刀具几何参数的合理选择 ppt课件
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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°。
刀具参数和切削用量选择
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。
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
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。
1.４ 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°，
2.4 切削用量确定的具体方法和实例
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。
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
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。
1.４ 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°，
2.4 切削用量确定的具体方法和实例
刀具合理几何参数的选择
全圆弧形可获得较大的前角，且不致使刃部过于削弱，较适
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
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
1.刀具几何参数
3）调整切削用量 提高进给量 f使切削厚度增大， 对断屑有利；但增大 f 会增大加工表面粗糙度。 适当地降低切削速度使切削变形增大，也有利于 断屑，但这会降低材料切除效率。须根据实际条 件适当选择切削用量。
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
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
合理选择刀具几何参数(精)
（2）杠杆式 应用杠杆原理对刀片进行夹紧。当 旋动螺钉时，通过杠杆产生的夹紧力将刀片定位夹紧 在刀槽侧面上；旋出螺钉时刀片松开，半圆筒形弹簧 片可保持刀垫不动。其特点是：定位精度高，夹固牢
靠，受力合理，使用方便，但工艺性较差，适用于专
业工具厂大批量的生产。
杠杆式夹紧机构
1-刀杆 2-刀片 3-刀垫 4-杠杆 5-弹簧套 6-调解螺钉 7-弹簧 8-压紧螺钉
也难控制，需合理选择的加工工艺与切削用量。
2、典型深孔钻
（1）枪钻
（2）错齿内排深孔钻
（2）错齿内排深孔钻 1-液封头 2-进液口 3-刀架 4-排液箱 5-钻杆 6-受液器 7中心架
（3）吸喷钻 1-工件 2-卡抓 3-中心架 4-引导架 5-导向套 6-支撑座 7-连接套 8-内管 9-外管 10-钻头
A型用于90°外圆车刀、端面车刀等； B型用于直头外圆车刀、端面车刀、镗孔刀等； C型用于直头、弯头外圆镗孔、宽刃刀等； D型用于切断、切槽刀等；
E型用于螺纹车刀；
2、刀杆外形及尺寸的确定
A型用于90°外圆车刀、端面车刀等； B型用于直头外圆车刀、端面车刀、镗孔刀等； C型用于直头、弯头外圆镗孔、宽刃刀等； D型用于切断、切槽刀等；
A、整体手用圆柱铰刀 B、可调节手用铰刀 C、锥柄机用铰刀 D、带导向机构机用铰刀 E、 套式机用铰刀
F、直柄莫氏圆锥度铰刀
G、手用1:50锥度销铰刀
§6-5 其它回转面 加工刀具简介
一、镗刀
镗刀是在车床、镗床、转塔车床、自动车床以及组合机 床上使用的孔加工刀具。一般镗孔的加工精度可达IT7级，
§6-2 麻 花 钻
ห้องสมุดไป่ตู้
刀具几何参数与刀具材料的合理选择-yxj资料
种类
碳素 工具 钢 合金 工具 钢
常用牌号
T8A、T10A T12A
9siCr 、 CiWMn
高速 钢
W9Mo3Cr 4V 、 W6Mo5Cr V2
硬度HRC （HRA）
60～64 （ 81 ～ 83） 60～65 （ 81 ～ 84）
63～69 （ 82 ～ 87）
抗弯强 度
（ GP 2.4a5） ～ 2.75
2.刃倾角的选择
选择刃倾角时，应按照刀具的具体工作条件进行具体分析，一般情 况可按加工性质选取。精车λs =0o～5o；粗车λs =0o～-5o； 断续车削λs＝-30o～-45o；大刃倾角精刨刀λs＝75o～80o。
(1)控制切屑的流向 如图5-5所示，当λS =0o 时，切屑垂
直于切削刃流出；λS为负值时，切屑流向已加工表面； λS为正值时，切屑流向待加工表面。
用于机动复 杂的中速刀 具，如钻头、 铣刀、齿轮 刀具等
硬质 合金
陶瓷
（ YG 类 ） 69～81 K 类 （ YT （ 89 ～ 类 ） P 类 93） （ YW 类 ） M类
SG4 、 （ 93 ～
AT6
94）
1500～
2100HV
1.08 ～ 2.16
0.4 ～ 1.115
800 ～ 1100
2.前角的选择原则 （1）主要根据工件材料的性质选择 （2）兼顾根据刀具材料的性质和加工性质 表5-1是硬质 合金车刀合理前角的 参考值。
3.前刀面型式（图5-3 前刀面型式）
（1）正前角平面型 如图5-3a所示，正前角平面型式的特点为：制造简单
能获得较锋利的刃口，但强度低，传热能力差。一般用于精加工刀 具、成形刀具、铣刀和加工脆性材料的刀具。
刀具几何参数的合理选择
金属切削加工原理及设备
刀具几何参数的合理选择
刀具的几何参数主要包括：刀具角度、前面与后面型式、 切削刃与刃口形状等。
刀具合理几何参数——是指在保证加工质量的前提下， 能够获得最高的刀具寿命，从而达到提高生产效率、降低生 产成本的刀具几何参数。
1.1前角和前面型式的选择
1．前角的选择 增大前角，切削刃锋利，切削变形减小、切削力减小、 切削温度降低、刀具磨损减小、加工表面质量提高。但若前 角过大，刀具刚度和强度降低，散热条件变差，切削温度高， 刀具易磨损或破损，刀具寿命低。总结正、反两方面的影响， 前角应有一个最佳值。 选择前角的原则：“固中求锐”。 （1）按工件材料选—— 切塑性材料时，应选较大前角； 切脆性材料，宜选较小前角。材料强度和硬度越高，前角越 小，有时甚至取负值。 （2）按刀具材料选——高速钢刀具材料的抗弯强度、抗 冲击韧性高，可选取较大的前角；硬质合金材料的抗弯强度 较低、脆性大，故前角应小些；陶瓷刀具材料的强度和韧性 更低、脆性更大，故前角应更小些。
2.根据加工材料选择
加工高强度、高硬度钢时， 为保证刃口强度，应选择较小的 后角；加工塑性材料时宜选择较 大的后角；加工脆性材料时，则 宜选择较小的后角。
1.根据加工精度选择
精加工时，切削用量较小，为了减小摩擦，保证加工表 面质量，宜选择较大的后角；粗加工、强力切削或断续切 削时，为提高刀具强度，后角应较小些。
1．根据加工要求选择——精加工选正值，粗加工选 负值；微量精车、精镗、精刨时，采用大刃倾角 切削。
刃 2．根据工件材料选择——车高硬度、高强度材料时，
倾
取较大的负刃倾角；车削铸铁件时， 择 原
3．根据加工条件选择——切削断续表面、余量不均 匀表面或带冲击振动的切削条件下，通常取负的
刀具几何参数的合理选择
刀具的几何参数主要包括：刀具角度、前面与后面型式、 切削刃与刃口形状等。
刀具合理几何参数——是指在保证加工质量的前提下， 能够获得最高的刀具寿命，从而达到提高生产效率、降低生 产成本的刀具几何参数。
1.1前角和前面型式的选择
1．前角的选择 增大前角，切削刃锋利，切削变形减小、切削力减小、 切削温度降低、刀具磨损减小、加工表面质量提高。但若前 角过大，刀具刚度和强度降低，散热条件变差，切削温度高， 刀具易磨损或破损，刀具寿命低。总结正、反两方面的影响， 前角应有一个最佳值。 选择前角的原则：“固中求锐”。 （1）按工件材料选—— 切塑性材料时，应选较大前角； 切脆性材料，宜选较小前角。材料强度和硬度越高，前角越 小，有时甚至取负值。 （2）按刀具材料选——高速钢刀具材料的抗弯强度、抗 冲击韧性高，可选取较大的前角；硬质合金材料的抗弯强度 较低、脆性大，故前角应小些；陶瓷刀具材料的强度和韧性 更低、脆性更大，故前角应更小些。
2.根据加工材料选择
加工高强度、高硬度钢时， 为保证刃口强度，应选择较小的 后角；加工塑性材料时宜选择较 大的后角；加工脆性材料时，则 宜选择较小的后角。
1.根据加工精度选择
精加工时，切削用量较小，为了减小摩擦，保证加工表 面质量，宜选择较大的后角；粗加工、强力切削或断续切 削时，为提高刀具强度，后角应较小些。
1．根据加工要求选择——精加工选正值，粗加工选 负值；微量精车、精镗、精刨时，采用大刃倾角 切削。
刃 2．根据工件材料选择——车高硬度、高强度材料时，
倾
取较大的负刃倾角；车削铸铁件时， 择 原
3．根据加工条件选择——切削断续表面、余量不均 匀表面或带冲击振动的切削条件下，通常取负的
第十章 刀具合理几何参数的选择
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。
10.2 后角的选择
一、主后角αo ：正交平面内，后刀面与切削平面之间的夹角。 1、作用:
第十章 刀具合理几何参数的选择
刀具几何参数包括：角度、刀面形式、切削刃形状等。 它们对切削时金属的变形、切削力、切削温度、刀具磨损、 已加工表面质量等都有明显的影响。 所谓合理几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够 获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率，降低生产成本 的目的。
确定参数时的一般原则是：
重新选择适宜的γo。 ①依据刀具材料：抗弯强度低、韧性差、脆性大且忌冲 击、 易崩刃的，取小的γo 。 前角<高速钢刀具前角 陶瓷刀具前角<硬质合金刀具
②依据工件材料：钢料，塑性大，切屑变形大，与刀面接
触长度长，刀屑间压力、摩擦力均大，为减小变形与摩擦，
宜取较大的γo；铸铁，脆性大，切屑是崩碎的，集中于切削 刃处， 为保证有较好的切削刃强度，γo宜取得比钢小。 用硬质合金刀加工钢，常取γo≈10°～20°；加工铸铁， 常取γo≈5°～15°。
粗加工时，考虑到刀尖强度、散热条件等， κr′不宜 太大，可取10°～15°。
精加工时，在工艺系统刚性较好、 不产生振动的条件 下 ， 考 虑 到 残 留 面 积 高 度 等 ， κr ′ 应 尽 量 的 小 ， 可 取 5°～10°。
b
κ r 0
图
修光刃
切断刀、锯片等，因受结构、强度限制，并考虑到重磨后刃
据工件材料：硬度、强度大的，如冷硬铸铁、淬火钢等， 为减轻单位切削刃上的负荷， 改善刀头散热条件，提高刀 具耐用度， 在工艺系统刚性较好时， 宜取小的 κr 。 κr ＝10 ° ～30 °