刀具前角后角與加工結(jié)果的關(guān)系

摘要：本文根據(jù)作者長(zhǎng)期從事機(jī)械加工實(shí)踐和機(jī)械加工教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出關(guān)于金屬切削加工中刀具前角和后角對(duì)加工質(zhì)量、加工速度的影響，提出并論證了機(jī)械加工中影響加工質(zhì)量和加工速度的最為重要的因素是刀具的前角，后角只影響刀具的強(qiáng)度，主張：前角越大越好，后角越小越好，機(jī)械加工刀具像著家用刀具方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；刀具；前角；切削力中圖分類號(hào)：G718文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672-1578（2014）10-0271-02現(xiàn)代機(jī)械零件的加工方法主要有三種：材料累加法，同一種材料或不同材料通過焊接、鉚接、粘接、累紋連接、襄接等方法讓各種形狀的材料組成零件，包括現(xiàn)代最為先進(jìn)的快速原型制造技術(shù)（RPM）。材料成型法：如鑄造、鍛造、粉末冶金、注朔成型等方法，也稱無屑加工法。材料去除法：零件的最終幾何形狀局限在毛坯的初始幾何形狀范圍內(nèi)，零件形狀的改變是通過去除一部分材料，減少一部分重量來實(shí)現(xiàn)的，如現(xiàn)在各工廠企業(yè)廣泛使用的車、銑、磨、刨、鏜、拉等等，也稱有屑加工。

很明顯，由于三種加工保證零件的加工精度的不同，現(xiàn)階段乃至今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，加工精度在9級(jí)以上的零件都將長(zhǎng)期使用有屑加工方法獲得，有屑加工的核心和實(shí)質(zhì)是刀具和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，刀具切除工件毛坯上多余金屬形成零件，當(dāng)然，零件毛坯通過有屑加工最終變成零件，必然還會(huì)與工藝、機(jī)床、夾具、量具、刀具、設(shè)計(jì)、材料等因素有關(guān)，加工者必須都加以關(guān)注，但本文認(rèn)為：在上述的諸多因素中，最為重要的、對(duì)加工零件的速度、質(zhì)量影響最大的應(yīng)該是刀具的幾何參數(shù)，組成刀頭的這些點(diǎn)線面在空間的位置、這些點(diǎn)線面的形狀，也就是大家熟知的刀具的幾何角度、刀尖形式、刀面形式、刀刃形式。

現(xiàn)代加工，為了達(dá)到高效、高質(zhì)這樣兩個(gè)目的，業(yè)內(nèi)已將人工手搖驅(qū)動(dòng)刀具的移動(dòng)改為電腦程序控制刀具的移動(dòng)，也就是現(xiàn)代數(shù)控加工機(jī)床將逐步代替普通機(jī)床加工，變普通機(jī)床的二軸為三軸四軸五軸，將車銑磨齒輪加工機(jī)床合為一體，設(shè)計(jì)制造更多的高精度的專用夾具，選擇更好的刀具材料，使得加工更加快捷、更加方便，但是最終還是離不開刀具對(duì)零件的切削運(yùn)動(dòng)，在這對(duì)運(yùn)動(dòng)中，核心實(shí)質(zhì)內(nèi)容就是力的作用，所有運(yùn)動(dòng)的源頭都是力，加工中產(chǎn)生的切削力可以使得機(jī)床系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)，零件、刀具發(fā)生變形，產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使得加工過程中的刀具的行進(jìn)路線失真，零件加工精度難以保證，而這些力的大小又與零件材料、切削速度、切削深度，進(jìn)給速度、刀具幾何角度有關(guān)，加工中要想提高效率，勢(shì)必就要提高切削速度、切削深度和進(jìn)給速度，工件材料對(duì)切削力的影響我們無法去改變，在切削用量中影響切削力最大的因素是切削深度，而加大切削深度后，切削力成倍增加，切削加工零件質(zhì)量難以得到保證，問題的關(guān)鍵在于怎么樣在保證一定的加工速度的前提下，切削力得到最小值，金屬切削原理與刀具這門學(xué)科告訴我們，當(dāng)鎖定上述條件后，刀具的空間幾何形狀會(huì)使切削力發(fā)生改變，也就是說：選擇一個(gè)合理的刀具切削部分的幾何形狀將會(huì)對(duì)切削力變化產(chǎn)生很大影響，刀具的切削部份的空間幾何形狀分為刀具幾何角度和刀具幾何參數(shù)，刀具上所有的角度對(duì)切削力都會(huì)產(chǎn)生影響，在這些因素中影響最大的是刀具的前角，本文重點(diǎn)討論刀具的前角、后角、楔角的關(guān)系和他們對(duì)切削效果的影響，在刀具對(duì)工件進(jìn)行切削的過程中，切削力的來源主要是金屬被刀具從本體切下變成切屑的過程中的變形程度，變形越大切削力越大，切屑的變形又直接與刀具的前角相關(guān)，前角越大變形越小，現(xiàn)代刀具在加工過程中既要做到銳字當(dāng)先，又要做到銳中求固，前面說到刀具的銳就是前角越大刀具越鋒利，也就是達(dá)到了銳字當(dāng)先這一要求，刀具的固就與刀尖處受到的力的方向大有關(guān)系，現(xiàn)代金屬切削原理與刀具書定義：刀具的前角為刀具的前刀面與基面間的夾角，刀具的后角為刀具后刀面與切削平面間的夾角，楔角為前后刀面之間的夾角，這三個(gè)角加起來等于90度，

如下圖：

當(dāng)前角選定后，楔角的大小就與后角相關(guān)，后角越大，楔角就越小，后角越小，楔角就越大，而后角又受到切削平面和后刀面的空間位置的控制，下面五種情況下，我們來分析刀尖處所受力對(duì)刀尖強(qiáng)度的影響。

圖1所示為刀尖和工件中心等高，切削力為圖示方向，切削力鉛錘向下，同時(shí)決定切削速度方向，此時(shí)刀具的工作后角等于標(biāo)注后角，圖2所示為刀尖高于工件中心，切削力方向發(fā)生變化，方向正好沿著刀具主后刀面方向，切削平面和刀具后刀面帖合，此時(shí)刀具的工作后角等于零度，小于刀具的標(biāo)注后角，這種情況和圖5的情況等價(jià)，圖5所示為：刀尖和工件中心等高，刀具的標(biāo)注后角為零度，切削平面和后刀面重合，刀具工作角度等于標(biāo)注角度，但此種情況下刀具的楔角大于圖2情況下的楔角，刀具刀頭強(qiáng)度大于圖2。圖3所示情況為：刀具的工作后角大于刀具的標(biāo)注后角，刀具的強(qiáng)度降低，圖4所示情況為：車刀刀尖處在工件的最低點(diǎn)，此時(shí)刀具的工作后角等于90度加上標(biāo)注后角，大于90度，切削速度方向水平，此種情況基本不能車削，刀具強(qiáng)度最低，以上分析說明：刀具的前角影響刀具的鋒利程度，刀具的工作后角影響刀具的強(qiáng)度，不是傳統(tǒng)理論認(rèn)為的刀具楔角越大，刀具刀頭強(qiáng)度越高。而是刀具的工作后角越?。ú荒転榱悖┑毒叩膹?qiáng)度越高。上圖中圖5為最理想狀態(tài)，圖4為最不理想狀態(tài)，本文結(jié)論一：刀具前角在不影響刀具的強(qiáng)度的前提下越大越好，刀具的后角在不影響刀具后刀面與加工表面的摩擦的前提下越小越好。而目前很多加工者為了保證刀具的強(qiáng)度， 一味的減小刀具的前角，甚至采用負(fù)前角，這樣使得切屑變形十分嚴(yán)重，切削力加大，為了維持加工，被迫降低切削深度，這樣工效就談不上了。

關(guān)于引入工作楔角的概念，本文認(rèn)為:在金屬切削原理與刀具一書中，應(yīng)增加引入一個(gè)新的角度：工作楔角，工作楔角定義為：刀具前刀面與切削平面之間的夾角，這一角度是真正能夠反應(yīng)出切削變形大小、切削力大小的因素，已成為班級(jí)教育中的一個(gè)重要課題和主要內(nèi)容。本文認(rèn)為應(yīng)該是，切屑底面也就是前刀面與切削平面之間的夾角，如下圖：

這樣標(biāo)注后可以看出工作楔角的大小與前角有關(guān)，與切削平面有關(guān)，與刀具的實(shí)體楔角無關(guān)，工作楔角越小切削變形越小，當(dāng)?shù)毒叩膶?shí)體角度楔角確定后，切削平面與刀具后刀面貼合時(shí)，也就是刀具工作后角趨于零度時(shí)，工作楔角取得最小值，切削力取得這種情況下的最小值，當(dāng)工作后角趨近于零度時(shí)，前角越大，工作楔角越小，切削變形越小，切削力就越小。參考文獻(xiàn)：

[1]《金屬切削原理與刀具》機(jī)械工業(yè)出版社精品教程，主編：韓步愈

[2]《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》 勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫

[3]《銑工工藝學(xué)》勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫

[4]《機(jī)床加工工藝學(xué)》 勞動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室組織編寫

作者簡(jiǎn)介：

左勇，貴航高級(jí)技工學(xué)校教務(wù)處，長(zhǎng)期從事學(xué)校的機(jī)械加工相關(guān)專業(yè)的理論和實(shí)操教學(xué)，參加學(xué)校歷年的學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)和答辯工作。