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  • 機械加工與實訓
  • 曾益民 藍日采主編
  • 4748字
  • 2019-03-01 19:12:51

1.2 車刀切削部分的幾何參數

一、車刀的組成

(一)車刀的主要部分

外圓車刀是最基本、最典型的刀具。如圖1-3所示,它由刀體8和刀柄7組成。刀體用來切削,又稱切削部分;刀柄用來將車刀夾固在車床刀架上。車刀切削部分一般由三個表面、兩個切削刃和一個刀尖組成。

1—副后面;2—副切削刃;3—前面;4—主切削刃;5—刀尖;6—后面;7—刀柄8—刀體;9—圓柱銷;10—刀片;11—楔塊;12—夾緊螺釘

圖1-3外圓車刀

1.三個表面

(1)前面Aγ 刀具上切屑流過的表面稱為前面,也稱為前刀面。

(2)后面Aa 與工件上的過渡表面相對的表面稱后面,也稱主后面。

(3) 副后面3) Aa 與工件上的已加工表面相對的表面稱副后面 。

2.兩個切削刃

(1)主切削刃S 前面與后面的交線為主切削刃。它承擔著主要的切削工作。

(2)副切削刃S′ 前面與副后面的交線為副切線削刃。通常,靠近刀尖處的副切削刃起微量切削作用,在大進給量切時,副切削刃也起主要的切削作用。

3.刀尖

刀尖是主、副切削刃的交點。通常,刀尖用短直線或圓弧取代它,以提高刀具的使用壽命。

不同類型的刀具,其刀面、切削刃的數量不完全相同。例如,車床上常用的切斷刀就有兩個副切削刃。

(二)常用車刀的結構

圖1-3所示為車刀常用結構。圖1-3(a)是硬質合金刀片焊接式車刀;圖1-3(b)為高速鋼整體式車刀,刀體切削部分靠刃磨成形;圖1-3(c)是將具有若干個切削刃的硬質合金刀片緊固在刀體上,稱機械夾固(簡稱“機夾”)式車刀。

金屬切削刀具的種類很多,形狀和結構較復雜,且各不相同。但對各種復雜刀具或多齒刀具,其主要切削部分的幾何形狀都相當于一把車刀的切削部分。如圖1-4所示,鉆頭可看作兩把一正一反對稱裝夾后,同時車削孔壁兩側的車刀;圖1-5所示的銑刀雖然形狀復雜,實際上是由多把車刀組合而成,一個刀齒可看作一把車刀。因此,本書將車刀作為研究的主要對象。

1—主切削刃;2—副切削刃

圖1-4 鉆頭與車孔刀的對比

1—主切削刀;2—副后面;3—副切削刀;4—前面

圖1-5銑刀和車刀對比

二、確定車刀幾何角度的輔助平面

為了便于設計時在圖樣上標注和制造以及刃磨時測量刀具的幾何角度,需要假定三個輔助平面作為基準,即基面、切削平面和正交平面,它們共同構成刀具靜止參考系,如圖1-6所示。

圖1-6 刀具靜止參考系

(1)基面pr 基面pr是通過主切削刃上的選定點而又垂直于該點切削速度(不考慮進給運動時的切削速度)的平面。基面平行于車刀底面,底面是制造、刃磨、測量和裝夾車刀的基準面。

(2)切削平面ps 切削平面ps是通過主切削刃上的選定點與主切削刃S相切并垂直于基面pr的平面。切削平面是包含相對運動速度的平面,若不考慮進給運動的影響,相對運動速度的方向就是切削速度的方向。

(3)正交平面po 正交平面po(也稱主剖面)是通過主切削刃上的選定點并同時垂直于基面pr和切削平面ps的平面。

三、車刀的幾何角度

刀具幾何角度有標注角度(或稱刃磨角度)和工作角度(或稱實際切削角度)。

(一)刀具的標注角度

在刀具圖樣上標注的角度稱為標注角度,也就是刀具制造和刃磨時控制的幾何角度。刀具標注角度是在上述刀具靜止參考系內度量的,如圖1-7所示。

1.在正交平面po內測量的角度

(1)前角γo 前面與基面之間的夾角。

(2)后角αo 分主后角αo和副后角αo′,主后角αo是主刀后面與切削平面之間的夾角,副后角αo是副刀后面與副切削平面之間的夾角。

(3)楔角βo 前面與主后面之間的夾角。

2.在基面pr內測量的角度

(1)主偏角Κr 主切削刃S與進給速度vf之間的夾角。

(2)副偏角Κr′ 副切削刃S′與進給速度vf反方向之間的夾角。

(3)刀尖角εγ 主切削刃S與副切削刃S′之間的夾角。其公式為

3.在切削平面ps內測量的角度

刃傾角λs主切削刃S與基面pr之間的夾角。前角和刃傾角均可為正值、負值或零。在正交平面po中,前面與基面重合時前角為零,車刀刀尖處于主切削刃上最高點時,刃傾角為正;刀尖處于主切削刃上最低點時,刃傾角為負值(圖1-7)。圖1-8所示為車刀刃傾角的三種不同情況。

圖1-7 車刀的標注角度

圖1-8 車刀的刃傾角

車刀有六個基本角度:前角γo、主后面αo、副后面αo′主偏角Κr、副偏角Κr′、刃傾角λs,兩個派生角度:楔角βo和刀尖角εγ

(二)刀具的工作角度

刀具的工作角度是考慮實際裝夾條件和進給運動的影響而確定的角度。當考慮實際裝夾和進給運動的影響時,刀具標注角度的靜止參考系將發生變化而稱為刀具工作參考系。因此,刀具工作時的角度也隨之變化而稱為工作角度。

(1)裝夾對刀具工作角度的影響 如圖1-9(a)所示,刀尖對準工件中心安裝時,設切削平面(包含切削速度νc的平面)與車刀底面相垂直,則基面與車刀底面平行,刀具切削角度無變化;圖1-9(b)為刀尖裝夾得高于工件中心時,切削速度νc所在平面(即切削平面)傾斜一個角度τ,則基面也隨之傾斜一個角度τ,從而使前角γo增大了一個角度τ;后角αo減小了一個角度τ。反之,當刀尖裝夾得低于工件中心時,則前角γo減小,后角αo增大,如圖1-9(c)所示。

(2)進給運動對工作角度的影響 如圖1-10所示,切削時若考慮進給運動,包含合成切削速度νe切削平面(稱工作切削平面)傾斜一個角度,而垂直于工作切削平面的基面(稱工作基面)則隨之傾斜,從而導致刀具工作角度變化。實際車削的外圓表面是一個螺旋面,通過切削刃選定點的工作基面和工作切削平面都要傾斜一個螺旋升角ψ,使前角γo增大一個角度ψ,則后角αo減小一個角度ψ。一般車削時,由于進給量比工件直徑小得多,ψ值很小,所以對車刀工作前、后角的影響可忽略不計。但車削導程較大的螺紋時,如梯形螺紋,矩形螺紋和多線螺紋,則必須考慮螺紋升角ψ對加工的影響。

四、車刀的刃磨與幾何角度的測量

(一)車刀幾何角度的刃磨方法

1.砂輪的選用

(1)磨料的選擇 磨料選擇的主要依據是刀具的材料和熱處理方法。除手動工具外,大部分刀具材料用高速鋼淬火后硬度在65HRC左右。刃磨硬質合金刀具通常選用綠色碳化硅磨料GC(舊TL),刃磨淬火高速鋼刀具選用白剛玉WA(舊GB)或鉻剛玉PA(舊GG)磨料。對于要求較高的硬質合金刀具(如鉸刀等),可用人造金剛石D(舊JR)磨料。對于高釩高速鋼工具,選用單晶剛玉 SA(舊 GD)磨料。

(2)砂輪粒度的選擇 砂輪粒度選擇的主要依據是刀具的精度和表面粗糙度要求,此外還要考慮磨削效率。一般刀具的表面粗糙度值 Ra 為0.4 ~0.1μm時,若分粗、精磨,則從磨削效率考慮,粗磨時應選粒度為46# ~60#的砂輪,精磨時應選粒度為80#~120#的砂輪。

圖1-9 車刀刀尖裝夾高度對工作角度的影響

圖1-10 進給運動對工作前、后角的影響

(3)砂輪硬度選擇 刃磨刀具時,砂輪硬度應選得軟些。一般刃磨硬質合金刀具,硬度選用H(舊R2)、J(舊R3);刃磨高速鋼刀具,硬度選用H(舊R2)、K(舊XR1)。

2.車刀幾何角度的刃磨方法

(1)刃磨方法 如圖1-11所示,刀尖角εγ為80°的外圓車刀,采用手工刃磨的方法。簡述如下:

1)人站立在砂輪側面,以防砂輪碎裂時,其碎片飛出傷人。

2)兩手握刀的距離拉開,兩肘夾緊腰部,可減小磨刀時手的抖動。

3)磨刀時,車刀應放在砂輪的水平中心,刀尖略微上翹約3°~8°,車刀接觸砂輪后應作左右方向的水平移動。當車刀離開砂輪時,刀尖應向上抬起,以防磨好的刀刃被砂輪碰傷。

4)磨主后面時,刀柄尾部向左偏一個主偏角的角度,如圖1-11(a)所示;磨副后面時,刀柄尾部向右偏過一個副偏角的角度,如圖1-11(b)所示。

圖1-11 車刀的刃磨

5)修磨刀尖圓弧時,通常以左手握車刀前端為支點,用右手轉動車刀尾部,如圖1-11(d)所示。

6)刃磨步驟:粗磨主后面和副后面,粗、精磨前面,精磨主后面和副后面,磨刀尖圓弧,角度測量,用油石手工研磨負倒棱及刀尖圓弧。

(2)注意事項

1)車刀刃磨時,不能用力過大,以防打滑傷手。

2)車刀的高低必須控制在砂輪水平中心,使刀具頭部略向上翹,否則會出現負后角或后角過大等弊端。

3)車刀刃磨時應作水平的左右移動,以免砂輪表面出現凹坑。

4)在平形砂輪上磨刀時,應避免在砂輪側面上磨。

5)砂輪磨削表面必須經常修整,使砂輪沒有明顯的跳動。對平形砂輪一般可用砂輪刀在砂輪上來回修整,如圖1-12所示。

圖1-12 用砂輪刀修整砂輪

6)磨刀時要求戴防護鏡。

7)刃磨硬質合金車刀時,不可把刀體部分放入水中冷卻,以防刀片突然冷卻而碎裂。刃磨高速鋼車刀時,應隨時用水冷卻,以防車刀過熱退火而降低硬度。

8)在磨刀前,要對砂輪機的防護設施進行檢查,如防護罩是否齊全,是否有托架的砂輪,其托架與砂輪之間的間隙是否恰當等。

9)重新安裝砂輪后,要進行檢查,經試轉后才能使用。

10)刃磨結束后,應隨手關閉砂輪機電源。

(二)車刀幾何角度的測量

車刀標注角度可用角度樣板、萬能角度尺及量角臺等進行測量。本書主要介紹量角臺的使用方法。

1.車刀量角臺的結構

車刀量角臺是測量車刀標注角度的專用量角儀器,其形式很多,常用的量角臺如圖1-13所示。在支腳1上的圓形底盤2的周邊,刻有從0起向左、右各100°的刻度,工作臺5繞小軸7轉動,轉動角度由固定于工作臺上的指針6讀出。定位塊4和導條3固定在一起,可在工作臺的滑槽內平行移動。

1—支腳;2—圓形底盤;3—導條;4—定位塊;5—工作臺;6—指針;7—小軸;8—螺釘軸;9—大指針;10—銷軸;11—螺釘;12—大刻度盤13—滑體;14—小指針;15—小刻度盤;16—小螺釘;17—旋鈕;18—彎板;19—螺母;20—立柱

圖1-13車刀量角臺

立柱20固定在底盤上,其上有矩形螺紋。旋轉螺母19,可使滑體13沿立柱的鍵槽上、下移動。小刻度盤15由小螺釘16固定在滑體上,用旋鈕17可將彎板18鎖緊在滑體上。松開旋鈕,彎板以旋鈕為軸,可向順時、逆時針兩個方向轉動,轉動的角度由固定于彎板18上的小指針14在小刻度盤15上示出。大刻度盤12轉動角度由螺刻度盤上的大指針9在大刻度盤上示出,繞螺釘軸向順、逆時針兩面個方向轉動,轉動的極限位置由銷軸10限制。當指針6、大指針9、小指針14都處于0°時,大指針的前面a和側面b分別垂直于工作臺的平面,而底面c平行于工作臺的平面。

2.用車刀量角臺測量車刀標注角度

(1)校準車刀量角臺測量的原始位置 測量前應將量角臺的大、小指針全部全部調整到零位,然后按圖1-14把車刀平放在工作臺上。此狀態下車刀量角臺位置為測量車刀角度的原始位置。

圖1-14 測量車刀角度的原始位置

(2)主偏角的測量 從原始位置起,按順時針方向轉動工作臺(工作臺平面相當于基面pr),讓主切削刃和大指針前面α緊密結合,如圖1-15所示。此時,工作臺指針在底盤上所指示的刻度值,即是主偏角的數值。

圖1-15 測量車刀主偏角

(3)刃傾角的測量 測完主偏角后,使大指針底面c和主切削刃緊密貼合(大指針前面α相當于切削平面ps),如圖1-16所示。此時,大指針在大刻度盤上所指示的刻度值,就是刃傾角數值。大指針在零位左邊為+λs,在右邊為-λs。

圖1-16 測量車刀的刃傾角

(4)副偏角的測量 參照測量主偏角的方法,按逆時針方向轉動工作臺,使副切削刃和大指針前面α緊密貼合,如圖1-17所示。此時,工作臺指針在底盤上所指示的刻度值,就是副偏角的數值。

圖1-17 測量車刀副偏角

(5)前角的測量 從圖1-15測完車刀主偏角的位置起,按逆時針方向使工作臺轉90°,這時主切削刃在基面上的投影恰好垂直于大指針前面α(相當于正交平面po),然后讓大指針底面c落在通過主切削刃上選定點A的前面上(緊密貼合),如圖1-18(a)所示。此時,大指針在大刻度盤上所指示的刻度值,就是正交平面內前角的數值。指針在零位右邊時為+γo,在左邊時為-γo

(6)后角的測量 測完前角后,向右平行移動車刀(這時定位塊可能要移到車刀的左邊,但仍要保證車刀側面與定位塊側面靠緊),使大指針側面b和通過主切削刃上選定點Aa的后面緊密貼合,如圖1-18(b)所示。此時,大指針在大刻度盤上所指示的刻度值,就是正交平面內后角的數值。指針在零位左邊為+αo,在右邊為-αo

圖1-18 測量車刀的前角與后角

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