车刀刃磨装置的结构设计(二)

三 课题来源与主要研究内容

本课题来源于陕西省教育厅培育项目“智能车刀磨装置”，，该项目为陕西理工

学院，项目主持人为戴俊平教授。

课题主要研究内容为:

   根据车刀角度及几何参数，设计出车刀刃磨装置。并实现自动化控制。

第二章 车刀分析以及刃磨方法

第一部分 车刀的参数分析

一，金属切削发展简史

研究金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律的一门学科。在设计机床和刀具、制订机器零件的切削工艺及其定额、合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时，都要利用金属切削原理的研究成果，使机器零件的加工达到经济、优质和高效率的目的。    简史  金属切削原理的研究始于19世纪中叶。1851年，法国人M.科克基拉最早测量了钻头切削铸铁等材料时的扭矩,列出了切除单位体积材料所需功的表格1864年，法国人若塞耳首先研究了刀具几何参数对切削力的影响1870年,俄国人NA.季梅首先解释了切屑的形成过程，提出了金属材料在刀具的前方不仅受挤压而且受剪切的观点。1896年，俄国人AA.布里克斯开始将塑性变形的概念引入金属切削。至此，切屑形成才有了较完整的解释。1904年，英国人J.F.尼科尔森制造了第一台三向测力仪，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美国人F.W.泰勒研究了切削速度对刀具寿命的影响，发表了著名的泰勒公式。1915年，俄国人RT.乌萨乔夫将热电偶插到靠近切削刃的小孔中测得了刀具表面的温度(常称人工热电偶法)，并用实验方法找出这一温度同切削条件间的关系1924～1926年,英国人E.G.赫伯特、美国人H.肖尔和德国人K.科特文各自独立地利用刀具同工件间自然产生热电势的原理测出了平均温度（常称自然热电偶法）。1938～1940年美国人H.厄恩斯特和M.E.麦钱特利用高速摄影机通过显微镜拍摄了切屑形成过程，并且用摩擦力分析和解释了断续切屑和连续切屑的形成机理。40年代以来，各国学者系统地总结和发展了前人的研究成果，充分利用近代技术和先进的测试手段，取    得了很多新成就，发表了大量的论文和专著。

二，刀具切削部分的组成及角度

  金属切削种类繁多，形状各异。但就其切削部分而言，都可以看成是由外

圆车刀演变而成。

图2.1车刀的几何面

车刀及切削部分的组成。

车刀由刀头和刀杆两大部分组成。刀杆是刀具上夹持部分组成。刀头直接担负切削工作，它由以下部分组成

刀面

a.前刀面 新切屑流出的表面。

b.后刀面 与加工表面相对的表面。

c.副后刀面 与工件已加工表面相对的表面。

  刀刃

主切削刃 前刀面与主后刀面相交形成的切削刃。

副切削刃 前刀面与副后刀面相交形成的切削刃。

刀尖

主切削刃与副切削刃的的交点。

刀具角度

为了表示刀具空间集合形状及位置，需通过刀具几何角度来表示。再表达刀具几何角度时，仅靠刀头上的几个面是不够的，还需要建立几个坐标平面，以便与刀具刀头上的各个面组成相应的角度。

刀具切削角度的坐标平面

     刀具的切削角度是刀具在切削运动状态下确定的角度。所以刀具的切削角度的坐标系应该用合成切削速度来说明。

      切削平面 通过切削刃某选定点，切与加工表面的平面。

      基面 通过切削刃某选定点，垂直于合成切削速度向量的平面。

      正交平面 通过切削刃某选定点垂直于主切削刃在基面上的投影平面。 

      副切削刃正交平面 垂直与副切削刃在基面上的投影。

刀具标注角度

     正交平面坐标系 为便于刀具设计者在设计刀具时标注，需要对上述参考平面做一些假设，车削时的假设条件是：

装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；

刀杆对称面垂直于工件轴线；

没有进给运动；

工件以加工表面的形状是圆柱表面；

根据这些条件，外圆车刀主切削刃某选定点的标注角度参考坐标平面为;

基面 通过切削刃上选定点M，平面与刀杆底面的平面；

切削平面 通过切削刃上选定点M，与主切削刃相切并垂直于基面的平面

正交平面 通过切削刃上选定点M，垂直于主切削刃在基面上投影的平面。因此正交平面坐标系内的三个坐标平面互相垂直，构成了1个空间直角坐标系，称为正交平面坐标参考系

㎝

正交平面坐标系的刀具角度标注 如图所示正交平面参考系中，刀具角度有以下几个。

正交平面中测量的角度；

前角前刀面与基面之间的夹角；

后角后刀面与切削平面之间的夹角；

楔角前刀面与后刀面之间的夹角。有

副正交平面。中测量的角度；

副后角 副后刀面与副切削平面之间的夹角。

基面中测量的角度；

主偏角。进给方向与主切削刃在基面上的投影之间的夹角。

负偏角（）进给方向与副切削刃在基面上的投影之间的夹角。

刀尖角（）主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角。有

切削平面中测量的角度；

刃倾角（）主切削刃与基面之间的夹角。

刀具的前刀面，后刀面及主切削刃的方位，用前角，后角，主偏角，刃倾角4个角度就可以确定。其中，于确定了前刀面的方位，和确定了后刀面的方位，与确定了主切削刃的方位。

        图2.2 车刀正交平面参考系角度标注

车刀工作切削角度及车刀种类

 用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。图1.1为常用外圆车刀的典型结构形式。 结构车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面后面和副后面等组成它的几何形状由前角、后角主偏角κ刃倾角 S、副偏角κ 和刀尖圆弧半径所决定。车刀几何参数的选择受多种因素影响，必须根据具体情况选取。前角根据工件材料的成分和强度来选取，切削强度较高的材料时，应取较小的值。例如，硬质合金车刀在切削普通碳素钢时前角取10°～15°；在切削铬锰钢或淬火钢时取 -2°～-10°。一般情况下后角取 6°～10°主偏角κ根据工艺系统的刚性条件而定,一般取30°～75°,刚性差时取较大的值，在车阶梯轴时，由于切削方式的需要取大于或等于90°。刀尖圆弧半径和副偏角κ一般按加工表面粗糙度的要求而选取。刃倾角 S则根据所要求的排屑方向和刀刃强度确定。 车刀前面的型式主要根据工件材料和刀具材料的性质而定。最简单的是平面型，正前角的平面型适用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀，负前角的平面型适用于加工高强度钢和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提高切削刃强度，适用于加工铸铁和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀，可用带负倒棱的圆弧面型，或在平面型的前面上磨出断屑台。    车刀的切削部分和柄部(即装夹部分)的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接 -机械夹固式。机械夹固式车刀可以避免硬质合金刀片在高温焊接时产生应力和裂纹，并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一般是用螺钉和压板将刀片夹紧，装可转位刀片（见可转位刀具）的机械夹固式车刀。刀刃用钝后可以转位继续使用，而且停车换刀时间短，因此取得了迅速发展。    种类  车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。    切断车刀  切断车刀切既窄且深的槽，排屑空间小，切屑极易堵塞，为了减小同已加工表面的摩擦，其切削部分的两侧必须磨有副偏角，因而根部的强度大大削弱。此外,切断车刀在切近工件中心处时,切削速度趋近于零，不利于切削。因此,切断车刀在工作时极易“打刀”(崩裂)。先进的切断车刀一般将主切削刃做成人字形,前面磨成屋脊形，使切屑产生横向收缩，朝一个方向稳定地排出，不致堵塞在槽中，同时再将刀头底部制成凸肚形，以最大限度地提高强度和刚度（图1.3[切断车刀]）。

 图2.3 切断车刀   成形车刀  成形车刀在结构上有平体形、棱体形和圆形3种（图1.4[成形车刀]）。

                             图2.4 成型车刀