陳 晨

（中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，沈陽 110850）

隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及高新材料的應(yīng)用，各類機(jī)加裝配行業(yè)對(duì)工具的材質(zhì)、精度和構(gòu)造要求越來越高，作為機(jī)械加工不可或缺的各類刀具更是日新月異。刀具產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)零件加工效率和零件產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，為了提高刀具產(chǎn)品的切削效能，各大工具廠家及研究所都積極針對(duì)不同的被加工材料，從刀具的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和刃部角度型面等進(jìn)行改良，各類應(yīng)用新材料、結(jié)構(gòu)尺寸精密復(fù)雜的整體合金刀具、粉末冶金高速鋼刀具、涂層刀具、機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具等都得到長(zhǎng)足的發(fā)展。這就對(duì)刀具行業(yè)的各類檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。

刃具角度測(cè)量尺是一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量多種刀具刃部前角和后角尺寸，操作和攜帶都很方便的常用量具，如圖1所示。但是，目前刀具企業(yè)和研發(fā)部門在刀具的研究制造過程中，主要將重心放在刀具的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和精密度上，刀具切削刃幾何角度的革新變化相對(duì)較差，測(cè)量控制也不是十分嚴(yán)格。同時(shí)，它的測(cè)量使用有一定的局限性，導(dǎo)致還有很多人對(duì)它不了解，甚至不知道，但是沒有哪種量具在檢測(cè)中是萬能的，對(duì)如今的刀具制造業(yè)來說，刀具幾何角度的控制也必將越來越受到重視，刃具角度測(cè)量尺具有相當(dāng)大的推廣應(yīng)用價(jià)值。所以，本文通過對(duì)刃具角度測(cè)量尺的構(gòu)造尺寸和使用方法進(jìn)行研究分析，對(duì)刀具角度測(cè)量的常用儀器和手段進(jìn)行比對(duì)，總結(jié)設(shè)計(jì)出圖紙、擬定加工制造方案并解決制造難點(diǎn)，以讓刃具角度測(cè)量尺得到更多的推廣和應(yīng)用，對(duì)提高刀具產(chǎn)品的合格率起到良好的促進(jìn)作用。

圖1 刃具角度測(cè)量尺構(gòu)造

1 工作原理分析

1.1 刃具角度測(cè)量尺測(cè)量使用的局限性

刀具角度測(cè)量尺的局限性主要有以下兩個(gè)方面：首先，它只能測(cè)量刀具切削刃的前角和后角，只在刀具制造業(yè)有用武之地。其次，受其工作原理、制造使用條件制約，它只在測(cè)量直徑7～50mm、齒數(shù)30以下范圍內(nèi)、等分齒形的直齒刀具時(shí)才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量值。它不能測(cè)量不等分齒形刀具；對(duì)測(cè)量直徑過大的刀具，量具尺寸過大會(huì)導(dǎo)致操作和制造困難；對(duì)測(cè)量直徑過小以及齒數(shù)過多的刀具，其制造精度又要求過高而不易達(dá)到；測(cè)量螺旋齒刀具也存在一定誤差。

雖然人們可以根據(jù)其原理制造專用的刃具角度測(cè)量尺實(shí)現(xiàn)測(cè)量，但是這樣不符合量具設(shè)計(jì)原則，也極大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。對(duì)不等分齒刀具等情況可以采用其他測(cè)量方法，總的來說，刃具角度測(cè)量尺應(yīng)付常用刀具的角度檢測(cè)綽綽有余。

1.2 刃具角度測(cè)量尺的工作原理

刃具角度測(cè)量尺的工作原理十分簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)也不太復(fù)雜。它根據(jù)內(nèi)接于不同直徑圓形的等邊多邊形的邊，與坐標(biāo)軸線Y的夾角α一致的原理，測(cè)算出邊與坐標(biāo)軸線Y的夾角α值，這樣可以將坐標(biāo)軸線Y轉(zhuǎn)換到多邊形的一條邊上，如圖2所示。其中，坐標(biāo)軸線Y相當(dāng)于確定刀具前后角用的基面；多邊形每個(gè)頂點(diǎn)相當(dāng)于等分齒刀具的刀尖；多邊形每個(gè)邊相當(dāng)于刀尖的連線。不同直徑的等分齒刀具，其基面和刀尖連線的夾角α數(shù)值也是一致的，利用測(cè)算的夾角α數(shù)值進(jìn)行換算，將刀尖的連線代替測(cè)量刀具前后角用的基面，再結(jié)合游標(biāo)萬能角度尺測(cè)量角度的原理方法，就可以準(zhǔn)確測(cè)量刀具的前角及后角，這就是刃具角度測(cè)量尺的工作原理。

圖2 刃具角度測(cè)量尺工作原理

2 刃具角度測(cè)量尺的設(shè)計(jì)及制造方案

2.1 刃具角度測(cè)量尺的設(shè)計(jì)

2.1.1 夾角α的計(jì)算

根據(jù)刃具角度測(cè)量尺原理，畫圖可測(cè)算出常見刀具齒數(shù)的夾角α值，如表1所示。

表1 常見刀具齒數(shù)的夾角α

2.1.2 刃具角度測(cè)量尺結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

參考《簡(jiǎn)明檢驗(yàn)工手冊(cè)》中的簡(jiǎn)圖及游標(biāo)萬能角度尺實(shí)物，根據(jù)刃具角度測(cè)量尺的工作原理，確定出各部分的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系；再根據(jù)《航空工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)——量具設(shè)計(jì)》的相關(guān)內(nèi)容，確定刃具角度測(cè)量尺各構(gòu)件的尺寸、公差及形位公差；最后設(shè)計(jì)出圖，裝配結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中主要部件圖見附頁。

2.2 刃具角度測(cè)量尺的制造

作為由多個(gè)結(jié)構(gòu)件組合的量具，刃具角度測(cè)量尺各構(gòu)件的制造精度要求都必較高，只有這樣才能保證滿足最終裝配關(guān)系和測(cè)量精度的要求。為此，首先必須防止關(guān)鍵部件的變形，每個(gè)都得先調(diào)質(zhì)再進(jìn)行粗加工，然后在淬火、冰冷處理和回火后進(jìn)行半精加工，之后還需要進(jìn)行人工時(shí)效，最后才能進(jìn)行精加工。其次，每道工序都得選好定位基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，并且在加工中嚴(yán)格控制尺寸精度和光度。

3 刃具角度測(cè)量尺的測(cè)量方法

3.1 前角的測(cè)量

以六齒刀具的前角測(cè)量為例，首先調(diào)整齒數(shù)尺，使其刻度“6”與分度尺的刻度“0”對(duì)齊；然后調(diào)整前角滑尺測(cè)量面與刀具的前角緊密貼合，刀具齒尖卡在基準(zhǔn)塊與前角滑尺形成的垂直基準(zhǔn)槽根部；最后調(diào)整支撐滑尺及齒數(shù)尺，讓支撐滑尺測(cè)量面搭在被測(cè)刀齒后方相鄰齒的齒頂上；這時(shí)，齒數(shù)尺的刻度“6”與分度尺的刻度“0”偏移的刻度就是該刀具的前角。操作示例如圖3所示，由該圖可以看出，該六齒刀具的前角為3°。

圖3 前角測(cè)量示例

3.2 后角的測(cè)量

以六齒刀具的前角測(cè)量為例，首先調(diào)整齒數(shù)尺，使其刻度“6”與分度尺的刻度“0”對(duì)齊；然后調(diào)整基準(zhǔn)塊測(cè)量面與刀具的后角緊密貼合，刀具齒尖卡在基準(zhǔn)塊與前角滑尺形成的垂直基準(zhǔn)槽根部；最后調(diào)整支撐滑尺及齒數(shù)尺，讓支撐滑尺測(cè)量面搭在被測(cè)刀齒后方相鄰齒的齒頂上；這時(shí)齒數(shù)尺的刻度“6”與分度尺的刻度“0”偏移的刻度就是該刀具的后角。操作示例如圖4所示，由該圖可以看出，該六齒刀具的后角為15°。

圖4 后角測(cè)量示例

通過前角和后角的測(cè)量過程不難看出，刃具角度測(cè)量尺的使用十分方便。由于一般刀具前后角的公差為±1°30′，刃具角度測(cè)量尺的測(cè)量誤差不會(huì)超過15′，完全能夠滿足測(cè)量使用的精度要求。

4 幾種常用刀具角度測(cè)量方法的比較

目前在刀具的生產(chǎn)中，刃部幾何角度的測(cè)量主要采用下列常用的方法。

4.1 目測(cè)法

對(duì)一些精度和切削要求不高的刀具，有經(jīng)驗(yàn)的老師傅通過肉眼能夠比較準(zhǔn)確地目測(cè)出刀具刃部的幾何角度，如銑刀、車刀等。但是，受操作者經(jīng)驗(yàn)的限制，目測(cè)的誤差最小在1°左右，對(duì)刃部幾何角度有特殊要求的刀具不適用。

4.2 打表測(cè)量法

這是一種比較精確的測(cè)量方式，將刀具裝夾固定在偏擺檢測(cè)儀上，利用千分表和高度尺，定位后測(cè)量換算出刀具前角和后角相對(duì)刀具軸線的偏刀量h，最后根據(jù)銑床偏刀的公式計(jì)算出前角和后角的數(shù)值。這種方式的準(zhǔn)確度在一定程度也受操作者經(jīng)驗(yàn)的影響，最大的缺點(diǎn)是測(cè)量計(jì)算復(fù)雜，不便于實(shí)際應(yīng)用。操作示例如圖5所示。

圖5 打表法測(cè)量示例

4.3 刀具測(cè)量?jī)x檢測(cè)

隨著光學(xué)測(cè)量技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展完善，兩種技術(shù)的完美結(jié)合便產(chǎn)生了刀具測(cè)量?jī)x。它是采用光學(xué)投影及反射的原理，找到刀具刃部軸向或者法向截面上幾何角度的兩個(gè)點(diǎn)來確定角度線，再通過精確的定位基準(zhǔn)確定出刀具的軸線，利用計(jì)算機(jī)軟件將收集的各個(gè)測(cè)量參數(shù)，通過三角函數(shù)的原理快捷地計(jì)算出刃部的幾何角度值。這應(yīng)該是目前技術(shù)最先進(jìn)、測(cè)量相對(duì)最直觀準(zhǔn)確、測(cè)量范圍最全面（可以測(cè)量螺旋齒及不等分齒刀具）、測(cè)量速度比較快的一種方法。但是，由于設(shè)備造價(jià)高，需要專門場(chǎng)地安置，需要有專門的風(fēng)路和電路要求，操作者必須通過專業(yè)培訓(xùn)，刀具柄部尺寸規(guī)格必須與設(shè)備的專用夾具一致等因素的限制，刀具測(cè)量?jī)x不能隨時(shí)隨地為生產(chǎn)服務(wù)，只有在被測(cè)量刀具刃部幾何角度的加工要求相對(duì)較高時(shí)才會(huì)采用。

4.4 刃具角度測(cè)量尺測(cè)量

刃具角度測(cè)量尺相比其他方法有其局限性，但也有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。首先，測(cè)量操作簡(jiǎn)單，不需要專業(yè)培訓(xùn)；其次，外形小巧，攜帶方便；再次，制造成本不高，利用推廣；最后，測(cè)量精度比較高，完全能滿足一般刀具刃部幾何角度的測(cè)量要求。在螺旋齒刀具的螺旋角不是很大的情況下，針對(duì)銑刀或擴(kuò)孔鉆，使用刃具角度測(cè)量尺與刀具測(cè)量?jī)x進(jìn)行實(shí)測(cè)對(duì)比，相對(duì)誤差小到可以忽略不計(jì)。

5 結(jié)論

本文對(duì)刃具角度測(cè)量尺的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)量使用等進(jìn)行了分析介紹，旨在讓更多的刀具制造單位對(duì)其有更深入的了解，以充分發(fā)揮其測(cè)量方便、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。由于刃具角度測(cè)量尺的使用局限性，人們不能直接買到成品，可是其制造難度不高，工具生產(chǎn)單位完全可以自己設(shè)計(jì)制造。作為工具行業(yè)的一名技術(shù)人員，筆者希望這種量具的優(yōu)點(diǎn)被更多同行認(rèn)知，使得這種量具在刀具產(chǎn)品的質(zhì)量控制上得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。