刀具合理几何参数的选择

刀具的几何参数包括刀具的切削角度，刀面的形式(如平前刀面，带卷屑断屑槽的前刀面、波形刀面等)以及切削刃的形状(直线形、折线形、圆弧形等)。

刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削温度和刀具磨损都有显著影响，从而影响切削加工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。

刀具的合理几何参数．是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。

选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、刀具材料、刀具类型，也与切削用量、工艺系统刚性和机床功率等因素有关。

第一节前角及前刀面形状的选择

一、前角的功用及选择

前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度，直接影响切

削过程。前角有正前角和负前角之分。

取正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑

流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切削轻

快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。但前角过大时，楔角

过小，会削弱切削刃部的强度并降低散热能力，反而会使刀具寿命

降低。由图可知，加工不同材料时，前角太大或太小，刀具耐用度

都较低。在一定加工条件下，存在一个耐用度为最大的前角，即合

理前角。

取负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高切削

刃强度和耐冲击能力。负前角刀具通常在用脆性

刀具材料加工高强度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、易

产生崩刃时才采用。

前角的合理数值选取原则

刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、工件材料的种类与性质：

1．刀具材料：强度和韧性较高时可选择较大的前角。高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大5°～10°。陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。选择要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4°～－15°范围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0°～－10°)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。

2．工件材料

1）加工塑性材料时，切屑呈带状，沿刀具前面流出时和前面接触长度较长，摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般都采用正前角。工件材料塑性愈大，强度和硬度愈低时，前角应选得愈大。如加工

铝及铝合金取γo=25°～35°，加工低碳钢常取γo=20°～25°。当工件材料强度较大、硬度较高时，前角宜取小值，如正火高碳钢取γo=10°～l5°。当加工高强度钢时，为增强切削刃，才取负前角。

2）加工脆性材料(如灰铸铁)时，塑性变形小，切屑呈崩碎状，刀屑接触长度短，摩擦不大，切削力集中在切削刃附近且产生冲击，容易造成崩刃。所选前角应比加工塑性材料时小一些，以提高切

削刃强度和散热能力。如加工灰铸铁取γo=5°～15°。前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐

减小。在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负前角。实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。

3．具体加工条件：粗加工时或断续切削时，切削力和冲击较大，为使切削刃有足够强度，宜取较小前角；精加工时，切削刃强度要求较低，为使刀具刀刃锋利，降低切削力，以减小工件变形和减

负倒棱前的金属滞留区

负倒棱前角对总切削力方向的影响

小表面粗糙度值，宜取较大前角。在工艺系统刚性较差或机床马达功率不足时，宜取较大前角；在自动机床上加工时，为使刀具稳定，宜取小一些的前角。

4．其他参数的选择：前角的合理数值不是孤立的，还和刀面形状及刃区参数以及其他角度有关，特别是和刃倾角有密切关系。例如：带负倒棱的刀具允许采用较大前角；大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度和抗冲击能力。许多先进刀具就是在针对某种加工条件，善于灵活运用这些原则而产生的。

下表是一般情况下硬质合金车刀合理前角的经验数值，可供选用时参考。

二、刃区参数及前面形状的选择

1.刃区参数

刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。

1）锋刃：指刃磨前面和后面直接形成的切削刃。但它也并不是绝对锐利的，而在刃磨后自然形成一个切削刃钝圆半径r n．其数值取决于刀具材料、刃磨工艺和楔角的大小。并且在切削过程中随着磨损而有增大的趋势，刀面表面粗糙度值越大，增大的速度也越大。

优点：与倒棱切削刃和钝圆切削刃相比，锋刃的钝圆半径很小，切削刃比较锋利。适合作精加工和超精加工的切削刃，如超精铣削或超精镗削，以及精加工和半精加工轻金属及其合金。

缺点：锋刃的强度和抗冲击性能较差，产生微小裂纹导致崩刃的可能性也较大。因此，对于精细切削和微量切削的刀具锋刃，都要求仔细刃磨和研磨，以获得小的切削刃钝圆半径，消除微小裂纹，提高刃口质量；采用锋刃切削时，一般应采用较小的进给量(O.05～0.lmm/r以下)，以避免崩刃并减缓刃区裂纹的出现。

2）倒棱：倒棱就是沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面(又称第一前面)，是增强刀刃强度的有效措施。当负倒棱面宽度和棱面前角选取合理时，在切削过程中，棱面上将形成滞留金属三角区。在复杂应力状态下可能转化为积屑瘤，使切屑层同工件的分离面发生在刃前三角区的峰部，如图所示。这时，切屑仍沿着正前角的前面流出，切削力增大不明显，却使切削刃加强并受到三角区滞留金属的保护，刀具寿命明显提高。另一原因是使切削合力的方向发生变化。实验结果看出，当倒棱宽度

bγ 一定时，刀具总切削力的方向与后面的夹角随负倒棱前角γ01的增大而增大，从而在一定程度上

改变了刀片的受力状况，减小了对切削刃产生弯曲应力的比例分量。它对脆性刀具材料提高冲击能力是极为有利的。

倒棱参数的选取：主要取决于进给量、刀具材料和工件材料。

a)进给量：无论刃区取何参数，随进给量的增加，刀具寿命就下降，但下降的程度随参数值而异。对应于某个进给量值，总有一个使刀具寿命最高的倒棱参数值。一般讲，精加工时γ01要小些；粗加工时，进给量大，γ01要大些。用硬质合金刀具加工钢时，负倒棱宽度bγ1一般不宜超过进给量。这时，切削力与锋刃相比增大较小，bγ1大于f时，切削力将有明显增大趋势。当负倒棱宽度大于一定数值时，切屑流出时只和负倒棱部分接触，随即卷曲而去，根本不和具有正前角的前面接触，这时，负倒棱实际上即变成负前角的前面。

b)刀具材料：用硬质合金车刀车削碳钢、合金钢时，一般可取bγ (0.3～0.8)f，γ01=-10°～-15°。对WC基硬质合金刀片，bγ 取小值；高速钢刀具强度和韧性较好，一般不磨负倒棱，必要时可研磨出零度或小前角正倒棱。

c)工件材料：加工低碳钢、不锈钢、灰铸铁时，可取bγ ≤0.5f，γ01=-5°～-10°；当加工有硬皮的锻件和铸钢件时，在机床功率和刚度足够的条件下，倒棱负前角可减小到-30°，当冲击严重时，负倒棱宽度可取bγ =(1.5～2)f，但这时切削力增大较多。

3) 钝圆切削刃:是在负倒棱的基型上进一步修磨而成，或直接通过刀片钝化处理而成。

特点：钝圆半径比锋刃增大了一定数值，它不但在提高切削刃强度方面获得和负倒棱同样的效果，而且比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具获得最佳寿命。同时，在切削过程中对已加工表面还有一定的熨压和消振作用，有利于提高已加工表面质量。经刃口钝化处理的可转位刀片和硬质合金涂层刀片就是采用了钝圆切削刃，已获得广泛应用。

钝圆切削刃的钝圆半径r n根据刀具材料、工件材料和切削条件三个方面选择。可制成轻型，(r n约为0.025～0.05mm)、中型(r n约为0.05～0.1mm)和重型(r n约为0.1～0.15mm)三种。

刀具材料的强度和韧性影响钝圆切削刃钝圆半径的最佳数值。高速钢刀具一般取正前角锋刃或轻型钝圆切削刃。陶瓷刀片一般要求负倒棱且带有重型钝圆切削刃，而WC基硬质合金刀片一般多采用中型钝圆切削刃。TiC基硬质合金的钝圆切削刃参数则介于两者之间选择。

工件材料的切削加工性也影响切削刃钝圆半径的合理数值，切削可加工性较好的有色金属，如铜、铝合金时，刀具刃区常采用轻型钝圆切削刃或锋刃。切削灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁时，由于其多孔性及其分布不均匀而产生冲击，刀具刃区通常采用中型钝圆切削刃。切削普通钢材时，其刃区参数可根据含碳量确定。切削低碳钢和大多数不锈钢的刀具可采用轻型钝圆切削刃，而切削高硬度合金时，刀具刃区需要中型乃至重型钝圆切削刃。

在切削加工条件中，进给量和切削刃钝圆半径r n也有一定关系，当用WC基硬质合金切削钢材时，一般可取r n≤f/3，而用Tic基硬质合金刀片和涂层刀片时，则可取r n≤f/l.5。r n过小时，切削刃容易产生裂纹和崩碎，但r n过大时，也会使切削刃严重挤压切削层而降低刀具寿命，并增大已加工表面冷硬程度，甚至引起振动。

2．前刀面形状

前刀面形状分平面型和断屑前面型两大类。

在切削过程中金属材料受到变形，如变形程度超过了材料的断裂应变，则切屑将自行折断。但多数情况下，只靠切削过程中的变形还不能使切屑折断，必须采用断屑器使切屑得到附加的二次变形。

在加工塑性材料时，为使切屑卷成螺旋形或折断成C形，使之易于排出和清理，常在前刀面上制成卷断屑槽。

卷断屑槽可作成直线圆弧型、直线型和全圆弧型三种。

直线圆弧型和直线型断屑槽适用于切削碳素钢、合金结构钢、工具钢等，γ0＝5?～15?。直线圆弧型的槽底圆弧半径Rn和直线型的槽底角(180°-σ)较小时，切屑卷曲半径较小，切屑变形大，易于折断，但此时切屑易堵塞在槽内，会增大切削力，甚至造成崩刃。一般取Rn＝(0.4～0.7)Wn，(180°-σ)＝110°～130°。

全圆弧型适用于切削紫铜、不锈钢等高塑性材料，γ0可增大至25?～30?。

目前机夹可转位硬质合金刀片压制有各种形状及尺寸的断屑槽，可供不同切削情况下选用。

第二节后角及后刀面形状的选择

一、后角的功用及合理后角

后角的作用主要是：减小后面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦；影响楔角β0的大小，从而

可配合前角调整切削刃的锋利程度和强度。对刀具耐用度和加工表面质量有很大影响。

适当增大后角可提高刀具耐用度．这是因为；

?增大后角时能减小已加工表面弹性恢复层△h与后面的摩擦面积，从而减小后面摩擦与磨损。

?后角增大，楔角则减小，刀刃钝圆半径可以减小，切削刃锋利，刀刃易切入工件，可减小工件

表面的弹性恢复。

?在一定的后刀面磨损量VB下，后角较大时，所允许磨去的金属体积较大。

但后角过大时，将使楔角且过小，削弱切削刃强度，减小散热体积而使刀具耐用度降低。所以，在一定条件下，后角也有一个对应于最高刀具寿命的合理数值。

合理后角的选择主要取决于切削层公称厚度h D (或进给量f)的大小。

?当h D(或进给量f)很小时(精加工)，磨损主要发生在后刀面上，为减小磨损和增加切削刃的锋

利程度，宜取较大的后角。

?当切削厚度很大时，前刀面上月牙洼磨损显著．这时取较小后角可以增强切削刃和加大散热体

积。

例如高速钢立铣刀，由于每齿进给量很小，后角取到16°，而圆片铣刀当每齿进给量为0.01mm 时，后角取30°。

车刀后角的变动范围比前角要小。粗车时，因h D较大，为保证切削刃强度取较小后角(4°～8°)；而精车时，h D较小．为保证已加工表面质量，取较大后角8°～12°。切断刀的进给量较小，且考虑进给运动对工作后角的影响．宜取较大后角10°～12°。

刀具合理后角还与一些切削条件有关：

?工件材料的强度、硬度较高时，为加强切削刃，宜取较小后角(α0=5°～7°)。工件材料塑性较大，

加工硬化严重时，为减小后刀面摩擦，应取较大后角(10°～12°)。

?工艺系统刚性较差时，为避免振动，应适当减小后角。

?对于尺寸精度要求较高的刀具，宜取较小的后角。因为当径向磨损量NB为定

值时，较小的后角所允许磨损掉的刀具材料体积较多，故刀具耐用度较高。

?合理后角的选择还应考虑切削刃的运动轨迹。例如切断刀愈接近工件中心，

工作后角愈小，因此切断刀的后角应比外圆车刀大一些。在车削大螺距右旋

螺纹时，左刀刃的后角应比右刀刃的后角大一些。

车刀的副后角一般取其等于主后角。切断刀及切槽刀的副后角，由于受其结构强度的限制，只能取得很小，α0‘=1°～2°。

二、后面形状及选择

为减少刃磨后面的劳动量，提高刃磨质量，常把后面作成双重后面，bα1取l～3mm。

1．刃带：沿主切削刃或副切削刃磨出后角为零的窄棱面。对定尺寸刀具沿后面(如拉刀)或副后面(如铰刀、浮动镗刀、立铣刀等)磨出刃带的目的是：为了在制造刃磨刀具时便于控制和保持其尺寸精度，同时在切削时也可起到支承、导向、稳定切削过程和消振(产生摩擦阻尼)的作用。

此外，刃带对已加工表面还会产生所谓“熨压”作用，从而能有效降低已加工表面粗糙度值。

刃带宽度一般在0.05～O.3mm范围内．超过一定值后会增大摩擦，导致擦伤已加工表面，甚至引起振动。

2．消振棱：沿着后面磨出负后角倒棱面，倒棱角α01=-5°～-10°，倒棱面宽bα1＝0.1～0.3mm。它可以增加后刀面与加工表面的接触面积，在切削时能产生同振动位移方向相反的摩擦阻力，不仅可以减小振动，也可对工件表面起一定的熨压作用，从而提高加工表面质量。这是车削细长轴和镗孔时常采取的消振措施之一。

第三节主、副偏角及刀尖形状的选择

一、主偏角对切削加工的影响

1.对刀具耐用度影响很大。随着主偏角减小，刀具耐用度提高。这是因为：

(1)当背吃刀量a p和进给量f相同时，主偏角的变化将改变切削层形状，使切削层参数发生变化，从而影响切削刃上的负荷。当主偏角Kr减小时，由于切削层公称宽度b D(＝a p/sinKr)增加，切削层公称厚度h D(=fsinKr)减小，使作用在主切削刃单位长度上的负荷减轻。

(2)主偏角减小，则刀尖角εr增大，使刀尖强度提高，散热体积增大。

(3)主偏角较小的刀具在切入时，最先与工件接触处是远离刀尖的地方，因而可减少因切入冲击造成的刀尖损坏。

2．影响切削分力比值及切削层单位面积切削力

当Kr减小时，由于h D减小，变形系数ξ增大，使切削层单位面积切削力有所增大；在a p和f 相同时，使切削功率有所增加。但更主要的是会使背向力Fp增大，容易引起工艺系统振动。当工艺系统刚度不足时，会使刀具寿命降低。

3．影响已加工表面质量

减小Kr进可以使工件表面残留面积高度减小，从而使已加工表面粗糙度值减小。

4．影响断屑效果、排屑方向

增大Kr会使h D增厚，b D减小，有利于切屑折断，有利于孔加工刀具使切屑沿轴向顺利流出。

二、合理主偏角的选择原则

由上述分析可知，无论增大还是减小主偏角，都产生相互矛盾的影响。因此，在一定的切削条件下，主偏角也有一个合理数值，其主要选择原则为：

1．粗加工时，硬质合金车刀一般选用较大的主偏角(Kr＝60?～75?)，以利于减少振动、断屑和采用较大的切削深度。

2．加工硬度高的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢时，在系统刚性好，切削深度不大时．取较小的主偏角(Kr＝10?～30?)，以利于提高刀具耐用度。

3．工艺系统刚性较好时，取较小的主偏角可提高刀具耐用度；刚性不足，加车削细长轴时，应取大的主偏角，可取Kr＝90?～93?，以减小背向力a p，减少振动。

4．需要从中间切入及仿形加工的车刀，应取较大主偏角；车阶梯轴则需用Kr＝90?的偏刀；要用一把刀加工外圆、端面和倒角时可取Kr＝45?。

三、副偏角的功用及选择

1．副偏角K'r的作用：减小副切削刃及副后面与已加工表面之间的摩擦。

副偏角K'r的大小主要影响刀具耐用度和已加工表面粗糙度。

1）K'r对刀具耐用度的影响：由图可知，副偏角太小或太大刀具耐用度都不高，其存在着一个合理值。这是因为副偏角过小会增加参加切削工作的刀刃长度，增大副后刀面与已加工表面间的摩擦，同时也易引起振动；而副偏角过大致使刀尖强度降低和散热条件恶化，结果会使刀具耐用度降低。

2）K'r对加工表面质量的影响：在副偏角较小时，加工表面粗糙度值较小。这是因为减小副偏角可减小残留面积高度，降低理论表面粗糙度值。

2.合理副偏角的选择原则

(1)一般刀具的副偏角，在工艺系统刚性较好，不产生振动的情况下，可选取较小的数值，如取

K'r=5?～10?。

(2)精加工刀具的副偏角应取得更小一点，必要时，可磨出一段K'r=0?的修光刃，车刀的修光刃长度取为b'ε＝(1.2～1.3)f，硬质合金端铣刀的b'ε＝(4～6)f。

(3)切断刀和切槽刀由于结构强度的限制，只能取很小的副偏角，K'r=1?～3?。

四、刀尖形状及尺寸选择

刀尖是切削刃上工作条件最恶劣、构造最薄弱的部位，刀尖处强度差，散热条件不好，故切削温度高、易磨损。所以，强化刀尖可显著提高刀具耐用度。同时刀尖部分的形状对已加工表面的粗糙度值也有很大的影响。

若采用减小主、副偏角的办法增强刀尖，常会使背向力Fp增大，引起振动。

若在主、副刃之间磨出倒角刀尖，即具有直线切削刃的刀尖，既可使刀尖角εr加大，增强了刀尖，又可不使背向力增加许多。

刀尖处的过渡刃有：

1．圆弧形过渡刃

圆弧形过渡刃不仅可提高刀具耐用度，还

可大大减小已加工表面粗糙度值，常在精加工

车刀上采用。刀尖圆弧半径对硬质合金和陶瓷

车刀一般可取rε＝0.5～1.5mm，对高速钢车刀

可取rε＝1～3mm。适当增大rε可减小刀具的磨

损和破损；但rε太大时，由于背向力Fp增大会

引起振动。

2．直线形过渡刀

粗加工时，切削深度较大，为减小背向力Fp和振动，并使硬质合金刀片能得到充分利用，通常采用较大的主偏角。但这时刀尖强度变差，散热条件恶化。为解决这个矛盾，常常在刀尖处磨出直线过渡刃。

过渡刃偏角一般取为Krε≈1/2Kr,过渡刃长度bε＝0.5～2mm或bε＝(1/4～1/5)a p。切断刀的bε≈1/4B。

第四节斜角切削及刃倾角的选择

一、斜角切削的概念

1．直角切削：刀具切削刃垂直合成切削运动方向的切削。切削刃垂直主运动速度方向，或刃倾角λs＝0的切削。

2．斜角切削：切削刃与合成切削运动方向不垂直的切削。切削刃不垂直主运动速度方向或刃倾角λs≠0的切削。

当只有一个切削刃进行的切削，称为自由切削。在金属切削加工中，斜角切削是最普遍的。

二、刃倾角的功用

1．控制切屑流出方向。如图是外圆车刀刃倾角λs

对排屑方向的影响。

可见，在精车时，希望取正刃倾角(+λs)．以

使切屑流向待加工表面，防止缠绕和划伤已加工表

面。

2．影响刀头强度及断续切削时切削刃上受冲击的

位置。

如图是一把Kr=90?刨刀的加工情况。当λs =0?时，切削工作刃全长与工件同时接触，冲击较大。当λs为正值时，刀尖首先接触工件．容易崩尖。当λs为负值时，离刀尖较远的切削刃首先接触工件，保护了刀尖。同时，切削面积在切入时由小变大，切出时由大变小，故切削过程比较平稳。因此，在粗加工或冲击较大的加工中，常采用负刃倾角的刀具．负刃倾角车刀的强度较高，散热条件也较好。

3．影响切削刃的锋利程度。当λs≠0?的斜角切削时，由于切屑在前刀面上流向的改变，使实际前角增大；同时，刃倾角增大还可减小刀刃的钝圆半径，使切削刃变得锋利。如切下极薄切屑的精车刀、精刨刀多采用45?～75?的大刃倾角。

4．影响切削分力的大小。当负刃倾角绝对值增大时，背向力Fp显著增大，将导致工件变形及引起振动。

刃倾角对刀具耐用度的影响如图所示。在不同的加工条件下，

也存在着一个合理数值。

三、合理刃倾角的选择原则

1．加工一般钢料和灰铸铁，粗车取λs＝0?～5?，精车时取λs=0?～

+5?；有冲击负荷时，λs=-5?～-15?；当冲击特别大时，可取

λs=-30?～-45?。

2．加工高强度钢、高锰钢、淬硬钢时，可取λs=-5?～-15?或负数的

绝对值更大一些。

3．工艺系统刚性不足时，尽量不采用负刃倾角。

最后应该指出，刀具各角度之间是互相联系互相影响

的。孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。例

如：改变前角将使刀具的合理后角发生变化，如图所示。

在加工硬度较高的材料时，为增加刀刃强度，一般取较小

的后角。但在加工特别硬的材料，如淬硬钢时，通常采用

负前角，这时楔角已较大，如适当增加后角，不仅使切削

刃易于切入工件，而且还可提高刀具耐用度。

刀具前角和刃倾角的选择也常常是互相影响的。强力

切削时，切削面积大，切削力也大，为强化刀刃，前角适

宜取小一些。但此时如采用太小前角会导致切屑变形太大。

可以采用较大前角，而同时采用负的刃倾角及负倒棱来强

固刀刃；采用过渡刃来强化刀尖，从而达到满意的效果。

由此可见，任何一个刀具合理几何参数，都应该在多因素的相互联系中确定。

车刀几何角度的选择方法

车刀几何角度的选择方法 车刀几何角度是指车刀切削部分各几何要素之间，或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空间位置。根据“一面二角”理论可知，车刀的独立标注角度有六个，它们分别是：确定车刀主切削刃位置的主偏角Kr和刃倾角λs；确定车刀前刀面Ar与后刀面Aa的前角ro和后角ao；确定副切削刃及副后刀面Aa′的副偏角Kr′和副后角ao′。 这些几何角度对车削过程影响很大，其中尤其以主偏角Kr、前角ro、后角ao和刃倾角λs的影响更为突出，科学合理地选择车刀的几何角度，对车削工艺的顺利实施起着决定性作用。下面就从车刀几何角度对切削力、切削热和刀具的耐用度的影响分析着手，本着使切削轻便、质量稳定，延长刀具使用寿命的宗旨，确定科学的车刀几何角度的一般性原则。 一、车刀几何角度对切削力的影响 在金属切削时，刀具切入工件，将多余材料从工件上切除会产生强烈的力的作用，这些力统称为切削力。切削力主要来源于被加工材料在发生弹性和塑性变形时的抗力和刀具与切屑及工件表面之间的摩擦作用。根据切削力产生的作用效果的不同，可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。它们分别是：主切削力Fz，进给抗力Fx和切深抗力Fy，其中Fz是切削总力Fr沿主运动切向分解而得，是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率的主要依据；Fx也叫轴向力，它是Fr 沿工件轴向的分力，是设计进给机构，计算车刀进给功率所必需的；Fy也叫径向力，它是Fr沿着工件径向的分力，它不消耗机床功率，但是当机床或工艺系统刚度不

足时，易引起振动。 1、前角ro对切削力的影响 前角ro增大，剪切角Φ随着增大，金属塑性变形减小，变形系数ξ减小，沿前刀面的摩擦力减小，因此切削力减小。但对于脆性材料而言，前角ro的变化则不会对车削力产生较大的影响，这是因为脆性材料在车削时，切屑变形和加工硬化都很小，变形抗力自然会随之减小。同时，实验还证明，前角ro的增大，对切削分力Fx、Fy的影响程度也不一样，当主偏角Kr较大时，对Fx的影响较明显，而当主偏角Kr较小时，则对Fy的降低幅度更大些。 2、主偏角Kr对切削力的影响 主偏角Kr的改变，使得切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变，从而使切削力也随之变化。实验证明，主偏角Kr增大，切削厚度也随之增大，切削变厚，切削层的变形减小，因此主切削力也随之减小，如图3所示。但当Kr增大到60°－75°后，Fz又随着Kr的增大而有所回升，这是因为此时刀尖圆弧所占的切削工作比例增大，使切屑变形和排屑阻力增大，又使主切削力Fz增大。根据切削力分解公式：Fy＝FxycosKr；Fx＝FxysinKr可知，主偏角Kr增大，使Fy减小，Fx增大，这有利于减轻工件的变形和系统的振动。因此，在工程上我们往往采用较大主偏角的车刀切削细长轴类零件，来减小径向分力Fy。 3、刃倾角λs对切削力的影响 刃倾角λs对主切削力Fz影响很小，但对进给抗力Fx和切深抗力Fy的影响较大。当λs减小时，使刀具受到的正压力的方向发生了变化，从而改

硬质合金车刀几何角度选择原则

●硬质合金车刀合理前角、后角的参考值 (1)前角的选择 增大前角，可减小切削变形，从而减小切削力、切削热，降低切削功率的消耗，还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高加工质量。但增大前角，会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低，容易造成崩刃，还会使刀头的散热面积和容热体积减小，使切削区局部温度上升，易造成刀具的磨损，刀具耐用度下降。 选择合理的前角时，在刀具强度允许的情况下，应尽可能取较大的值，具体选择原则如下： 1)加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和和切削温度，应选较大的前角，加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。工件的强度低，硬度低，应选较大的前角，反之，应取较小的前角。用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时，应取负前角。 2)刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较高时，应取较大的前角。如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的韧性差，其前角应更小。 3)粗加工、断续切削时，为提高切削刃的强度，应选用较小的前角。精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选用较大的前角。当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时，应取较大的前角。对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具，为了保证工作的稳定性和刀具耐用度，应选较小的前角或零度前角。 (2)后角的选择 增大后角，可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦，减小磨损，还可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，改善表面加工质量。但后角过大，将削弱切削刃的强度，减小散热体积使散热条件恶化，降低刀具耐用度。实验证明，合理的后角主要取决于切削厚度。其选择原则如下： 1)工件的强度、硬度较高时，为增加切削刃的强度，应选较小后角。工件材料的塑性、韧性较大时，为减小刀具后刀面的摩擦，可取较大的后角。加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，应取较小的后角。 2)粗加工或断续切削时，为了强化切削刃，应选较小的后角。精加工或连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。 3)当工艺系统刚性较差，容易出现振动时，应适当减小后角。在一般条件下，为了提高刀具耐用度，可增大后角，但为了降低重磨费用，对重磨刀具可适当减小后角。 为了使制造、刃磨方便，一般副后角等于主后角。下表1给出了硬质合金车刀合理后角的参考值。 表1 硬质合金车刀合理前角、后角的参考值

刀具角度选用原则

刀具几何角度的作用及选择原则 答： 1是前角； 2是后角； 3是副偏角； 4是刀尖角； 5是主偏角； 6是副后角； 7是副前角； 8是刃倾角 名称：前角 作用：加大前角，刀具锋利，切削层的变形及前面摩擦阻力小，切削力和切削温度可减低，可抑制或消除积屑瘤，但前角过大，刀尖强度降低； 选择原则：

（1）工件材料的强度、硬度低，塑性好时，应取较大的前角；反之应取较小的前角；加工特硬材料（如淬硬钢、冷硬铸铁等）甚至可取负的前角 （2）刀具材料的抗弯强度及韧性高时，可取较大的前角 （3）断续切削或精加工时，应取较小的前角，但如果此时有较大的副刃倾角配合，仍可取较大的前角，以减小径向切削力 （4）高速切削时，前角对切屑变形及切削力的影响较小，可取较小前角 （5）工艺系统钢性差时，应取较大的前角 名称：后角 作用：减少刀具后面与工件的切削表面和已加工表面之间的摩擦。前角一定时，后角愈锋利，但会减小楔角，影响刀具强度和散热面积。选择原则： （1）精加工时，切削厚度薄，磨损主要发生在后刀面，宜取较大后角；粗加工时，切削厚度大，负荷重，前、后面均要发生磨损、宜取较小后角 （2）多刃刀具切削厚度较薄，应取较大后角

（3）被加工工件和刀具钢性差时，应取较小后角，以增大后刀面与工件的接触面积，减少或消除振动 （4）工件材料的强度、硬度低、塑性好时，应取较大的后角，反之应取较小的后角；但对加工硬材料的负前角刀具，后角应稍大些，以便刀刃易于切入工件； （5）定尺寸刀具（如内拉刀、铰刀等）应取较小后角，以免重磨后刀具尺寸变化太大； （6）对进给运动速度较大的刀具（如螺纹车刀、铲齿车刀等），后角的选择应充分考虑到工作后角与标注后角之间的差异； （7）铲齿刀具（如成形铣刀、滚刀等）的后角要受到铲背量的限制，不能太大，但要保证侧刃后角不小于2°。 名称：主偏角 作用： （1）改变主偏角的大小可以调整径向切削分力和轴向切削分力之间的比例，主偏角增大时，径向切削分力减小，轴向切削分力增大；（2）减小主偏角可减小削厚度和切削刃单位长度上的负荷；同时主切削刃工作长度和刀尖角增大，刀具的散热得到改善，但主偏角过小会使径向切削分力增加，容易引起振动。 选择原则：

刀具几何参数的选择

2.4 刀具磨损和刀具耐用度 2.4.1 刀具的磨损形式及原因 （1）刀具的正常磨损形式 1）前面磨损 前面上形成月牙洼磨损（速度高，厚度大，形成月牙洼） 2）后面磨损 后面的磨损形式是磨成后角等于零的磨损棱带。后面磨损棱带的中间部位 表示。（B区），磨损比较均匀，其平均宽度以VB表示，而且最大宽度以VB max 3）前后面同时磨损或边界磨损（速度底，切削厚度较小的塑性金属及加工脆性金属时） 非正常磨损：刀具在切削的过程中突然或者过早的损现象叫~ 。又叫破损。常常分为两类：1.脆性破损（硬质合金和陶瓷刀具时）2.塑性破损（高速刚）（2）刀具磨损的原因 1）硬质点磨损（磨粒磨损）（碳化物，氧化物等） 工件材料中的杂质在刀具表面上擦伤，划出一条条的沟纹造成的机械磨损。 2）粘结磨损 在一定的压力和温度作用下，在切屑与前面、已加工表面与后面的磨擦面上，产生塑性变形，形成粘结点，这些粘结点又因相对运动而破裂，粘结点的破裂也常常发生在刀具一方面被工件材料带走，从而形成刀具的粘结磨损。 3）扩散磨损 切削过程中，刀具表面与工件由于高温与高压的作用，两磨擦表面上的化学元素有可能互相扩散到对方去，使两者的化学成分发生变化，从而削弱了刀具材料的性能，加速了刀具的磨损。扩散速度随切削温度的升高而增加。 4）化学磨损（氧化磨损，相变磨损） 化学磨损是在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，加速了刀具的磨损。由于切屑不易进入刀具与切屑的接触区，故氧化磨损容易在主、副切削刃的工作面处形成。

3.2 刀具合理几何参数的选择 3.2.1 概述 刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形式、切削刃形状等。 刀具合理的几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。刀具合理几何参数的选择决定于工件材料、刀具材料、刀具类型及其他具体工艺条件。 3.2.2 前角及前面形状的选择 （1）前角的功用及合理前角的选择 1）前角的主要功用 ①影响切削区的变形程度 ②影响切削刃与刀头的强度 ③影响切屑形态和断屑效果 ④影响已加工表面质量 2）增大或减小前角各有利弊，前角有一个合理的数值。 3）合理前角的选择原则 ①工件 ropt塑>ropt脆，ropt低强度纲>ropt高强度钢 ②刀具 ropt硬

刀具几何参数

第一. 合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数 是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。 可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。 刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。 1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。 2、后角的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。后角的大小还影响作用在后刀面上的力，后刀面与工件的接触长度以及后刀面的西华大学硕士学位论文

刀具主要几何角度及选择

--- ---- 嶺Sr吵叶#-------------------------- 刀具主要几何角度及选择 金属切削刀具切削部分的结构要素、几何角度与斧头等刀具有许多共同的特征。如图1，各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把斧头的刀头。现以熟悉的车刀为例说明刀具主要几何角度。 图 1 刀具的切削部分 1?车刀切削部分的组成 车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成（如图2）

TJJt 左厨刀而 图2 硬质合金外园车刀 (1)前刀面刀具上切屑流过的表面 (2)主后刀面刀具上与工件上的加工表面相对着并且相互作用的表面，称为主后刀面 (3)副后刀面刀具上与工件上的已加工表面相对着并且相互作用的表面，称为副后刀面 (4)主切削刃刀具上前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃 (5)副切削刃刀具上前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃

= ”*-F” F = - = - FF ” - - F r””*”彳 F = * = -”-* = ”= -F- F== - . H- (6) 刀尖主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。刀尖实际是一小段曲线或直线，称修圆刀 尖和倒角刀尖。 2?车刀切削部分的主要角度 (1 )测量车刀切削角度的辅助平面 赧定主运动方向 运动方向 基百Pr

= ”*-F” F = - = - FF ” - - F r””*”彳 F = * = -”-* = ”= -F- F== - . H-

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实验一_刀具几何角度的测量

实验一 刀具几何角度的测量 一、实验目的： 1．学习测量车刀几何角度的方法及仪器使用。 2．加深对车刀几何角度的定义和理解。 二、实验内容和要求 1．使用车刀量角台，测量给定外圆车刀的前角γo 、后角α 0 、主偏角K r 和副偏角'r K ，并将测量结果记入实验报告；了解刃倾角λs 定义和作用。 2．每人测两把车刀，切断刀和外圆各一把。 ⒊ 根据测量结果，绘制车刀简图，并回答问题。 三、仪器及工具 图1 BR-CLY 车刀量角仪 ８７ 摇　臂　轴定位螺钉序号 名 称 车 刀 量 角 台 序号 名 称 底 盘支 脚小 刻 度 盘工 作 台导 条小 指 针指 针转 动 轴螺 钉 螺 钉 轴大 刻 度 盘大 指 针升 降 螺 母滑 体立 柱定 位 块

2、所配车刀规格： 配四把车刀：400车刀(车外圆、平端面、倒角)、900车刀(精车刀、车外圆、平端面)、750车刀(精车刀、车外圆、平端面)、切断刀(切断、切槽)。精度：7～8级左右 四、车刀量角台结构介绍与测量方法 l．量角台的主要测量参数及其范围 车刀量角台能够测量主剖面和法剖面内的前角、后角、主偏角、副偏角及刃倾角。 测量范围：前角测量范围0-45度后角测量范围0-30度 刃倾角测量范围0-45度主（副偏测量范围0-45度。 外形尺寸（㎜） 185×250×240 2．车刀量角仪的使用方法（以40°外圆车刀为例） （1）测量主偏角：主偏角是在基面上测量的主切削刃与车刀进给方向之间的夹角。测量时，车刀放在工作台上，用刀台的侧面和底面定位。此时刀台底面表示基面，刀台侧面表示车刀轴线，量刀板正面表示车刀进给方向。以顺时针方向旋转矩形工作台，同时推动车刀沿刀台侧面（紧贴）前进，使主切削刃与量刀板正面密合。此时工作台指针指向盘形工作台上的刻度值即为主偏角。（如图所示）

刀具几何角度的选择刀具切削部分的几何角度

刀具几何角度的选择刀具切削部分的几何角度刀具几何角度的选择刀具切削部分的几何角度，对于不锈钢切削加工的生产率、刀具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影响，合理选择和改进刀具几何参数是保证加工质量、提高效率、降低成本的有效途径。 (1)车刀前角γ0的选择前角的大小决定刀刃的锋利与强度。增大前角可以减小切屑的变形，从而减小切削力和切削功率，降低切削温度，提高刀具耐用度。但是增大前角会使楔角减小，降低刀刃强度，造成崩刃，使刀具耐用度下降。车削不锈钢时，在不降低刀具强度的条件下，应把前角适当取大一些。在刀具前角大时其塑性变形小，切削力和切削热降低，减轻加工硬化趋势，提高刀具耐用度，一般刀具前角宜取12?,20?。 (2)车刀后角α0的选择在切削过程中，后角可以减小后刀面与切削表面的摩擦。若后角过大，则楔角减小，使散热条件恶化，刀具刃口强度下降，降低刀具耐用度;若后角过小，摩擦严重，则会使刃口变钝，增大切削力，增高切削温度，加剧刀具磨损。在一般情况下，后角变化不大，但必须有一个合理的数值，以利于提高刀具的耐用度。车削不锈钢时，由于不锈钢的弹性和塑性都比普通碳素钢大，所以刀具后角过小会使切断表面与车刀后角的接触面积增大，摩擦产生的高温区集中于车刀后角，加快车刀磨损，降低被加工表面光洁度，所以车削不锈钢时的车刀后角要比车削普通碳钢时稍大一些，但后角过大 又会降低刀刃强度，直接影响车刀的耐用度，因此，一般情况下车刀后角宜取6?,10?。 (3)车刀主偏角Kr的选择当切削深度ap和进给量f不变时，减小主偏角Kr可使散热条件得到改善，减少刀具损坏，使刀具切入、切出平稳。但主偏角减小又会

刀具合理几何参数的选择

刀具合理几何参数的选择是切削刀具理论与实践的重要课题。中国有句谚语说：“工欲善其事，必先利其器”，刀具正是切削加工的直接作用工具，它的完善程度对切削加工的现状和发展起着决定性的作用。CIRP的一项研究报告指出：“由于刀具材料的改进，刀具的允许切削速度每隔十年几乎提高一倍；由于刀具结构和几何参数的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高二倍。”这也说明了选择刀具合理几何参数的重要意义。 什么是刀具的合理(或最佳)几何参数呢？ 在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使用寿命长、生产效率高、加工成本低的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。 一般地说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题。但是，由于影响切削加工效益的因素很多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度甚大。实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少数参量，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法等)进行处理，得出优选结果。 二、刀具合理几何参数的基本内容 刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容： 1.刃形 刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃，同时也明确了一定的切削加工条件必定对应有某种适宜的刃形。这是刀具几何构形趋于合理的一种标志。刀尖形状的变革，也是刃形变革的内容之一。 刃形直接影响切削层的形状，影响切削图形的合理性；刃形的变化，将带来切削刃各点工作角度的变化。因此，选择合理的刃形，对于提高刀具使用寿命、改善已加工表面质量、提高刀具的抗振性和改变切屑形态等，都有直接的意义。以切断刀为例(图10—1)，说明

实验一_刀具几何角度的测量

实验一刀具几何角度的测量 一、实验目的： 1．学习测量车刀几何角度的方法及仪器使用。2．加深对车刀几何角度的定义和理解。二、实验容和要求 1．使用车刀量角台，测量给定外圆车刀的前角 γo 、后角α0、主偏角K r 和副 偏角'r K ，并将测量结果记入实验报告；了解刃倾角λs 定义和作用。 2．每人测两把车刀，切断刀和外圆各一把。⒊ 根据测量结果，绘制车刀简图，并回答问题。三、仪器及工具 1、BR-CLY 车刀量角仪（如图1） 图1 BR-CLY 车刀量角仪 ７８ ８ ７ 摇　臂　轴定位螺钉序号 名 称 车 刀 量 角 台 序号 名 称 底 盘支 脚小 刻 度 盘工 作 台导 条小 指 针指 针转 动 轴螺 钉 螺 钉 轴大 刻 度 盘大 指 针升 降 螺 母滑 体立 柱定 位 块

2、所配车刀规格： 配四把车刀：400车刀(车外圆、平端面、倒角)、900车刀(精车刀、车外圆、平端面)、750车刀(精车刀、车外圆、平端面)、切断刀(切断、切槽)。精度：7～8级左右 四、车刀量角台结构介绍与测量方法 l．量角台的主要测量参数及其围 车刀量角台能够测量主剖面和法剖面的前角、后角、主偏角、副偏角及刃倾角。 测量围：前角测量围0-45度后角测量围0-30度 刃倾角测量围0-45度主（副偏测量围0-45度。 外形尺寸（㎜） 185×250×240 2．车刀量角仪的使用方法（以40°外圆车刀为例） （1）测量主偏角：主偏角是在基面上测量的主切削刃与车刀进 给方向之间的夹角。测量时，车刀放在工作台上，用刀台的侧面 和底面定位。此时刀台底面表示基面，刀台侧面表示车刀轴线， 量刀板正面表示车刀进给方向。以顺时针方向旋转矩形工作台， 同时推动车刀沿刀台侧面（紧贴）前进，使主切削刃与量刀板正 面密合。此时工作台指针指向盘形工作台上的刻度值即为主偏 角。（如图所示）

刀具合理几何参数的选择

刀具的几何参数包括刀具的切削角度，刀面的形式(如平前刀面，带卷屑断屑槽的前刀面、波形刀面等)以及切削刃的形状(直线形、折线形、圆弧形等)。 刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削温度和刀具磨损都有显著影响，从而影响切削加工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。 刀具的合理几何参数．是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。 选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、刀具材料、刀具类型，也与切削用量、工艺系统刚性和机床功率等因素有关。 第一节前角及前刀面形状的选择 一、前角的功用及选择 前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度，直接影响切 削过程。前角有正前角和负前角之分。 取正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑 流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切削轻 快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。但前角过大时，楔角 过小，会削弱切削刃部的强度并降低散热能力，反而会使刀具寿命 降低。由图可知，加工不同材料时，前角太大或太小，刀具耐用度 都较低。在一定加工条件下，存在一个耐用度为最大的前角，即合 理前角。 取负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高切削 刃强度和耐冲击能力。负前角刀具通常在用脆性 刀具材料加工高强度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、易 产生崩刃时才采用。 前角的合理数值选取原则 刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、工件材料的种类与性质： 1．刀具材料：强度和韧性较高时可选择较大的前角。高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大5°～10°。陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。选择要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4°～－15°范围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0°～－10°)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。 2．工件材料 1）加工塑性材料时，切屑呈带状，沿刀具前面流出时和前面接触长度较长，摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般都采用正前角。工件材料塑性愈大，强度和硬度愈低时，前角应选得愈大。如加工 铝及铝合金取γo=25°～35°，加工低碳钢常取γo=20°～25°。当工件材料强度较大、硬度较高时，前角宜取小值，如正火高碳钢取γo=10°～l5°。当加工高强度钢时，为增强切削刃，才取负前角。 2）加工脆性材料(如灰铸铁)时，塑性变形小，切屑呈崩碎状，刀屑接触长度短，摩擦不大，切削力集中在切削刃附近且产生冲击，容易造成崩刃。所选前角应比加工塑性材料时小一些，以提高切 削刃强度和散热能力。如加工灰铸铁取γo=5°～15°。前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐 减小。在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负前角。实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。 3．具体加工条件：粗加工时或断续切削时，切削力和冲击较大，为使切削刃有足够强度，宜取较小前角；精加工时，切削刃强度要求较低，为使刀具刀刃锋利，降低切削力，以减小工件变形和减

数控刀具主要几何角度及选择

数控刀具主要几何角度及选择金属切削刀具切削部分的结构要素、几何角度与斧头等刀具有许多共同的特征。如图1，各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把斧头的刀头。现以熟悉的车刀为例说明刀具主要几何角度。 图1刀具的切削部分 1．车刀切削部分的组成 车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成（如图2）。

图2硬质合金外园车刀 (1)前刀面刀具上切屑流过的表面。 (2)主后刀面刀具上与工件上的加工表面相对着并且相互作用的表面，称为主后刀面。 (3)副后刀面刀具上与工件上的已加工表面相对着并且相互作用的表面，称为副后刀面。 (4)主切削刃刀具上前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃。 (5)副切削刃刀具上前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。 （6）刀尖主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。刀尖实际是一小段曲线或直线，称修圆刀尖和倒角刀尖。 2．车刀切削部分的主要角度 （1）测量车刀切削角度的辅助平面

图3测量车刀的辅助平面 3测量车刀的辅助平面 为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平面作为基准，这三个辅助平面是切削平面、基面和正交平面，如图3所示。 1）切削平面Ps切削平面是切于主切削刃某一选定点并垂直于刀杆底平面的平面。 2）基面Pr基面是过主切削刃某一选定点并平行于刀杆底面的平面。 3）正交平面P0主剖面是垂直于切削平面又垂直于基面的平面。 可见这三个坐标平面相互垂直，构成一个空间直角坐标系。

图4车刀的主要角度图 (2)车刀的主要几何及其选择 1）前角前角在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。前角的正负方向按图示规定表示，即刀具前刀面在基面之下时为正前角，刀具前刀面在基面之上时为负前角。前角一般在-5°～25°之间选取。 切削 前角选择的原则：前角的大小主要解决刀头的坚固性与锋利性的矛盾。因此首先要根据加工材料的硬度来选择前角。加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值。其次要根据加工性质来考虑前角的大小，粗加工时前角要取小值，精加工时前角应取大值。

刀具几何角度的作用及选择原则

刀具几何角度的作用及选择原则 名称：前角 作用：加大前角，刀具锋利，切削层的变形及前面屑摩擦阻力小，切削力和切削温度可减低，可抑制或消除积屑瘤，但前角过大，刀尖强 度降低； 选择原则： （1）工件材料的强度、硬度低，塑性好时，应取较大的前角；反之应取较小的前角；加工特硬材料（如淬硬钢、冷硬铸铁等）甚至可取负 的前角 （2）刀具材料的抗弯强度及韧性高时，可取较大的前角 （3）断续切削或精大工时，应取较小的前角，但如果此时有较大的副刃倾角配合，仍可取较大的前角，以减小径向切削力 （4）高速切削时，前角对切屑变形及切削力的影响较小，可取较小前角 （5）工艺系统钢性差时，应取较大的前角 名称：后角 作用：减少刀具后面与工件的切削表面和已加工表面之间的摩擦。汉前角一定时，后角愈锋利，但会减小楔角，影响刀具强度和散热面积 选择原则： （1）精加工时，切削厚度薄，磨损主要发生在后刀面，宜取较大后角；粗加工时，切削厚度大，负荷重，前、后面均要发生磨损、宜取较 小后角 （2）多刃刀具切削厚度较薄，应取较大后角 （3）被加工工件和刀具钢性差时，应取较小后角，以增大后刀面与工件的接触面积，减少或消除振动 （4）工件材料的强度、硬度低、塑性好时，应取较大的后角，反之应取较小的后角；但对加工硬材料的负前角刀具，后角应稍大些，以便刀 刃易于切入工件 （5）定尺寸刀具（如内拉刀、铰刀等）应取较小后角，以免重磨后刀具尺寸变化太大 （6）对进给运动速度较大的刀具（如螺纹车刀、铲齿车刀等），后角的选择应充分考虑到工作后角与标注后角之间的差异 （7）铲齿刀具（如成形铣刀、滚刀等）的后角要受到铲背量的限制，不能太大，但要保证侧刃后角不小于2° 名称：主偏角 作用： （1）改变主偏角的大小可以调整径向切削分力和轴向切削分力之间的比例，主偏角增大时，径向切削分力减小，轴向切削分力增大 （2）减小主偏角可减小削厚度和切削刃单位长度上的负荷；同时主切削刃工作长度和刀尖角增大，刀具的散热得到改善，但主偏角过小会 使径向切削分力增加，容易引起振动 选择原则： （1）工件材料强度、硬度高时，应选择较小的主偏角

刀具角度选用原则

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刀具几何角度的作用及选择原则答： 1是前角； 2是后角； 3是副偏角； 4是刀尖角； 5是主偏角； 6是副后角； 7是副前角； 8是刃倾角 名称：前角 作用：加大前角，刀具锋利，切削层的变形及前面摩擦阻力小，切削力和切削温度可减低，可抑制或消除积屑瘤，但前角过大，刀尖强度降低； 选择原则： （1）工件材料的强度、硬度低，塑性好时，应取较大的前角；反之应取较小的前角；加工特硬材料（如淬硬钢、冷硬铸铁等）甚至可取负的前角 （2）刀具材料的抗弯强度及韧性高时，可取较大的前角 （3）断续切削或精加工时，应取较小的前角，但如果此时有较大的副刃倾角配合，仍可取较大的前角，以减小径向切削力 （4）高速切削时，前角对切屑变形及切削力的影响较小，可取较小前角 （5）工艺系统钢性差时，应取较大的前角 名称：后角 作用：减少刀具后面与工件的切削表面和已加工表面之间的摩擦。前角一定时，后角愈锋利，但会减小楔角，影响刀具强度和散热面积。

选择原则： （1）精加工时，切削厚度薄，磨损主要发生在后刀面，宜取较大后角；粗加工时，切削厚度大，负荷重，前、后面均要发生磨损、宜取较小后角 （2）多刃刀具切削厚度较薄，应取较大后角 （3）被加工工件和刀具钢性差时，应取较小后角，以增大后刀面与工件的接触面积，减少或消除振动 （4）工件材料的强度、硬度低、塑性好时，应取较大的后角，反之应取较小的后角；但对加工硬材料的负前角刀具，后角应稍大些，以便刀刃易于切入工件；（5）定尺寸刀具（如内拉刀、铰刀等）应取较小后角，以免重磨后刀具尺寸变化太大； （6）对进给运动速度较大的刀具（如螺纹车刀、铲齿车刀等），后角的选择应充分考虑到工作后角与标注后角之间的差异； （7）铲齿刀具（如成形铣刀、滚刀等）的后角要受到铲背量的限制，不能太大，但要保证侧刃后角不小于2°。 名称：主偏角 作用： （1）改变主偏角的大小可以调整径向切削分力和轴向切削分力之间的比例，主偏角增大时，径向切削分力减小，轴向切削分力增大；

刀具主要参数及应用

刀具的主要几何参数及作用 刀具作为具有既定功能的金属切削工具，其性能除了决定于刀具材料和涂层以外，还决定于刀具切削部分的几何参数。刀具的切削部分是一个由几何参数确定的几何体。由于刀具切削部分直接参与切削过程，其几何参数关系着切削时金属的变形、切屑与刀具的摩擦、工件已加工表面与刀具的摩擦等，从而影响切削力、切削热及刀具的磨损；此外，还影响工件已加工表面的形状和质量、切屑的卷曲、折断和流向的控制等，从而对刀具的切削性能和切削效果起重大的作用。因此，了解刀具几何参数与切削性能和切削过程的关系是设计刀具和合理使用刀具的前提。 刀具切削部分的具体形状因不同的刀具类别有很大的区别，但是它们参加切削的部分在几何特征和各几何要素的功能上却具有共性。下面就以车刀为例表示刀具的主要几何要素(图6)。图6的左边是刀具切削部分的工作状态，右边表示构成切削部分的几何要素，包括前刀面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃、刀尖，其作用如下： 前刀面是直接挤压金属形成切屑并引导切屑排出的表面，它与切屑产生剧烈的摩擦，金属变形的热量和与切屑摩擦的热量是刀具两个主要的热源，因此前刀面刀尖附近区域的温度很高。前刀面的形状、倾角是刀具控制切屑卷曲、折断和流向的要素。 主后面是与前刀面共同构成刀具切削楔和主切削刃的表面，主后面与过渡表面或切削表面之间的摩擦是切削过程的第三个热源。为了减少摩擦，在切削楔与工件的过渡表面或切削表面之间须形成必要的隙角。 主切削刃是前刀面与主后面相交形成的刀刃，起着对金属的切入、切离的作用，是切削过程中载荷和热量最集中的部位。 副后面是与主后面相连并与前刀面一起三者共同构成刀尖和副切削刃的表面。除某些类型的刀具以外，对于大多数刀具它为实现走刀、进行连续切削和刀具的实际应用提供了可能，副后面对着已加工表面并与已加工表面之间有一个隙角，以减少副后面与已加工表面的 摩擦。

刀具主要几何角度及选择

刀具主要几何角度及选 择 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

刀具主要几何角度及选择金属切削刀具切削部分的结构要素、几何角度与斧头等刀具有许多共同的特征。如图1，各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把斧头的刀头。现以熟 悉的车刀为例说明刀具主要几何角度。 图 1 刀具的切削部分 1．车刀切削部分的组成 车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖 组成（如图2）。 图2 硬质合金外园车刀 (1) 前刀面刀具上切屑流过的表面。 (2) 主后刀面刀具上与工件上的加工表面相对着并且相互作用的表面，称 为主后刀面。 (3) 副后刀面刀具上与工件上的已加工表面相对着并且相互作用的表面， 称为副后刀面。 (4) 主切削刃刀具上前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃。 (5) 副切削刃刀具上前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。 （6）刀尖主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。刀尖实际是一小段曲线或 直线，称修圆刀尖和倒角刀尖。

2．车刀切削部分的主要角度 （1）测量车刀切削角度的辅助平面 图3 测量车刀的辅助平面 为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平面作为基准，这三个辅助平面是切削平面、基面和正交平面，如图3所示。 1）切削平面Ps 切削平面是切于主切削刃某一选定点并垂直于刀杆底平面的 平面。 2）基面P 基面是过主切削刃某一选定点并平行于刀杆底面的平面。 r 主剖面是垂直于切削平面又垂直于基面的平面。 3）正交平面P 可见这三个坐标平面相互垂直，构成一个空间直角坐标系。 图4 车刀的主要角度 (2) 车刀的主要几何及其选择 1）前角前角在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。前角的正负方向按图示规定表示，即刀具前刀面在基面之下时为正前角，刀具前刀面在基面之上时为负前角。前角一般在-5°～25°之间选取。 前角选择的原则：前角的大小主要解决刀头的坚固性与锋利性的矛盾。因此首先要根据加工材料的硬度来选择前角。加工材料的硬度高，前角取小值，反之

车刀的几何角度及选择原则

车刀的几何角度及选择原则 newmaker 为了决定车刀刃口的锋利程度及其在空 间的位置，必须建立一个坐标系，该坐标系由三个基准平面构成。下面以外圆车刀为例，介绍车刀的几何角度。如图所示。 基面：过主切削刃选定点的平面，此平面在主切削刃为水平时包含主刀刃并与车刀安装底面即水平面平行，此平面主要作为度量前刀面在空间位置的基准平面。 切削平面：过主切削刃选定点与主切削刃相切，并与基面相垂直的平面。此平面主要作为度量主后刀面在空间位置的基准面。 主剖面：过主切削刃选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。 （1）、前角γ0 前刀面与基面的夹角，在主剖面中测量。前角的大小影响切削刃锋利程度及强度。增大前角可使刃口锋利，切削力减小，切削温度降低，但过大的前角，会使刃口强度降低，容易造成刃口损坏。取值范围为：-8°到+15°。 选择前角的一般原则是：前角数值的大小与刀具切削部分材料、被加工材料、工作条件等都有关系。刀具切削部分材料性脆、强度低时，前角应取小值。工件材料强度和硬度低时，可选取较大前角。在重切削和有冲击的工作条件时，前角只能取较小值，有时甚至取负值。一般是在保证刀具 刃口强度的条件下，尽量选用大前角。如硬质合金车刀加工钢材料时前

角值可选5°-15°。 （2）、主后角α0 主后刀面与切削平面间的夹角，在主剖面中测量。其作用为减小后刀面与工件之间的摩擦。它也和前角一样影响刃口的强度和锋利程度。选择原则与前角相似，一般为0到8°。 （3）、主偏角κ r 主切削刃与进给方向间的夹角，在基面中测量。其作用体现在影响切削刃工作长度、吃刀抗力、刀尖强度和散热条件。主偏角越小，吃刀抗力越大，切削刃工作长度越长，散热条件越好。 选择原则是：工件粗大刚性好时，可取小值；车细长轴时为了减少径向切削抗力，以免工件弯曲，宜选取较大的值。常用在15°到90°之间。 （4）、副偏角κ 'r 副切削刃与进给反方向间的夹角，在基面中测量。其作用是影响已加工表面的粗糙度，减小副偏角可使被加工表面光洁。选择原则是：精加工时，为提高已加工表面的质量，应选取较小的值，一般为5到10°。 （5）、刃倾角λs 主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。主要作用是影响切屑流动方向和刀尖的强度。以刀柄底面为基准，主切削刃与刀柄底面平行时，λs =0，切屑沿垂直于主切削刃的方向流出。当刀尖为切削刃最低点时，λs为负值，切屑流向已加工表面。当刀尖为主切削刃最高点时，λs为正值，切屑流向待加工表面。 一般刃倾角λs取-5°到+10°。精加工时，为避免切屑划伤已加工表面,应取正值或零。粗加工或切削较硬的材料时，为提高刀头强度可取负值。(end)