浅谈刀具的进给运动对车刀工作角度的影响

　　
　　摘要：本文就针对切断面和车方牙螺纹这两个事例，通过数学计算和推理，分析了刀具的进给运动对车刀工作角度的影响，这样我们在进行铲背加工和螺纹加工当中，可以很好的调整刀具的工作角度以及其装夹位置，才能改进车削加工在特殊领域当中的工艺问题。
　　关键字：机械制造；进给运动；工作角度；影响
　　刀具角度在静态参考系中的标注角度，是忽略进给运动条件时给出的，也就是在通常情况下，刀具的进给运动，对车刀工作角度的影响不大，所以常被忽略。但在实际的切削当中，由于要考虑刀具切削刃上点的合成运动速度，所以这时的坐标平面参考系与静态坐标平面参考系不再相同，而称工作角度坐标参考系，相应的在其内的刀具角度称刀具工作角度。比如：工作正交平面参考系的三个坐标平面分别为工作正交平面、工作基面、工作切削平面，而在其内的工作角度为工作前角和工作后角。
　　根据车刀刀具的运动方向，本文从以下两个方面来说明刀具的进给运动对车刀工作角度的影响：
　　1.横向进给运动对工作角度的影响
　　如下图1-1所示:　　
　　                                        　　

　　其中：：基面：切削平面：工作切削平面：工作基面：后角：前角：工作前角：工作后角：刀具静态状态与工作状态间的夹角
　　
　　
　　切断刀切断工件时，若不考虑刀具的进给运动，则：=;=，即工作前角和工作后角与刀具的前后角相等，刀具的切削平面和基面不发生变化。但在铲背加工中，由于横向进给量大，所以对车刀工作角度有明显的影响，刀尖的运动轨迹为阿基米德螺旋线，这时切削平面为通过切削刃A点切于螺旋面的平面，基面则为螺旋面的法向平面，当刀具在螺旋平面内切削时，从下图当中可以看出其工作角度的变化情况：工作前角增大，而减小。
　                                             即    　（1-1）
　　
　　由切削速度与进给速度组成的合成速度切与阿基米德螺旋面的过渡表面，包含的工作切削平面与静态切削平面间的夹角为。同样，垂直于合成速度工作基面与静态基面间的夹角也为，在如图所示的矢量三角形中：
　　                                       
　　由（1-2）式和（1-3）式得：
　　                                                                                                                (1-4)
　　式中：—进给量，单位为mm/r；
　　—切削过程中不断地减小着的工件半径，单位为mm。
　　由公式（1-4）可知工件直径与刀具的进给量f成正比，而与成反比。而夹角的取值范围又在0~450内变化，是个单调增函数。刀具在螺旋平面内切削时，当切削刃越接近工件中心时，越大，那么这样一来是逐渐增大的，由于横向进给量大，就有可能会增大，这与我们实际不相符，工件直径应该是逐渐减小才是，为了克服这样的矛盾，我们为此常常会增大铲背车刀的刃磨后角，即=0;≥180。这样刀具在螺旋平面内切削时，夹角的增量才有可能会更大，进而值才会减小。
　　而对与切槽和不切削到工件中心的车端面，由于较小较大，所以工作角度变化较小，可以忽略不计。
　　2.纵向进给运动对工件角度的影响
　　             
　
　　其中：Pse：工作切削平面Pre：工作基面：左侧后角：左侧前角：左侧工作前角：左侧工作后角：右侧后角：右侧前角：右侧工作前角：右侧工作后角P：螺纹导程（方牙螺纹为单头，单位为mm）：方牙螺纹两侧的螺旋升角
　　刀具在车削方牙螺纹时，方牙螺纹两侧均为螺旋升角为的阿基米德螺旋线，刀具静态状态与工作状态间的夹角也为，左、右两侧工作切削平面中的合成速度切于阿基米德螺旋面，即面倾斜了角，左、右两侧切削刃的工作基面也倾斜了角。于是，螺纹车刀左、右切削刃工作角度将发生变化：
　　左侧切削刃的工作前角和工作后角分别为：
　                                                      　
　　右侧切削刃的工作前角和工作后角分别为：
　　                                                                                   (2-2)
　　在如图矢量三角形中：
　                                  
　　式中：—方牙螺纹的中径，单位为mm
　         　—刀具静态状态与工作状态间的夹角
　           　P—螺纹导程（方牙螺纹为单头，单位为mm）
　　因为方牙螺纹的较大（几度到十几度），所以就有增大的可能性，又因为和为定值，所以这时会产生矛盾。为此，为抵消工作时刀具角度的变化，螺纹车刀两侧切削刃的静态后角应事先刃磨得不一样大小，但其右侧切削刃的工作前角仍负得相当多。为改善切削条件，可在螺纹车刀右侧切削刃上加磨静态前角（图3a），或将螺纹车刀倾斜角安装（图3b）。在后者情况下两侧切削刃上的工作前角、工作后角就等于其刃磨前角和刃磨后角(静态角度，即标注角度)了。
　　                                                
　　                                                                      图3螺纹车刀静态状态的调整
　　而对于纵车外圆，由于进给量f较小、工件直径有比较大，所以工作角度变化甚小，可以忽略不计。
　　参考文献
　　[1]吴桓文主编.机械加工工艺基础［M］.第三版.北京：高等教育出版社，1990.4
　　[2]陆剑中，周志明．金属切削原理与刀具［M］．第一版.机械工业出版社．2008.9