刀具参数和切削用量选择

1.７ 刀尖与过渡刃
过渡刃的形式 ：
圆弧形过渡刃（修圆刀尖）：参 数为刀尖圆弧半径rε。圆弧形过 渡刃刃磨复杂，一般用于半精加 工或精加工，在难加工材料切削 时也常采用圆弧刀尖，以保证刀 尖有足够的强度。
1.８ 车刀几何参数选择的综合分析实例 例：图1-40所示是一把用于粗车大、中型铸钢件或锻件用的大切深
粗加工时，切削速度v主要受刀具耐用度的限制，由于ap、f的 值比较大，需核算机床电机的功率是否足够。
当切削速度由刀具耐用度确定时，可按下式计算：
C T mapxv
f
yv
kv
当切削速度受机床功率限制或校验机床功率时，可按下式计算：
6104 PEη Fz
m/min
精加工时，ap、f的值都比较小，切削力较小，一般机床电机 功率足够，所以切削速度主要由刀具耐用度决定。
1.2 后角的选择 例如：加工低碳钢时，粗车时取α0 =8°～10°，精车时 取α0 =10°～12°。加工高强度、高硬度的材料如淬火钢 时，常采用负前角以增加刃口强度，此时，应采用较大的 后角α0 =12°～15°，使刀具刃口保持必要的锋利。
注：当刀具磨钝标准均为VB时，后角 大的刀具由于径向磨损量NB大，刀具 每次重磨后，径向尺寸明显减小，使 加工尺寸变化量大，影响加工精度。 所以铰刀、内孔拉刀等定尺寸精加工 刀具，特别不适宜采用大的后角。
1.３ 主偏角的选择
主偏角的作用： 主偏角大小影响刀尖部分的强度、散热条件、径向分力和
轴向分力的比值等。加工台阶或倒角时，主偏角还决定着工件 表面的形状。 主偏角对切削加工的影响： 减小主偏角Κr时，刀刃参加切削的长度增加，刀刃单位长 度上的切削负荷减小，散热条件改善，因此，在不产生振动的 前提下，应选择较小的主偏角Κr。 增大主偏角Κr时，进给力Fx增大，背向力Fy减小，因此， 当工艺系统刚性较差时，应选用较大的主偏角。
2.4 切削用量确定的具体方法和实例
例 在车床CA6140上按下图所示方式加工外圆，毛坯直径为φ57， 材料为调质45钢，外圆车削后的尺寸φ50×200mm，表面粗糙度Ra
为3μm，试确定粗车和精车时的切削用量。
➢ 尽可能一次走刀切除全部加工余量，使走刀次数最少。 ➢ 当加工余量太大或工艺系统刚性不足或余量很不均匀时， 分两次或多次走刀。
第一次走刀，ap1 =（2/3～3/4）Z 第二次走刀，ap2 =（1/3～1/4）Z
Z为加工余量，加工回转体时应为单边余量。
精加工时ap确定原则：
一般采用逐渐减小ap的方法来保证加工精度，终加工则 根据加工表面的技术要求和加工方法确定。
2.2 进给量f的确定
粗加工时，进给量的确定主要受切削力的限制， 在刀杆和工件刚度以及机床进给机构强度允许的情况 下，同时考虑工件材料和断屑等问题，应尽量选择较 大值。
精加工时，一般切削力不大，进给量主要受表面 粗糙粗限制，一般根据表面粗糙度的要求来选取，具 体数值参见切削用量手册。
2.3 切削速度v的确定
合理确定切削用量是为了提高切削效率、保证加工质 量和刀具耐用度。切削用量三要素中切削速度对刀具耐用 度影响最大，背吃刀量影响最小。综合考虑切削用量对刀 具耐用度、生产率和加工质量的影响，选择时一般遵循以 下原则：
➢ 首先选择背吃刀量ap， ➢ 其次确定进给量f， ➢ 最后确定切削速度v。
2.1 背吃刀量ap的确定 粗加工时ap确定原则：
粗加工时可取大些，精加工时可取小些。加工高强度、高硬度 材料或断续切削时，应取较小的副偏角，以提高刀尖强度。工 艺系统刚性差时，为了减小径向力，以免发生振动，副偏角可
取较大值，如Κr´=30°～45°。
1.５ 刃倾角的选择
刃倾角对切削加工的影响：刃倾角λs的正负和大小，影响刀尖部分的
强度、切屑流出的方向和切削分力之间的比值。
过渡刃：刀具主、副切削刃之间磨出一段过渡直线或圆弧刃，统称为 过渡刃。
过渡刃的作用：增加刀尖强度，改善散热条件，降低表面粗糙度。但 过渡刃增大了背向力Fy，容易引起系统振动，所以不宜过大。
过渡刃的两种形式 ：
直线形过渡刃（倒角刀尖）：特征参数为过渡 刃长度bε和偏角Κrε，通常取bε=0.5～2mm， Κrε≈Κr/2。过渡刃偏角Κrε=0°，称为 修光刃，在大进给量条件下切削时，采用这种 刀刃切削可得到较小的表面粗糙度，但背向力 很大，要求工艺系统刚性好。直线形过渡刃结 构简单，容易刃磨，一般粗加工或强力切削用 的车刀、切断刀、可转位面铣刀都采用直线形 过渡刃。
（2）强化刀尖。由于主偏角较大，刀尖强度受到影响，采取的补偿 措施包括：磨出直线过渡刃（长2～4mm，偏角45°）；采用较大的刃口圆
弧半径，rε=1.5～2mm。
3）断屑措施 为了使切削过程顺利，切屑清理运送方便，前刀面上磨出前宽后窄的
圆弧形卷屑槽（与主切削刃夹角为10°），以保证可靠断屑。
2 合理确定切削用量
模块二：切削过程及控制
第三单元 金属切削过程 及控制
五、刀具参数和切削用量选择
注：课件内部分图片、动画、视频为引用，来源不详。
1 合理选择刀具材料和刀具几何参数
1.1 前角的选择 前角对切削加工的影响： 优点：增大前角，刃口变锋利，前刀面对切屑金属的挤压和 摩擦减少，切削变形和切削力减小，可抑制或消除积屑瘤，有 利于消除振动，提高加工表面质量。 缺点：增大前角对断屑不利，且刀刃和刀头的强度被削弱， 散热条件差，影响刀具耐用度。 选择前角的原则：保证刃口的锋利，并兼顾刃口的强度。 具体选择时要考虑刀具材料、工件材料和具体加工情况等。
强力车刀，这种车刀采用P30硬质合金刀片，试分析这把车刀几何参 数的选用特点。
分析：粗加工时重点考虑的问题是提高效率，在机床功率允许的范围内， 尽量加大ap和f，这就要求车刀刃口尽可能锋利；同时考虑毛坯形状不规 则，余量大且不均，切削时会有冲击，要求车刀刃口要有足够的强度。针 对这把车刀既要锋利，又要强固的要求，其几何参数作了如下选择： 1）保证锋利
精加工应选用 正的刃倾角， 粗加工可以选 负的刃倾角。
λs=0°，切屑沿 前刀面卷曲
λs <0°，切屑流向已 加工表面，有可能划伤 已加工表面
百度文库
λs>0°，切屑
流向待加工表面
1.５ 刃倾角的选择
刃倾角正负对刀尖强度的影响：
λs为负值时，刀刃首 先接触工件，保护了 刀尖，不容易打刀
λs为正值时，刀尖首 先接触工件，受到冲 击，容易打刀
1.４ 副偏角的选择
副偏角Κr´的作用： 减小副切削刃、副后刀面和已加工表面之间的摩擦，其大
小会影响已加工表面粗糙度和刀尖部分的强度。 副偏角对切削加工的影响：
减小副偏角Κr´，使刀尖部分体积增大，刀尖强度提高，
残留面积高度降低，但刀具与工件之间的摩擦增加。 副偏角的选择：
副偏角变化幅度不大。一般外圆车刀取Κr´=6°～15°，
1.３ 主偏角的选择
例如：车削细长轴时，取Κr =75°～90°；车削高强度、 高硬度的冷硬轧辊，取Κr≤15°，以提高刀尖强度，减 小单位刀刃长度上的切削力；车削阶梯轴时，为同时车出 台肩端面，取Κr =90°～93°；有时用一把车刀依次车 削外圆、端面、内孔、倒角，此时取Κr =45°；镗盲孔 时使Κr >90°。
正前角曲面带倒棱形：前 刀面在刃口处作出负倒棱， 以增加刃口的强度，改善 散热条件。倒棱宽度br= （0.5～0.8）f，γ01= 5°～-25°，保证切屑沿 前刀面流出，不沿负倒棱 流出。有时为了断屑，在 前刀面上磨出或压出曲线 形的卷屑槽。这种前刀面 既能保证刃口的强度，又 能保证刀具的正前角，广 泛用于车刀、钻头、拉刀、 铣刀等刀具。
1.1 前角的选择
刀具材料对前角选择的影响： 高速钢的抗弯强度和冲击韧性好于硬质合金，故相同加工条
件下，高速钢刀具可选较大前角，硬质合金应选较小前角，以保 证刃口强度和抗冲击能力。但前角不宜过小，否则会使刀具锋利 度过度削弱，使切削力增加。 工件材料对前角选择的影响： 切削脆性材料，切屑呈崩碎状，切削力带有冲击性，并集中 在刃口附近，为增加刃口强度，防止崩刃，一般选用较小前角； 切削塑性材料，切屑沿前刀面流动，切削力作用中心远离刀 刃，为使刀具锋利，减小切削力，一般选较大前角。 工件材料的强度、硬度越高，切削时产生的切削力越大，刀 头应有足够的强度，前角应越小，反之应越高。
1.６ 前刀面形状的选择
负前角形：前刀面可做成单面形和双面形两种。 单面形适用于后刀面上磨损的车刀；双面形适用于前、后
刀面同时磨损的车刀，可以减少刀具前刀面重磨面积，增加刀 片的重磨次数。
负前角形的刀具切削刃强度高，散热好，加工高强度、高 硬度材料的硬质合金刀片多采用这种形式。
1.７ 刀尖与过渡刃
车削断续表面或具有 冲击载荷时，一般采 用较大负刃倾角 λs=-5°～-15°， 同时选用正前角，平 衡“锋利与强固”之 间的矛盾，以免背向 力过大。
表1-10给出了刃倾角λs选用值
1.６ 前刀面形状的选择
正前角平面形：形状简单、制造方便、 刀刃锋利，但强度较低，常用于单刃、 多刃精加工车刀和形状复杂刀具，如 螺纹车刀、切齿刀具等。
取大前角γ0=18°～20°，刀具锋利，减小了切削力。同时为了减小 背向力，防止系统发生振动，采用了大主偏角Κr=75°。 2）兼顾强固
（1）强化刃口。由于前角较大，粗加工负荷大，必须采取措施对刃 口强度进行补偿。措施有三：一是磨出“负倒棱”，宽0.8～1，前角
γ01=-10°；二是减小后角，刀片后角α0=4°，刀杆后角6°；三是采用 负刃倾角λs= -4°～-6°
1.1 前角的选择
加工要求对前角选择的影响： 粗加工时选择较小前角； 精加工时选择较大前角； 加工成形表面时，刀具前角应小些，以减小
刃形误差。
1.2 后角的选择
后角的主要作用：减小后刀面与加工表面之间的摩擦，并配合 前角调整刀具的锋利程度和刃口的强度。 后角对切削加工的影响：增大后角，可减少后刀面与加工表面 之间的摩擦，使刃口锋利。但后角过大，刃口强度和散热条件 会变差，影响刀具耐用度。 后角的选择：后角一般在一个较小范围内优选。 粗加工时，刀具承受的切削力较大，并伴有冲击性负荷，为 保证刃口强度，后角应小一些； 精加工时，切削力较小，切削过程平稳，为减小摩擦，保证 已加工表面质量，后角应大些。 加工弹性材料时，工件表面弹性恢复程度大，应取较大后 角以减小后刀面与加工表面之间的摩擦。