刀具切削部分的几何形状和角度解析
刀具几何形状参数对切削力的影响分析
刀具几何形状参数对切削力的影响分析引言：切削力是刀具加工过程中的重要参数，对加工质量、切削效率和刀具寿命有着重要影响。
刀具的几何形状参数是切削力大小的决定因素之一。
本文将分析刀具几何形状参数对切削力的影响，并提出一些优化措施，以提高加工效率和刀具寿命。
一、刀具几何形状参数的类型1. 刀尖几何形状参数：常见的刀尖几何形状参数包括切割角、刃倒角、刃倾斜角等。
这些参数可以影响刀具与工件间的接触情况，进而影响切削力的大小和方向。
2. 刀尖半径：刀尖半径是刀具边界上一个曲率半径，它可以影响切削力的大小和方向，一般来说，刀尖半径越大，切削力越小。
3. 刀片后角：刀片后角是指刀片后角与工件间的夹角，它可以影响切削力的大小和切屑形态。
较小的刀片后角可以减小切削力，改善切削效果。
二、刀具几何形状参数对切削力的影响1. 刀尖几何形状参数的影响：刀尖几何形状参数可以影响刀具与工件的接触情况，进而影响切削力。
例如，增加切割角可以增加刀具与工件之间的摩擦力，从而增加切削力。
而增加刃倒角可以减小刀具与工件之间的接触面积，从而减小切削力。
刃倾斜角的改变也会影响切削力的大小和方向。
2. 刀尖半径对切削力的影响：刀尖半径主要影响了刀具接触压力的分布。
较大的刀尖半径可以减小切削区域的压力，从而减小切削力。
然而，过大的刀尖半径可能导致刀具易于磨损，减少工具使用寿命。
3. 刀片后角对切削力的影响：刀片后角的改变可以影响切削力的大小，但也会对切削质量产生影响。
在一定范围内，较小的刀片后角会减小切削力，并提升切削质量；然而，过小的刀片后角可能导致切削力不稳定和切削质量下降。
三、刀具几何形状参数的优化方法1. 刀尖几何形状参数的优化：选择合适的切割角、刃倒角和刃倾斜角，可以在保证切削力不过大的前提下，提高切削效果和工具寿命。
优化刀尖几何形状参数的方法包括结构设计与材料选择等。
2. 刀尖半径的优化：根据具体加工要求，选择适当的刀尖半径，以平衡切削力与刀具寿命之间的关系。
刀具切削部分的几何角度
五、作业 见习题册p13页 1-5题
2、刀具切削部分的组成（以普通外圆车刀为例）
三面、两刃、一尖 三 面 两 刃 一 尖 前面Aγ
副切削刃S’ 副后面Aα’
主切削刃S 主后面Aα 刀尖
三面、两刃、一尖
前面Aγ:切屑流经的表面 主后面Aα:刀具上切削时与工件过渡表面相对的表面 副后面Aα’:刀具上切削时与工件已加工表面相对的表面
三面
小结：在基面Pr内，形成了两个独立的角度: 主偏角кr 和副偏角кr’ 以及一个派生角εr
。
练习：
1、指出车刀在正交平面Po中形成的独立角度是
前角γo 和 后角αo 。
2、主后面与前面的夹角 称为 楔角βo 。
αo βo
γo
3、在主切削平面Ps内形成的角度： （k向斜视图 ）
（ k向⊥Ps , k向∥车刀底面∥ 过刀尖的基面，
两刃
主切削刃S:前面与主后面的交线，起主要切削作用 副切削刃S’:前面与副后面的交线，起辅助切削作用
一尖 刀尖: 主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分
切削刃
思考： 车工实习时，同学们经常会出现刀具的刀 尖部分产生崩刃现象，为什么？如何解决？
答：因为刀具的刀尖部 分的强度差，易崩刃， 影响切削加工，严重的 话甚至无法进行切削加 工；因此为了提高刀尖 部分的强度，刀尖必须 磨成过渡刃.过渡刃有直 线型和圆弧型两种。
4、刀具的主要基准坐标平面：
1）基面 Pr :
过主切削刃上选定点， 与该点切削速度方向垂直 的平面。
特点: Pr ⊥ Vc ，此时可认为基 面是过选定点的水平面， 与车刀底面平行。
2）切削平面Ps : 过主切削刃上选定点，与主切削刃相切， 且垂直于该点基面的平面。
刀具的几何形状
λs=0
+λs -λs
刃倾角旳作用 a.控制切屑旳流动方向 刃倾角为负值时，切屑流向已加工表面，有擦伤已
加工表面旳倾向。 刃倾角为正值时，切屑流向待加工表面。 精车 选用λs=0~+15° 粗车 选用负刃倾角 λs=0~-5° 刃倾角为零值时，切屑沿主剖面方向流出 b.影响刀尖部分旳强度 粗加工 λs=0~-20° c.变化实际前角旳大小 刀具有了刃倾角可使实际前角增大。
刀具旳几何形状
1.车刀切削部分旳构成
(1)刀面 1)前刀面 切下旳切屑流出旳表面。 2)主后刀面 与加工表面相正确表面。 3)副后刀面 与已加工表面相正确表面。 (2)刀刃 1)主刀刃（主切削刃）前刀面与主后刀面旳交线，承担主要切削任务。 2)副刀刃（副切削刃）前刀面与副后刀面旳交线，承担辅助切削任务。 3)刀尖 主副刀刃之间旳过渡刀刃。（半径1mm或3/64英寸） (3)记忆：三面，二刃，一刀尖。
1)刀具安装误差 刀尖安装高下旳影响
前角增大， 后角减小。
前角正常， 后角正常。
后角增大， 前角减小。
刀具斜装旳影响 主偏角增大，副偏角减小。
2)进给运动旳影响 纵向进给旳影响：
前角增大，后角减小。 车外圆时，该影响忽视不计。
车螺纹时有影响。
横向进给旳影响
前角增大，后角减小。
d值不断变化，d下降，角度上升。
arctg f d
车刀旳几种构造形式
1.整体式 一般用于高速钢。硬质
合金也能够做成整体 式，但易产生断裂， 价格也高。
2.焊接式 刀头为优质刀具材料，
刀杆为一般钢材。
3.机夹重磨式 将刀片用夹子固定在刀
杆上，刃磨时把刀片 卸下，刀杆能够反复 使用。
4.机夹可转位式 刀片能够转位，不需要
刀具切削部分的几何形状和角度解析
❖ 前角γo ——前刀面与基面 之间的夹角。
❖ 后角αo ——主后刀面与切 削平面之间的夹角。
❖ 楔角βo ——前面与后面的 夹角。
思考：γo、 αo、 βo 之间的关系？
βo＝90°－（ γo ＋αo ）
（2）在基面中测量的角度
❖ 主偏角κr ——主切削平面 与假定工作平面之间的夹角。 ——副切削平
——前刀面与主后刀面相交形 ❖ 主成切的削刀刃刃S。
——前刀面与副后刀面相交形 ❖ 副成切的削刀刃刃S。ˊ
——主、副切削刃连接处的一小部分 ❖ 刀切尖削刃。(刀尖类型)
车刀的切削部分
三、刀具切削部分的几何角度
1、度量刀具角度的参考系
刀具静止参考系 ——用于定义刀具在设计、 （标注角度） 制造、刃磨和测量时刀 具几何参数的参考系。
❖ 后角αo ：后刀面与基面之间的夹角为锐角，后角为正，夹角为钝 角，后角为负值。
❖ 刃倾角λs ：刀尖是主切削刃上最高点时刃倾角为正，刀尖位于主 切削刃上最低点时刃倾角为负，主切削刃与基面平行时刃倾角为 零。
尖形刀尖
修圆刀尖
倒角刀尖
谢谢观赏！
13
谢谢！
刀具工作参考系 ——规定刀具进行切削加工 （工作角度） 时几何参数的参考系。
2、刀具静止参考系
❖ 基面pr ——过切削刃选定点平行 或垂直刀具安装面（或轴线）的 平面。
❖ 切削平面ps 面po ——过切削刃选定 点同时垂直于切削平面和基面的 平面。
❖ 法平面Pn ——过切削刃选定点 并垂直于主切削刃的平面。
正交平面参考系
❖ 假定工作平面pf ——通过 切削刃选定点并垂直于基面 的平面，一般其方位平行于 假定的进给运动方向。
刀具几何角度的基本定义与标注和工作角度
思考： 若刀尖低于工件中心,刀具工作前、
后角将如何变化？
3 .纵向进给运动对工作角度的影响
<1> 纵向进给影响
扳动小拖板车 外锥面时,由于 刀具进给方向 与工件轴线偏 了μ,引起工作 主偏角减小,工 作副偏角增大
<2> 横向进给影响
圆周切线 方向
切削刃的工作 前角增加,工作 后角减少.
2.刀具工作角度定义 刀具工作角度的定义与标注角度类似,它是前、后面与工作参考系平面 的夹角.
2 刀具安装对工作角度的影响
<1>刀杆中心与进给方向不垂直：如图 Κre、Κreˊ变化
由上图可以看出：当刀杆中心逆时针偏转一角度θ后,其Κre增大 Κreˊ减小.
<2>刀具装刀高低对工作角度的影响
车外圆：Ve方向变化—>Pre变—>若 刀尖高于工件中心, 如上图 则：工作角度γoe增大,αoe减小 即：γoe＝γo＋θo
5. 正交平面参考系中角度定义与标注
<1> 在正交平面内测量
①前角γo = ∠Aγ与 Pr ：Aγ 在Pr之上—>负,Aγ在Pr之 下—>正
前角γo立体图示
前角γo正负图示
② 后角αo =∠Aα与 Ps （一般无负）
后角αo立体图示 后角αo正负图示
<2> 在基面内测量
主偏角Κ =∠"S 在基面上的投影"与Vf 副偏角Κr′ =∠"S′在基面上的投影"与"Vf 的反向"
2. 正交平面参考系<pr-ps-po>
基面Pγ： Pγ⊥Vc 、 ∥刀具安装面〔车刀 切削平面 Ps: 与 S相切 且 ⊥Pγ 正交平面Po: Po⊥Pγ⊥Ps
切削刀具的几何角度
班级：过073 姓名：谢若思学号：070342切削刀具的几何角度在金属切削加工中，刀具的完善程度，对切削效率、加工质量和产品成本有很大的影响。
为完善的改革金切刀具，研究刀具的几何参数是很重要的；刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金切工具的三项基本内容。
一、刀具合理的几何参数在保证加工质量和刀具经济耐用度的前提下，能够满足提高生产效率、降低成本的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。
它包括：①切削刃的形状：如直线刃、折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃等，刀尖（及过渡刃）的形状也属于刃形问题。
②切削区的剖面型式及参数：切削刃的剖面型式，又简称为刃区型式。
常用的是锋刃，也可以在切削刃区磨出负倒棱、消振棱等。
③刀面型式及参数：如前刀面上磨出断屑槽、卷屑槽，后刀面上双重刃磨或铲背等。
④刀具的切削角度：即前角γ0、后角α0、主偏角κr、副偏角κr’、刃倾角λs等。
二、选择刀具合理几何参数的一般性原则1.要考虑工件的实际情况选择刀具合理的几何参数，要考虑工件的实际情况，主要是工件材料的化学成分、制造方法、热处理状态、力学与物理性能（包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系数、熔点等），还有毛坯表层情况、工件的形状、尺寸、精度和表面质量要求等。
2.要考虑刀具材料和刀具结构选择刀具合理几何参数时，主要是考虑刀具材料的化学成分、力学与纹理性能（包括硬度、抗弯强度、冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数），还有刀具的结构型式，是整体式、焊接式或机夹式等。
3.要注意各个几何参数之间的联系刀具的刃形、刃区、刀面和角度之间是相互联系的，应该综合起来考虑它们之间的作用与影响，分别确定其合理数值。
例如，选择前角γ0时，要考虑卷屑槽型、有无倒棱及刃倾角的正负大小等，联系这些情况，优选合理的前角值，不要割裂它们之间的内在联系，孤立地选择某一参数。
4.要考虑具体的加工条件选择合理几何参数，也要考虑加工条件，这就是机床、夹具的情况，系统刚度及功率大小，切削用量和切削液性能等。
刀具切削部分几何参数
刀面
前刀面 后刀面 副后刀面
图3-1 车刀切削部分的组成要素
刀刃
主切削刃 副切削刃 刀尖
一、刀具切削部分的构成
图3-2 刀尖的类型
二、刀具的静态角度
确定刀具角度的坐标参考系：
实际合成切削运动方向 工作参考系 进给运动方向
刀具实际安装位置
二、刀具的静态角度
确定刀具角度的坐标参考系：
1. 刀具静止参考系
(3) 正交平面Po ： 正交平面为垂直于切削刃在基面上的投影
的平面。 由基准平面Pr — Ps — Po组成的静止参考系 称为刀具的正交平面参考系。
图3-3 车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动 方向，vf表示假定的进给运动方向）
1. 刀具静止参考系
（4）法平面Pn ：通过切削刃选定点并垂直于切 削刃的平面。
1. 刀具静止参考系
（6）背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂 直于基面和假定工作平面的平面。
1. 刀具静止参考系
（6）背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂 直于基面和假定工作平面的平面。 由基准平面Pr — Pf — Pp组成的静止参考系 称为刀具的假定工作平面—背平面参考系。
图3-3 车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动 方向，vf表示假定的进给运动方向）
定主运动方向的平面。
车刀的基面平行于刀体底面。
图3-3 车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动 方向，vf表示假定的进给运动方向）
1. 刀具静止参考系
(2) 切削平面Ps ：通过切削刃选定点，与切
削刃相切，并垂直于基面的平面。
1. 刀具静止参考系
(3) 正交平面Po ：通过切削刃选定点，同时垂 直于基面和切削平面的平面。
刀具的几何形状及主要角度
刀具的几何形状及主要角度
一 、刀具切削部分的几何形状 各种刀具都是由切削部分 刀头 和被夹持部分(刀体 刀柄)两部分 各种刀具都是由切削部分(刀头 和被夹持部分 刀体或刀柄 两部分 切削部分 刀头)和被夹持部分 刀体或 组成. 二者既可以是一体的，也可以是由不同材料连接起来. 组成 二者既可以是一体的，也可以是由不同材料连接起来
普通车刀切削部分的组成
２．参考系
作用：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面， 作用：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面，只是假定参 事实看不见， 考，事实看不见，摸不着
基
面
通过主切削刃上的某 一点， 一点，与主运动方向 相垂直的平面
切削平面
通过主切削刃上的某一 点，于加工表面相切并 垂直于基面的平面
前角γ 前角 0――前刀面与基面间的 前刀面与基面间的 夹角 前角大，刃口锋利， 前角大，刃口锋利，切屑变 切削力小，切削轻快。 小，切削力小，切削轻快。但 易产生崩刃。 易产生崩刃。
后角α 后角 0――主后刀面与切削平 主后刀面与切削平 面间的夹角 增大后角可减少摩擦， 增大后角可减少摩擦，提高工 件加工质量和刀具耐用度， 件加工质量和刀具耐用度，并 使切削刃锋利。 使切削刃锋利。
Ⅲ、参考系 1、作用 2、三个辅助平面 基面Pr 主切削平面PS 正交平面P0
Ⅳ 、车刀主要角度及作用归纳表 车刀主要角度及作用归纳表
角度 定义 测量平面 作用
前角γ0
前面和基面间的夹 角 后面与切削平面间 的夹角 主切削刃与进给方 向之间的夹角 副切削刃与进给方 向的反方向间的夹 角 主切削刃与基面间 的夹角
正交平面
通过主切削刃上的某一点，并 通过主切削刃上的某一点， 同时垂直于基面和切削平面的 平面
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三、刀具切削部分的几何角度
1、度量刀具角度的参考系
刀具静止参考系 ——用于定义刀具在设计、 制造、刃磨和测量时刀 （标注角度） 具几何参数的参考系。
刀具工作参考系 ——规定刀具进行切削加工
（工作角度） 时几何参数的参考系。
2、刀具静止参考系
基面pr ——过切削刃选定点平行 或垂直刀具安装面（或轴线）的 平面。
尖形刀尖
修圆刀尖
倒角刀尖
主讲： 骆志强
一、 刀具的组成部分
刀体 ——刀具上夹持刀条或 刀片的部分。 刀柄 ——刀具上的夹持部分。 刀头 ——担负切削工作，又 称切削部分。
二、刀具切削部分的组成
ຫໍສະໝຸດ 前刀面Aγ ——切屑沿其流出的表面。 主后刀面Aα ——与过渡表面相对的面。 副后刀面Aαˊ ——与已加工表面相对的面。 ——前刀面与主后刀面相交形 成的刀刃。 主切削刃 S ——前刀面与副后刀面相交形 副切削刃 Sˊ 成的刀刃。 ——主、副切削刃连接处的一小部分 刀尖 切削刃。(刀尖类型)
主偏角κr ——主切削平面 与假定工作平面之间的夹角。 ——副切削平 面与假定工作平面之间的夹 副偏角κr ˊ 角。 ——主切削平面 刀尖角εr 与副切削平面之间的夹角。
思考： κr 、 κr ˊ 、 εr 之间的 关系？ εr ＝180°－（ κr ＋ κr ˊ ） （3）在切削平面中测量的角度
切削平面ps ——过切削刃选定点 与切削刃相切并垂直于基面的平 面。 正交平面po ——过切削刃选定 点同时垂直于切削平面和基面的 平面。 法平面Pn ——过切削刃选定点 并垂直于主切削刃的平面。
正交平面参考系
假定工作平面pf ——通过 切削刃选定点并垂直于基面 的平面，一般其方位平行于 假定的进给运动方向。 背平面pp ——通过切削刃 选定点并垂直于基面和假定 工作平面的平面。
刃倾角λs ——主切削刃与基面之 间的夹角。
刀具角度的正负
前角γo ：前刀面与切削平面之间的夹角为锐角，前角为正，夹角 为钝角，前角为负值。 后角αo ：后刀面与基面之间的夹角为锐角，后角为正，夹角为钝 角，后角为负值。 刃倾角λs ：刀尖是主切削刃上最高点时刃倾角为正，刀尖位于主 切削刃上最低点时刃倾角为负，主切削刃与基面平行时刃倾角为 零。
假定进给平面与背平面参考系
3 . 刀具的标注角度
（1）在正交平面中测量的 角度
前角γo ——前刀面与基面 之间的夹角。 后角αo ——主后刀面与切 削平面之间的夹角。 楔角βo ——前面与后面的 夹角。
思考：γo、 αo、 βo 之间的关系？
βo＝90°－（ γo ＋αo ）
（2）在基面中测量的角度