刀具几何参数的选择 - 刀具几何参数的选择
刀具几何参数的选择
刀具几何参数的选择刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具几何参数两方面打算的。
刀具几何参数的选择是否合理对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影响。
选择刀具的几何参数要综合考虑工件材料、刀具材料、刀具类型及其他加工条件（如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等）的影响。
一、前角的选择前角是刀具上最重要的几何参数之一。
增大前角可以减小切削变形，降低切削力和切削温度；但过大的前角使刀具楔角减小，刀刃强度下降，刀头散热体积减小，刀具温度上升，使刀具寿命下降。
针对某一详细加工条件，客观上有一个最合理的前角取值。
工件材料的强度、硬度较低时，前角应取得大些；加工塑性材料宜取较大的前角，加工脆性材料宜取较小的前角。
刀具材料韧性好时宜取较大前角，硬质合金刀具就应取比高速钢刀具较小的前角。
粗加工时，为保证刀刃强度，应取小前角；精加工时，为提高表面质量，可取较大前角。
工艺系统刚性较差时，应取较大前角。
为减小刃形误差，成形刀具的前角应取较小值。
用硬质合金刀具加工中碳钢工件时，通常取；加工灰铸铁工件时，通常取。
二、后角的选择后角的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与工件之间的摩擦。
较大的后角可减小刀具后刀面上的摩擦，提高已加工表面质量。
在磨钝标准取值相同时，后角较大的刀具，磨损到磨钝标准时，磨去的刀具材料较多，刀具寿命较长；但是过大的后角会使刀具楔角显著减小，减弱切削刃强度，减小刀头散热体积，导致刀具寿命降低。
可按下列原则正确选择合理后角值。
切削厚度（或进给量）较小时，宜取较大的后角。
进行粗加工、强力切削和承受冲击载荷的刀具，为保证刀刃强度，宜取较小后角。
工件材料硬度、强度较高时，宜取较小的后角；工件材料较软、塑性较大时，宜取较大后角；切削脆性材料，宜取较小后角。
对精度要求高的定尺寸刀具（例如铰刀），宜取较小的后角；由于在径向磨损量NB 取值相同的条件下，后角较小时允许磨掉的刀具材料较多，刀具寿命长。
车削中碳钢和铸铁工件时，车刀后角通常取为6~8°。
合理选择刀具几何参数
低碳钢 8°～10° 10°～12°
中碳钢 5°～7° 6°～8°
淬火钢 8°～10°
不锈钢 6°～8° 8°～10°
灰铸铁 4°～6° 6°～8°
铝及铝合金 8°～10° 10°～12°
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二、后角 o 和后刀面的选择
2．后刀面型式
后刀面的型式有双重后刀面、消振棱和刃带3种，如图所示。
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二、后角 o 和后刀面的选择
机械制造基础
1．后角 o 的功用及选择
（1）后角 o 的功用
后角 o 可以减小后刀面与工件之间的摩擦，减少刀具磨损。但后角 o 过大会降低切削刃的强度和
散热能力，从而降低刀具寿命。
（2）后角 o 的选择 后角o 的选择应首先考虑切削厚度 hD，其次考虑工件材料和加工条件。
机械制造基础
刀具几何参数对切削变形、切削力、切削温度、刀具 磨损和已加工表面等都有很大的影响。因此，合理地选择 刀具几何参数，能够充分发挥刀具的切削性能，提高生产 率。
刀具几何参数的合理选择主要包括前角 o 和前刀面、 后角o 和后刀面、主偏角 r 、副偏角 r 、过渡刃、刃 倾角 s 的选择。
减小刀具的径向磨损值NB值，如图所示。
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二、后角 o 和后刀面的选择
提示
在规定了后刀面磨钝标准VB的情况下，后角较大的刀具达到磨钝标 准时，磨去金属的体积较大，如图所示，从而加大刀具的径向磨损值 NB， 这会影响工件的尺寸精度。
机械制造基础
硬质合金车刀合理后角的参考值如表所示。
工件材料 粗车 精车
塑性大时，后刀面磨损严重，应选取较大的后角 o；工件材料脆性较大时，载荷集中在切削刃处，为提高 切削刃强度，应选取较小的后角 o 。
刀具合理几何参数的选择
于加工紫铜、不锈钢等高塑性材料，γo可增至25°～30°。
卷屑槽宽Wn愈小，切屑卷曲半径愈小，切屑愈易折断；
但太小，切屑变形很大，易产生小块的飞溅切屑， 也不好。
过大的Wn也不能保证有效地卷屑或折断。一般根据工件材料 和切削用量决定，常取Wn＝(1～10)f。
(1) 考虑刀具材料和结构。刀具材料有高速钢、硬质合金 等；而刀具结构有整体、焊接、机夹、可转位等。
(2) 考虑工件的实际情况。如材料的物理机械性能、毛坯 情况(铸、 锻等)、形状、材质等。
(3) 了解具体加工条件。如机床、夹具情况，系统刚性、 粗或精加工、自动线等。
(4) 注意几何参数之间的关系。如选择前角，应同时考虑 卷屑槽的形状、是否倒棱、刃倾角的正、负等。
(a) 不同刀具材料; (b) 不同工件材料
③考虑具体的加工条件：
粗加工，特别是断续切削，或有硬皮时,如铸、
锻件，γo可小些； 但在需强化切削刃或刀尖时， γo可适当加大；
工艺系统刚性差、机床功率不足时，γo应大些，
减小切削力和振动；
成形刀具，如成形车刀、铣刀，为防止刃形畸
变， 可取γo＝0°；
数控机床、自动机或自动线上用的刀具，考虑 应有较长的刀具耐用度及工作稳定性， 常取较小
但αo太大时将显著削弱刀头强度，使散热条件恶化而
降低刀具耐用度；并使重磨量和时间增加，提高了磨刀 费用。
图 αo对刀具磨损量的影响
2、 选择
切削时同样存在着一个合理的αoPt。αoPt随γo的减小 而增大；也因刀具材料不同而改变， 硬质合金的γo小于 高速钢，rβ大于高速钢，所以αoPt大于高速钢。
直线圆弧形的槽底圆弧半径Rn和直线形的槽底角对切屑的卷
刀具合理几何参数的选择
04
加工精度与表面质量保障 措施
加工精度影响因素剖析
机床精度
机床本身的制造精度、刚度、热稳定性等都 会直接影响加工精度。
刀具磨损
刀具在切削过程中会逐渐磨损，导致加工尺 寸和形状精度下降。
切削参数
切削速度、进给量、切削深度等参数的选择 不合理会导致加工精度降低。
工件材料
工件材料的硬度、韧性等物理特性对加工精 度也有一定影响。
主偏角优化
主偏角的大小会影响切削分力和径向力的大小，进而影响 加工精度和表面质量。需要根据具体加工要求选择合适的 主偏角。
刃倾角优化
刃倾角可以影响切屑的流向和切削刃的受力情况，通过调 整刃倾角可以改善切屑的排出效果和切削刃的受力状况， 提高加工精度和表面质量。
05
生产效率与经济效益提升 途径
生产效率现状分析
合理选择刀具材料
根据工件材料和加工要求选择适合的 刀具材料，如高速钢、硬质合金、陶 瓷等。
优化刀具几何参数
通过调整前角、后角、主偏角等参数， 降低切削力、切削热，提高刀具耐用 度。
采用涂层技术
在刀具表面涂覆一层或多层硬质薄膜， 提高刀具的硬度、耐磨性和耐热性。
控制切削用量
合理选择切削速度、进给量和背吃刀 量，避免过大的切削力导致刀具快速 磨损。
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刀具合理几何参数的选择
目录
• 刀具几何参数概述 • 切削力与切削热分析 • 刀具磨损与耐用度评估 • 加工精度与表面质量保障措施 • 生产效率与经济效益提升途径 • 总结与展望
01
刀具几何参数概述
定义与分类
刀具几何参数定义
描述刀具形状和尺寸的各参数， 包括切削刃形状、前角、后角、 主偏角、副偏角等。
第9章刀具合理几何参数的选择及切削用量优化
刀具合理几何参数和切削用量的选择是否合理对刀具使用寿命、加工质量、生产效率和加工成本等有着重要影响。
刀具的“合理”的几何参数是指在保证加工质量的前提下能够获得最高刀具耐用度达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。
第一节概述什么是刀具的合理或最佳几何参数呢在保证加工质量的前提下能够满足生产效率高、加工成本低的刀具几何参数称为刀具的合理几何参数。
一般地说刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容1 刃形刃形是指切削刃的形状有直线刃、折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃等。
刃形直接影响切削层的形状影响切削图形的合理性刃形的变化将带来切削刃各点工作角度的变化。
因此选择合理的刃形对于提高刀具使用寿命、改善已加工表面质量、提高刀具的抗振性和改变切屑形态等都有直接的意义。
2 切削刃刃区的剖面型式及参数通常将切削刃的剖面型式简称为刃区型式。
针对不同的加工条件和技术要求选择合理的刃区型式如锋刃、后刀面消振棱刃、前刀面负倒棱刃、倒圆刃、零度后角的刃带及其合理的参数值是选择刀具合理几何参数的基本内容。
图所示为五种刃区型式。
图常见的五种刃区形式a锋刃b消振棱c-负倒棱d-倒圆刃e刃带3 刀面型式及参数前刀面上的卷屑槽、断屑槽后刀面的双重刃磨、铲背以及波形刀面等都是常见的刀面型式。
选择合理的刀面型式及其参数值对切屑的变形、卷曲和折断对切削力、切削热、刀具磨损及使用寿命有着直接的影响其中前刀面的影响和作用更大。
4 刀具角度刀具角度包括主切削刃的前角γ0、后角а0、主偏角κr、刃倾角λs和副切削刃的副后角а??0、副偏角κ??r等。
刀具合理几何参数的选择主要决定于工件材料、刀具材料、刀具类型及其他具体工艺条件如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等。
当确定了刀具几何参数后还需选定合理的切削用量才能进行切削加工。
在机床、刀具和工件等条件一定的情况下切削用量的选择最富有灵活性和能动性。
对于充分发挥机床和刀具的功能以取得生产的最大效益来说切削用量的选择如果得当就可能最大限度地挖掘出生产潜力倘若选择不当会造成很大的浪费或导致生产事故。
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。
刀具几何参数的合理选择 说课稿
《刀具几何参数的合理选择》各位评委及老师：你们好！今天我说课的课题是：《刀具几何参数的合理选择》。
下面我将从教材、教法、学法、教学过程、板书等五个方面说一下本节课的构思。
一、教材：（一）教材分析本节课选自人民邮电出版社余万成主编的《数控加工工艺与编程基础》中数控加工切削基础中的任务二——刀具中的内容。
在加工实践过程中，在保证加工质量的前提下，选择能提高切削的、降低生产成本、获得最高刀具耐用度是本次课程研究重点问题。
（二）教学目标及其确立依据经教材分析，并结合学生现有水平，确定本节课的教学目标是：知识目标：1、掌握刀具几何角度、刀面形状、切削刃形状选择的基本方法。
2、掌握刀具几何参数的变化给加工带来的影响。
技能目标：让学生根据加工不同材质的零件，能正确选择刀具的几何参数。
（三）教学重点、难点及确立依据根据教学目标及本课程的特点，确定本节课的教学重点是：刀具几何参数的选择方法。
本节课的教学难点是：刀具几何参数变化时，给加工带来的影响怎么样。
二、教法：本节课从学生实际出发，结合教材内容，采用讲授、启发、观察、讲练结合等教学方法，教学过程中，始终注意与生产实践相结合，抓住学生注意力，激发学生学习兴趣。
三、学法：“授之于鱼，不如授之于渔”，教学过程不仅是传授知识、技能的过程，更重要的是教会学生怎样学习的过程。
本节课，通过分析工厂里实际生产的整体过程，对照本节课所讲的内容，使学生逐步掌握对比理解记忆学习法。
同时，引导学生养成善于提出问题、分析问题、解决问题的习惯，培养学生自学能力，要善于把课堂所学应用到生产实践中。
四、教学过程基于前面的分析，教学安排如下：（一）复习导课：让学生观察车刀的几何角度，向同学们提问：如果这些角度发生变化，会不会影响加工，从而引出课题。
这样，给出疑问，激发了学生的求知欲，让学生在探索中参与教学。
（二）讲授新课：为了培养学生分析、解决问题的能力，在导课后，给学生五分钟时间阅读课本相关内容。
1.刀具几何参数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• P90 • 思考题：4.1 4.2 4.3 4.12 4.13 4.14 • 作业：4.15
• • • •
倒角刀尖： 参数：粗加工：κε=1/2 κr ,bε=0.5-2 精加工： κε,bε比粗加工小 应用：刃磨方便，适用各类刀具
• 倒角带修光刃：倒角刀尖加修光刃 • 修光刃参数： κε’=0,bε’=1.2-1.5f • 应用：车、刨、面铣刀，半精加工、精加工
刃口
• 锐刃（锋刃）、倒圆刃、倒棱刃、平棱刃、消 振棱刃、白刃（刃带） • 锐刃（锋刃）：高速钢精加工，硬质合金加工 高韧性材料 • 倒圆刃：硬质合金、可转位刀片rn<1/3f,0.05; 作用：提高强度、寿命，减小粗糙度、挤光， 消振。 • 倒棱刃、平棱刃：粗加工、半精加工--硬质合 金 ---车、刨、端面铣刀 • 平棱刃：工艺系统刚度不足，单刃刀具 • 白刃（刃带）：多刃刀具—刃磨次数、方便， 光整
切屑流向
• 刃倾角： • 流屑角：
3.影响断屑因素
• 1）.断屑槽：折线、直线圆弧、全圆弧 • 折线、直线圆弧：碳钢、合金钢、不锈钢 • 全圆弧：塑性高材料、重型刀具
• 断屑槽参数：槽宽LBn、槽深hBn (γBn )
• δBn :反屑角， ρ：切屑卷曲半径 • 参数确定： • A：槽宽LBn小，切屑卷曲半径ρ小—断屑；太小，切屑阻屑、崩刀、切屑飞溅 • B：进给量、背吃刀量、主偏角 大；工材塑性、韧性 小----槽宽LBn选大 • C：反屑角δBn 大—易断屑；太大，阻屑
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2、后角的选择
①精加工时，切削力和温度条件不严重，提高加工表 面应以减少摩擦为主，亦取较大的后角（8°～ 12°）；粗加工时，为提高强度，应取较小的后角 （6°）；。
②工件材料强、硬度高时，为保证切削刃强度，宜取 小后角；工件材料软、塑性大时，后刀面摩擦严重 影响加工表面质量和刀具磨损，应加大后角；加工 脆性材料，应取小后角。
③主偏角取值还影响各切削分力的大小和比例的分配。 ④工件材料硬度、强度较高；工艺系统刚性较好时，宜取较
小主偏角，以提高刀具寿命。工艺系统刚性较差时，宜取 较大的主偏角。
四、副偏角 Kr
精加工时，宜取较小副偏角；工件强度、硬度 较高或刀具作断续切削时，宜取较小副偏角。在 不会产生振动的情况下，一般刀具的副偏角可选 择较小值（ =K5r°～15° ）
五、刃倾角λs
1)刃倾角的功用 ①控制切屑流向
1)刃倾角的功用
②影响主切削刃刀尖强度和散热条件； ③ λs ≠0时，实际前角加大，使刃口变锋利； ④影响切削刃的工作长度； ⑤影响切入切出的 平稳性； ⑥影响三向切削分力间的比值。
2. 刃倾角的选择
加工一般钢和灰铸铁时，
粗车取
s ，0 ~ 5
③对精度要求高的定尺寸刀具（例如铰刀），宜取较 小的后角。
④工艺系统刚性差，易振动，应减小后角，增加阻尼。 车削中碳钢和铸铁工件时，车刀后角通常取为6°～ 8°。
三、主偏角Kr
①减小主、副偏角，可以减少已加工表面上残留面积的高度， 使其表面粗糙度减小；
②同时又可以提高刀尖强度，改善散热条件按，提高刀具寿 命；减小主偏角还可使切削厚度减小、切削宽度增加，切 削刃单位长度上的负荷下降，对提高刀具寿命有利。
第七节 刀具几何参数的选择
一、前角γo
1、前角的功用
增大前角可以 减小切削变形， 降低切削力和切 削温度。但过大 的前角使刀具楔 角减小，刀刃强 度下降，刀头散 热体积减小，刀 具温度上升，使 刀具寿命下降。
2、前角的选择
①工件材料：加工脆性材料，变形不大，取较小前 角；加工塑性材料，取大前角。工件强度、硬度 高，取小前角。
精车取
s ，0 ~ 5
有冲击负荷作用时取 s 5 ~ 15
冲击特别大时取
s ；30 ~ 45
加工高强度钢、淬硬钢时，取
；
工艺系s 统 刚20性 不~ 足30时 ，为避免背向力 过大而
导致工艺系统受力变形过大，不宜采用负F的p 刃倾
角。
②刀具材料：硬质合金刀具强度、韧性差，不耐冲 击，取小前角（-5°～15°）；高速钢刀具可取小 前角。
③刀具承受冲击载荷，应取较小前角。 ④粗加工时，为保证切削刃强度，应取小前角；精
加工时，为提高表面质量，可取较大前角。 ⑤工艺系统刚度低，易振动，应加大前角，以降低
切削力。 ⑥为减小刃形误差，成形刀具的前角应去取较小值。 ⑦自动线上为保证可靠性，应取较小的前角。