1.刀具切削部分的组成
切削刀具的种类很多,虽然形状多种多样,但其切削部分的几何形状和参数都有共同的特征,即切削部分的基本形态为楔形。车刀是最典型的楔形刀头的代表,其他刀具可以视为由车刀演变或组合而成。国际标准化组织(ISO)在确定金属切削刀具的工作部分几何形状的通用术语时,就是以车刀切削部分为基础的。车刀切削部分(即刀头)可概括为“三面、两刃和一尖”,即前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖,外圆车刀的组成及工件的三个表面如图6-3所示。
图6-3 外圆车刀的组成及工件的三个表面
前刀面:切屑沿其流出的那个面,一般指车刀的上面。
主后刀面:与工件过渡表面相对的那个面。
副后刀面:与工件已加工表面相对的那个面。
主切削刃:前刀面与主后刀面的交线,它承担主要的切削作用,处于进给运动方向最前端,且是最接近垂直于进给运动方向的切削刃。
副切削刃:前刀面与副后刀面的交线,它承担次要的切削作用,并起光整作用,处于进给运动方向最末端,且是最接近平行于进给运动方向的切削刃。
刀尖:主、副切削刃的交点,刀尖通常刃磨成一小段过渡圆弧,其目的是提高刀尖的强度,避免应力集中,改善散热条件。
一把车刀制作好之后,其前刀面和刀尖的作用永远不变,而主后刀面、副后刀面、主切削刃和副切削刃的作用随着加工表面的不同而变化。例如用外圆车刀车削端平面时,其副后刀面变成了主后刀面,主后刀面变成了副后刀面,副切削刃变成了主切削刃,而主切削刃变成了副切削刃。
2.刀具角度
为了便于确定和测量刀具角度,必须建立一定的参考系。参考系由假想的三个互相垂直的辅助平面作为基准面。所谓刀具静止参考系就是不考虑进给运动,车刀刀尖与工件轴线等高,刀柄的中心线垂直于进给运动方向的简化条件下的参考系。刀具静止参考系中三个假想的辅助平面分别是基面pr、切削平面ps和正交平面po,如图6-4所示。
图6-4 刀具参考系与车刀角度
基面pr:通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向垂直的平面。对于车刀而言,基面一般为过主切削刃选定点的水平面。
切削平面ps:通过主切削刃上某一点并与工件过渡表面相切的平面。对于车刀而言,切削平面一般为铅垂面。
正交平面po:通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影垂直的平面。对于车刀而言,正交平面一般也为铅垂面。(www.xing528.com)
前角γ0:在正交平面内测量的,前刀面与基面之间的夹角。增大前角,车刀刀刃锋利,切削变形减小,有利于切削。但前角过大,刀头强度下降,刀具导热体积减小,影响刀具寿命。硬质合金车刀的前角通常为5°~20°,粗加工或加工脆性材料时选取较小值,精加工或加工塑性材料时选取较大值。
后角α0:在正交平面内测量的,主后刀面与切削平面之间的夹角。α0的主要作用是减小主后刀面与工件之间的摩擦,α0过大会使刀头强度下降。α0一般取3°~12°,粗加工时选较小值,精加工时选较大值。
主偏角κr:在基面内测量的,主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角。主偏角的大小会影响切削条件和刀具寿命。如图6-5所示,在进给量和背吃刀量相同的情况下,减小主偏角会使刀刃参与切削的长度增加、切屑变薄,使刀刃单位长度的切削载荷减轻,同时增强了刀头强度,增大了散热面积,改善了切削条件,提高了刀具寿命。主偏角的大小还会影响径向切削力Fp的大小。在切削力大小相同的情况下,减小主偏角会使Fp增大。当加工刚度较差的工件时,应选取较大的主偏角,以减小工件的弯曲变形和振动。车刀常用的主偏角有45°、60°、75°和90°几种。习惯上将主偏角为90°的车刀叫作偏刀,刀头向左偏的称为右偏刀,右偏刀最为常用。
图6-5 主偏角分别为90°、60°和30°对切削加工的影响
(a)90°主偏角;(b)60°主偏角;(c)30°主偏角
图6-6 副偏角分别为60°、30°和15°时对残留面积的影响
刃倾角λs:在切削平面内测量的,主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角主要影响切屑的流向,对刀头强度也有一定的影响。当刃倾角为负值时,即刀尖处于主切削刃的最低点,切屑流向已加工表面。当刃倾角为零时,即主切削刃水平,切屑流向与之切削刃垂直的方向。当刃倾角为正值时,即刀尖处于主切削刃最高点,切屑流向待加工表面。刃倾角一般为-5°~+5°,粗加工时常取负值,以增加刀头强度;精加工时常取正值,以防止切屑流向已加工表面而划伤工件。刃倾角对切屑流向的影响如图6-7所示。
图6-7 刃倾角分别为负、零和正值时切屑流向的影响
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