简论车刀中心高对车削加工的影响

　摘要：车削加工是金属切削加工中应用最广的加工方法。本文根据实践，针对车刀中心高对车削加工的影响的几种情况，运用金属切削加工原理、三角几何关系、投影关系等进行了探讨和分析，阐明了车刀中心高的正确对车削加工有不可忽视的重要性。
　　关键词：车削加工；车刀中心高；加工效果
　　　　
　　“车工一把刀”，这句话说明车刀对车工的重要性。在加工工件安装车刀时，不但要注意刀具的伸出长度与刚性能否满足加工需要，也要考虑刀具的安装角度是否合理，同时还要考虑刀尖是否严格对准工件的旋转中心这个问题。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。在车床上加工工件时，车刀中心高不正确将直接影响工件加工效果，甚至会使车削难以顺利进行并使车刀受损。笔者在工作实践中，针对车刀中心高在加工中的影响进行了反复的观察研究，并结合金属切削加工原理等进行分析探讨，得出车刀中心高对车削的影响主要有以下几个方面。
　　对车刀工作角度的影响
　　安装车刀时，中心高是否准确主要对车刀的前角和后角产生影响。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。车刀中心高装准确（从理论上讲），则车刀的刃磨角度等于车刀的工作角度，即αo=αo’，γo=γo’，如图1（b）所示。如果车刀中心高没有装准，则定义车刀角度的参考系——切削平面和基面的位置就会发生改变。当车刀刀尖高于工件轴线时，如图1 (a) 所示，车刀的工作后角αo’减小，工作前角γo’增大；而当车刀刀尖低于工件轴线时，如图1（c）所示，则车刀的工作后角αo’增大，工作前角γo’减小。
　　后角的大小主要影响刀具的强度和后刀面与工件加工表面的摩擦，前角的大小主要影响刀具的锋利程度。车刀中心高误差越大，对刀具的工作前角和工作后角影响越大。假设车刀中心高过高，如图1（a）所示，就会造成车刀工作后角αo’过小，从而增大刀具后刀面与工件加工表面的摩擦，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αo’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刀现象；假设车刀中心高过低，如图1（c）所示，则会造成工作后角αo’过大、工作前角γo’过小，后角过大使刀具的强度下降，容易造成崩刃，前角过小使刀具的锋利程度下降，切削力增大，增大切削难度。
　　对切削深度（ap）控制的影响
　　在车削工件的外圆或内孔时，我们会发现当排除了车床、夹具、刀具、量具等各方面因素的影响后，按要求所需控制中滑板切入了所要的切削深度，但车削后检测的尺寸往往达不到要求。其原因如图2分析所示：
　　 要将工件外圆由φd车至φd，ef应是当车刀刀尖与工件轴线等高（中心高正确）时车刀应切入的深度。而当车刀中心高装高到b点时，如果要车到φd的直径，则车刀应切入的深度为bd。
　　在直角△cab中
　　∵bc（斜边）>ba（直角边）而ba=ef
　　bd＝bc＋cd
　　∴ bd>ef
　　若按ef切入，车出的外圆必定大于φd。车内孔时的分析同理。
　　对车削圆锥的影响
　　在车削圆锥时，如果车刀中心高不准确，车出的圆锥会产生双曲线误差，如图3（a）所示。根据圆锥体的形成原理可知，通过圆锥体中心的圆锥素线是一条直线，如果把一个标准圆锥体用一个平行于轴线且高于轴线δh的截面剖切，其剖面形状是一个双曲线，如图3（b）所示。也就是说，如果车刀装高δh后，走刀轨迹若能走出这一双曲线的话，就能车出圆锥素线是直线的正确的圆锥体。但车刀的走刀轨迹不是一条双曲线而是一条直线，所以，车圆锥时，要车出正确的圆锥体和圆锥孔，必须尽量装准车刀中心高。
　　对车削工件端面的影响
　　车端面时，如车刀中心高不正确，如图4所示，在车至端面中心时，会使工件中心留有凸台而造成端面不平，并会造成车刀刀尖崩碎（使用硬质合金车刀）。
　　对数控车床车削台阶外圆和台阶孔的影响
　　在数控车床上车削台阶外圆和台阶孔时，如果车刀中心高偏低或偏高会产生不良后果。如在连续车削台阶外圆时，当测量小端直径已经符合公差要求时，大端直径已经严重超差，往往是外圆越大超差的越严重。分析如图5所示:
　　当车刀中心高与工件中心等高时，外圆1从e1点车至f1点，外圆2从e2点车至f2点，且e1f1=e2f2，如果车刀装高oo’的高度，同样要车去同等的车削深度，但外圆1要从a1点车至d1点，外圆2要从a2点车至d2点。
　　从图可知在两直角△a1b1c1和△a2b2c2中，
　　∵a1b1= a2b2=e1f1=e2f2 ；∠c2a2b2＞ ∠c1a1b1
　　则c2a2>c1a1 ；而c2a2　　∴ d2a2>d1a1
　　也就是说，如外圆1和外圆2要车去同等的余量，如果车刀中心装高了oo’的高度，则外圆2的切削深度要得取比外圆1深，同理，车内孔时也应注意这一问题。
　　因为在数控车床上车台阶外圆或台阶内孔时,不像在普通车床上对各个尺寸是逐个控制的,而是由程序控制连续车削的。因此，在数控车床上加工此类台阶外圆或台阶内孔时要特别注意，应以大端直径为测量基准，只要大端直径合适，那么小端直径就会留有余量。同时，为了保证各个台阶外圆或内孔的尺寸合格，在车削时不要统一改刀补，可以根据各个外圆的余量，在程序中修改各个尺寸至图纸要求。

然而，安装车刀时，车刀中心高是否一定要与工件旋转中心等高呢？也有例外。如在车削孔类工件时，为了防止车刀后面与内孔孔壁摩擦，可以把车刀刀尖装夹得略微高出工件轴心线，这样就有利于切削的正常进行。另外，在加工刚性较差的长轴时，若将刀尖与工件中心等高（对准工件中心）进行加工，工件会振动较大，而如果把车刀刀尖微量抬高一点，振动反而会减弱或消失。这是因为是刀尖抬高了，后角变小了，后刀面与工件表面发生了摩擦，相当于给工件增加了一个支撑，使工件刚性增加，振动就减弱或消失了。在实际生产中，在车削端面、圆锥面、螺纹、成形面时，要求车刀的中心高一定要严格对准工件的中心；粗车一般外圆、精车孔、粗车空心孔、切断空心工件时，安装车刀的刀尖应等高或稍高于工件中心线。一般中心高装高在0.2~0.5毫米之间问题不大，而且工件的直径相对必须大。
　　俗话说，磨刀不误砍柴工。安装车刀时要认真一点，要细心一点，虽然花去多一点时间，但能避免不少麻烦，不仅能使加工得以顺利进行，保证加工效率，而且能获得良好的效果。
　　参考文献：
　　[1]技工学校机械类通用教材编委会.车工工艺学[m].北京：机械工业出版社，1981.
　　[2]王公安.车工工艺学[m].北京： 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jiaoyulunwen/zhiyejiaoyu/56186.html