3刀具的基何参数.docx
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3刀具的基何参数
第三章刀具的几何参数
一.刀具切削部分的基本定义
切削刀具种类繁多，构造各异。
其中较典型、较简单的是车刀，其他刀具的切削部分可以看成是以车刀为基本形态演变而来的刀具，如图3-1所示。
1.刀具切削部分的组成
外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，如图3-2所示为普通外圆车刀，由刀体和刀柄
两部分。
刀柄用于夹持刀具，又称夹持部分；刀体用于切削，又称切削部分。
切削部分一般由三面、两个切削刃和一个刀尖组成。
其定义分别为：
（6）刀尖主切削刃、副切削刃相交的一点。
实际上该点不可能磨得很尖，而是由一微小圆弧组成，有时为了增加刀尖的强度，刀尖处被磨成一定的圆弧或一段折线（图3-3）。
我们把这圆弧半径称为刀尖圆弧半径（J）,折线称为过渡刃（be）o
3n就是刀楔角。
在此我们顺便了解一下刀楔，前面与后面所包含的刀具实体部份就被称为刀楔，图
3-3是刀楔的剖面形状，；图中
图3-3
刀楔、刀尖形状参数
a）刀楔剖面形状b）刀尖形状
2.确定刀具几何角度的辅助平面刀具角度对切削加工影响很大，为便于度量和刃磨刀
具，需要假定三个辅助平面作基准，构成刀具静止参考系，如图10-3所示。
图3-4刀具静止参考系
（1）基面Pr通过切削刃上选定点并垂直于该点的切削速度方向的平面。
车刀的基面可理解为平行刀具底面的平面。
基面是刀具制造、刃磨、测量时的定位基准面。
（2）切削平面ps通过切削刃某选定点相切于工件加工表面（或与主切削刃）的平面。
切削平面ps与基面pr垂直。
（副切削平面就是通过副切削刃上选定点并垂直于副切削刃在基面上投影的平面）。
（3）正交平面Po通过切削刃某选定点，同时垂直于切削平面ps与基面pr的平面。
3.
3-5所示。
刀
车刀的几何角度刀具的几何角度是在刀具静止参考系内度量的，如图
具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。
刀具的标注
角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。
（1）在基面内测量的角度
1）主偏角Kr在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向之间的夹角。
2）副偏角Kr'在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。
3）刀尖角£r在基面中测量，是主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角。
（2）在正交平面内测量的角度
1）前角丫0在正交平面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。
2）后角a0在正交平面中测量，是主后刀面与切削平面之间的夹角。
（3）在切削平面内测量的角度
刃倾角入s在切削平面中测量，是主切削刃与基面之间的夹角。
副后角a0，在副切削平面中测量，是副后刀面与副切削平面之间的夹角。
图3-5车刀的主要角度
4.前角、后角、刃倾角正负的规定如图3-6a所示，在主剖面（PbPO）中，前刀面与基面平行时，前角为零；前刀面与切削平面之间的夹角小于90°时，前角为正；大于90°时，前角为负。
后刀面与基面夹角小于90°时，后角为正；大于90°时，后角为负。
如图3-6b所示，观察刀尖和切削刃上任意一点到车刀底面的距离，刀尖处于最高时，刃倾角为正；刀尖处于最低时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。
图3-6车刀角度正负的规定方法
a）前、后角b）刃倾角
二.刀具几何角度的功用
刀具几何角度选择的合理与否，对保证零件的加工质量、提高生产效率、降低生产成本等都有重要的影响。
1.前角的功用前角的大小将直接影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表面粗糙度和刀具的强度和寿命。
（1）若增大刀具前角丫0,可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，从而减小了切削力、切削热和切削功率。
（2）刀具前角大，楔角3n减小，降低了切削刃和刀头的强度，刀头散热条件变差，切削时容易崩刃。
（3）刀具前角大，可以减小切屑变形，不易断屑；反之减小前角可以使切屑变脆，容易断屑。
（4）刀具前角减小或采用负前角，将会使刀具在切削时振动加大，加工表面粗糙。
2.后角的功用
后角的主要作用是减小刀具后面与工件的磨擦，减轻刀具磨损。
后角小使刀面与加工
表面间的磨擦加剧，刀具的磨损加大，工件冷硬程度增大，加工表面质量差；后角增大，磨擦减小，这对切削厚度较小的情况有利，但使刃口强度与散热情况变差。
3.主偏角和副偏角的功用主偏角和副偏角越小，刀头的强度越大，它的寿命越长，此外主偏角和副偏角小时，工件加工后的表面粗糙度度较细，但是主偏角和副偏角减小时，会加大切削过程中的径向力，容易引起振动或把工件顶弯。
（1）减小主偏角Kr和副偏角Kr'，使加工残留面积高度降低，以便得到较细的表面粗糙度，其中副偏角的影响比较明显。
（2）在切削深度和进给量一定的情部况下，主偏角增大使切削厚度增加，切削宽度减小,参加切削的刃长减小，切削刃单位长度上的负荷增大。
（3）增大主偏角，使切屑宽度减小、厚度增加，并且容易折断。
4.刃倾角的功用
（1）控制切屑的排出方向，见图3-7所示为钻具圆车刀刃倾角入S对排屑方向的影响。
精车和半精车时，刃倾角宜选用正值，使切屑流向待加工表面，防止划伤己加工表面。
（2）大的正刃倾角，能使切削刃变得锋利，可以切下很薄的金属。
（3）负刃倾角（-入S）,使刀头强固，切削时刀尖可避免受到冲击，提高了刀具寿命。
图3-7刃倾角对排屑方向的影响
三•刀具几何角度的选择
1.刀具前角的合理选择
所以
刀具的前角，既要使切削刃锐利，又要保证刀具有一定的强度和一定的散热体积，不同材料在切削加工时前角也不同。
由于硬质全合金的抗弯强度低，抗冲击刃性差，所以合
理前角也就小于高速钢刀具的合理前角。
（1）工件材料的强度与硬度低，可采用较大的前角，减小切削变形；工件材料的硬度高，应采用较小的前角，以保证刀尖强度；当加工特别硬的材料时，应选用很小的前角，甚至负前角。
加工塑性材料，应取较大的前角；加工脆性材料，选用较小的前角。
（3）
负前角。
5°〜10°。
粗加工、断续加工或承受冲击载荷时，为保证切削刃强度，应取较小的前角，甚至
高速钢刀具比硬质合金刀具韧性好，允许选用较大的前角，一般大
表3-1是硬质合金车刀合理前角参考值。
2.刀具后角的合理选择
（1）粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，后角应取小些；精加工时，增大刀具后角可提高刀具寿命和加工表面质量。
（2）工件材料的硬度与强度高，塑性大，易产生加工硬化，为防止刀具后刀面磨损，后角应适当加大。
以保证切削刃锋利。
以防止刀具重磨后刀具尺寸的变化。
（3）采用负前角时，取较大的后角，
（4）刀具尺寸精度高，取较小后角，
表3-2是硬质合金车刀后角参考值。
工件材料
合理后角
工件材料
合理后角
粗车
精车
粗车
精车
低碳钢
8。
〜10°
10。
〜12°
灰铸铁
4。
〜6°
6。
〜8°
中碳钢
5。
〜7°
6。
〜8°
铜及铜合金
6。
〜8°
6。
〜8°
合金钢
5。
〜7°
6。
〜8°
铝及铝合金
8。
〜10°
10。
〜12°
淬火钢
8。
〜10°
钛合金
0。
〜15°
不锈钢
6。
〜8°
8。
〜10°
3.刀具主偏角、副偏角的合理选择
（1）主偏角的选择
般选用较大的主偏角，以减小振动，提高刀
1）粗加工与半精加工的硬质合金车刀，具寿命。
2）加工冷硬铸铁和淬火钢时，宜取较小的主偏角，可减轻单位切削刃上的负荷，改善刀头散热条件，提高刀具寿命。
3
Kr>90°，以减小吃刀抗力
）车细长轴时，由于工件刚性不足，应取较大的主偏角
和振动。
Kr'=50〜100。
（2）畐骗角的选择
1）车刀、端铳刀、刨刀在不影响振动条件下，副偏角
2）精加工应取较小的副偏角，也可以磨出一段修光刃Kr'=0°,修光刃长度为（1.2〜1.5）
见图3-8。
bi
图3-8修光刃
3）加工高强度、高硬度材料时，为了提高刀尖强度，副偏角Kr'可取4°〜60。
1°
4）切断刀、锯片铳刀和槽铳刀等，为了保证重磨后宽度变化较小，副偏角宜取
30左右。
表3-3硬质合金车刀合理偏角参考值
加工情况
偏角数值（°）
主偏角
副偏角
粗车，无中间切入
工艺系统刚性好
45,6°,75
5〜1°
工艺系统刚性差
65,75,9°,
1°〜
15
车削细长轴，薄零件
9°,93
6〜1°
精车，无中间切入
工艺系统刚性好
45
°〜5
工艺系统刚性差
6°,75
°〜5
车削冷硬铸铁，淬火钢
1°〜3°
4〜1°
从工件中间切入
45〜6°
3°〜
45
切断刀、车槽刀
6°〜9°
1〜2
4.刃倾角的合理选择
（1）加工一般钢和灰铸铁，粗车时取刃倾角入s=00〜-5°;精车时取刃倾角入s=O0〜5°
有冲击载荷时，入s=-50〜-15°。
入s=-50〜-12°。
车削淬硬钢，刃倾角
0__0入s=45〜75。
微量精车外圆、精车孔或精刨平面时，刃倾角强力切削刨刀刃倾角入s=-1°°〜-2°°。
工艺系统刚性差，切削量不宜选用负的刃倾角。
四•刀具安装对工作角度的影响
在车削（切断、车螺纹、车丝杠）、镗孔、铳削等加工中，通常因刀具工作角度的变化,对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。
1.刀类安装高低对工作前、后角的影响
图3-9刀尖安装高低对工作前、后角的影响
如图3-9所示，用刃倾角入s=0°车刀车削外圆时，若车刀的刀尖高于工件中心，工作
前角丫oe增大，而工作后角aoe减小。
若切削刃低于工件中心，则工作前角丫oe减小，而
工作后角aoe增大。
2.刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
图3-10刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且顺时针转动角将变小，工作副偏角将增大。
五.刀具几何参数选择案例分析
1.不锈钢切削加工刀具几何参数的选择
（1）不锈钢的主要切削特点
1）切削力大大家知道，不锈钢材料的切削加工性极差，属于难加工材料，其中奥氏
体不锈钢尤为突出，这种材料虽然硬度高，但塑性很好，因而在切削过程中塑性变形小，使
50%。
切削力增加。
在切削用量相同时，切削奥氏体类不锈钢耗能比低碳钢约高
2）加工硬化严重在不锈钢中，以奥氏体和奥氏体铁素体不锈钢的加工硬化现象最为
突出，它们塑性大，塑性变形时晶格产生强烈歪扭；同时奥氏体稳定性差，在切削力的作用
下，部分奥氏体会转变为马氏体，切削时易产生硬化层，这一现象均使加工硬化现象更明显。
3）刀具易产生秥着磨损不锈钢材料在切削过程中产生的高温下，与刀具材料亲合性
较大，使刀具与切屑间产生秥结、扩散，从而造成刀具秥着磨损，降低刀具的使用寿命。
4）切削区局部温度高不锈钢加工所需切削力大，分离消耗的功也大，产生的切削热
也就多，加上不锈钢的导热性不好（不锈钢导热系数约为45号钢的1/4〜1/2）,使切削区域
的局部温度很高。
（2）刀具材料的选择
切削不锈钢时，由于加工硬化严重、切削力大、切削温度高和刀具易磨损的特点，刀具
应选择热硬性和耐磨性好的材料。
用高速钢刀具切削不锈钢，宜采用高性能高速钢，特别是含钴高速钢和含铝高速钢。
用硬质合金切削不锈钢时，可选用YN10、YW1、YW2、YG8N、
YT类普通硬质合金
YG813、YG532等牌号。
需要注意的是，在不锈钢的切削中，不易采用
刀具，而宜采用YG、YW类硬质合金刀具加工不锈钢（特别是含Ti不锈钢），因为，一方
面YT类普通硬质合金的韧性、热导率与含Ti不锈钢的秥结强度系数等都小于YG类、YW
类硬质合金刀具，另一方面，由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用，
切屑容易把合金中的Ti带走，使刀具磨损加剧。
（3）刀具几何角度的选择刀具切削部份的几何角度，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、降低成本的有效途经。
1）前角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，降低刀具强度，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前提下，应把前角适当放大一些，在刀具前角大时其塑性变形小，切削力和切削热降低，加工硬化趋势减轻，刀具耐用度提高，一般刀具前角宜选120〜200。
加快车刀磨损，降低被加工表面光洁度，但后角过大，又会降低刀刃强度，一般情况下，车刀后角宜为60〜100。
3）刃倾角入s背向分力增加过大，削时取较小值。
2）后角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，但必须有一个合适的数值，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刀具后角，加快车刀磨损，降低被加工表面光洁度，所以车削不锈时的车刀后角比车削普通碳素钢时稍微大一些，但后角过大，又会降低刀刃强度，直接影响车刀耐用度，因些，
由于采用较大的前角，刀尖强度会有所削弱，为增强刀尖强度而又不使
刃倾角宜取较小的值，一般为-50〜-150。
连续切削时取较大值，断续切
4）主偏角Kr和副偏角Kr'具体角度应根据机床、零件、刀具系统的刚性和切削用量来选择。
在工艺系统刚度允许的条件下，尽可能选择较小的主偏角和副偏角：
Kr=450〜750
Kr'=80〜150。
5）排屑槽圆弧半径由于切削不锈钢时不易断屑，如果排屑不好，切屑飞溅容易伤人，
若切屑在工件上，则容易损坏刀具和己加工表面的光洁度，因些，应在刀具前面刀刃处磨出圆弧排屑槽，使切屑卷曲后沿一定方向排出。
其排屑的圆弧半径和槽的宽度随着被加工直径的增大而增大，实践证明，其圆弧半径一般取2〜5mm，槽宽取3〜6.5mm。
负倒
6）负倒棱切削不锈钢的刀具，应刃磨出负倒棱，以提高刀具强度，同时由负倒棱将车削时所产生的热量分散到刀具前面和后面，减轻刀刃部份的磨损，以提高刀具耐用度。
刃的大小，要根据工件的加工余量来选定，余量越大，其负倒棱应越大，一般负倒棱的宽度，粗车时为0.3〜0.5mm，精车时为0.1〜0.2mm，并带有-30〜-50的负前角。
（4）切削用量的选择
1）切削速度的选择不宜选择过高，一般只切削普通碳素钢的40%〜60%,并且由于不
锈钢的牌号、热处理状态、工件加工方法等的不同，所选择的切削速度也不尽相同。
2）背吃刀量不宜选择过小，以免在前道工序所留下的加工硬化层或毛坯外皮内切削，
般取a=0.4〜4mm
3）进给量不宜选择过大，以免切削负荷太大，但也不宜过小，以免切削刃在上次进给
所形成的冷硬层内工作，一般取f=0.1〜0.5mm/r。
在加工不锈钢中，我们除考虑上面的因素外，还要考虑切削加工中的冷却，因些我们要根据实际加工情况、不锈钢的牌号等选择合适的切削液。
车削不锈钢常用的切削液的两种，一种是硫化油，这种切削液价格便宜，可用于不锈钢的粗加工；另一种是氯化碳+矿物油或
其它油类，这种切削液适用于不锈钢材料的精加工。
2.75°强力车刀几何角度分析
在生产中，应根据具体加工条件和加工要求，灵活地运用选择原则，合理地选择刀具几何参数，在发挥各个参数有利因素的同时，更应综合考虑它们之间互相配合。
大量的先进刀
具，都是使刀具各几何参数产生有效的作用，能充分发挥刀具切削性能，保证加工质量、提
高切削效率和降低加工成本，从而促进了金属切削技术的发展。
强力切削是适用于粗加工和半精加工的高效率切削方法，一般是在有中等以上刚性和切
削功率足够的机床上进行。
强力切削的主要特点是：
加工时选用较大的切削深度和进给量、
较低的切削速度，以达到高的金属切除率和高的刀具耐用度。
不易断屑，并增大表面粗
由于强力切削选用的切削用量大，故切削力大，易产生振动,糙度。
强力切削车刀是适应上述加工条件，解决了可能产生的不利因素，并具有合理几何参数
的先进车刀。
图3-11为在中等刚性车床上，加工大余量的热轧和锻制的中碳钢用的大切深强力切削车刀，该车刀具有以下特点。
（1）选择较大前角丫0=20°〜25°。
较大的前角使切削变形减小，并增加了刃口的锋利性，故切削力减小，切削温度降低。
（2）选择较大主偏角kr=75°。
主偏角kr=75。
，使切削力减小，尤其是减小了径向力，因此不易产生振动。
（3）选择负刃倾角入s=-6°〜-4。
。
负刃倾角是提高刀具强度的重要措施。
解决了因大前角、大主偏角而使刀具强度减弱的矛盾。
此外，它对改善加工表面质量起良好作用。
发生冲击振动时，能保护刀尖。
（4）选择较小后角a0=4。
〜6。
，磨制双重后面。
较小后角能提高刀具强度。
采用双重后面，提高刀具重磨效率。
（5）选择过渡刃和负倒棱。
过渡刃为kr£=45°、bs=1〜2mm。
负倒棱为丫o1=-25°〜-20°。
倒棱宽度br1=0.5f。
利用过渡刃和负倒棱，使切削刃和刀尖的强度提高，并增加散热面积，降低切削温度。
（6）选择较小副偏角kr‘=15°。
减小副偏角，能使刀具强度提高，并减小了加工表面粗糙度。
（7）磨制修光刃b£‘=1.5f。
在较大的进给时，使表面产生显著的残留面积，选用修光刀刃是切除残留面积的有效措施，由它解决了大进给引起增大粗糙度的矛盾。
（8）
、LBn=4
磨制断屑槽。
在前刀面上磨出外斜式直线圆弧形断屑槽，尺寸为PBr=5
6mm、rBn=1mm，能获得较好的断屑效果。
上述结构的强力切削刀具，通常能在v=50〜60m/in、郎=15〜20mm和f=0.25〜0.4mm/r
条件下工作，可发挥良好的刀具切削性能。
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