一种简明的车刀角度教学方法

一种简明的车刀角度教学方法*

吴文韬

(陕西省商洛职业技术学院 机电工程系,陕西 商洛 726000)

摘要：文章介绍了一种简明的车刀几何角度教学演示方法：用一枚薄钢片模拟刀具不同的面，通过其与工件的位置关系模拟刀具角度。由于每次只表现一个角，因而解决了具体刀具多个角互相干扰影响学生辨识的问题。此法简单易行演示清楚，提升了教学成效。

关键词：车刀角度；金属切削刀具；车刀刃磨；教学改革；

中图分类号：G642

收稿日期：*2015-04-20

作者简介：吴文韬(1983-)，男，江苏南京人，助教，学士，主要从事机械加工、机械设计教学研究。

车刀角度对刀具的使用性能有极为重要影响，是机加工教学的重点内容。在教学过程中除实物展示外，刀具角度的理论内容是利用正交平面参考系进行说明的。此法优点是概念精确，缺点是内容繁多难记[6]：学生需要先学习掌握基面Pr、切削平面Ps、正交平面Po三面的意义，增加了知识量和教学难度。

虽然教材配图表现出了三面关系，但却涉及了5个角度，且面-面交错，对缺乏刀具概念的学生而言复杂难懂。部分学生理论接受能力较弱，知识点繁复晦涩将打击其学习积极性，影响后续知识掌握。为改变这种情况，本人结合金工实训课程教学实践，发明了一种简单展示刀具角度的教学方法。

1刀具角度的简明演示方法

1.1　概述

刀具教学中需要让学生理解前角γo、后角αo、刃倾角λs、主偏角Kr和副偏角Kr′的几何概念与作用。教学实践表明，不分主次同时灌输五个角度的概念会导致学生知识混淆、记忆困难。此外，学生在金工实训中最希望的是刀具锋利能顺畅完成切削；其次希望避免切屑流向工件和不断屑的问题；此后他们才会进一步考虑如何提升切削效率和表面光洁度；最后才会关注刀具的耐用性。由此可见，学生认知逐层递进，教学应顺应学生这种认知顺序，对五个角度区分主次逐一讲授，夯实前一概念后，再引入后续概念。

根据以上分析，笔者在教学中将决定刀具锐利程度的前角、控制切屑流向的刃倾角作为第一个层次的知识；主、副偏角在投影面上并列出现，容易理解，作为第二个层次。影响刀具强度的后角作为第三个层次。

在车间里，刀具角度可利用车刀进行演示，但这种方法存在问题：首先，刀具上的各个角度同时存在，学生容易被多个面、角度干扰，引起混淆。其次，刀头太小不便于观察，学生众多时演示效果差。为解决这一问题，笔者用一枚钢片代表刀具上不同的面，通过钢片与工件的位置关系来演示各个角度。由于演示时每次只涉及一个面，因而解决了多个面互相干扰影响学生辨识的问题，其次钢片放大了刀具表面，解决了学生观察问题。

1.2　前角γ o的演示方法

将一直径适中的棒料装夹在机床上并加工出一高度约为10mm的台阶，再准备一长宽适中，边缘平整的条形钢片(垫刀片即可)待用。

首先向学生演示前角γo：如图1所示，将钢片的窄边抵在已加工外圆面上，将钢片的长边靠在台阶端面上。此时，钢片上表面相当于车刀的前面，长边相当于主切削刃，宽边相当于副切削刃。以长边和端面的接触线为轴线，旋转钢片，即可改变“前面”与台阶面的夹角，进而表现出前角的增大与减小。如图1左图所示，先将钢片水平放置，告诉学生此时前角为0度，接着顺时针旋转钢片，提醒学生此时刀具的前角增大。然后顺时针拨动卡盘，钢片与台阶面呈现一种明显的“铲削”趋势[2]，学生无须额外知识，仅靠观察与直觉就能理解前角增大刀具锋利的原因，记忆深刻。

图1　演示前角γ(左图为正前角，右图为负前角)

逆时针旋转钢片，钢片上表面与台阶端面间夹角变小，如图1右图所示，教师此时向学生说明前角变小切削阻力增大，但刀刃强度增加。由于钢片垂直于台阶端面时“铲削”的感觉消失，代之以“推削”的感觉，学生凭直觉也能理解切削阻力变大的原因，同时也明白了由于“刀锋”变钝，刀尖强度增高，崩刃的可能性随之降低。反复旋转钢片讲述以上原理，待学生全部了解所演示的内容后，教师可在另一个机床上结合实际车刀进行讲解，并用不同前角刀具对工件进行切削，比较其锋利程度，让学生体会前角的概念及对切削过程的影响。

1.3　刃倾角λ s的演示方法

仍然采用以上手法将钢片抵在工件上，以窄边与工件已切削表面的贴合线为轴，上提或下压钢片，展示刃倾角的增大与减小，如图2所示。下压钢片时，告诉学生此时切屑顺“前面”下滑流出，远离工件[3]；上提钢片时，告诉学生喷出的切屑被“前面”堵住，流回工件。

下压钢片时应提示学生，此时刀刃升起，刀具强度降低；反之，上提时，刀刃整体下降，刀具强度增大。反复演示这一过程，待学生全部了解演示内容后，结合实际车刀进行讲解，并用刃倾角不同的车刀进行切削演示，让学生观察切屑的流向。

图2　演示刃倾角λ s(左图λ s为正，右图λ s负)

1.4　主偏角与副偏角的演示方法

这个演示中应使用菱形的钢片，将钢片的尖端一角抵在端面与外圆面的交汇处，长边充当刀具的主切削刃，与台阶端面所成角度即为主偏角；窄边充当副切削刃，与切削过的外圆面所成角度即为副偏角。左右旋动钢片即可表现出两个角度的增减[4]。向右转动钢片时使主偏角大于90°，此时告知学生由于作用力集中于刀头，刀体不易振动。向左转动钢片，使主偏角小于90°，此时告知学生由于切削刃变长，主切削刃长度增加，切削量增加，刀具寿命提升。讲解副切削刃时，用窄边和已加工外圆面的接触长度来说明副切削刃与工件之间的摩擦关系。特别要提示学生，当切削发生啸叫时应首先考虑副偏角的影响因素。

1.5　后角α o的演示方法

将钢片竖向放置，将其面向台阶端面的一侧作为后刀面，此时顶部的长边做主切削刃。如图3所示，绕其长边顺时针翻动钢片，则可表示后角减小。此时提示学生，当钢片与台阶面贴合时，刀尖下方有充分的支撑，刀尖强度较高，但后刀面与切削表面存在摩擦，引起噪音和振动。继续向上反动钢片，使“后角”增大，摩擦减小，但刀尖“悬空”，刀尖强度降低。反复演示这一过程，待学生理解后，再使用实际车刀讲解。

图3　演示后角α(左图α大，右图α小)

2演示完成后的教学跟进

学习刀具角度知识是为了挑选、刃磨刀具。学生通过以上演示对刀具几何角度有一定了解后，就可以进行刀具刃磨的教学了[5]。仍然分层次教学，首先磨好前角，深刻体会其对切削锋利程度的影响。其次是磨好主、副偏角，保证刀具可以切出良好的台阶面，并且副切削刃不与加工面发生严重摩擦。再次是调整刃倾角，控制切屑流向，在以上目的达成后，尽量减小后角，增加刀具强度。

以上简明演示并不意味着完全抛弃教材中的讲解内容。教材内容定义的严谨性是不能替代的。经过观看演示、刃磨实践、切削实践后学生对车刀角度的掌握已经较为牢靠了，此时再将教材内容托出，向学生详细讲解，会取得事半功倍的效果，后续将车刀角度知识向钻头、铣刀推广时也能水到渠成。

3结束语

此方法简单易行，不需要额外教具，学生可随时用钢片和工件进行揣摩与复习。由于最大限度利用了学生的常识与直觉，不需引入额外辅助概念，因而教学过程短，可融入加工实训过程中，不失为一种快捷有效的教学方法。

(责任编辑吕春红)

参考文献：

[1]吕春娇.多管齐下破解“车刀角度”教学难题[J].民营科技，2011,(2):85.

[2]张宜厚.以车刀教学为例谈“金属切削原理与刀具”课程的教学方法[J].职教通讯， 2013,(12):66-67.

[3]王瑞清,李松涛.机械制造基础[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2013.

[4]洪宇.金属切削原理与刀具[M].长春：吉林科学技术出版社，2010.

[5]田炳彬. 机械加工中的高职学生车刀刃磨教学的研究与实践[J].科教文汇,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