本實(shí)用新型屬于教學(xué)刀具模型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高等學(xué)校教學(xué)用組合車削刀具模型。

背景技術(shù)：
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在高等學(xué)校機(jī)械制造專業(yè)教學(xué)中，涉及到金屬切削原理部分的內(nèi)容時(shí)，必然講解到刀具的幾何角度問(wèn)題及與之相關(guān)的參考平面問(wèn)題。由于刀具幾何角度的標(biāo)注完全在三維空間的不同參考平面內(nèi)，而這些參考平面全部為假想的空間相交平面。這樣，使得教師在講解這部分內(nèi)容時(shí)，往往面臨如何清楚地表達(dá)其關(guān)系的問(wèn)題，同時(shí)學(xué)生也面臨空間概念的理解問(wèn)題等。本實(shí)用新型的目的主要是制作一個(gè)刀具實(shí)體模型，實(shí)體模型上具有描述刀具幾何角度的參考平面，同時(shí)具有表示角度的表示指針，這樣，教師就可以對(duì)照刀具實(shí)物模型中各部分結(jié)構(gòu)，清楚地講解刀具的幾何角度和位置，學(xué)生可以直觀的看到刀具幾何角度的相互關(guān)系。

切削原理是機(jī)械制造專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)中非常重要的知識(shí)內(nèi)容，基本上以典型的車削刀具為理論基礎(chǔ)，刀具的教學(xué)，仍然以車削刀具為例來(lái)講解刀具的相關(guān)知識(shí)。在切削原理講解過(guò)程中，首先必須講述車刀的結(jié)構(gòu)形式，一般車削刀具的幾何要素為“一尖、兩刃、三面”，因此，教學(xué)中首先介紹車削刀具的基本結(jié)構(gòu)，然后講解車削刀具的各個(gè)靜態(tài)幾何角度。其中主要的角度有：主偏角κ_τ；副偏角κ_τ′；前角γ₀；后角α₀；刃傾角λ等。

由于這些角度的標(biāo)注與表示對(duì)應(yīng)著不同的基準(zhǔn)平面，這些基準(zhǔn)平面為空間 平面，稱為正交平面參考系。這些平面為：基面P_r——指過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，并垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面，車刀的基面可理解成平行于車刀底面的平面；切削平面P_s——指過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，與主切削刃相切，并垂直于該點(diǎn)基面的平面；正交平面P₀——指通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面與切削平面的平面，這三個(gè)平面成為正交平面參考系，此參考系主要表示車刀的靜態(tài)幾何角度。

另外，在標(biāo)注可轉(zhuǎn)位刀具或大刃傾角刀具時(shí)，常用法平面參考系。法平面參考系由基面P_r，切削平面P_s，及法平面P_n組成。法平面P_n——指過(guò)主切削刃某選定點(diǎn)，并垂直于切削刃的平面。法向角度有：法向前角γ_n、法向后角α_n等，此時(shí)，可通過(guò)正交平面P₀繞基面的旋轉(zhuǎn)形成法平面P_n，從而形成法向角度表示參考系。

為了清楚描述上述刀具角度與參考面之間的關(guān)系，湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院程友斌、陳志斌二人制作了紙質(zhì)的立體教學(xué)模型，僅僅將相關(guān)的信息標(biāo)注在相應(yīng)的切削面上，但是仍然無(wú)法解決直觀了解刀具角度與參考面的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2013年第1期，總第13期湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，可再生車刀立體教學(xué)模型研究，其他相關(guān)資料沒(méi)有見到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型的目的是為了讓學(xué)生了解車削刀具的制造過(guò)程，即通過(guò)模型的變化，讓學(xué)生形象的感知刀具的制作過(guò)程，為此，提供了一種高等學(xué)校教學(xué)用組合車削刀具模型。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種高等學(xué)校教學(xué)用組合車削刀具模型，該車削刀具模型包括一體化成型 的刀柄和刀頭；其中，

該刀頭以刀尖為中心，分為前刀面、主后面及副后面，且前刀面與主后面的結(jié)合處為主切削刃，前刀面與副后面的結(jié)合處為副切削刃。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，還包括第一切削塊、第二切削塊及第三切削塊，且第一切削塊、第二切削塊及第三切削塊分別能夠可拆卸貼合在前刀面、主后面及副后面，使得與刀頭和刀柄形成一個(gè)呈長(zhǎng)方體的車削刀具原材料。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，還包括正交平面參考系三維模型，該正交平面參考系三維模型包括兩兩垂直設(shè)置的基面板、法平面板和切削平面板，基面板通過(guò)安裝支架可拆卸安裝在刀柄的頂面上。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，正交平面參考系三維模型還包括前角表示指針和后角表示指針，且前角表示指針的一端和后角表示指針的一端均鉸接在法平面板下部、并與基面板鉸接，用于實(shí)現(xiàn)法平面板繞基面板旋轉(zhuǎn)的功能，同時(shí)法平面板上部和切削平面板的上部圓弧槽處結(jié)合并緊固，且前角表示指針的另一端和后角表示指針的另一端能夠隨法平面板調(diào)節(jié)擺動(dòng)角度，實(shí)現(xiàn)表示法向后角和法向前角與靜態(tài)后角和前角的功能轉(zhuǎn)換。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，正交平面參考系三維模型中，切削平面板平行于主切削刃，基面板的下表面接觸于主切削刃選定點(diǎn)位置，并能夠可拆卸固定在刀尖上。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，正交平面參考系三維模型中，在法平面板內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面板之間的夾角為法向前角，在法平面板內(nèi)測(cè)量的主后面與切削平面板之間的夾角為法向后角。

本實(shí)用新型具有如下的有益效果：

本實(shí)用新型提供了一種高等學(xué)校教學(xué)用組合車削刀具模型，此模型可以直 觀的看到刀具的“一尖、兩刃、三面”。然后制作了三個(gè)參考平面組合模型(此模型采用透明有機(jī)玻璃制成)，通過(guò)參考平面組合模型可以直觀了解三個(gè)參考平面的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系。然后將參考平面組合模型(即正交平面參考系)按照定義放置在刀具模型上，組成了正交參考系與刀具幾何要素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型。然后在主切削刃選定的點(diǎn)上，設(shè)計(jì)兩個(gè)表示指針，一個(gè)表示指針針能夠轉(zhuǎn)動(dòng)表示前角的位置及大小，另外一個(gè)表示指針能夠直觀表示后角的大小。同時(shí)通過(guò)主切削刃與基面的相對(duì)夾角可以直接觀察到刃傾角的大小。

如果需要了解法向角度，可以將三個(gè)參考平面中的正交平面板繞基面板轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使其垂直于主切削刃，此時(shí)，正交平面參考系可改變成法平面參考系。由于兩個(gè)表示指針安裝在正交平面上，所以，當(dāng)正交平面旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)表示指針一同旋轉(zhuǎn)，這樣兩個(gè)表示指針就成為法平面參考系內(nèi)表示法向前角和法向后角的表示指針。

由前面的說(shuō)明可知，高等學(xué)校機(jī)械制造專業(yè)切削原理與刀具課程講授時(shí)，難以用明了和形象的方法講解清楚，盡管有個(gè)別老師也做了一些工作，但沒(méi)有采用實(shí)體模型的方法來(lái)示教，也沒(méi)有采用建立刀具幾何角度與基本平面對(duì)應(yīng)關(guān)系的立體結(jié)構(gòu)的方法。因此本實(shí)用新型主要從教師易于講解，學(xué)生易于理解方面來(lái)考慮問(wèn)題。此組合車削刀具模型可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，增加學(xué)生的直觀理解力。

在機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，切削原理方面的知識(shí)是主要的教學(xué)內(nèi)容之一。在實(shí)際加工中，金屬切削刀具的種類非常多，各種刀具的結(jié)構(gòu)盡管具有很大的差別，但是，他們切削部分的幾何形狀大致相同。普通外圓車刀是最基本的、最典型的切削刀具，故經(jīng)常以外圓車刀為基礎(chǔ)來(lái)描述刀具切削部分的組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)。

然而，由于在一張簡(jiǎn)單的圖上要清楚的描述出刀具的切削平面，刀具的幾何角度，以及他們之間的關(guān)系比較困難，加之這些概念主要為空間概念，是空間幾何形狀，所以在講授過(guò)程中本身難以表達(dá)清楚，這樣學(xué)生理解起來(lái)困難比較大，往往成為知識(shí)模糊點(diǎn)。為此本實(shí)用新型充分利用簡(jiǎn)單的實(shí)體模型的方法，通過(guò)模型的組合實(shí)現(xiàn)了參考平面以及不同幾何角度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以從模型中直觀的看到和感知到。實(shí)現(xiàn)了教師方便講解，學(xué)生易于理解的目的和效果。

附圖說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型車削刀具模型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型車削刀具模型與三個(gè)切削塊的分解示意圖。

圖3為本實(shí)用新型正交平面參考系三維模型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型組合車削刀具模型的第一視角結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)用新型組合車削刀具模型的第二視角結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為前角與后角標(biāo)注位置及大小的示意圖。

圖中：1-刀柄，2-刀頭，201-刀尖，202-前刀面，203-主后面，204-副后面，205-主切削刃，206-副切削刃，3-第一切削塊，4-第二切削塊，5-第三切削塊，6-基面板，7-法平面板，8-切削平面板，9-前角表示指針，10-后角表示指針，11-安裝支架，12-前角，13-后角。

具體實(shí)施方式：

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做出進(jìn)一步的說(shuō)明。

本實(shí)用新型的目的是為了讓學(xué)生了解車削刀具的制造過(guò)程，即通過(guò)模型的 變化，讓學(xué)生形象的感知刀具的制作過(guò)程，如圖1和2所示。

圖1為車刀的基本模型，表示了車刀“一尖、兩刃、三面”的空間位置。圖2表示了車刀形成的過(guò)程，從圖2中可看出，去掉三個(gè)切削塊后就形成了車削刀具模型的基本形狀。

具體來(lái)說(shuō)，該車削刀具模型包括一個(gè)完整刀具的結(jié)構(gòu)，即刀柄1和刀頭2；其中，該刀頭2以刀尖201為中心，分為前刀面202、主后面203及副后面204，且前刀面202與主后面203的結(jié)合處為主切削刃205，前刀面202與副后面204的結(jié)合處為副切削刃206。

三個(gè)切削塊包括第一切削塊3、第二切削塊4及第三切削塊5，且第一切削塊3、第二切削塊4及第三切削塊5分別能夠可拆卸貼合在前刀面202、主后面203及副后面204，使得與刀頭2和刀柄1形成一個(gè)呈長(zhǎng)方體的車削刀具原材料。實(shí)際使用中，在三個(gè)切削塊上與刀具三個(gè)刀面相結(jié)合平面上分別安裝有一個(gè)銷釘，同時(shí)在對(duì)應(yīng)位置處的不同刀面上制作有銷釘孔，讓三個(gè)切削塊上的銷釘插入對(duì)應(yīng)刀面上的孔內(nèi)，即可形成完整的刀具原材料形狀結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，本實(shí)用新型還提供了正交平面參考系三維模型，在此三維模型中，完全可清楚地了解到三個(gè)垂直面的對(duì)應(yīng)位置及關(guān)系。

具體來(lái)說(shuō)，該正交平面參考系三維模型包括兩兩垂直設(shè)置的基面板6、法平面板7(用于測(cè)量靜態(tài)前角和后角，或者測(cè)量法向前角和后角)和切削平面板8，基面板6通過(guò)安裝支架11可拆卸和安裝在刀柄1的頂面上，且切削平面板8平行于主切削刃205，基面板6的下表面接觸于主切削刃205選定點(diǎn)位置，并能夠可拆卸固定在刀尖201上。

此外，還包括前角表示指針9和后角表示指針10，且前角表示指針9的一端和后角表示指針10的一端均鉸接在法平面板7上，法平面板7下部與基面板 6之間鉸鏈連接，實(shí)現(xiàn)繞基面轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，同時(shí)法平面板7上部和切削平面板8上部的圓弧槽處結(jié)合，并采用螺栓固定，以實(shí)現(xiàn)法平面板7的功能轉(zhuǎn)換，且前角表示指針9的另一端和后角表示指針10的另一端可隨法平面板7調(diào)節(jié)擺動(dòng)角度，以實(shí)現(xiàn)表示法向后角和法向前角與靜態(tài)后角和前角的功能轉(zhuǎn)換。

將正交平面參考系三維模型附著在車削刀具模型的主切削刃選定點(diǎn)上，形成完整的車削刀具幾何角度與參考面之間的明了關(guān)系，如圖4和5所示。

如圖6所示，在實(shí)際教學(xué)中，前角12的大小可以通過(guò)前角表示指針9的變化來(lái)說(shuō)明；后角13的大小可以通過(guò)后角表示指針10與主后面203與、法平面板7的假想刨面交線的夾角來(lái)表示；刃傾角的大小可以直觀通過(guò)基面板6的下表面與主切削刃205之間的夾角來(lái)表示。這樣在課堂教學(xué)中，就達(dá)到了學(xué)生一目了然的熟悉這三個(gè)角度的位置及相互關(guān)系的目的。

在實(shí)際教學(xué)中，另外兩個(gè)角度也比較重要，即法向前角和法向后角。根據(jù)刀具幾何角度的定義即：法向前角——指在法平面板7內(nèi)測(cè)量的前刀面202與基面板6之間的夾角；法向后角——指在法平面板7內(nèi)測(cè)量的主后面203與切削平面板8之間的夾角為法向后角。

在這種情況下，由于原來(lái)正交平面參考系的正交平面的空間位置發(fā)生變化，此時(shí)，正交平面必須與主切削刃垂直，其他兩個(gè)參考面的位置保持原狀。即只要將原來(lái)的正交平面繞正交平面旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得正交平面與主切削刃垂直即可形成法平面參考系，這時(shí)，正交平面改變成法平面。由于原來(lái)的前角表示指針和后角表示指針可以隨正交平面同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，在法平面參考系中，兩個(gè)表示指針仍然與法平面保持平行，這樣就實(shí)現(xiàn)了法向前角與法向后角的表示功能。

本實(shí)用新型的關(guān)鍵點(diǎn)在于：

車削刀具模型的加工方法。本實(shí)用新型首先從車削刀具的基本成型原理入手，介紹了刀具從長(zhǎng)方體材料到刀具的基本形狀的加工方法，并且將車削刀具形象的表示成四塊不同形狀結(jié)構(gòu)的組合體。

本實(shí)用新型建立了切削刀具靜態(tài)幾何角度與參考面之間的相對(duì)關(guān)系。

(1)在此基礎(chǔ)之上，增加了表示前角與后角的表示指針，通過(guò)表示指針可直觀的了解前角和后角的大小及位置關(guān)系，同時(shí)由于基面下面與正交平面的交線和主切削刃均在在切削平面內(nèi)，所以可方便的看到刃傾角的大小及位置。

(2)考慮到在同一模型結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)崿F(xiàn)法向角度的表述，本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)上巧妙的利用了正交平面旋轉(zhuǎn)的方法，簡(jiǎn)單快速的實(shí)現(xiàn)了參考系之間的轉(zhuǎn)換功能。

(3)為了實(shí)現(xiàn)表述角度變化及位置的表示指針能夠在兩種參考系中均可起到相同作用，本實(shí)用新型中通過(guò)將兩個(gè)表示指針安裝在具有轉(zhuǎn)動(dòng)作用的正交平面上來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。

(4)為了現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的方便性，本實(shí)用新型最后將相關(guān)零部件通過(guò)支架固定在刀具桿體的上表面上，使其各個(gè)部件之間保持相對(duì)固定的位置，同時(shí)正交平面參考系模型可快速拆裝。

本實(shí)用新型的保護(hù)點(diǎn)在于：

(1)車削刀具由四塊不同結(jié)構(gòu)組成的原理方法。

(2)正交平面參考系模型結(jié)構(gòu)。

(3)正交平面參考系模型中的角度表示指針結(jié)構(gòu)，功能及其安裝方法。

(4)正交平面可轉(zhuǎn)動(dòng)的功能原理。