金属切削刀具角度
金属切削刀具的工作角度及其影响因素的研究
Ａ ｓｒｃ ： ｈ ａｅ ｓ ｍ ｔ ａｙａ Ｍ ￣ｓｈ ｃ０Ｂｈｔ ｆ ｃ ｔｅ ｏｋ ｇａｇ ｆ ｅａｃ ｔｎ ｏ ｏ ｅ ａｉ ｄｆ ｉ ｂｔａｔ Ｔ ｅｐ ｐｒ ｙｔ ａ ｃｌ ｎ ｙ ｅ ８ｔ ａ ａｅｔｈ ｒｉ ｎｌ ｏ ｔ ｕ ｉ ｔ ｌｒｍ ｔ ｓｃ ｅｉ — ｓ ｅ ｉ ｌ ｔ ｆ ｒｔ ｗ ｎ ｅ ｍ ｌ ｔｇｏ ｆ ｈ ｂ ｎ ｔｎｏ ￣ｉｎｎ ｎ ｎ ｏｋｎ ｎｔ． ｈｃ ａ ｌ ｎｔｅｗ ｙ ｏｃｏｓ ｅｇｏ ｅ ｉａ ａｓ ｒｎ １ ｔ ａ ｒａ ｉ ｆ ｇｉｇａ＃ｅａｄｗ ｒｉｇ￣ｇｅ ｗ ｉｈｈｓ ｖ ａ ｈｏｅｔ ｅｍ ｔｃｌ ｌ ｏ ｃ ｉｇｔ ．Ｉｈ ｇｅｔ ｏ ｄ Ｓｅ ｈ ｔ ｈ ｒ ｅｆｕ ｎ ｏ ｓ
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Ｖｏ ９ Ｎｏ６ ｌ１
２ ｏ ．２ ｏ ６１
机械研究与应用
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＡＬ ＲＥ ＥＡＲＣ ＆ Ａ Ｐ Ｉ Ａ Ｉ Ｎ Ｃ Ｓ Ｈ Ｐ ＬＣ １ Ｏ Ｉ
第１ ９卷 第 ６ 期
２０ ０ ６年 ｌ ２月
金 属 切 削 刀 具 的工 作 角 度及 其影 响 因素 的研 究
刃上选 定点 ， 平行于进给运动方 向且垂直于基面 的平 面（ Ｐ 即 ， 上 Ｔ， ｐ） 而背平 面是过 同一选定 点 ， 同时垂 直于假 定工 作平 且
是刀具和切削用量要素。因此。 刀具和切削用量的合理选择
及使用对机械产品生产具有 重要 的现实意义 。
１ 问题提 出
在实际切削加工 中 ， 因刀具 的主要几 何角度不够合理 、 进
Ｓａｅ ｎ ｎ ｔｅｗｏｋｎ ｎ ｌ ｏ ａ ｕｔ ｇｔｏ ｎ ｓａ ｅ ｔ ｇｆｃｏ ｓ ｔｔｍｅ ｔ ｒｉｇａ ｇ ｆ ｏ ｈ ｅ ｍｄ ｌ ｔ ｎ ｌ ｄｉ ｆ ｃｉ ａ ｔｒ ｃ ｉ ｏ ａ ｔ ｎ
金属切削加工中刀具前角和后角的选择
金属切削加工中刀具前角和后角的选择摘要：本文先对前角和后角的定义进行了详细的讲解，再对前角和后角的作用进行分析，从而确定了刀具前角和后角的选择原则。
关键词：前角、后角的定义；前角、后角的作用；选择原则刀具的前角和后角的大小对切削过程中的金属变形、切削力、切削温度、工件的加工质量以及工件与刀具之间的摩擦有显著的影响。
选择合理的前角、后角，可使刀具潜在的切削能力得到充分发挥，减轻刀具与工件之间的摩擦。
如何合理选择刀具的前角和后角？我结合自己的教学经验，谈谈前角、后角的选择。
一、前角、后角的定义的理解前角γ0：在主切削刃正交平面内，测得刀具前刀面与基面之间的夹角。
通常在-5～+25°范围之间。
区分前角正负的方法：当前刀面与基面平行时，前角为零；前刀面比基面低时，前角为正值；前刀面比基面高时，前角为负值。
后角α0：在主切削刃正交平面内，测得刀具主后面与切削平面之间的夹角。
通常在6～12°范围之间二、前角的选择（一）前角的主要作用根据前角γ0的定义可知，前角表示前刀面的倾斜程度。
前角越大，刀具越锋利，但刀刃强度相对会减小；前角小，刀刃强度相对增加，但刀具不锋利。
前角的大小对切削切削加工的主要影响有以下几个方面：(1)对切削区域的变形程度的影响如果增大刀具前角，当前刀面挤压切削层金属时，可以切削层金属的塑性变形，降低切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。
(2)对切削刃以及刀头的强度、受力性质和散热条件的影响增大刀具前角，会使切削刃与刀头的强度减小，刀头的导热面积和容热体积减小；过份加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力，造成崩刃。
这些都是增大前角的不利方面。
(3)对切屑形状和断屑的影响如果减小前角，则切屑的变形增大，有利于切屑脆化断裂。
(4)对工件已加工表面质量的影响增大前角可以减小加工硬化，降低积屑瘤产生概率，提高工件已加工表面质量，使切削温度降低。
（二）前角的选择原则(1)工件材料的强度、硬度低，由于单位切削力小，一般选取较大的甚至很大的前角，增大刀具的锋利程度；工件材料强度、硬度高，由于单位切削力大，切削温度容易升高，为了提高切削刃强度，加大刀头导热面积和容热体积，应当合理减小前角；加工硬度特别高的工件(如表面淬火钢)时，为了保护刀头，防止刀具破损，产生非正常磨损，前角很小甚至取负值。
十几把刀的刀锋角度有哪些选择？
十几把刀的刀锋角度有哪些选择？一、刀锋角度的重要性刀锋角度是影响刀具性能的关键因素之一。
不同的刀锋角度适用于不同的刀具和工作材料，正确选择刀锋角度有助于提高切削效率和刀具寿命。
二、常见的刀锋角度选择1. 锋角小的刀锋角度刀锋角度小于30度的刀具适用于切削硬度较高的工作材料，如金属和硬塑料。
小锋角能够集中切削力，减少切削阻力，提高切削效率。
同时，由于刀具的切削压力集中在小的刀锋区域，刀具磨损也相对较小，延长了刀具的使用寿命。
2. 锋角大的刀锋角度刀锋角度大于30度的刀具适用于切削软性材料，如木材和软塑料。
大锋角能够扩散切削力，减少切削压力，避免材料的过度压缩和变形。
此外，大锋角还能够提供更好的切削质量，减少切削表面的毛刺和破损。
3. 锋角中等的刀锋角度对于一些切削难度适中的工作材料，如一些常见的金属合金和工程塑料，中等大小的刀锋角度是较为合适的选择。
这种刀锋角度可以在保证切削力集中的同时，减少切削阻力和切削热量，并提高切削质量和刀具寿命。
4. 不同材料常用的刀锋角度除了刀具设计和加工要求外，不同工作材料的特性也会影响刀锋角度的选择。
例如，钻削金属时，常用的刀锋角度大约为118度；而钻削木材时，则常用的刀锋角度为90度，这是因为木材的纤维结构不同于金属。
5. 刀锋角度与切削力和切削质量的关系正确选择刀锋角度不仅能够降低切削力，提高切削效率，还能够改善切削质量。
合适的刀锋角度可以减少切削表面的毛刺和破损，提高切削精度和表面质量，适用于精密加工和高精度要求的工作。
总结：刀锋角度的选择是影响刀具性能的关键因素之一。
根据不同的刀具和工作材料，我们可以选择不同锋角大小的刀锋角度。
锋角小的刀锋角度适用于切削硬度较高的工作材料，锋角大的刀锋角度适用于切削软性材料，而中等大小的刀锋角度适用于一些切削难度适中的工作材料。
在选择刀锋角度时，我们也要考虑材料的特性以及刀具的设计和加工要求。
正确选择刀锋角度不仅能够提高切削效率和刀具寿命，还能够改善切削质量，满足精密加工和高精度要求的工作。
金属切削原理与刀具 课题5 刀具参考系及刀具角度
刀具参考系及刀具角度
二、刀具角度 2.正交平面中测量和标注的角度 2. 后角αo
υc
课题五 刀具参考系及刀具角度 切削平面投影线
后角α0 后刀面投影线
刀具参考系及刀具角度
二、刀具角度 3.基面内测量和标注的角度
课题五 刀具参考系及刀具角度
主偏角：κr 副偏角：κr’
主偏角κr
副偏角κr’
刀具参考系及刀具角度
二、刀具角度 4.切削平面中测量和标注的角度 1. 刃倾角λs
υc
主切削刃
课题五 刀具参考系及刀具角度
主切削刃 刃倾角λs
基面 投影线
车刀角度及测量
课题五 刀具参考系及刀具角度
5.派生角度
1. 楔角βo
正交平面中测量的前、后刀面间夹角 βo＝90°－ （γo ＋αo）
1.以90°外圆车刀为例绘制正交平面参考系投影图，正确标注刀具角度。
课堂小结
课题五 刀具参考系及刀具角度
1.
刀具参考系
2.
车刀基本角度
3.
车刀派生角度
课后任务
课题五 刀具参考系及刀具角度
1. 绘制45o外圆车刀在正交平面参考系投影图，在车刀基面 投影图上表示刀具正交参考系各平面Pｒ、Ps、PO
谢谢观看
通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面 切削平面
υc
正交平面
基面
刀具参考系及刀具角度
正交平面参考系由：
基面（Pr） 切削平面（Ps） 正交平面（Po） 所组成
课题五 刀具参考系及刀具角度
刀具参考系及刀具角度
二、刀具角度 1.正交平面中测量和标注的角度 1. 前角γ
υc
金属切削刀具常用的5个切削角度
金属切削刀具是制造业中常用的工具，正确的切削角度对切削质量有着重要的影响。
在金属加工过程中，常用的五个切削角度包括：刀尖倒角角度、主偏角、副偏角、前角和后角。
一、刀尖倒角角度刀尖倒角角度是指刀具前端倒角的角度，它的大小会影响切削的刀尖强度和耐磨性。
一般来说，刀尖倒角角度越小，刀尖强度越高，耐磨性也越好。
常见的刀尖倒角角度为15度至45度不等，选用合适的刀尖倒角角度能够减小切屑厚度、改进切削刚度和提高刀具寿命。
二、主偏角主偏角又称前角，是指切削刃与工件表面的夹角。
主偏角的大小直接影响着刀具的切削力和切屑的形态。
通常情况下，主偏角越小，切削力越小，切削刚度越大。
然而，主偏角过小也容易导致刀具容易断裂和刀尖易磨损。
在实际加工中需要根据不同的工件材料和加工条件来选择合适的主偏角。
三、副偏角副偏角又称侧倾角，是指刀具刃部与切削面的夹角。
副偏角的大小影响着切屑的流动和刀具的耐磨性。
一般情况下，副偏角越小，切屑流动越顺畅，切屑的形态也更好。
但过小的副偏角容易导致刀具刃部的磨损加剧。
在选择副偏角时需要兼顾切屑形态和刀具的耐磨性。
四、前角前角是刀具刃部与工件表面接触时形成的角度，它的大小直接影响着切削时的切削力和切屑的形态。
一般情况下，前角越大，切削力越小，切屑流动也更加顺畅。
然而，过大的前角容易导致刀具刃部的磨损加快。
在实际加工中需要根据工件材料和加工条件来选择合适的前角。
五、后角后角是刀具刃部背面与工件表面形成的角度，它的大小影响着刀具刃部的强度和切削力。
一般情况下，后角越大，刀具刃部强度越高，切削力也相对较小。
然而，过大的后角会导致刃部切削过程中的摩擦增大，从而影响切削质量。
在选择后角时需要根据实际情况进行合理的选择。
总结：金属切削刀具的切削角度对切削质量和刀具寿命有着重要的影响。
正确选择刀尖倒角角度、主偏角、副偏角、前角和后角，可以有效地改善切削过程中的刀具性能，提高加工质量，降低成本，增加经济效益。
在实际加工中，需要根据具体的工件材料和加工条件来合理选择切削角度，以达到最佳的加工效果。
第1章刀具角度换算
• 基面 Pr • 切削平面 Ps • 正交平面 Po（主剖面） • 法剖面 Pn（垂直于主切削刃） • 背平面 Pp（切深剖面） • 假定工作平面 Pf（进给剖面）
二、刀具标注角度参考系（重点讲解法平面参考系、背平面 -假定工作平面参考系）
s
当θ=90°-κr时：
tan p tan o cos r tan s sin r
当θ=180°-κr时：
tan f tan o sin r tan s cos r
变换公式形式可得
ห้องสมุดไป่ตู้
tan o tan p cos r tan f sin r
tan s tan p sin r tan f cos r
tan o
ab Ma
tan n tan o
ac Ma Ma ab
ac ab
coss
tan n tan o cos s
以上换算适用于各种斜角切削刀具。
正交平面参考系前角γ0、后角α0与法平面参考系前角γn 、后角αn的换算
a）γ0、γn 的换算
b）α0、αn的换算
二、任意方位角剖面与正交平面之间的角度换算
本课程内容
概述 刀具角度换算问题 切削力学 切削热学 切削摩擦学、切削液 工件材料的切削加工性 切削过程最佳化 高速切削 金属切削刀具的发展现状
概述
本课程简介 我国金属切削方面的发展
我国金属切削方面的发展
公元前2000多年 磨石
青铜器时代 青铜刀，锯锉，
春秋中晚期 《考工记》金工知识
在刀具设计、制造、刃磨和检验中， 常常需要知道法剖面内的角度；许多斜角 切削刀具，特别是大刃倾角刀具，必须标 注法剖面角度。法剖面内的角度一般是从 主剖面内的角度换算得来。
金属切削刀具工作角度的数学解析
作者筒介：韩胜文 （９６一 ， ． １ ６ ）男 辽宁沈 阳＾， 盘锦职业技术学 院讲 师
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沈
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阳
工
业
太
学
学 报
第２ ４卷
（ ）＝ Ｒ ＣＳ 一 （ｉ ０＋０ｏ ８ ２ｒ ０ Ｏ ｓ ０ ｎ ｃ ）／ ￣ ８ Ｚ （ ）＝ ／２ｒ ０ ￣
退刀 时 Ｘ （ ）＝ ＾（Ｏ ８—０ｉＯ ２ｒ Ｒ ｓ ８ ０ Ｃ９ ｓ ）／ ￣— ｉ ｎ ｎ
（ ）＝ Ｒ ＣＳ ＋ （ｉ８＋０ｏ ／ ￣ ８ Ｏ ｓ ８ ｎ ｃ ８ ２ｒ Ｚ （ ）＝ ／２ｒ ０ １
Ｚ
图 ２ 退 刀 工作 图
Ｆｇ ２ Ｗ ｉ ｄａ ｎ ｉ． ｔ ｒ ｗｉｇ ｈ
柱表 面 ．
点在工作基准系内的运动轨迹为螺旋曲线 ，其参
数 方程为
Ｙ （ ）＝（ 一 ０ ２ ｓ ０ Ｒ ／ ｗ）ｉ ｎ０
刀具作为几何体 ， 在制造、 刃磨和测量中， 各 止基准系中的刀具角度 ． 在切削过程中出现的许 多物理 现象 ， 如切 削变形 ， 削 力 、 诸 切 切削热 、 刀具 磨损等 ， 都与刀具 的工作角度 紧密相关 ， 需要应用
定 的切削刃 、前刀面和后刀面方位 的定向角度 ，
称刀具 角度 ．刀具 静止基准 系是在 以下 ４个假 正， 因为横向进给运动有横向进刀与横向退刀两种 定条件下确定 的，即①不考虑进给运动 ， 假定走 情况， 它们的运动轨迹亦不相同 ． 进刀时， 螺旋曲 刀量 ｆ＝０， 则合成速度 等于主运动速度 ； ② 线为收敛型， 最后可以至切断工件， 见图 １ 退刀 ； 刀杆中心线垂直于工件轴线 ； ③装刀时， 刀尖恰在 时 ， 螺旋 曲线为外 展 型 ， 最终 可 以至 工件加 工处 的 工件 的 中心线上 ；④ 工件 已加 工表 面 的形 状是 圆 最 大外径 （ 半径为 Ｒ ， 图 ２ 刀 刃上某 一选定 ）见 则
车削参数及刀具角度
第二章 金属切削过程2-1 什么是切削用量三要素？在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系？ 答：切削用量三要素是指切削速度v 、进给量f 、背吃刀量a p （切削深度）。
在外圆车削中，它们与切削层参数的关系是：sin /sin D rD p r D ph f b a A fa κκ===切削层公称厚度： 切削层公称宽度： 切削层公称横截面积：2-2 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要几个基本角度？试画图标出这些基本角度。
答：确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要7个基本角度：前角、后角、主偏角、副偏角、副前角、副后角和刃倾角，这些基本角度如下图所示（其中副前角、副后角不做要求）。
2-3 试述刀具标注角度和工作角度的区别。
为什么车刀作横向切削时，进给量取值不能过大？答：刀具标注角度是在静态情况下在刀具标注角度参考系中测得的角度；而刀具工作角度是在刀具工作角度参考系中（考虑了刀具安装误差和进给运动影响等因素）确定的刀具角度。
车刀作横向切削时，进给量取值过大会使切削速度、基面变化过大，导致刀具实际工作前角和工作后角变化过大，可能会使刀具工作后角变为负值，不能正常切削加工2-4 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能？答：（P24）(1) 高的硬度和耐磨性；(2) 足够的强度和韧性；(3) 高耐热性；(4) 良好的导热性和耐热冲击性能；(5)良好的工艺性。
2-5 常用的硬质合金有哪几类？如何选用？答：（P26）常用的硬质合金有三类：P类（我国钨钴钛类YT），主要用于切削钢等长屑材料；K类（我国钨钴类YG），主要用于切削铸铁、有色金属等材料；M类（我国通用类YW），可以加工铸铁、有色金属和钢及难加工材料。
2-6 怎样划分切削变形区？第一变形区有哪些变形特点？答：切削形成过程分为三个变形区。
第一变形区切削层金属与工件分离的剪切滑移区域，第二变形区前刀面与切屑底部的摩擦区域；第三变形区刀具后刀面与已加工表面的摩擦区域。
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金属切削刀具角度
核心提示：金属切削刀具的种类很多，车刀是最为常见、最为典型的。
其余各种刀具都可以看作是由车刀的切削部分演变来的。
下面以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几
金属切削刀具的种类很多，车刀是最为常见、最为典型的。
其余各种刀具都可以看作是由车刀的切削部分演变来的。
下面以车刀为例说明刀具的切削部分的结构要素和几何角度。
1．车刀的组成
外圆车刀由3个刀面、2条切削刃和1个刀尖组成，如图11 -3所示。
外圆车刀
图11 -3 外圆车刀
(1)前刀面前刀面是指刀具上切屑流过的表面(Ar)。
它可以是平面，也可以是曲面，作用是保证切屑顺利地流出。
(2)后刀面刀具上与过渡表面相对的是主后刀面(Aa)，与已加工表面相对的是副后刀面(A'a)。
它的作用是减少刀具与工件的摩擦，避免擦伤已加工表面。
(3)切削刃前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃(S)，它完成主要的切削工作。
前刀面与副后刀面相交形成的是副切削刃( S')，它完成部分的切削工作，并最终形成已加工表面。
(4)刀尖主、副切削刃的连接部位。
它一般都做成圆弧状，以保证刀尖的强度和耐磨性。
2．车刀切削部分的主要角度
为了确定车刀的各刀面和切削刃的空间位置，需要选定一些坐标平面作为参考系，如图11 -4所示。
(1)刀具静止参考系用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，称为刀具静止参考系。
车刀的主要平面
图11 -4 车刀的主要平面
①基面：过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面(Pr)；
②切削平面：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面，分为主切削平面(Ps)和副切削平面(P’s)；
③正交平面：过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面(Po)；
④假定工作平面：过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面(Pf)。
(2)刀具角度的基本定义如图11 -5所示。
车刀的标注角度
图11-5 车刀的标注角度
①前角γ0：前刀面与基面之间的夹角。
增大前角，使主切削刃锋利，减小切削力和切削热。
但前角过大，刀刃很脆弱，易产生崩刃。
前角有正与负的区分，表示前刀面的倾斜程度。
②后角α0：主后刀面与切削平面之间的夹角。
后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦和后刀面的磨损，并配合前角影响切削刃的锋利和强度。
表示主后刀面的倾斜程度。
③副后角α’0：副后刀面与副切削平面之间的夹角，表示副后刀面的倾斜程度。
④主偏角kr：主切削刃和假定进给方向在基面(Pr)上投影的夹角。
主偏角的大小影响切屑断面形状和切削分力的大小。
有时主偏角也根据工件加工形状来定。
表示主切削刃在基面上的方位。
⑤副偏角k’r：副切削刃和假定进给的相反方向在基面Pr上投影的夹角。
副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，减少刀具磨损和防止切削时产生振动。
减小副偏角可减小切削残留面积，降低已加工表面的粗糙度。
表示副切削刃在基面上的方位。
⑥刃倾角λs：在主切削平面(Ps)里测量的主切削刃与基面间的夹角。
它与前角类似也有正、负和零值之分。
刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。
车刀除上除6个独立角度外，还有4个派生角度：楔角β0、切削角δ、刀尖角εr、副前角γ'0，它们的大小取决于前6个角度，其中，γ0+α0 +β0= 90°；kr+k’r+εr=180°。
选择刀具几何角度时，应遵循“锐字当先，锐中求固”原则。
即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强度。
国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有“三大一小”的趋势，即采用大的前角、刃倾角和主偏角，采用小的后角。