案例6 车刀刀具角度定义
如何确定车刀角度
如何确定车刀角度如何确定车刀刀具角度合理的选择刀具几何角度，有利于改善加工条件，节约加工时间，提高了加工效益，保证被加工工件的质量，和延长了刀具的使用寿命，下面从刀具的结构类型上来选择车刀刀具的角度。
一、传统的焊接车刀（如下图）粗加工时，着重考虑保证最长的刀具使用寿命，精加工时，主要考虑保证加工精度和已加工表面质量的要求，机床刚性和动力不足时，刀具应力求锋利(如增大前角和主偏角，减小切削刃钝圆半径等)，以减小切削力和振动。
在焊接车刀中：（1)前角精加工时选较大值，粗加工选较小值;加工材料的塑性、韧性高时，前角较大；强度、硬度高时前角较小；加工脆性、淬硬材料前角小或负值;增大前角能减小切削变形、摩擦力，因此，对形成积屑瘤、鳞刺、加工硬化等的影响较小，但加工表面粗糙度低。
（2）后角精加工时较大，粗加工较小；切削塑性金属时后角较大；脆性金属后角较小，切削强度、硬度高材料后角较小，切削韧性高材料易产生粘屑故后角选较大值；例如高速钢刀具的抗弯强度、韧性较高，故前角大；硬质合金刀具前角较小。
(3)在加工系统刚性允许时，减小主偏角能减小表面粗糙度高度，提高加工表面质量；（4）当刃倾角绝对值增大时，实际工作角增大，因此切削变形小。
机夹式车刀（如下）二、机机夹刀具就是普通的刀片，用机械加固的方法将刀片固定在刀杆上使用，与传统的焊接时刀具相比机夹式刀具避免焊接内应力而引起刀具寿命下降，刀杆利用率高，刀片可刃磨获得使用参数，使用灵活方便，刀片磨损后直接拆下来更换新刀片，节约了时间，提高了加工效益。
三、可转位车刀随着数控车床的普及，可转位车刀的应用范围日益广泛。
可转位车刀在加工中转位迅速，尺寸稳定，刀片磨损后可以快速更换。
在可转位车刀中（1）前角的大小直接影响刀刃的强度和锋利程度。
增大前角可减小切屑变形，使切削越发轻盈，并前进刀具寿命。
但前角太大会削弱切削刃强度，易于崩刃，反而会收缩刀具寿命。
（2）后角次要用于减小切削过程中后刀面与过渡概况之间的冲突。
一、车刀各种角度常识
六、数控刀具标准点击上面相关内容观看一、车刀的各种角度常识车刀的主要角度前角γo在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。
前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。
后角αo 在主剖面P0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。
后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。
主偏角κr在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。
主偏角一般为正值。
副偏角κr'在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。
副偏角一般为正值。
刃倾角λs在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。
当主切削刃呈水平时，λs=0；刀尖为主切削刃最低点时，λs＜0；刀尖为主切削刃上最高点是，λs＞0，如图示。
点击回到页首二、新型陶瓷刀具简介新型陶瓷刀具的出现，是人类首次通过运用陶瓷材料改革机械切削加工的一场技术革命的成果。
早在２０世纪初，德国与英国已经开始寻求采用陶瓷刀具取代传统的碳素工具钢刀具。
陶瓷材料因其高硬度与耐高温特性成为新一代的刀具材料，但陶瓷也由于其人所共知的脆性受到局限，于是如何克服陶瓷刀具材料的脆性，提高它的韧性，成为近百年来陶瓷刀具研究的主要课题。
陶瓷的应用范围亦日益扩大。
工程技术界努力研制与推广陶瓷刀具的主要原因，（一）是可以大大提高生产效率；（二）是由于构成高速钢与硬质合金的主要成分钨资源在全球范围内的枯竭所决定。
２０世纪８０年代初估计，全世界已探明的钨资源仅够使用５０年时间。
钨是世界上最稀缺的资源，但其在切削刀具材料中的消耗却很大，从而导致钨矿价格不断攀升，几十年中上涨好多倍，这在一定程度上也促进了陶瓷刀具研制与推广，陶瓷刀具材料的研制开发取得了令人瞩目的成果。
到目前为止，用作陶瓷刀具的材料已形成氧化铝陶瓷，氧化铝—金属系陶瓷、氧化铝—碳化物陶瓷、氧化铝—碳化物金属陶瓷、氧化铝—氮化物金属陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷刀具。
就世界范围讲，德国陶瓷刀具已不仅用于普通机床，且已将其作为一种高效、稳定可靠的刀具用于数控机床加工及自动化生产线。
怎样选择车刀的几何角度
怎样选择车刀的几何角度合理选择车刀几何角度，有利于改善加工条件，提高被加工工件质量，延长刀具与设备的使用寿命，本文从车刀几何角度对切削力、切削热和刀具耐用度影响等角度，分析车刀几何角度选择的一般原则。
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。
（一）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。
简介车刀几何角度及功用
⑶ 正交平面：过切削刃选定点，同时垂直
于基面与切削平面的平面。
三个坐标平面相互垂直，构成一个空间直角坐标系。
5
2.2车刀切削部分结构—三面二刃一刀尖
(1) 前刀面：切屑流过的表面。 (2) 后刀面：与工件上的过渡表面相对着。
(3) 副后刀面：与工件上的已加工表面相对着。
(4) 主切削刃：前刀面与后刀面的交线。 (5) 副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。 (6) 刀尖：主切削刃与副切削刃连接的地方。
1.1车刀角度基础要点
1
角度参考平面
2
角度参考系
3
切削部分的构成要素：三面二刃一刀尖
4
五个基本角度、两个派生角度
2.1车刀角度参考平面
⑴ 基面：过切削刃选定点，垂直于切削速 度方向和切削平面。 ⑵ 切削平面：过切削刃选定点，与过渡表 面相切，并垂直于基面的平面。它 也是切削刃与切削速度方向构成的 平面。
简介车刀几何角度及功用
王存龙 1 2016.8.26
目录
2 3 车刀简介 车刀切削部分结构 车刀几何角度 车刀几何角度的合理选择 车刀几何角度测量
4
5
1.车刀简介
任何刀具=刀头+刀柄 刀头用于切削，刀柄用于装夹。 虽然切削加工的刀具种类繁多，但刀具切削部分的组成有许多共同 点。车刀的切削部分可看作是各种刀具切削部分的最基本形态。
3.1车刀几何角度—投影到基面上的角度
主偏角（κr）：主切削刃与进给运动方向的 夹角。一般在30°～ 90°之间。
副偏角（κr′）：副切削刃与进给运动反方向
的夹角。副偏角一般为正值。 刀尖角（εr）：主切削刃与副切削刃的夹角， 它是派生角度。
三者之和为180o。
车刀角度分析
车刀各角度分析——对加工质量与效率的影响一、车刀的主要标注角度有以下5个：1.前角2.主后角（副后角）3.主偏角4.副偏角5.刃倾角（前角与后角之间形成楔角，主偏角与副偏角之间形成刀尖角）二、各角度对加工的影响：1. 前角：前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。
但易产生崩刃。
2.后角：后角的作用主要是：减少后刀面和过渡表面之间的摩擦。
增大后角可减少摩擦，提高已加工表面质量和刀具使用寿命，并使切削刃锋利。
但后角过大，“楔角”减小，降低切削刃的强度，减少散热体积，磨损反而加剧，降低刀具的耐用度。
3.主偏角：主偏角影响切削层的形状、切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。
减少κr，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用度提高，使已加工表面粗糙度减小。
较小的主偏角容易形成长而连续的螺旋屑，不利于断屑，因此对切屑控制严格的自动化加工，宜取较大的主偏角。
4. 副偏角：副偏角影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度。
减少κr´，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度，改善散热条件。
过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量和刀具耐用度。
副偏角的大小主要根据已加工表面粗糙度要求和刀具强度来选择，不引起振动的情况下，尽量取小值。
5.刃倾角：刃倾角影响排屑方向，负的刃倾角可以保护切削刃，承受大的进给量，反之则可以提高表面质量。
6.刀尖角：根据经验主偏角和副偏角构成刀尖角度，这个角度要根据粗精加工而定。
粗加工时，由于主要目的是去除大量的余量，所以这个角度可以适当的大一些，以适应大的进给量；精加工时，余量较少还要保证好的表面质量，所以刀尖角度要小，断屑槽要开的深一些，以免切屑流经已加工表面划伤工件表面。
车刀的几何角度及切削参数
4．刀尖形状的选择 刀尖概念：主切削刃与副切削刃连接的地方 刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方。切 削过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损， 因此增强刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖对 已加工表面粗糙度有很大影响。
Hale Waihona Puke (a)倒角刃(b)圆弧刃
(c)修光刃
1、工件材料强度或硬度较高时，为加强切 削刃，一般采用较小后角。 2、对于塑性较大材料，已加工表面易产生 加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加 工表面质量影响较大时，一般取较大后角。
在一定切削条件下的基本选择方法
1．前角和前刀面形状的选择 2．后角及形状的选择 3．主偏角、副偏角的选择
：
4．刀尖形状的选择 5．刃倾角的选择
1．前角和前刀面形状的选择
（1）
前角的选择： 在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋 利，同时也要兼顾刀刃的强度与耐用 度。 刀具前角的合理选择，主要由刀具材 料和工件材料的种类与性质决定。
B、主偏角κr的增大或减小对切削加工不利的一面 主偏角的减小也会产生不良影响。因为根据切削 力分析可以得知，主偏角κr减小，将使背向力Fp 增大，从而使切削时产生的挠度增大，降低加工 精度。同时背向力的增大将引起振动。 因此主偏角的减小对刀具耐用度和加工精度产生 不利影响。
②、工艺系统刚性较差时 （工件长径比lw/dw = 612） ，或带有冲击性的切削，主偏角κr可以取大 值，一般κr＝60o～75o，甚至主偏角κr可以大于 90o，以避免加工时振动。 硬质合金刀具车刀的主偏角多为60o～75o 。 ③、根据工件加工要求选择。 当车阶梯轴时， κr ＝90o；同一把刀具加工外圆、 端面和倒角时， κr ＝45o。
车刀的主要角度及其作用
车刀的主要角度及其作用车刀的主要角度有前角（γ0）、后角（α0）、主偏角（Kr）、副偏角（Kr’）和刃倾角（λs）。
为了确定车刀的角度，要建立三个坐标平面：切削平面、基面和主剖面。
对车削而言，如果不考虑车刀安装和切削运动的影响，切削平面可以认为是铅垂面；基面是水平面；当主切削刃水平时，垂直于主切削刃所作的剖面为主剖面。
（1）前角γ0在主剖面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。
其作用是使刀刃锋利，便于切削。
但前角不能太大，否则会削弱刀刃的强度，容易磨损甚至崩坏。
加工塑性材料时，前角可选大些，如用硬质合金车刀切削钢件可取γ0=10～20，加工脆性材料，车刀的前角γ0应比粗加工大，以利于刀刃锋利，工件的粗糙度小。
（2）后角α0在主剖面中测量，是主后面与切削平面之间的夹角。
其作用是减小车削时主后面与工件的摩擦，一般取α0=6～12°，粗车时取小值，精车时取大值。
（3）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的夹角。
其作用是：1）可改变主切削刃参加切削的长度，影响刀具寿命。
2）影响径向切削力的大小。
小的主偏角可增加主切削刃参加切削的长度，因而散热较好，对延长刀具使用寿命有利。
但在加工细长轴时，工件刚度不足，小的主偏角会使刀具作用在工件上的径向力增大，易产生弯曲和振动，因此，主偏角应选大些。
车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°等几种，其中45°多。
（4）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。
其主要作用是减小副切削刃与已加工表面之间的摩擦，以改善已加工表面的精糙度。
在切削深度ap、进给量f、主偏角Kr相等的条件下，减小副偏角Kr’，可减小车削后的残留面积，从而减小表面粗糙度，一般选取Kr′=5～15°。
（5）刃倾角入λs 在切削平面中测量，是主切削刃与基面的夹角。
其作用主要是控制切屑的流动方向。
《车刀角度测量》实验指导书
测主偏角在量角台0度位置为直角90度，如75度外圆车刀主偏角所测结果15度。（计算方法：90度-15度=75度）
车刀量角台结构图如下所示：
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）
2.测量副偏角：副偏角是在基面上副切削刃与车刀进给方向之间的夹角。测量时旋转盘形工作台同时推进车刀使副切削刃与量刀板正面贴紧读出的刻度值即为副偏角。（如图所示）
3.测量刃倾角：刃倾角是在切削平面上测量的主切削刃与基面间的夹角。量出主偏角后，工作台位置不变，旋松定位螺钉，逆时针方向旋转升降螺母，微升量角器，并微推进车刀，使量刀板底面对准并紧贴在主切削刃上，量刀板指针在量角器刻度上读数既为刃倾角。（如上图所示）
《车刀角度测量》实验指导书
车刀量角台是机制教研室在分析国内现有车刀量角台的基础上一次重新设计，重新更改的新产品。它除了保持一般量角台的优点外，还具有结构合理，使用方便，测量精度高，制造简便等特点。车刀量角台是各类院校机械类专业不可少的实验工具。在开设“金属切削原理”“刀具设计”和“金属工艺学”课程时，学生可以借助于量角台，自己动手测量车刀的几何角度，以加深对刀具角度的认识和理解，对培养学生的空间思维能力也起到十分重要的作用。该量角台，还可以作为刀具制造厂和机械工厂工具车间测量角度的辅助工具。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
γ0
Pr
PO
Ps
f
PO
图1-4-3 车刀的主要角度
13
正交平面参考系内的角度
4）后角αo
在正交平面内测量，是主后 刀面与切削平面的夹角。
➢ 后角
锋利性 强度
减小摩擦
PO—PO
α0
Pr
PO
Ps
f
PO
图1-4-4 车刀的主要角度
正交平面参考系内的角度
5）刃倾角λs 切削平面内测量，是主切 削刃与基面的夹角。
A
f
A向
λs
图1-4-5 车刀的主要角度
正交平面参考系内的角度
λs影响刀尖强度和切屑流
动方向。
图1-5 刃倾角对排屑方向的影响
刀具标注角度正负规定方法
图1-6 车刀角度正、负的规定方法
正交平面参考系内的角度
6）副后角 αo′
在副正交平面内测量，是 副后刀面与副切削平面间 的夹角。
副后角 减小摩擦
刘小凡 机械工程系·机制教研室
课前复习
1金属切削加工的定义 2切削运动 3切削加工时的三个表面
4切削用量三要素
bD
5切削层要素
hD
dw dm
第二节 刀具与工件的相对位置
重点
刀具的几何角度及作用
难点
参考系的建立和几何角度的标注
地位、作用
通过这次课的讲解使学生掌握刀具切削部分的几何要素， 了解其定义，建立清晰的空间概念；能熟练的标注正交平面参 考系下的刀具角度，并掌握刀具几何参数的作用。
11
正交平面参考系内的角度
2）副偏角κr′
在基面内测量，是副切 削刃在基面上的投影与 假定进给运动反方向的 夹角。
➢ 副偏角
减小摩擦和振动 刀尖强度
表面粗糙度
κr
κ r′
f
图1-4-2 车刀的主要角度
正交平面参考系内的角度
3）前角γo
在正交平面内测量，是
前刀面与基面夹角。
➢前角
锋பைடு நூலகம்性 刀刃强度
PO—PO
A
κ rPO
εr
PO′
PO—PO
α0
γ0
βo
PO′
κ r′
f
PO A 向
λs
εr＝180°-（ κr ＋ κr′ ）
图1-4-7 车刀的主要角度
课后总结
本次课所讲主要内容(要求同学们掌握)：
车刀的组成；刀具参考系的建立；刀具在正交平面参考系 下的标注角度及作用。
作业
如图所示用端面车刀车削工件端 面。已知： γo=10º，αo=5º，
假定安装条件： 假定刀具安装时切削刃上选定点与工件的轴线等高，刀杆 中心线与工件的轴线垂直，车刀刀杆底面水平。
刀具标注角度参考系：
(1)正交平面参考系： pr、ps、po
基面 Pr ：
通过切削刃选定点与假定主运动方向垂 直的平面。基面与刀具底面平行。
切削平面 Ps ：
通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂 直于基面Pr的平面。Pr⊥Ps
5
切削部分的组成
前刀面 Aγ
刀具上切屑流过的表面。
主后刀面 Aα
刀具上与过渡表面相对 的表面。
副后刀面 Aα’
刀具上与已加工表面相 对的表面。
图1-2 车刀的组成
切削部分的组成
主切削刃 S
前刀面与主后刀面的交线。
副切削刃 S′
前刀面与副后刀面的交线。
刀尖
主切削刃和副切削刃连接处 的一段刀刃。
三面两刃一尖
图1-2 车刀的组成
二、刀具角度参考系
刀具标注角度参考系 设计制造测量刃磨角度时的基准
刀具工作角度参考系 实际切削中确定角度的基准
由主运动方向确定
由合成切削运动方向确定
8
刀具标注角度参考系是在下列假定条件下建立的：
假定运动条件： 假定不考虑进给运动的大小，以切削刃上选定点的主运动 方向作为假定主运动方向，以切削刃上选定点的进给运动 方向作为假定进给运动方向。
知识目标
教 学 目 能力目标 标
素质目标
车刀组成 参考系的建立、角度标注及作用
刃磨、测量刀具角度 刀具角度的应用
严谨的科学态度
图1-1 各种刀具切削部分的形状图
一、车刀的组成
外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体（刀 杆、刀柄 ）组成。 刀体的作用是装夹和支撑； 刀头的作用是切削，所以也称切削部分。
正交平面 Po ：
通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削 平面Ps的平面。Pr⊥Ps⊥Po
图1-3 正交平面参考系 10
三刀具几何角度标注
正交平面参考系内的角度
1）主偏角κr
在基面内测量，是主切削刃在 基面上投影与假定进给运动方 向的夹角。
➢主偏角
主切削刃受力 刀头散热 强度
f κr 图1-4-1 车刀的主要角度
PO′— PO′
α0′
A
κ r PO
Ps PO′
PO—PO
α0
γ0
Pr
PO′
κ r′
f
PO A 向
λs
图1-4-6 车刀的主要角度
正交平面参考系内的角度
派生角度 1）楔角（ βo ） 在同一正交平面内，前刀面与后 刀面的夹角。 βo＝90°-（γo＋αo）
PO′— PO′
α0′
2）刀尖角（ εr ） 在基面内，主切削刃与副切削刃间的夹角。
κr=75º，κr′=15º，λs=10º，请
标注端面车刀各角度。
图1-7 车削端面示意图
思考
1、切槽刀的几何要素和在正交平面参考系下的标注角度。 2、工作角度和标注角度有什么关系？
图1-8 切槽示意图