车刀几何参数的综合选择分析

摘要：合理选择车刀几何参数，是顺利完成车削加工任务的关键。笔者结合多年的教学生产经验及相关理论资料，针对几类车刀选择，论述一下合理选择车刀的几何参数的方法。

车刀刃磨水平的高低直接关系到产品的生产效率、加工质量、设备能耗和产品成本，甚至关系到操作者的人身安全，也反映出操作者对加工主体的特性和切削用量的灵活应变能力。合理选择车刀的几何参数是决定刃磨质量的关键，其主要体现于对车刀角度和前面形状的合理选择。两者既相互依赖又相互制约，一把车刀不能只有一个角度，如果只有一个角度选择合理，它的切削效果也不一定理想，操作者必须根据工件材料、车刀材料、切削用量，以及工件、车刀、夹具和车床的刚性等各方面因素，全面分析，找出切削过程中的主要矛盾，合理选择车刀的角度和前面形状。笔者结合多年的教学生产经验及相关理论资料，针对几类车刀的选择和使用情况，论述一下合理选择车刀的几何参数的方法。

1 切断刀几何参数的选择

在选择切断刀的几何参数时，应首先考虑保证切削刃足够锋利，在此前提下，再认真地维护其具有足够的强度，所以前角应该作为选择的主要参数，一般高速钢切断刀前角应取20o～25o左右，硬质合金的钢件切断刀前角应取8o～20o左右，硬质合金的铸铁件切断刀前角选取5o～10o左右。在维护车刀强度的问题上，应根据不同的工件材料、切削用量等因素，考虑采取以下方法：

1.1 刀杆部分细而长，所以只能取较小的0．5o～1．5o的副偏角和1o～3o的副后角，以增加刀杆的强度。

1.2 车刀的切削部分深入工件，切削力和热大量集中在刀尖处，应各磨一个过渡刃，以保证刀尖。

1.3 切断刀的切削刃一般较宽，且又深入工件里层，在正面切削力和侧面摩擦力作用下，容易引起振动而打坏刀具，所以主后角选取2o～5o左右。方面环境场中有用、无用的电磁波辐射能相互干扰日趋严重。另一方面，各种电磁辐射都将影响或污染电磁环境，给人们的生活和健康带来不利因素。在受污染或干扰的电磁环境中，轻则是电子设备不能正常工作，重则危及电子设备及人们的安全。例如，当调频收音机本机振荡辐射正好落人民用导航频段，且共辐射超过限额值时，就可能干扰飞机导航，一旦导航有误就有可能造成飞行事故。又如，生活中因电磁干扰造成的收音机噪声大，电视有“雪花”甚至不能正常收听收看也不足为奇。

电磁辐射与污染众所周知，电磁辐射中的X射线和7射线对人体的危害是较为严重的。它是一种电离辐射，能使空气中的气体分子游离，穿透力很强。无线电波波段中的无线电广播、电视、雷达、微波通讯、微波炉、微波理疗机以及工业设备用电磁辐射，属于非电离辐射，辐射的量子能较小，但在一定功率密度和照射时间的条件下，也会对人产生一定程度的危害。电磁辐射对人体的危害程度，主要决定于电磁辐射的频率，强度和照射时间。一般来说，电磁辐射能量越大，照射时间越长，对人体的影响也就越大。当人体长时间受到过量的电磁辐射后，会出现疲劳、头昏、记忆力衰退和视力下降等现象。

作为物理教师，应当使学生在学习物理知识的过程中，逐步懂得科学与环境生活息息相关的问题。如在指导学生进行有关遥控、遥测及业务无线电通讯等科技活动中，应当教育学生重视电磁环境的保护，遵守当地有关无线电管理部分的管理规定，避免干扰其他无线电波的活动。对家用电器中的电磁辐射，如彩电的X射线保护，微波炉的微波泄漏防护等常识，也应向学生进行适当的教育，以保护学生的视力、脑力等不受影响。最后顺便说一句，多吃新鲜蔬菜、水果，对预防和减轻电磁波伤害大有好处。

1.4 切断直径较大的工件时，切断刀的切削刃最好磨成大圆弧形。

1.5 切断工件时，因受刀具安装误差和进给误差等因素的影响，平头的切断刀往往容易受侧向切削力的作用而歪斜，此时可以做成具有120o顶角的切断刀使侧向切削力保持平衡来维护刀具稳定。

1.6 被切断的材料较硬时，切断刀除了做成120o顶角外，还应在刀刃上磨出负倒楞，以增强刀刃的强度。

1.7 被切断的材料特别硬或进行强力切断时，可将刀杆下面加宽呈鱼肚形，以增强刀杆强度。

2 淬硬钢车刀几何参数的选择

在选择车削高硬度材料（如淬火钢）的车刀几何参数时，首角应取负值，再配合合适的其它角度，就能顺利地切削了。一般人们要问，前角是负值，这把车刀还算锋利吗?笔者认为，锋利和强度是刀具的一对矛盾，锋利不能被孤立看待。如果用前角为10o～20o的车刀车削淬硬钢，车刀很快就会磨损变钝或崩刃，所以锋利只有在一定的强固条件下，才能发挥作用。但是强度高不是最终目的，强度高是为锋利服务的，其目的是为了更好地发挥锋利的作用。所以必须辩证地看待锋利与强度两者的关系。被切削材料不同，对刀具强度的要求就不同，衡量车刀锋利的标准也就相应不同。例如，切削铝件时，车刀前角磨成25o或30o仍能保持较好的强度，对切削铝件来说这种车刀是锋利的。在车削钢件时，假如也选择这样大的前角，就失去了切削所需要的强度，它的锋利就不能有效地发挥作用，此时前角必须取得小一些。车淬硬钢时，车刀前角应选用负值，为一7o～一8o，这样车刀的锋利才能发挥有效作用。前角决定后，再按以下步骤选择合适的其它切削角度，来进一步增加刀具强度。

2.1 刃倾角也取成一7o～一8o ，以增强刀尖强度。

2.2 取较小的后角2o～3o，以增大楔角。

3 橡胶辊车刀几何参数的选择

在车削橡胶辊时，由于切削力很小，同时工件材料的弹性好，切削变形大，所以选择车刀角度时，可较少考虑车刀的强度要求，而着重考虑车刀的锋利，以减少工件的切削变形，保证工件表面的加工质量。为此，首先应选择较大的前角，若采用硬质合金车刀，前角一般选用40o～50o左右。此外，选择其它角度时，也应紧密配合，立足于增加车刀锋利，其措施如下：

3.1 加大后角，为8o～15o ，使楔角减少，进一步增强车刀的锋利，以达到减少切削变形的目的。

3.2 加大过渡刃和修光刃，使切削力和切削热不致过分集中，以减少车刀磨损和工件的热烧损，从而提高工件表面质量。

3.3 前面做成大前角的平面型式，使切削得以顺利流出排除，避免缠绕在车刀或工件上。

4 车刀安装位置和进给运动对车刀工作角度的影响

4.1 刀具的安装位置对车刀工作角度的影响在安装车刀时，车刀刀尖应尽量对准工件旋转中心，车削外圆时，如果车刀装得太高，则前角增大，后角减小，增大车刀后面的摩擦，降低了刀尖的强度；相反如果车刀装得太低，则后角增大，前角变小，切削不够顺畅，有时甚至会抬起工件，打坏车刀。车削内孔时，车刀装得高或低，结果恰恰与车外圆时相反。车刀除了在车无孔端面时，必须对准中心外，一般情况下，尚可略高于中心。经验认为，车刀安装的高低误差，应小于工件直径的百分之一。此外，车刀装偏会影响主、副偏角的大小。

4.2 进给运动对车刀工作角度的影响在横向进给时，车刀按一定的走刀量向前推进，这时车刀在端面上走过的轨迹不是一个圆圈，而是一条阿基米德螺旋线，车刀越接近中心和走刀量越大，螺旋线越倾斜，从而使车刀切削时的后角变小，前角变大，因此在刃磨时后角应磨得大一些。在纵向进给时，由于车刀在工件上走出的轨迹是一条螺旋线，这条螺旋线的切线与原切削平面不重合，而是相交一定角度，所以在切削时实际后角是减去这个交角的差值。在车外圆或内孔时，由于影响很小，可以忽略不计。在车削螺纹时，这个交角很大，所以在刃磨螺纹刀后角时，要加上这个螺旋角差值，以克服走刀运动的影响。

4.3 工件形状对车刀几何参数的影响在加工凸轮类零件时，由于工件形状的变化，也能引起车刀前后角的变化，刃磨时应考虑这个角度的变化。以上这三个因素在选择刀具的几何参数时必须给予适当考虑。总之，在选择车刀的几何参数时，应根据工件材料和车刀材料的机械物理性能、切削用量以及工件、车刀、夹具和机床的刚度等等因素，找出切削过程中的主要问题，把车刀的锋利放在第一位，以锋利为前提，适当考虑车刀的强度。由于车刀的锋利主要取决于前角的大小，所以在选择时首先要抓住切削过程中的主要问题，合理确定前角值，然后选择其它几何角度加以配合。

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