一種簡明的車刀角度教學(xué)方法

一種簡明的車刀角度教學(xué)方法*

吳文韜

(陜西省商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系,陜西 商洛 726000)

摘要：文章介紹了一種簡明的車刀幾何角度教學(xué)演示方法：用一枚薄鋼片模擬刀具不同的面，通過其與工件的位置關(guān)系模擬刀具角度。由于每次只表現(xiàn)一個(gè)角，因而解決了具體刀具多個(gè)角互相干擾影響學(xué)生辨識(shí)的問題。此法簡單易行演示清楚，提升了教學(xué)成效。

關(guān)鍵詞：車刀角度；金屬切削刀具；車刀刃磨；教學(xué)改革；

中圖分類號(hào)：G642

收稿日期：*2015-04-20

作者簡介：吳文韜(1983-)，男，江蘇南京人，助教，學(xué)士，主要從事機(jī)械加工、機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究。

車刀角度對刀具的使用性能有極為重要影響，是機(jī)加工教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。在教學(xué)過程中除實(shí)物展示外，刀具角度的理論內(nèi)容是利用正交平面參考系進(jìn)行說明的。此法優(yōu)點(diǎn)是概念精確，缺點(diǎn)是內(nèi)容繁多難記[6]：學(xué)生需要先學(xué)習(xí)掌握基面Pr、切削平面Ps、正交平面Po三面的意義，增加了知識(shí)量和教學(xué)難度。

雖然教材配圖表現(xiàn)出了三面關(guān)系，但卻涉及了5個(gè)角度，且面-面交錯(cuò)，對缺乏刀具概念的學(xué)生而言復(fù)雜難懂。部分學(xué)生理論接受能力較弱，知識(shí)點(diǎn)繁復(fù)晦澀將打擊其學(xué)習(xí)積極性，影響后續(xù)知識(shí)掌握。為改變這種情況，本人結(jié)合金工實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)實(shí)踐，發(fā)明了一種簡單展示刀具角度的教學(xué)方法。

1刀具角度的簡明演示方法

1.1　概述

刀具教學(xué)中需要讓學(xué)生理解前角γo、后角αo、刃傾角λs、主偏角Kr和副偏角Kr′的幾何概念與作用。教學(xué)實(shí)踐表明，不分主次同時(shí)灌輸五個(gè)角度的概念會(huì)導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)混淆、記憶困難。此外，學(xué)生在金工實(shí)訓(xùn)中最希望的是刀具鋒利能順暢完成切削；其次希望避免切屑流向工件和不斷屑的問題；此后他們才會(huì)進(jìn)一步考慮如何提升切削效率和表面光潔度；最后才會(huì)關(guān)注刀具的耐用性。由此可見，學(xué)生認(rèn)知逐層遞進(jìn)，教學(xué)應(yīng)順應(yīng)學(xué)生這種認(rèn)知順序，對五個(gè)角度區(qū)分主次逐一講授，夯實(shí)前一概念后，再引入后續(xù)概念。

根據(jù)以上分析，筆者在教學(xué)中將決定刀具銳利程度的前角、控制切屑流向的刃傾角作為第一個(gè)層次的知識(shí)；主、副偏角在投影面上并列出現(xiàn)，容易理解，作為第二個(gè)層次。影響刀具強(qiáng)度的后角作為第三個(gè)層次。

在車間里，刀具角度可利用車刀進(jìn)行演示，但這種方法存在問題：首先，刀具上的各個(gè)角度同時(shí)存在，學(xué)生容易被多個(gè)面、角度干擾，引起混淆。其次，刀頭太小不便于觀察，學(xué)生眾多時(shí)演示效果差。為解決這一問題，筆者用一枚鋼片代表刀具上不同的面，通過鋼片與工件的位置關(guān)系來演示各個(gè)角度。由于演示時(shí)每次只涉及一個(gè)面，因而解決了多個(gè)面互相干擾影響學(xué)生辨識(shí)的問題，其次鋼片放大了刀具表面，解決了學(xué)生觀察問題。

1.2　前角γ o的演示方法

將一直徑適中的棒料裝夾在機(jī)床上并加工出一高度約為10mm的臺(tái)階，再準(zhǔn)備一長寬適中，邊緣平整的條形鋼片(墊刀片即可)待用。

首先向?qū)W生演示前角γo：如圖1所示，將鋼片的窄邊抵在已加工外圓面上，將鋼片的長邊靠在臺(tái)階端面上。此時(shí)，鋼片上表面相當(dāng)于車刀的前面，長邊相當(dāng)于主切削刃，寬邊相當(dāng)于副切削刃。以長邊和端面的接觸線為軸線，旋轉(zhuǎn)鋼片，即可改變“前面”與臺(tái)階面的夾角，進(jìn)而表現(xiàn)出前角的增大與減小。如圖1左圖所示，先將鋼片水平放置，告訴學(xué)生此時(shí)前角為0度，接著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鋼片，提醒學(xué)生此時(shí)刀具的前角增大。然后順時(shí)針撥動(dòng)卡盤，鋼片與臺(tái)階面呈現(xiàn)一種明顯的“鏟削”趨勢[2]，學(xué)生無須額外知識(shí)，僅靠觀察與直覺就能理解前角增大刀具鋒利的原因，記憶深刻。

圖1　演示前角γ(左圖為正前角，右圖為負(fù)前角)

逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鋼片，鋼片上表面與臺(tái)階端面間夾角變小，如圖1右圖所示，教師此時(shí)向?qū)W生說明前角變小切削阻力增大，但刀刃強(qiáng)度增加。由于鋼片垂直于臺(tái)階端面時(shí)“鏟削”的感覺消失，代之以“推削”的感覺，學(xué)生憑直覺也能理解切削阻力變大的原因，同時(shí)也明白了由于“刀鋒”變鈍，刀尖強(qiáng)度增高，崩刃的可能性隨之降低。反復(fù)旋轉(zhuǎn)鋼片講述以上原理，待學(xué)生全部了解所演示的內(nèi)容后，教師可在另一個(gè)機(jī)床上結(jié)合實(shí)際車刀進(jìn)行講解，并用不同前角刀具對工件進(jìn)行切削，比較其鋒利程度，讓學(xué)生體會(huì)前角的概念及對切削過程的影響。

1.3　刃傾角λ s的演示方法

仍然采用以上手法將鋼片抵在工件上，以窄邊與工件已切削表面的貼合線為軸，上提或下壓鋼片，展示刃傾角的增大與減小，如圖2所示。下壓鋼片時(shí)，告訴學(xué)生此時(shí)切屑順“前面”下滑流出，遠(yuǎn)離工件[3]；上提鋼片時(shí)，告訴學(xué)生噴出的切屑被“前面”堵住，流回工件。

下壓鋼片時(shí)應(yīng)提示學(xué)生，此時(shí)刀刃升起，刀具強(qiáng)度降低；反之，上提時(shí)，刀刃整體下降，刀具強(qiáng)度增大。反復(fù)演示這一過程，待學(xué)生全部了解演示內(nèi)容后，結(jié)合實(shí)際車刀進(jìn)行講解，并用刃傾角不同的車刀進(jìn)行切削演示，讓學(xué)生觀察切屑的流向。

圖2　演示刃傾角λ s(左圖λ s為正，右圖λ s負(fù))

1.4　主偏角與副偏角的演示方法

這個(gè)演示中應(yīng)使用菱形的鋼片，將鋼片的尖端一角抵在端面與外圓面的交匯處，長邊充當(dāng)?shù)毒叩闹髑邢魅校c臺(tái)階端面所成角度即為主偏角；窄邊充當(dāng)副切削刃，與切削過的外圓面所成角度即為副偏角。左右旋動(dòng)鋼片即可表現(xiàn)出兩個(gè)角度的增減[4]。向右轉(zhuǎn)動(dòng)鋼片時(shí)使主偏角大于90°，此時(shí)告知學(xué)生由于作用力集中于刀頭，刀體不易振動(dòng)。向左轉(zhuǎn)動(dòng)鋼片，使主偏角小于90°，此時(shí)告知學(xué)生由于切削刃變長，主切削刃長度增加，切削量增加，刀具壽命提升。講解副切削刃時(shí)，用窄邊和已加工外圓面的接觸長度來說明副切削刃與工件之間的摩擦關(guān)系。特別要提示學(xué)生，當(dāng)切削發(fā)生嘯叫時(shí)應(yīng)首先考慮副偏角的影響因素。

1.5　后角α o的演示方法

將鋼片豎向放置，將其面向臺(tái)階端面的一側(cè)作為后刀面，此時(shí)頂部的長邊做主切削刃。如圖3所示，繞其長邊順時(shí)針翻動(dòng)鋼片，則可表示后角減小。此時(shí)提示學(xué)生，當(dāng)鋼片與臺(tái)階面貼合時(shí)，刀尖下方有充分的支撐，刀尖強(qiáng)度較高，但后刀面與切削表面存在摩擦，引起噪音和振動(dòng)。繼續(xù)向上反動(dòng)鋼片，使“后角”增大，摩擦減小，但刀尖“懸空”，刀尖強(qiáng)度降低。反復(fù)演示這一過程，待學(xué)生理解后，再使用實(shí)際車刀講解。

圖3　演示后角α(左圖α大，右圖α小)

2演示完成后的教學(xué)跟進(jìn)

學(xué)習(xí)刀具角度知識(shí)是為了挑選、刃磨刀具。學(xué)生通過以上演示對刀具幾何角度有一定了解后，就可以進(jìn)行刀具刃磨的教學(xué)了[5]。仍然分層次教學(xué)，首先磨好前角，深刻體會(huì)其對切削鋒利程度的影響。其次是磨好主、副偏角，保證刀具可以切出良好的臺(tái)階面，并且副切削刃不與加工面發(fā)生嚴(yán)重摩擦。再次是調(diào)整刃傾角，控制切屑流向，在以上目的達(dá)成后，盡量減小后角，增加刀具強(qiáng)度。

以上簡明演示并不意味著完全拋棄教材中的講解內(nèi)容。教材內(nèi)容定義的嚴(yán)謹(jǐn)性是不能替代的。經(jīng)過觀看演示、刃磨實(shí)踐、切削實(shí)踐后學(xué)生對車刀角度的掌握已經(jīng)較為牢靠了，此時(shí)再將教材內(nèi)容托出，向?qū)W生詳細(xì)講解，會(huì)取得事半功倍的效果，后續(xù)將車刀角度知識(shí)向鉆頭、銑刀推廣時(shí)也能水到渠成。

3結(jié)束語

此方法簡單易行，不需要額外教具，學(xué)生可隨時(shí)用鋼片和工件進(jìn)行揣摩與復(fù)習(xí)。由于最大限度利用了學(xué)生的常識(shí)與直覺，不需引入額外輔助概念，因而教學(xué)過程短，可融入加工實(shí)訓(xùn)過程中，不失為一種快捷有效的教學(xué)方法。

(責(zé)任編輯呂春紅)

參考文獻(xiàn)：

[1]呂春嬌.多管齊下破解“車刀角度”教學(xué)難題[J].民營科技，2011,(2):85.

[2]張宜厚.以車刀教學(xué)為例談“金屬切削原理與刀具”課程的教學(xué)方法[J].職教通訊， 2013,(12):66-67.

[3]王瑞清,李松濤.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2013.

[4]洪宇.金屬切削原理與刀具[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

[5]田炳彬. 機(jī)械加工中的高職學(xué)生車刀刃磨教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].科教文匯,2015，(4):91-92.

A Concise Teaching Method of Lathe tool Angle

WU Wen-tao

(Shangluo Career Technical College, shangluo 726000,China)

Abstract:To make the knowledge of Metal cutting tool angles easier to learn, This paper introduces a concise teaching method :take a steel slice as the different faces of lathe tool, simulate the angles by Relative positions of the slice and workpiece. since there is only one angle demonstrated every time, student won't be confused by Multiple angle as usual. The method is easy to carry out and the Demonstration is clear, all this above improved teaching effects

Key words: lathe tool angle；metal cutting tools；car blade grinding；reform in education