车刀安装和进给运动对车削加工的影响

车刀安装和进给运动对车削加工的影响
李占海;苏清玲
【摘要】Turning is one of the mostly often used methods in metal cutting.The influences of setting height of cutter according to practical experiences on turning processing were analyzed.The importance of the setting height of cutter was expounded.Meanwhile,the influences of working angle of turning tool caused by feed movement and the setting of turning tool were also discussed.%车削加工是金属切削加工中应用最广的加工方法。

文中针对车刀安装高度对车削加工的影响的几种情况,进行了探讨和分析,阐明了车刀安装高度的精确性对车削加工的重要性和车削时的进给运动对车刀工作角度的影响,也影响了车刀的安装。

【期刊名称】《青海大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(029)006
【总页数】5页(P33-36,58)
【关键词】车刀安装;车刀工作角度;进给运动
【作者】李占海;苏清玲
【作者单位】青海省重工业职业技术学校,青海大通810026;青海省重工业职业技术学校,青海大通810026
【正文语种】中文
【中图分类】TG712
车削是机械制造业中最基本、最常用的加工方法。

车削运动包括主运动和进给运动。

车削工件时，通常要求车刀刀尖与工件的旋转中心等高，这就是常说的车刀中心高。

车刀安装得是否正确，对切削是否顺利，车出来的工件形状是否正确、表面粗糙度能否达到技术要求等都有很大关系。

有了合理角度(主要有前角γo、后角αo、主
偏角Kr、副偏角K＇r)的车刀，如果不是正确安装，它就不能发挥应有的作用。

另外，由于切削时进给运动的影响，也会让车刀的主要角度改变。

安装车刀时，中心高是否准确会对车刀的工作前角、后角产生影响。

后角是切削平面与后刀面的夹角，前角是基面与前刀面的夹角。

车外圆时，车刀刀尖安装的与工件中心线等高时，即安装准确(图1C)，则车刀的刃磨角度γo(前角)、αo(后角)等
于车刀的工作角度γoe，αoe即αo=αoe，γo=γoe。

刀尖安装的与工件中心线
等高时，这时车刀角度没有变化。

为了满足这一点，可以用车床尾座顶尖为标准与刀尖对比;或者在工件端面车－印痕与几何中心对比;也可以记住车床中滑板平面与
工件中心线的距离，用钢板尺或游标卡尺量高低调整［1］。

如果刀尖高于工件中心(图1a)，这时切削平面位置改变，基面也随着改变，此时
基面、切削平面与正常位置相应的平面成θ角，结果造成工作前角γoe增大，工
作后角αoe减小。

由图1a可以推算得出，工作前角增大θ角，工作后角减小θ角，即:
式中，h为刀尖与工件中心之间的距离，dw为工件直径。

前角的大小主要影响刃口的锋利程度和强度，影响切削变形和切削力;后角的大小
主要影响刀头的强度和后刀面与工件已加工表面间的摩擦。

在图1a情况下，将会增大后刀面的摩擦，降低刀尖的强度，造成车刀切入工件的困难。

车刀中心高误差(h值)越大，对刀具的前角和后角影响越大。

车刀中心过高，θ值过大，导致车刀
工作后角αoe过小，从而增大刀具后刀面与工件已加工表面间的摩擦，加快刀具
的磨损并影响工件已加工表面的质量;若工作后角αoe为零度或负值，就会出现刀
具后刀面与工件加工表面干涉，形成挤压而造成无法切削甚至发生崩刃现象。

车刀安装刀尖低于工件中心(图1b)，则会造成工作后角αoe过大、工作前角γoe 过小，即γoe=γo－θ，αoe=αo+θ。

工作后角过大使刀头的强度下降，前角过小使刀具的锋利程度降低，切削变形与摩擦力增大，切削阻力增大，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。

在生产实践中，车通孔和台阶孔时，车孔刀的刀尖应比工件中心稍高，可以防止车刀后面与内孔孔壁摩擦，使得切削顺利进行。

如果装得低于中心，由于切削抗力的作用，容易将刀柄压低而产生扎刀现象，并可造成孔径扩大［2］。

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［3］。

车圆锥时，虽然多次调整小滑板或靠模的角度，但仍不能找正，用圆锥套规检验外圆锥，发现两端的显示剂被擦去，中间不接触;用圆锥塞规检验内圆锥，中间显示
剂被擦去，两端没有擦去。

出现以上情况是车刀刀尖没有严格对准工件轴线而造成的双曲线误差所致。

车刀刀尖安装的高或低于工件回转轴线时，车出来的圆锥母线是一条曲线，而不是直线，形成了双曲线(如图2b)，通常称之为双曲线误差。

车圆锥面时产生双曲线误差的分析如下:根据圆锥体形成的原理可知，通过圆锥体
中心的圆锥母线是一条直线，如果把一个标准圆锥体距中心Δh处剖开，其剖面形状是双曲线CDE，如图3a所示。

即当车刀装得高于中心Δh，如果车刀按双曲线CDE轨迹移动，就可车出圆锥母线是直线的圆锥体，当然这是不可能的，因为车
刀移动轨迹总是直线的，如果当车刀装得高于或低于中心Δh，并且运动轨迹为直线，则车出的母线变成了双曲线(如图3b)。

用数学方法证明如下［4，5］(图3b):
这就是双曲线方程，也就是r在y轴方向的变化规律是双曲线。

当Δh=0时，方
程为:
这就是直线方程，即当车刀对准中心(Δh=0)时，r在y方向按直线规律变化，这时车出的是标准圆锥体。

因此，车圆锥表面时，一定要使车刀刀尖严格对准工件轴线。

当车刀在中途刃磨后再装刀时，必须重新调整垫片的厚度，使车刀刀尖严格对准工件轴线。

车端面时，无论是安装的高或低于工件中心，由于工作角度的变化使刀具与加工表面干涉，导致切削不能彻底，车至端面中心时，都会在中心留下一个凸台造成端面不平，甚至使车刀刀尖崩碎(使用硬质合金车刀)。

必须严格保证刀尖高度与工件轴线等高。

车削时，车刀刀杆的中心线应与进给方向垂直，这样主偏角Kr和副偏角不变(图
4c)。

如果车刀刀头向右倾斜(图4b)，主偏角Kr减小、副偏角增大。

Kr减小，能
提高刀具耐用度，但会使背向力FP增大，切削时工件产生的挠度增大，降低加工精度。

相反，如果向左倾斜(图4a)，主偏角Kr就增大，副偏角减小。

减小，刀具副后刀面与工件的摩擦加大，引起加工中的振动，使刀具耐用度降低，表面粗糙度数值增大。

此外，在安装车刀时，还必须注意刀杆伸出刀架部分的长度应尽可能短些，不能伸的太长，否则会使其刚性变差，车削时容易振动，影响表面质量，使表面粗糙度值变大。

一般伸出长度为刀杆高度的1～1.5倍。

以切断刀为例(图5)，在不考虑横向进给运动时，车刀切削刃上某一定点相对于工
件的运动轨迹为一圆周，切削平面平ps为通过切削刃上该点切于圆周的平面，基面pr平行于刀杆底面，γo，αo为标注前角和后角。

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，切削平面变化为通过切削刃切于螺旋面的平面pse，基面也相应倾斜为pre，角度变化值为μ。

正交平面poe仍为图面。

此时，在工作参考系内的工角度［6］为:
由图5可知:工件每转一转(2π)，刀具进给量为f;则工件每转一个微分的dθ角度时，
刀具向移动为dρ，则有:
式中d=2ρ，说明μ值是随着切削刃趋近工件中心而增大的;车刀越接近中心和走
刀量f越大，螺旋线越倾斜，从而使车刀切削时的工作后角变小，工作前角变大，因此在刃磨时后角应磨得大一些。

进给量f越大，后角减小越多，如果用很小后角的车刀以大的进给量f进行车削时，就无法切削。

在常用进给量下，当切削刃距离工件中心1mm时μ=1°40＇;再靠近中心，μ值急剧增大，工作后角变为负值。

切断工件时剩下1mm左右就被挤断。

以车削螺纹为例(图6)道理同上，也是由于工件基面pr和切削平面ps变化引起了工作角度的变化。

如图6所示，假定车刀λs=0，在不考虑进给运动时，切削平面平ps垂直于刀杆底面，基面pr平行于刀杆底面，γo，αo为标注前角和后角;当
车螺纹时，工作切削平面pse与螺纹切削点相切，与刀具静止切削平面ps成μ角，因工作基面与切削平面垂直，因此工作基面也绕基面旋转μ。

从图6可以看到，在正交平面内刀具的工作角度［7］为:γoe=γo+μαoe=αo－μ
在f－f剖面中，由螺旋线的螺旋升角可知:tgμf=
式中f纵向进给量，对单头螺纹f为螺距;双头为导程;dw工件直径即螺纹外径。

换算至正交平面内公式为［7］:
由上式可知:μ值不仅与进给量f有关，也同工件直径dw有关;dw越小，角度变化值越大。

实际上，一般外圆车刀的μ=30'～40'在车外圆或内孔时，由于影响很小，可以忽略不计。

但在车削螺纹，尤其是多线螺纹时，μ值很大，必须进行工作角度计算，并且要注意螺纹车刀左右两侧切削刃μ值对工作角度影响的符号(正、负号)相反。

车削右螺增大，工作后角减小;如车削左螺纹，则与之相反。

因此，在磨刀
时要注意刃磨前、后角和工作前后角是不等的，要考虑进给量f对前、后角的影响适当刃磨。

纵向进给量越大即螺纹的导程越大，对工作时的前、后角的影响越明显。

为了改善这种情况，可将螺纹车刀采用法向装刀即斜装。

工欲善其事，必先利其器。

安装车刀和刃磨时综合考虑各方面因素，细心观察，耐心调整，虽然很麻烦，但是避免了加工中出现的很多问题，减少了废品率，同时保证了加工质量，提高了效率，获得良好的加工效果。

【相关文献】
［1］武友德，张跃平.金属切削加工与刀具［M］.北京:北京理工大学出版社，2011:19－22. ［2］陈海魁.机械制造工艺基础［M］.北京:中国劳动社会保障出版社，2007:76.
［3］胡黄卿.金属切削原理与机床［M］.2版.北京:化学工业出版社，2009:15－16.
［4］王公安.车工工艺学［M］.北京:中国劳动社会保障出版社，2005:82－83.
［5］机械类通用教材编审委员会.车工工艺学［M］.北京:机械工业出版社，1989:145－147. ［6］陆剑中，周志明.金属切削原理与刀具［M］.北京:机械工业出版社，2008:45.
［7］李华志.数控加工工艺与装备［M］.北京:清华大学出版社，2005:9－10.。