摘要：科学地选择合理的车刀角度，对车削工艺过程有着关键性的影响。研究车刀几何角度与工件加工过程以及形成的物理结果之间如何发生变化，对于车刀角度、刃磨车刀以及加工过程中相关工艺的选择具有重要意义。阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：断续切削；车刀破损；监控；探讨
前言：俗话说：“三分手艺，七分刀”，一把好的车刀对提高工件加工质量、劳动生产效率、甚至操作安全都有至关重要的作用。合理选择与设置车刀的几何参数是决定刃磨质量的关键，因此，仅从合理选择车刀几何角度的思路出发，加工者应根据工件材质、车刀材料以及切削用量，同时考虑到机床、工件、车刀、夹具刚性等物理特性，综合实际情况综合考虑。
一、车刀的基本角度与基本作用过程概述
车刀作为车床的主要刀具，在车刀的切削部分中，从数学坐标角度来看，分布着6个独立的基本角度，其情况为：
κr——车刀主偏角。
λs——车刀倾角。车刀主偏角与倾角共同确定了车刀主切削刀刃位置。
γO——车刀前角。
αO——车刀后角。车刀前角和后角用于确定车刀前刀面与后刀面的位置。
κr'——副偏角。
αO′——副后角。副偏角和副后角用于确定副切削刃及副后刀面。
使用车刀加工工件的过程也称为车刀的切削过程，是指在机床上，车刀刀具在车床动力的作用下运动，对是指在机床中，刀具在动力的作用下动作，对工件产生切削、切割的作用，使受加工的工件切削层产生变形、剪切、滑移而形成碎屑，从工件母体上脱落的过程。在这一过程中，会出现一系列的物理现象，如切削变形、切削力、切削热、刀具的磨损等等。由前述车刀的基本角度可知，由于其相关指标的设置，会对工件的形状、位置产生重大影响，从而直接影响到加工工件的质量与精度。因此，有必要认识到车削工艺中车刀角度的设置与调校，深入理解车刀几何角度与这些物理现象之间的变化规律，有助于我们合理正确地选择、刃磨车刀几何角度，同时也有助于提升加工件质量与精度，延长刀具使用寿命。
二、车刀几何角度对切削力的影响分析
切削过程就是车刀作用于工具进行切削动作，而此时受加工工件材料抵抗刀具运动的反作用力（阻力）被称为切削力。考虑车刀几何角度对切削力的影响，从力学角度分析，将切削力进行三个方向垂直的分解，分别是Fc（主切削力）、Ff（进给抗力）、Fp（切深抗力）。
沿加工主要方向分解的切削力称为主切削力，用Fc表示。Fc是设计、计算刀具强度、工件零件加工方式，以最终确定机床功率的主要依据。Ff是沿工件行进方向产生的力，是沿进给方向加工工件而产生的，因此，校验机床进给系统主要零部件强度的依据；Fp也叫径向力，车外圆时，切深抗力Fp是使工件在水平面内发生弯曲的力，而且Fp是产生振动的重要因素。
1.γO对切削力的影响分析
γO是车刀前面Ar与甚而Pr之间的夹角。前角是刀具与工件作用面之间角度的主要参数，在加工过程中，影响着车刀的锋利程度与强度。在加工过程中，由于γO增大时，变形系数ξ降低，金属塑性形变影响变小，车刀锋利，切削力减小。基于此特性，在尽可能的情况下，选取较大的前角。但由于材料特性的缘故，脆性材料形变小，受前角的影响较小，因此不会对车削力产生显著影响。故而大前角往往适用于塑性材料以及精加工过程。
2.κr对切削力的影响分析
从加工过程来看，主偏角主要会影响车刀的散热、影响轴向、径向力之比值。κr一旦发生改变，切削力产生的主切削力Fc、切削分力Fr将发生变化。据实验，当κr增大时，也同时加深了切削厚度Ac，切削层变形减小，Fc减小，切屑也随之变厚。在κr增大到65-70°后，Fc却随着角度增大而回升，原因是此时刃具刀尖圆弧切削工作面比例加大，造成了切屑变形、排屑阻力增大，反作用于刀具，使Fc增大所致。
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由切削力分解公式Fp=Frcosκr；Ff=Frsinκr可知，κr增大，Fp则减小，Ff增大，此时可以使工件变形减小，同时减小机床系统的振动。根据其力学性能分析，在加工细长工件时，考虑小的主偏角；而刚性较差的工件则尽量选择稍大的主偏角。
3.λs对切削力的影响分析
λs本身对主切削力的影响不大，它主要影响着进给抗力Ff和切深抗力Fp。刃倾角减小，影响刀具受到的正压力方向，从而导致切削合力F以及分力Fr的作用方向，这样就使Fp增大，Ff减小。刃倾角的选择直接影响到刀尖强度和切削的平稳性，因此从稳定操作的角度出发，应尽量减小刃倾角。
三、车刀几何角度对切削热的影响
1.γo对切削温度的影响分析
γo增大时，车刀锋利，切削力减小，工件、切屑的变形以及其他机械摩擦都会减轻，切削热相应降低。γoγ增大时，刀具的楔角变小，散热体积减小，此时散热条件相应变差，切削热散热效果不显著，从而易使温度上升。据实验，车刀前角增加到16°，车刀切削热反而释放更多，切削温度回升。因此，在加工时，需要尽量控制车刀前角在合理的角度范畴。
2.κr对切削温度的影响
κr减小时，切削工作面实际上变大，切削宽度增加了，此时切削厚度减小，使得工件、刀具切削变形与摩擦相应减轻，加大了散热空间，有利于切削热较好释放，对于降低切削温度是有益处的。因此，在可能的条件下，利用较小的κr，也是降低切削热的有效方法，特别是在加工特殊材料，硬度较高而可能产生大量热量时。
四、车刀几何角度对刀具寿命的影响分析
任何工具都有其使用寿命，这与其使用强度直接相关。由于刀具直接作用于工件进行工作，设置合理的几何角度直接影响到切削力、切削温度，也就直接影响了刀具的使用寿命。而刀具使用寿命也反过来验证了刀具几何角度的设置科学性、正确性。
1.前角γo对刀具寿命的影响
适当大的前角可以降低切削力，降低切削发热量，故而就能提升刀具使用寿命。但大的前角γo会使刀头强度变差，降低刀具的散热条件，影响刀具的使用寿命，严重的甚至可能造成刀头在切削时崩裂。
2.后角αO对刀具寿命的影响
αO设置较大可以减少工件工作面与后刀面之间的摩擦，减小相应的摩擦阻力，从而提升刀具寿命。但必须注意到，后角过大时，使后部空间变窄，从而降低了刀具的散热条件，影响了刀具的使用寿命。
3.主偏角κr对刀具寿命的影响
加工工件时，若给进量相同，减小主偏角的直接效果就是减小了切削厚度，同时使切削宽度增加，也就是在同等长度的工作面上减少了刀刃的负荷，此时κr变小也可以增大刀具强度，有利于延长刀具的使用寿命。
4.车刀几何角度对断屑的影响
在对工件加工必然会产生各类工件碎屑。加工过程中，必须要考虑刀具设置与工件夹具等相关配置，使相关碎屑随时流畅排出，特别是在加工塑性材料时尤应注意。就主偏角而言，κr大意味着切削百度大，容易断屑，应选择75-90度的kr角度，以取得较好的断屑性能。而λs可以通过设置合理的刃倾角来使断屑流向得到有效控制，从而有利操作。如λs为正时，切屑流向待加工面，为负值时，则流向已加工表面。从而操作者应深入分析工件特性与加工流程，适时调整λs角度，以有利于方便操作。
结束语：
综上所述，车刀角度对切削过程中一系列的物理现象都有重要影响，因此，掌握这些规律对合理选择车刀角度，正确刃磨车刀有积极意义。因此在今后的过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
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论文作者:王琪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：车刀论文; 工件论文; 刀具论文; 角度论文; 加工论文; 偏角论文; 几何论文; 《基层建设》2017年第15期论文;