快速准确地测量前刀角的方法
“前刀角”是切削工具的刀片与切屑之间的角度，与切削阻力、切屑排出、切削热量有密切关系。前刀角的变化也会影响工具的加工精度以及工具本身的使用寿命。因此，许多加工现场的重要任务之一就是确认和管理工具的前刀角。但是，测量工具的前刀角十分困难，进行准确测量存在诸多课题。
下面将从前刀角的基础知识，到相关信息、前刀角测量的课题以及解决方法进行解说。
- 何谓前刀角
- 何谓立铣刀的前刀角、正前角形状和负前角形状
- 刀具角、前刀角、后刀角与加工的关系以及测量的重要性
- 前刀角测量的课题
- 前刀角测量的课题解决方法
- 总结：对难以测量的、工具的前刀角测量进行飞跃性改善和高效化
何谓前刀角
切削工具的车刀前端安装的刀片上设有“前刀面”，在切削工件（被切削物）时流出切屑。“前刀角”是指，被切削工件的面（基准面）和切削工具摩擦时流出切屑的面（前刀面）所形成的角度。
- A
- 基准面（切屑）
- B
- 前刀角
- C
- 前刀面
- D
- 刀片（工具）
- E
- 切削方向
- F
- 工件
刀具前端角度称为“刀具角”。位于刀片（工具）的前刀面对侧（图中为下侧）的面称为“后刀面”，与工件之间的角度称为“后刀角”。这是避免工具碰撞到工件所必需的角度。
何谓立铣刀的前刀角、正前角形状和负前角形状
铣削加工中使用的立铣刀根据刀尖形状的前刀角，主要分为正前角形状（正形状、正）和负前角形状（负形状、负）。
多数情况下，选择对刀尖的切削阻力较少的正前角形状。但是，高硬度钢等材料的加工要求刀尖具有一定强度，因此有时会选择前刀角为负前角形状的立铣刀。具有代表性的形状及特点分别如下所示。
正前角形状
- A
- 前刀角＝正前角
- B
- 前刀面（刀刃内侧）
- C
- 刀尖
- D
- 后刀面
- 正前角形状的前刀角的特点
-
- 切削刃形状尖锐，切削阻力小。
- 即使是低速加工，也能获得良好的加工面粗糙度。
- 适合容易发生熔敷和挤裂的软质材料（铜、铝、不锈钢、树脂、生材、调质钢等）。
负前角形状
- A
- 前刀角＝负前角
- B
- 前刀面（刀刃内侧）
- C
- 刀尖
- D
- 后刀面
- 负前角形状的前刀角的特点
-
- 在低速加工中，切削阻力高，但加工面粗糙度变差。
- 在高速加工中，可获得良好的加工面粗糙度。
- 适合容易发生缺角的高硬度材料（高硬度钢、铸铁等）。
前端呈半球状的球头铣刀，通过将前端刀刃的螺旋角制作成负前角形状，可使刀尖中央部分增厚。由此便可获得高刚性。
刀具角、前刀角、后刀角与加工的关系以及测量的重要性
在切削加工中，将工具切入工件（被切削物），通过向内部压入（移动）进行切削。为了按照预期完成加工，除了“刀具角”之外，在工具前进方向上需要设置“前刀角”，用来排出切屑，还需要适当设置“后刀角”，避免工具接触到切削后的完成面。各种角度与加工的主要关系总结如下。
刀具角
被切削物硬度高时，若刀具角过小，容易发生缺角或缺损，因此需要取较大的刀具角。另一方面，若切削软钢或具有加工硬化性的被切削材质、熔敷性高的被切削材质，为增强切削性，应取较小的刀具角。
前刀角
切屑厚度与流动方向取决于前刀角。
前刀角越大，切屑的“剪切角”就越小，切屑厚度也越薄。于是，切削力变小，切削温度下降，因此可获得工具磨损减少的效果。但是，当前刀角过大时，刀尖强度下降，会产生加工高硬度材料时刀尖容易缺损的问题。
在重切削时，若无法取得更大的前刀角，可使用之前以立铣刀为例解说的、具有负前角形状（负）的前刀角的工具。此时，部分切屑附着或滞留在前刀面上，可能会代替刀尖进行切削。这种前刀面上的切屑称为“死区金属”，可能会对切屑生成状态、工具使用寿命、完成面粗糙度等造成影响，因此需要加以注意。
后刀角
后刀角的目的是避免工具碰撞到工件，不需要太大的角度。一般来说，若增大后刀角，会造成切削刃强度下降，对机械性冲击的承受能力变差。另一方面，后刀角较大的刀具的优点是，即使磨损加剧，后刀面的磨损范围也不会增大，不易引起颤振。此外，在延性材料（铝合金等）的切削中，可增大后刀角，使切屑等不易附着在后刀面上。
如上所述，工具各部位角度与工件的加工效率、加工精度、完成情况、工具使用寿命有密切关系。工具磨损等会使这些角度发生变化，因此可以说，工具形状测量对于维持和提升加工质量和加工效率来说非常重要。
前刀角测量的课题
在工具的各部位中，若前刀角不合适，会造成工具消耗、死区金属附着、完成面粗糙度不良、工具使用寿命缩短，因此特别要求准确的测量。
形状轮廓测量仪和显微系统等常被用来测量前刀角，但是存在以下课题。
使用形状轮廓测量仪测量前刀角的课题
形状轮廓测量仪是使用被称为探针的触针，沿目标物表面移动，对其轮廓形状进行测量、记录的装置。
近年来还出现了用激光代替触针，通过非接触式的轮廓描绘，实现复杂形状测量的机型。部分机型还能进行上下两面的测量。
使用形状轮廓测量仪测量工具的前刀角时，存在以下课题。
- 因为角度过小，所以探针的触针偏离目标物，难以测量到准确的值。
- 即使重新研磨前刀面，也由于是以线为单位进行测量和评估，难以判断调整后的状态是否合适。
前刀角测量的课题解决方法
使用的接触式测量仪在用夹具固定目标物时会花费很多时间。此外，需在用点或线接触立体目标物和测量位置的同时进行测量，存在要选择目标物和测量位置的课题。
为解决这些测量课题，基恩士开发了3D轮廓测量仪“VR系列”。
以非接触的方式，以面为单位来准确捕捉目标物的3D形状。此外，最快1秒完成载物台上目标物的3D扫描，高精度地测量三维形状。因此，测量结果不会产生偏差，可瞬间实施定量测量。下面具体介绍这些优点。
优点1：以非接触方式测量3D形状，对角度特性的适应能力强
形状轮廓测量仪需要在用针接触目标物表面的同时，以线为单位进行测量，因此难以测量角度尖锐、形状复杂的小型目标物。
而使用“VR系列”，能够以非接触方式以面为单位快速扫描目标物的3D形状，并完成测量。因此，对于目标物角度特性的适应能力强，可快速、准确地捕捉形状，获得三维形状和各个部位的轮廓数据。除抛弃式刀片以外，在测量立铣刀等形状细微复杂、兼具角度特性的工具时，具备巨大优势。
优点2：支持可追溯性的测量系统
“VR系列”可快速、准确地扫描并测量目标物形状。
其测量结果基于符合国家标准的可追溯性体系。
支持XYZ可追溯性的量具，符合JCSS日本计量法认定事业者的标准刻度，需要时可在现场校准。可按照标准实现高可靠性的测量。
总结：对难以测量的、工具的前刀角测量进行飞跃性改善和高效化
使用VR系列，能够以非接触方式快速扫描目标物的3D形状，并完成测量。对于正常加工中不可缺少的工具的前刀角，只需将工具放置于载物台即可简单准确地测量。引进VR系列的优势如下所述。
- 与接触式测量仪不同，无需担心目标物的形状和尺寸以及测量位置的角度特性，即可准确完成测量。
- 可连接至可追溯性体系，实现了基于国家标准的高可靠性形状测量，而这在使用数码显微系统时难以实现。可在各个场所实施校准。
如上所述，“VR系列”可准确、快速地测量包括前刀角在内的工具形状，维持了加工质量和加工效率，防止缩短工具使用寿命。
不仅仅是工具，加工后的工件（加工件）的3D形状也能准确快速地测量。“VR系列”可谓是飞跃性地提升加工现场一系列工作流程的效率、提升质量和生产效率的工具。
