刃具角度測量尺的設計制造及應用

陳 晨

（中航工業沈陽飛機工業（集團）有限公司，沈陽 110850）

隨著社會的發展、科技的進步以及高新材料的應用，各類機加裝配行業對工具的材質、精度和構造要求越來越高，作為機械加工不可或缺的各類刀具更是日新月異。刀具產品的質量對零件加工效率和零件產品質量起著至關重要的作用，為了提高刀具產品的切削效能，各大工具廠家及研究所都積極針對不同的被加工材料，從刀具的選材、結構設計和刃部角度型面等進行改良，各類應用新材料、結構尺寸精密復雜的整體合金刀具、粉末冶金高速鋼刀具、涂層刀具、機夾可轉位刀具等都得到長足的發展。這就對刀具行業的各類檢測技術提出了更高的要求。

刃具角度測量尺是一種能夠準確測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，目前刀具企業和研發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、結構和精密度上，刀具切削刃幾何角度的革新變化相對較差，測量控制也不是十分嚴格。同時，它的測量使用有一定的局限性，導致還有很多人對它不了解，甚至不知道，但是沒有哪種量具在檢測中是萬能的，對如今的刀具制造業來說，刀具幾何角度的控制也必將越來越受到重視，刃具角度測量尺具有相當大的推廣應用價值。所以，本文通過對刃具角度測量尺的構造尺寸和使用方法進行研究分析，對刀具角度測量的常用儀器和手段進行比對，總結設計出圖紙、擬定加工制造方案并解決制造難點，以讓刃具角度測量尺得到更多的推廣和應用，對提高刀具產品的合格率起到良好的促進作用。

圖1 刃具角度測量尺構造

1 工作原理分析

1.1 刃具角度測量尺測量使用的局限性

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

雖然人們可以根據其原理制造專用的刃具角度測量尺實現測量，但是這樣不符合量具設計原則，也極大提高了產品生產成本。對不等分齒刀具等情況可以采用其他測量方法，總的來說，刃具角度測量尺應付常用刀具的角度檢測綽綽有余。

1.2 刃具角度測量尺的工作原理

刃具角度測量尺的工作原理十分簡單，結構也不太復雜。它根據內接于不同直徑圓形的等邊多邊形的邊，與坐標軸線Y的夾角α一致的原理，測算出邊與坐標軸線Y的夾角α值，這樣可以將坐標軸線Y轉換到多邊形的一條邊上，如圖2所示。其中，坐標軸線Y相當于確定刀具前后角用的基面；多邊形每個頂點相當于等分齒刀具的刀尖；多邊形每個邊相當于刀尖的連線。不同直徑的等分齒刀具，其基面和刀尖連線的夾角α數值也是一致的，利用測算的夾角α數值進行換算，將刀尖的連線代替測量刀具前后角用的基面，再結合游標萬能角度尺測量角度的原理方法，就可以準確測量刀具的前角及后角，這就是刃具角度測量尺的工作原理。

圖2 刃具角度測量尺工作原理

2 刃具角度測量尺的設計及制造方案

2.1 刃具角度測量尺的設計

2.1.1 夾角α的計算

根據刃具角度測量尺原理，畫圖可測算出常見刀具齒數的夾角α值，如表1所示。

表1 常見刀具齒數的夾角α

2.1.2 刃具角度測量尺結構圖紙設計

參考《簡明檢驗工手冊》中的簡圖及游標萬能角度尺實物，根據刃具角度測量尺的工作原理，確定出各部分的結構及裝配關系；再根據《航空工藝裝備設計手冊——量具設計》的相關內容，確定刃具角度測量尺各構件的尺寸、公差及形位公差；最后設計出圖，裝配結構如圖1所示，其中主要部件圖見附頁。

2.2 刃具角度測量尺的制造

作為由多個結構件組合的量具，刃具角度測量尺各構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系和測量精度的要求。為此，首先必須防止關鍵部件的變形，每個都得先調質再進行粗加工，然后在淬火、冰冷處理和回火后進行半精加工，之后還需要進行人工時效，最后才能進行精加工。其次，每道工序都得選好定位基準和裝配基準，并且在加工中嚴格控制尺寸精度和光度。

3 刃具角度測量尺的測量方法

3.1 前角的測量

以六齒刀具的前角測量為例，首先調整齒數尺，使其刻度“6”與分度尺的刻度“0”對齊；然后調整前角滑尺測量面與刀具的前角緊密貼合，刀具齒尖卡在基準塊與前角滑尺形成的垂直基準槽根部；最后調整支撐滑尺及齒數尺，讓支撐滑尺測量面搭在被測刀齒后方相鄰齒的齒頂上；這時，齒數尺的刻度“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 前角測量示例

3.2 后角的測量

以六齒刀具的前角測量為例，首先調整齒數尺，使其刻度“6”與分度尺的刻度“0”對齊；然后調整基準塊測量面與刀具的后角緊密貼合，刀具齒尖卡在基準塊與前角滑尺形成的垂直基準槽根部；最后調整支撐滑尺及齒數尺，讓支撐滑尺測量面搭在被測刀齒后方相鄰齒的齒頂上；這時齒數尺的刻度“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 后角測量示例

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

4 幾種常用刀具角度測量方法的比較

目前在刀具的生產中，刃部幾何角度的測量主要采用下列常用的方法。

4.1 目測法

對一些精度和切削要求不高的刀具，有經驗的老師傅通過肉眼能夠比較準確地目測出刀具刃部的幾何角度，如銑刀、車刀等。但是，受操作者經驗的限制，目測的誤差最小在1°左右，對刃部幾何角度有特殊要求的刀具不適用。

4.2 打表測量法

這是一種比較精確的測量方式，將刀具裝夾固定在偏擺檢測儀上，利用千分表和高度尺，定位后測量換算出刀具前角和后角相對刀具軸線的偏刀量h，最后根據銑床偏刀的公式計算出前角和后角的數值。這種方式的準確度在一定程度也受操作者經驗的影響，最大的缺點是測量計算復雜，不便于實際應用。操作示例如圖5所示。

圖5 打表法測量示例

4.3 刀具測量儀檢測

隨著光學測量技術和數控技術的發展完善，兩種技術的完美結合便產生了刀具測量儀。它是采用光學投影及反射的原理，找到刀具刃部軸向或者法向截面上幾何角度的兩個點來確定角度線，再通過精確的定位基準確定出刀具的軸線，利用計算機軟件將收集的各個測量參數，通過三角函數的原理快捷地計算出刃部的幾何角度值。這應該是目前技術最先進、測量相對最直觀準確、測量范圍最全面（可以測量螺旋齒及不等分齒刀具）、測量速度比較快的一種方法。但是，由于設備造價高，需要專門場地安置，需要有專門的風路和電路要求，操作者必須通過專業培訓，刀具柄部尺寸規格必須與設備的專用夾具一致等因素的限制，刀具測量儀不能隨時隨地為生產服務，只有在被測量刀具刃部幾何角度的加工要求相對較高時才會采用。

4.4 刃具角度測量尺測量

刃具角度測量尺相比其他方法有其局限性，但也有相當大的優勢。首先，測量操作簡單，不需要專業培訓；其次，外形小巧，攜帶方便；再次，制造成本不高，利用推廣；最后，測量精度比較高，完全能滿足一般刀具刃部幾何角度的測量要求。在螺旋齒刀具的螺旋角不是很大的情況下，針對銑刀或擴孔鉆，使用刃具角度測量尺與刀具測量儀進行實測對比，相對誤差小到可以忽略不計。

5 結論

本文對刃具角度測量尺的設計、制造和測量使用等進行了分析介紹，旨在讓更多的刀具制造單位對其有更深入的了解，以充分發揮其測量方便、準確的優勢。由于刃具角度測量尺的使用局限性，人們不能直接買到成品，可是其制造難度不高，工具生產單位完全可以自己設計制造。作為工具行業的一名技術人員，筆者希望這種量具的優點被更多同行認知，使得這種量具在刀具產品的質量控制上得到更廣泛的推廣和應用。