車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(二)

三 課題來源與主要研究內(nèi)容

本課題來源于陜西省教育廳培育項目“智能車刀磨裝置”，，該項目為陜西理工

學(xué)院，項目主持人為戴俊平教授。

課題主要研究內(nèi)容為:

   根據(jù)車刀角度及幾何參數(shù)，設(shè)計出車刀刃磨裝置。并實現(xiàn)自動化控制。

第二章 車刀分析以及刃磨方法

第一部分 車刀的參數(shù)分析

一，金屬切削發(fā)展簡史

研究金屬切削加工過程中刀具與工件之間相互作用和各自的變化規(guī)律的一門學(xué)科。在設(shè)計機床和刀具、制訂機器零件的切削工藝及其定額、合理地使用刀具和機床以及控制切削過程時，都要利用金屬切削原理的研究成果，使機器零件的加工達(dá)到經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)和高效率的目的。    簡史  金屬切削原理的研究始于19世紀(jì)中葉。1851年，法國人M.科克基拉最早測量了鉆頭切削鑄鐵等材料時的扭矩,列出了切除單位體積材料所需功的表格1864年，法國人若塞耳首先研究了刀具幾何參數(shù)對切削力的影響1870年,俄國人NA.季梅首先解釋了切屑的形成過程，提出了金屬材料在刀具的前方不僅受擠壓而且受剪切的觀點。1896年，俄國人AA.布里克斯開始將塑性變形的概念引入金屬切削。至此，切屑形成才有了較完整的解釋。1904年，英國人J.F.尼科爾森制造了第一臺三向測力儀，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美國人F.W.泰勒研究了切削速度對刀具壽命的影響，發(fā)表了著名的泰勒公式。1915年，俄國人RT.烏薩喬夫?qū)�熱電偶插到靠近切削刃的小孔中測得了刀具表面的溫度(常稱人工熱電偶法)，并用實驗方法找出這一溫度同切削條件間的關(guān)系1924～1926年,英國人E.G.赫伯特、美國人H.肖爾和德國人K.科特文各自獨立地利用刀具同工件間自然產(chǎn)生熱電勢的原理測出了平均溫度（常稱自然熱電偶法）。1938～1940年美國人H.厄恩斯特和M.E.麥錢特利用高速攝影機通過顯微鏡拍攝了切屑形成過程，并且用摩擦力分析和解釋了斷續(xù)切屑和連續(xù)切屑的形成機理。40年代以來，各國學(xué)者系統(tǒng)地總結(jié)和發(fā)展了前人的研究成果，充分利用近代技術(shù)和先進的測試手段，取    得了很多新成就，發(fā)表了大量的論文和專著。

二，刀具切削部分的組成及角度

  金屬切削種類繁多，形狀各異。但就其切削部分而言，都可以看成是由外

圓車刀演變而成。

圖2.1車刀的幾何面

車刀及切削部分的組成。

車刀由刀頭和刀桿兩大部分組成。刀桿是刀具上夾持部分組成。刀頭直接擔(dān)負(fù)切削工作，它由以下部分組成

刀面

a.前刀面 新切屑流出的表面。

b.后刀面 與加工表面相對的表面。

c.副后刀面 與工件已加工表面相對的表面。

  刀刃

主切削刃 前刀面與主后刀面相交形成的切削刃。

副切削刃 前刀面與副后刀面相交形成的切削刃。

刀尖

主切削刃與副切削刃的的交點。

刀具角度

為了表示刀具空間集合形狀及位置，需通過刀具幾何角度來表示。再表達(dá)刀具幾何角度時，僅靠刀頭上的幾個面是不夠的，還需要建立幾個坐標(biāo)平面，以便與刀具刀頭上的各個面組成相應(yīng)的角度。

刀具切削角度的坐標(biāo)平面

     刀具的切削角度是刀具在切削運動狀態(tài)下確定的角度。所以刀具的切削角度的坐標(biāo)系應(yīng)該用合成切削速度來說明。

      切削平面 通過切削刃某選定點，切與加工表面的平面。

      基面 通過切削刃某選定點，垂直于合成切削速度向量的平面。

      正交平面 通過切削刃某選定點垂直于主切削刃在基面上的投影平面。 

      副切削刃正交平面 垂直與副切削刃在基面上的投影。

刀具標(biāo)注角度

     正交平面坐標(biāo)系 為便于刀具設(shè)計者在設(shè)計刀具時標(biāo)注，需要對上述參考平面做一些假設(shè)，車削時的假設(shè)條件是：

裝刀時，刀尖恰在工件的中心線上；

刀桿對稱面垂直于工件軸線；

沒有進給運動；

工件以加工表面的形狀是圓柱表面；

根據(jù)這些條件，外圓車刀主切削刃某選定點的標(biāo)注角度參考坐標(biāo)平面為;

基面 通過切削刃上選定點M，平面與刀桿底面的平面；

切削平面 通過切削刃上選定點M，與主切削刃相切并垂直于基面的平面

正交平面 通過切削刃上選定點M，垂直于主切削刃在基面上投影的平面。因此正交平面坐標(biāo)系內(nèi)的三個坐標(biāo)平面互相垂直，構(gòu)成了1個空間直角坐標(biāo)系，稱為正交平面坐標(biāo)參考系

㎝

正交平面坐標(biāo)系的刀具角度標(biāo)注 如圖所示正交平面參考系中，刀具角度有以下幾個。

正交平面中測量的角度；

前角前刀面與基面之間的夾角；

后角后刀面與切削平面之間的夾角；

楔角前刀面與后刀面之間的夾角。有

副正交平面。中測量的角度；

副后角 副后刀面與副切削平面之間的夾角。

基面中測量的角度；

主偏角。進給方向與主切削刃在基面上的投影之間的夾角。

負(fù)偏角（）進給方向與副切削刃在基面上的投影之間的夾角。

刀尖角（）主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角。有

切削平面中測量的角度；

刃傾角（）主切削刃與基面之間的夾角。

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，刃傾角4個角度就可以確定。其中，于確定了前刀面的方位，和確定了后刀面的方位，與確定了主切削刃的方位。

        圖2.2 車刀正交平面參考系角度標(biāo)注

車刀工作切削角度及車刀種類

 用于車削加工的、具有一個切削部分的刀具。車刀是切削加工中應(yīng)用最廣的刀具之一。圖1.1為常用外圓車刀的典型結(jié)構(gòu)形式。 結(jié)構(gòu)車刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面后面和副后面等組成它的幾何形狀由前角、后角主偏角κ刃傾角 S、副偏角κ 和刀尖圓弧半徑所決定。車刀幾何參數(shù)的選擇受多種因素影響，必須根據(jù)具體情況選取。前角根據(jù)工件材料的成分和強度來選取，切削強度較高的材料時，應(yīng)取較小的值。例如，硬質(zhì)合金車刀在切削普通碳素鋼時前角取10°～15°；在切削鉻錳鋼或淬火鋼時取 -2°～-10°。一般情況下后角取 6°～10°主偏角κ根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性條件而定,一般取30°～75°,剛性差時取較大的值，在車階梯軸時，由于切削方式的需要取大于或等于90°。刀尖圓弧半徑和副偏角κ一般按加工表面粗糙度的要求而選取。刃傾角 S則根據(jù)所要求的排屑方向和刀刃強度確定。 車刀前面的型式主要根據(jù)工件材料和刀具材料的性質(zhì)而定。最簡單的是平面型，正前角的平面型適用于高速鋼車刀和精加工用的硬質(zhì)合金車刀，負(fù)前角的平面型適用于加工高強度鋼和粗切鑄鋼件的硬質(zhì)合金車刀。帶倒棱的平面型是在正前角平面上磨有負(fù)倒棱以提高切削刃強度，適用于加工鑄鐵和一般鋼件的硬質(zhì)合金車刀。對于要求斷屑的車刀，可用帶負(fù)倒棱的圓弧面型，或在平面型的前面上磨出斷屑臺。    車刀的切削部分和柄部(即裝夾部分)的結(jié)合方式主要有整體式、焊接式、機械夾固式和焊接 -機械夾固式。機械夾固式車刀可以避免硬質(zhì)合金刀片在高溫焊接時產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋，并且刀柄可多次使用。機械夾固式車刀一般是用螺釘和壓板將刀片夾緊，裝可轉(zhuǎn)位刀片（見可轉(zhuǎn)位刀具）的機械夾固式車刀。刀刃用鈍后可以轉(zhuǎn)位繼續(xù)使用，而且停車換刀時間短，因此取得了迅速發(fā)展。    種類  車刀按用途可分為外圓、臺肩、端面、切槽、切斷、螺紋和成形車刀等。還有專供自動線和數(shù)字控制機床用的車刀。    切斷車刀  切斷車刀切既窄且深的槽，排屑空間小，切屑極易堵塞，為了減小同已加工表面的摩擦，其切削部分的兩側(cè)必須磨有副偏角，因而根部的強度大大削弱。此外,切斷車刀在切近工件中心處時,切削速度趨近于零，不利于切削。因此,切斷車刀在工作時極易“打刀”(崩裂)。先進的切斷車刀一般將主切削刃做成人字形,前面磨成屋脊形，使切屑產(chǎn)生橫向收縮，朝一個方向穩(wěn)定地排出，不致堵塞在槽中，同時再將刀頭底部制成凸肚形，以最大限度地提高強度和剛度（圖1.3[切斷車刀]）。

 圖2.3 切斷車刀   成形車刀  成形車刀在結(jié)構(gòu)上有平體形、棱體形和圓形3種（圖1.4[成形車刀]）。

                             圖2.4 成型車刀