緊密貼合的同時，使尺板底面與通過主刀刃上選定點的前刀面緊密貼合，則擺針式所指示的刻度數(shù)值，就是主剖面前角的數(shù)值。
（2）后角的測量
測完前角之后，保持車刀與測量臺的相對位置不變，使尺板左側(cè)面與通過主刀刃上選定點的后刀面緊密貼合，則擺針?biāo)甘镜目潭葦?shù)值，就是主剖面后角的數(shù)值。
（3）刃傾角的測量
使主刀刃與底座前面緊密貼合，并使尺板底面與主刀刃緊密貼合，則擺針?biāo)甘镜目潭葦?shù)值，就是刃傾角的數(shù)值。
（4）主偏角的測量
將車刀側(cè)放在平臺上，主刀刃向上，使刀桿頂面與底座前面緊密貼合，并使尺板底面與主刀刃緊密貼合（如果刃傾角較大，需設(shè)法加寬尺板地面），則擺針?biāo)甘镜目潭葦?shù)值，就是余偏角的數(shù)值，顯然，主偏角°-。
（6） 副偏角的測量
測完主偏角之后，在保持車刀與測量臺的相對位置關(guān)系的同時，將車刀用墊塊墊起，使尺板的右側(cè)面與副刀刃緊密貼合，則擺針?biāo)甘镜目潭葦?shù)值，就是副偏角的數(shù)值。
3、用車刀量角臺測量車刀標(biāo)注角度
（1）校準(zhǔn)車刀量角臺的原始位置
用車刀量角臺測量車刀標(biāo)注角度之前，必須先把車刀量角臺的大指針、
小指針和工作臺指針全部調(diào)整到零位，然后把車刀平放在工作臺上，我們稱這種狀態(tài)下的車刀量角臺位置為測量車刀標(biāo)注角度的原始位置。
（2）主偏角的測量
從原始位置起，按順時針方向轉(zhuǎn)動工作臺，讓主刀刃和大指針前面緊密
貼合，則工作臺指針在底盤上所指示的刻度位置，就是主偏角的數(shù)值。
圖4-1 主偏角的測量
（3）刃傾角的測量
測完主偏角之后，使大指針底面和主刀刃緊密貼合，則大指針在大刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是刃傾角的數(shù)值。指針在左邊為，指針在右邊為。
圖4-2刃傾角的測量
（4）副偏角的測量
參照測量主偏角的方法，按逆時針方向轉(zhuǎn)動工作臺，使副刀刃和大指針前面緊密貼合，則工作臺指針在底盤上所指示的刻度數(shù)值，就是副偏角的數(shù)值。
（5）前角的測量
前角的測量，必須在測量完主偏角的數(shù)值之后才能進行。
從原始位置起，按逆時針方向轉(zhuǎn)動工作臺，使工作臺指針指到底盤上的刻度數(shù)值處，這時，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指針前面，然后讓大指針底面落在通過主刀刃上選定點的前刀面上（緊密貼合），則大指針在大刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是主剖面前角的數(shù)值。指針在右邊時為，指針在左邊時為。
圖4-3前角的測量
（6）后角的測量
在測完前角之后，向右平行移動車刀（這時定位塊可能移動到車刀的左邊，但仍要保證車刀側(cè)面與定位塊側(cè)面靠緊），使大指針側(cè)面和通過主刀刃上選定點的后刀面緊密貼合，則大指針在大刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是主剖面后角的數(shù)值。指針在左邊為，指針在右邊為。
圖4-4后角的測量
（7） 法剖面前角和后角度測量
測量車刀法剖面的前角和后角，必須在測量完主偏角和刃傾角之后才能
進行。
將滑體（連同小刻度盤盒小指針）和彎板（連同大刻度盤和大指針）上升到適當(dāng)位置，使彎板轉(zhuǎn)動一個刃傾角的數(shù)值，這個數(shù)值由固連于彎板上的小指針在?？潭缺P上指示出來（逆時針方向轉(zhuǎn)動為，順時針方向轉(zhuǎn)動為），然后再按如前所述測量主剖面角和后角的方法，便可測量出車刀法剖面角和后角的數(shù)值。
結(jié) 論
為期三個月的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，在本次設(shè)計中，我查了大量的資料，在網(wǎng)上也搜索了很多關(guān)于刀具測量方面的知識。在我設(shè)計困難的時候，我得到了我的導(dǎo)師和多位院里老師的指導(dǎo)和幫助，同學(xué)們也給了我很大的支持，因此，我的設(shè)計與老師同學(xué)的幫助是分不開的，在這里，我對幫助過我順利完成畢業(yè)設(shè)計的老師和同學(xué)表示真摯的感謝。
我的實際題目是：車到角度測量裝置設(shè)計。在本次設(shè)計中，我設(shè)計了測量車刀角度測量儀，并學(xué)會了怎樣測量各個車刀角度。這次設(shè)計不僅是我大學(xué)三年的學(xué)習(xí)總結(jié)也為我將來的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。在本次設(shè)計中，在老師的指導(dǎo)下，我完成了設(shè)計任務(wù)，學(xué)習(xí)了新的知識，很感謝學(xué)校為我創(chuàng)造這個學(xué)習(xí)設(shè)計的機會。
本次設(shè)計中，我查閱了大量的書籍，在此，對所有機械書籍的作者表示感謝。沒有他們的辛勤勞動，不可能完成我的畢業(yè)設(shè)計。由于我的知識有限，因此，有很多缺點，希望答辯時專家和老師們能給我指出，對此表示感謝。
致謝
在本次設(shè)計過程中，得到了張文生老師（畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師）的大力幫助，在此，首先向張老師表示最真摯的感謝！感謝他在百忙之中多次利用休息時間耐心的給予指導(dǎo)與幫助！與此同時，機械工程學(xué)院機制教研室的全體老師和習(xí)舍的老師們也給予了我熱心的指導(dǎo)與幫助，在此一并向幫助過我的老師和朋友們表示最真摯的謝意！是你們的熱心幫助，我能完成自己的畢業(yè)設(shè)計，完成三年的學(xué)習(xí)總結(jié)。最后，我祝愿母校能發(fā)展越來越好，盡快的升為大學(xué)。老師們身體健康、萬事如意。
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附錄
主要符號表
--主偏角 -- 副偏角
--刃傾角 --前角
--機床的傳動效率 --背吃刀量
--進給量 --切削速度
--單位切削力 --單位切削力國標(biāo)
--切削面積 --切削面積國標(biāo)
--副刃前角 --后角
--副后角 φ--剪切角
--切削厚度 --切削厚度的國標(biāo)
--切削寬度 --切削寬度的國標(biāo)
--單位切削功率 --單位切削功率的國標(biāo)
--單位時間內(nèi)金屬切除量 -- 的國標(biāo)
--切削功率 --切削功率的國標(biāo)
--主切削力 --背向力
--進給力 --負倒棱
--變形系數(shù) --摩擦系數(shù)