刀具合理几何参数的选择

2. 选择原则 刀具合理前角主要取决与刀具材料和工件材料的性能，
即： (1)刀具材料的抗弯强度及冲击韧度较高时，可选择较 大前角。(图10.2) (2)工件材料的强度或硬度较大时，选用较小前角，以 保证刀具刃口强度；反之，选用加大前角。 加工塑性较大材料时，应选加大前角；加工脆性材料 (如铸铁、青铜)时，宜选较小前角。（图10.3）
eg：车阶梯轴时，主偏角必须为90°（表10.3）

3. 副偏角的选择
主要功用是形成已加工表面，因此应首先考虑以 加工表 面要求，综合考虑刀尖强度，散热与振动等。
合理主偏角选用原则如下：
1)工艺系统刚度好，不产生振动的条件下，应选用较小 主偏角，以减小已加工表面粗糙度值。 2)精加工时，副偏角比粗加工选的小些；必要时，磨出 一段副偏角为0°的修光刃，用来进行大走刀的光整加工。 （图10.10） 修光刃长度应略大于进给量f，一般取bε =(1.2～1.5)f
是指在保证加工质量前提下，能使刀具使用寿命最长、 生产效率提高或生产成本降低的刀具几何参数。 一般原则：
1.要考虑工件材料、刀具材料及刀具类型等 2.要考虑刀具各几何参数间的相互联系 3.要考虑具体加工条件 4.要考虑刀具锋利性与强度的关系
10.2 刀具合理几何角度及其选择

10.2.1 前角
1. 前角的功用
④根据工件材料来选取
加工高硬度工件材料时，宜取负刃倾角。
合理主偏角应根据工艺系统刚度、兼顾工件材料硬度 和工件形状等要求来选择。 1)工艺系统刚度足够时，应选用较小主偏角，以提高 刀具使用寿命和加工表面质量；系统刚度较差时，选择较 大主偏角，以减小背向力。
2)加工很硬的工件材料时，宜取较小主偏角，以减轻 单位长度切削刃负荷，改善刀尖散热条件，提高刀具使用 寿命。 3)应综合考虑工件形状和具体条件。
当后角太大时，楔角减小太多，会降低刃口强度和散热 能力，是刀具使用寿命缩短。 使刀具使用寿命最长时的后角值，称为合理后角 ：αopt

1. 后角的选用原则 其选用原则取决于加工性质(粗加工或精加工) 。
1)精加工时切削厚度较小，宜取较大后角；反之宜取较 小后角。（图10.6） 因为当切削厚度很小时，刀具的磨损主要发生在后面上， 取较大后角可以减小后面磨损和增加切削刃锋利程度。当切 削厚度较大时，前面负荷大，前面的月牙洼磨损比后面磨损 显著，故取较小后角，以增强刃口及改善散热条件。

前角的大小、对切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损 和加工表面质量均有很大影响。 1)影响切削变形。 增大前角，可以减小切削变形，从而减小切削力、切削热 和切削功率。
2)影响切削刃强度及散热情况。 增大前角，会使楔角减小，切削刃强度降低、散热体 积减小； 过分的增大前角，会导致切削刃出现弯曲应力，造成 崩刃。 3)影响切屑形态和断屑效果。 减小前角，可以增大切削变形，使切屑易于脆化断裂。 4)影响加工表面质量。
②
③
影响切削刃的锋利程度，具有斜角切削的特点。 λs由0° 变化到-45°时，Fp约增大一倍，Ff减小到1/3，Fc基 本不变。Fp的增大，将导致工件变形甚至引起振动， 从而影响加工精度和表面质量。
④ 影响切削分力的比值。eg：外圆车削时：
⑤影响切削刃实际工作长度。
刃倾角的绝对值越大，斜角切削时切削刃的工作长度 lse越长(lse=ap/sinkrcosλs)，切削刃上单位长度上的负荷 越小，有利于提高刀具使用寿命。 (2)刃倾角的选择：
第十章 刀具合理几何 参数的选择
10.1 概述 10.2 刀具合理几何角度及其选择
10.1

概述
10.1.1 刀具几何参数
包括刀具几何角度、切削刃形状、刃区剖面及其参数 和刀面及其参数四个方面。

1.刀具几何角度：前角γo、 后角αo 主偏角 κγ、 副偏角κγ′ 、刃倾角λs 副后角αo′等。

2)与工件材料性能有关。材料塑性与韧性大，容易产生 加工硬化，为了减少后面磨损，应用较大后角。 3)工艺系统刚度差、易产生振动时，应选用较小后角， 以增强刀具的阻尼左右；还可在后面上磨出刃带或消振棱， 以对加工表面起一定的熨压作用，提高加工表面质量。（图 10.7）
4)对定尺寸刀具(如圆孔拉刀，铰刀)，宜取较小后角， 以延长刀具使用寿命。（表10.2）
‘
3)加工高强度、高硬度工件材料或断续切削时，为提高刀 ‘ 尖强度，宜取较小副偏角（ kr =4°～6°） 4)切断(槽)刀，锯片铣刀、钻头、铰刀等受结构强度限制 ‘ 或加工精度的限制，只能取很小的副偏角，即kr =1°～2°

4. 过渡刃的选择
主切削刃和副切削刃连接处称为过渡刃或刀尖。 此处强 度，散热性均较差。 其强化方式是磨过渡刃。(如图10.11)
当ψλ≈λs时，则
sinγoe=sin2λs+cos2λssinγn （表10.4） 工作后角： cosαoe=sin2λs+cos2λscosαoe (表10.5） 3)切削刃的实际钝圆半径re减小。 在流屑平面内，切削刃将是椭圆的一部分。(图10.14) 其长轴的曲率半径就是切削刃的实际钝圆半径re， re=rncosλs 可知：增大的绝对值，可减小刀具切削刃实际钝圆半 径，提高切削刃锋利程度
使切削刃单位长度上的负荷减轻；同时刀尖角εr增大，刀 尖强度增加，散热条件的到改善，提高了刀具使用寿命； 3)影响各切削分力比值。 减小主偏角，则背向力Fp增大（Fp=FDcoskr），进给力 Ff减小（Ff=FDsinkr）。

2. 主偏角的选用原则
从刀具使用寿命出发，主偏角选小为宜。但主偏角过小， 则会使背向力过大，产生振动。（图10.9）

10.2.4 刃倾角
1. 斜角切削

指λs≠0°时的切削，此时切削速度方向与主切削刃不 垂直。 特点： 1)斜角切削会产生切与割的综合效果。 斜角切削时，切削流出方向不再沿着切削刃的法线方向， 而是与法线方向偏离了一个角度ψλ，这个角度称为流屑角。 （图10.12）
低速不加切削液切钢时，流屑角近似等于刃倾角，
副后角α‘的作用是减少副后刀面与以加工表面的摩擦。 （图10.8）

10.2.3 主偏角
1. 主偏角的功用 1)影响残留面积高度。 增大主偏角和副偏角，使加工表面粗糙度值增大。 2)影响切削层尺寸和刀尖强度及断屑效果。

背吃刀量和进给量一定时，减小主偏角将使切削厚度 减少 (hp=f· sinkr)，切削宽度增大(bD=ap/sinkr) ，从而
①主要根据加工性质来选取。
eg：加工一般钢料或铸铁，为了避免切屑划伤以 加工 表面，精车时取λs=0°-5°，以提高刀具刀刃强 度；有冲
击载荷时，为了保护刀尖，常取λs= -5°～-15°。
②根据工艺系统刚度选取。
工艺系统刚度不足时，不宜采用负刃倾角。
③根据刀具材料来选取。
脆性大的刀具材料，为保证刀刃强度，不宜采用正刃 倾角。
(3)还要考虑其他具体加工条件。
eg：粗加工时，为保护刃口强度，宜选用较小前角；精加 工时，为减少切削变形，提高加工质量，宜用较大前角。
eg：工艺系统刚度较差或机床动力不足时，取较大前 角以减小切削力。自动机床上加工时，考虑刀具寿命与工 作稳定性，取较小前角。

3.采用负倒棱强化切削刃
倒棱的主要作用是增强刃口，减少刀具破损，改善刀 具的散热条件。 倒棱面可以是负前角、零前角或小正前角，但实际中 多为负倒棱。
eg：对脆性较大的刀具材料(如硬质合金和陶瓷)进行粗 加工或断续切削时，对减少崩刃和提高刀具使用寿命有很明 显的效果(可提高1—5倍)。


10.2.2 后角
1. 后角的功用
减小后(刀)面与加工表面间的摩擦，影响加工表面质 量和刀具使用寿命。 1)增大后角，可减小加工表面的弹性恢复层与后面的 接触长度。从而减小后面的摩擦与磨损。 2)增大后角，楔角减小，刃口钝圆半径rn减小，刃口 锋利。 3)后面磨钝标准VB相同时，后角大的刀具重磨时磨去 的金属体积大，反之磨去的体积小。
即 ψ量的刀具前角γoe、αoe后角才是切削过程中 真正起作用的角度，称为刀具工作角度。
2)斜角切削时，工作前角增大，工作后角减小。（图 10.13）
工作前角： sinγoe=sinλssinψλ+cosλscosψλsinγn
2.切削刃形状（刃形） 可为直线、折线、圆弧、月牙弧形与波浪形等

3.切削刃刃区剖面及其参数（刃区） 常见5种形式：

4.刀面及其参数（刀面） 指前刀面与后刀面的形式。有多种形式： 如：平面型前刀面与带卷屑槽、断屑槽的前刀面、 平面型后刀面、铲背后刀面、双重后刀面等。

10.1.2 刀具合理几何参数及其选择的一般原则

2. 刃倾角的功用及其选择
(1)功用：
①
影响切屑流出的方向。（图10.15）当λs为负时， 切屑流向以加工表面，当λs为正时，切屑流向待加 工表面。故精加工常取正刃倾角。 影响刀尖强度及断续切削时切削刃上的冲击位臵。 （图10.16） λs=0°，切削刃同时接触工件，冲击较大； λs>0°，刀尖首先接触工件，容易崩尖； λs<0°，远离刀尖的切削刃部分先接触工件， 从 而保护刀尖，切削过程也较平稳，大大减少 冲击和崩刃现象。