浅谈如何选择刀具的几何角度

作者：王旭东

来源：《职业·下旬》2010年第12期

金属切削刀具是切削加工中的重要工具，也是切削加工中影响生产率、加工质量与成本的最活跃的因素。刀具角度是确定刀头几何形状与切削性能的重要参数，是各类刀具设计、选择、使用、刃磨的基础。全面掌握刀具的角度，对提高生产率、保证加工质量、降低生产成本起着决定性的作用。

一、了解刀具的组成

刀具可分为夹持部分和切削部分，刀具切削部分（以车刀为例）号称“三面两刃一尖”，即前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。前刀面Aγ：切屑流出的表面。主后刀面Aα：切削时刀具上与工件过渡表面相对的表面。C、副后刀面A′α：切削时刀具上与工件已加工表面相对的表面。主切削刃S：前刀面与主后刀面的交线，切削时起主要切削作用。副切削刃S′：前刀面与副后刀面的交线，切削时起辅助作用。刀尖：指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，分为修圆刀尖和倒角刀尖。

二、识别刀具角度的几个辅助平面

用于定义和规定刀具角度的各辅助基准坐标平面，只是假定参考，事实上看不见，摸不着。其中包括：切削平面Ps ——通过切削刃上一点，并与加工表面相切的平面；基面Pr ——过主切削刃选定点，并与该点的切削速度方面垂直的平面；主截面Po ——过主切削刃选定点与基面，主切削平面两两垂直的平面。

三、认识刀具的几何角度

1.前角（γo）——刀具前刀面与基面的夹角，在主截面内测量

前角的大小决定了刀具的锋利程度，前角越大，刀具越锋利。前角大，切削层的塑性变形小，刀具和切屑摩擦阻力小，切削力和切削热可降低；但前角过大，会使切削刃和刀头强度降低，散热条件恶化，刀具寿命下降；有时为了增加刀具强度、断屑，常采用较小前角。

2.主后角（αo）——主后刀面与切削平面之间的夹角，简称后角

后角的大小决定了刀刃的强度，并配合前角改变切削刃的锋利程度。增加后角，可以减少刀具的后刀面或副后刀面与工件之间的摩擦，但后角过大，会减弱切削刃强度，并恶化散热条件，使刀具寿命下降。

3.副后角（α＇o）——副后刀面与副切削平面的夹角

它在副截面上测量产生，其作用与主后面相似（注：副截面是指κ垂直于副切削刃且垂直于基面的平面）。

4.主偏角（κ＇r）——主刀刃与待加工表面之间的夹角，也称为导角

主偏角的大小主要影响到切削层的形状以及切削分力的变化。改变主偏角的大小，可调整径向切削分力和轴向切削分力的比例。主偏角增大时，径向切削分力减小，轴向切削分力增大；减小主偏角，可减小切削厚度和切削刃单位长度上的负荷；同时，由于主切削刃工作长度增大，刀尖增大，刀具的散热条件得到改善，刀具寿命可提高；但主偏角过小，使径向切削力增大，容易引起切削振动。

综合以上分析，主偏角的选择可根据以下几个因素：在工艺系统（机床－工件－夹具－刀具）刚性允许得条件下，应尽可能采用较小的主偏角，提高刀具的寿命；工件材料强度，硬度高时，宜取较小的主偏角；在切削过程中，刀具需作中间切入时，应取较大的主偏角。

5.副偏角（κ＇r）——副刀刃与已加工表面之间的夹角，也称为离角

副偏角和主偏角一起影响已加工表面的粗糙度。副偏角越大，副后面与已加工表面的摩擦越小，可减小副切削刃工作部分与工件已加工表面之间的摩擦；副偏角过大，会使刀尖角减小，工件表面的残留面积也增加，刀具的散热条件恶化，表面粗糙度增大。减小副偏角，副切削刃的工作长度增大，对工件已加工表面的修光作用加强，有利于减小工件表面粗糙度；但过小的副偏角，会使刀具的径向切削力增大，在工艺系统刚性不足情况下容易引起切削振动。

6.刃倾角（λr）——主刀刃与基面之间的夹角，又称为主刀刃斜角

该角在切削平面上测量。改变刃倾角的方向和大小，可控制切屑的流动方向。断续切削时，适当的刃倾角可使切削刃逐渐切入和切出工件，缓和冲击，使切削平稳；刃倾角还影响刀尖的强度，当刃倾角为正值时，刀尖的强度降低，铁屑向刀架方向流出，适用于精加工类型刀具。负值的刃倾角，可提高刀尖的抗冲击能力，但过大的负刃倾角会使径向切削力显著增大，同时增大实际切削前角，减小切屑变形，使切削轻快。

另外，刀具还有两个派生角度。第一，楔角（βo）——前刀面与主后刀面的夹角。第二，刀尖角（εr）——主、副刀刃在基面上的投影夹角，它影响到刀尖的强度。因为主偏角、副偏角和刀尖角之和等于180°，刀尖角数值随着主偏角、副偏角的变化而变化。

（作者单位：山东枣庄职业学院）