刀具的基何參數(shù)

1、第三章 刀具的幾何參數(shù)一.刀具切削部分的基本定義 切削刀具種類繁多，構(gòu)造各異。其中較典型、較簡(jiǎn)單的是車刀，其他刀具的切削部分可以看成是以車刀為基本形態(tài)演變而來的刀具，如圖3-1所示。圖3-1 幾種刀具切削部分的形狀1.刀具切削部分的組成 外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，如圖3-2所示為普通外圓車刀，由刀體和刀柄兩部分。刀柄用于夾持刀具，又稱夾持部分；刀體用于切削，又稱切削部分。切削部分一般由三面、兩個(gè)切削刃和一個(gè)刀尖組成。其定義分別為： 圖3-2 車刀的組成（1）前刀面Ar  切屑流出時(shí)經(jīng)過的刀面。（2）主后刀面Aa  與待加工表面相對(duì)的刀面。（3）副后刀面Aa， 與己

2、加工表面相對(duì)的刀面。（4）主切削刃S  前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃S， 前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。（6）刀尖 主切削刃、副切削刃相交的一點(diǎn)。實(shí)際上該點(diǎn)不可能磨得很尖，而是由一微小圓弧組成，有時(shí)為了增加刀尖的強(qiáng)度，刀尖處被磨成一定的圓弧或一段折線（圖3-3）。我們把這圓弧半徑稱為刀尖圓弧半徑（r），折線稱為過渡刃（b）。 在此我們順便了解一下刀楔，前面與后面所包含的刀具實(shí)體部份就被稱為刀楔，圖3-3是刀楔的剖面形狀，；圖中n就是刀楔角。 圖3-3 刀楔、刀尖形狀參數(shù)a) 刀楔剖面形狀 b) 刀尖

3、形狀 2.確定刀具幾何角度的輔助平面 刀具角度對(duì)切削加工影響很大，為便于度量和刃磨刀具，需要假定三個(gè)輔助平面作基準(zhǔn)，構(gòu)成刀具靜止參考系，如圖10-3所示 。圖3-4 刀具靜止參考系 （1）基面pr 通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)的切削速度方向的平面。車刀的基面可理解為平行刀具底面的平面?；媸堑毒咧圃?、刃磨、測(cè)量時(shí)的定位基準(zhǔn)面。 （2）切削平面ps 通過切削刃某選定點(diǎn)相切于工件加工表面（或與主切削刃）的平面。切削平面ps與基面pr垂直。（副切削平面就是通過副切削刃上選定點(diǎn)并垂直于副切削刃在基面上投影的平面）。（3）正交平面P0 通過切削刃某選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于切削平面ps與基面pr的平面。3.車

4、刀的幾何角度 刀具的幾何角度是在刀具靜止參考系內(nèi)度量的，如圖3-5所示。刀具的標(biāo)注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具設(shè)計(jì)圖上予以標(biāo)注的角度。刀具的標(biāo)注角度主要有五個(gè)，以車刀為例，表示了幾個(gè)角度的定義。 （1）在基面內(nèi)測(cè)'量的角度 1)主偏角K r 在基面中測(cè)量，它是主切削刃在基面的投影與進(jìn)給方向之間的夾角。 2)副偏角Kr' 在基面中測(cè)量，是副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給反方向的夾角。 3)刀尖角r 在基面中測(cè)量，是主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角。 （2）在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度 1)前角0 在正交平面中測(cè)量，是前刀面與基面之間的夾角。 2)后角0 在正交平面中測(cè)量，

5、是主后刀面與切削平面之間的夾角。 （3）在切削平面內(nèi)測(cè)量的角度 刃傾角s 在切削平面中測(cè)量，是主切削刃與基面之間的夾角。 副后角0， 在副切削平面中測(cè)量，是副后刀面與副切削平面之間的夾角。C:同花順軟件同花順htmlnewzxindex_b.html圖3-5 車刀的主要角度4.前角、后角、刃傾角正負(fù)的規(guī)定如圖3-6a所示，在主剖面（PO- PO）中，前刀面與基面平行時(shí)，前角為零；前刀面與切削平面之間的夾角小于900時(shí)，前角為正；大于900時(shí)，前角為負(fù)。 后刀面與基面夾角小于900時(shí)，后角為正；大于900時(shí)，后角為負(fù)。 如圖3-6b所示，觀察刀尖和切削刃上任意一點(diǎn)到車刀底面的距離，刀尖處于最高時(shí)

6、，刃傾角為正；刀尖處于最低時(shí)，刃傾角為負(fù)；切削刃平行于底面時(shí)，刃傾角為零。 圖3-6 車刀角度正負(fù)的規(guī)定方法 a） 前、后角 b) 刃傾角二.刀具幾何角度的功用 刀具幾何角度選擇的合理與否，對(duì)保證零件的加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等都有重要的影響。1.前角的功用 前角的大小將直接影響切削過程中的切削變形和切削力，同時(shí)也影響工件表面粗糙度和刀具的強(qiáng)度和壽命。 （1）若增大刀具前角0，可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，從而減小了切削力、切削熱和切削功率。 （2）刀具前角大，楔角n減小，降低了切削刃和刀頭的強(qiáng)度，刀頭散熱條件變差，切削時(shí)容易崩刃。 （3）刀具前角大，可以減小切屑變形，不易斷

7、屑；反之減小前角可以使切屑變脆，容易斷屑。 （4）刀具前角減小或采用負(fù)前角，將會(huì)使刀具在切削時(shí)振動(dòng)加大，加工表面粗糙。2.后角的功用 后角的主要作用是減小刀具后面與工件的磨擦，減輕刀具磨損。后角小使刀面與加工表面間的磨擦加劇，刀具的磨損加大，工件冷硬程度增大，加工表面質(zhì)量差；后角增大，磨擦減小，這對(duì)切削厚度較小的情況有利，但使刃口強(qiáng)度與散熱情況變差。3.主偏角和副偏角的功用 主偏角和副偏角越小，刀頭的強(qiáng)度越大，它的壽命越長(zhǎng)，此外主偏角和副偏角小時(shí)，工件加工后的表面粗糙度度較細(xì)，但是主偏角和副偏角減小時(shí)，會(huì)加大切削過程中的徑向力，容易引起振動(dòng)或把工件頂彎。 （1）減小主偏角K r和副偏角Kr&#

8、39;，使加工殘留面積高度降低，以便得到較細(xì)的表面粗糙度，其中副偏角的影響比較明顯。（2） 在切削深度和進(jìn)給量一定的情部況下，主偏角增大使切削厚度增加，切削寬度減小，參加切削的刃長(zhǎng)減小，切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷增大。（3） 增大主偏角，使切屑寬度減小、厚度增加，并且容易折斷。4.刃傾角的功用 （1）控制切屑的排出方向，見圖3-7所示為外圓車刀刃傾角s對(duì)排屑方向的影響。精車和半精車時(shí)，刃傾角宜選用正值，使切屑流向待加工表面，防止劃傷己加工表面。 （2）大的正刃傾角，能使切削刃變得鋒利，可以切下很薄的金屬。 （3）負(fù)刃傾角（-s），使刀頭強(qiáng)固，切削時(shí)刀尖可避免受到?jīng)_擊，提高了刀具壽命。圖3-7 刃傾

9、角對(duì)排屑方向的影響表3-1 硬質(zhì)合金車刀合理前角參考值工件材料合理前角工件材料合理前角粗車精車粗車精車低碳鋼 15°20° 25°30° 不銹鋼 15°20° 20°25° 中碳鋼 10°15° 15°20° 灰鑄鐵 10°15° 5°10° 合金鋼 10°15° 15°20° 銅及銅合金 10°15° 5°10° 淬火鋼 -15°-5°

10、 鋁及鋁合金 30°35° 35°40° 三.刀具幾何角度的選擇 1.刀具前角的合理選擇 刀具的前角，既要使切削刃銳利，又要保證刀具有一定的強(qiáng)度和一定的散熱體積，所以不同材料在切削加工時(shí)前角也不同。由于硬質(zhì)全合金的抗彎強(qiáng)度低，抗沖擊刃性差，所以合理前角也就小于高速鋼刀具的合理前角。 （1）工件材料的強(qiáng)度與硬度低，可采用較大的前角，減小切削變形；工件材料的硬度高，應(yīng)采用較小的前角，以保證刀尖強(qiáng)度；當(dāng)加工特別硬的材料時(shí)，應(yīng)選用很小的前角，甚至負(fù)前角。 （2）加工塑性材料，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料，選用較小的前角。 （3）粗加工、斷續(xù)加工或承受沖擊載荷時(shí)，

11、為保證切削刃強(qiáng)度，應(yīng)取較小的前角，甚至負(fù)前角。 （4）高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具韌性好，允許選用較大的前角，一般大50100。 表3-1是硬質(zhì)合金車刀合理前角參考值。 2.刀具后角的合理選擇 （1）粗加工、強(qiáng)力切削及承受沖擊載荷的刀具，為增加刀具強(qiáng)度，后角應(yīng)取小些；精加工時(shí)，增大刀具后角可提高刀具壽命和加工表面質(zhì)量。 （2）工件材料的硬度與強(qiáng)度高，塑性大，易產(chǎn)生加工硬化，為防止刀具后刀面磨損，后角應(yīng)適當(dāng)加大。 （3）采用負(fù)前角時(shí)，取較大的后角，以保證切削刃鋒利。 （4）刀具尺寸精度高，取較小后角，以防止刀具重磨后刀具尺寸的變化。 表3-2是硬質(zhì)合金車刀后角參考值。 表3-2 硬質(zhì)合金車刀后角參考

12、值工件材料合理后角工件材料合理后角粗車精車粗車精車低碳鋼 8°10° 10°12° 灰鑄鐵 4°6° 6°8° 中碳鋼 5°7° 6°8° 銅及銅合金 6°8° 6°8° 合金鋼 5°7° 6°8° 鋁及鋁合金 8°10° 10°12° 淬火鋼 8°10° 鈦合金 0°15° 不銹鋼 6°8° 8&

13、#176;10° 3.刀具主偏角、副偏角的合理選擇（1）主偏角的選擇 1)粗加工與半精加工的硬質(zhì)合金車刀，一般選用較大的主偏角，以減小振動(dòng)，提高刀具壽命。 2）加工冷硬鑄鐵和淬火鋼時(shí)，宜取較小的主偏角，可減輕單位切削刃上的負(fù)荷，改善刀頭散熱條件，提高刀具壽命。 3）車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于工件剛性不足，應(yīng)取較大的主偏角K r900，以減小吃刀抗力和振動(dòng)。 （2）副偏角的選擇 1）車刀、端銑刀、刨刀在不影響振動(dòng)條件下，副偏角Kr'50100。 2）精加工應(yīng)取較小的副偏角，也可以磨出一段修光刃Kr'00，修光刃長(zhǎng)度為（1.21.5）見圖3-8。 3）加工高強(qiáng)度、高硬度材料時(shí)，為了

14、提高刀尖強(qiáng)度，副偏角Kr'可取4060。 4）切斷刀、鋸片銑刀和槽銑刀等，為了保證重磨后寬度變化較小，副偏角宜取1030'左右。 硬質(zhì)合金車刀合理主、副偏角的參考值見表3-3。 表3-3 硬質(zhì)合金車刀合理偏角參考值加工情況偏角數(shù)值（°）主偏角副偏角粗車，無中間切入工藝系統(tǒng)剛性好45，60，75510工藝系統(tǒng)剛性差65，75，90，1015車削細(xì)長(zhǎng)軸，薄零件90，93610精車，無中間切入工藝系統(tǒng)剛性好4505工藝系統(tǒng)剛性差60，7505車削冷硬鑄鐵，淬火鋼1030410從工件中間切入45603045切斷刀、車槽刀609012 4.刃傾角的合理選擇 （1）加工一般鋼和灰

15、鑄鐵，粗車時(shí)取刃傾角s=00-50；精車時(shí)取刃傾角s=0050有沖擊載荷時(shí)，s=-50-150。 （2）車削淬硬鋼，刃傾角s=-50-120。 （3）微量精車外圓、精車孔或精刨平面時(shí)，刃傾角s=450750。 （4）強(qiáng)力切削刨刀刃傾角s=-100-200。 （5）工藝系統(tǒng)剛性差，切削量不宜選用負(fù)的刃傾角。 四.刀具安裝對(duì)工作角度的影響 在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對(duì)工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。 1.刀類安裝高低對(duì)工作前、后角的影響圖3-9 刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響如圖3-9所示，用刃傾角s=0°車刀車削外圓時(shí)，若

16、車刀的刀尖高于工件中心，工作前角oe增大，而工作后角oe減小。若切削刃低于工件中心，則工作前角oe減小，而工作后角oe增大。 2.刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響圖3-10 刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響如圖3-10所示。當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直且順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)G角時(shí)，工作主偏角將變小，工作副偏角將增大。 五.刀具幾何參數(shù)選擇案例分析 1.不銹鋼切削加工刀具幾何參數(shù)的選擇（1） 不銹鋼的主要切削特點(diǎn)1）切削力大 大家知道，不銹鋼材料的切削加工性極差，屬于難加工材料，其中奧氏體不銹鋼尤為突出，這種材料雖然硬度高，但塑性很好，因而在切削過程中塑性變形小，使切削力增加。在切削用量相同時(shí)，切

17、削奧氏體類不銹鋼耗能比低碳鋼約高50%。 2）加工硬化嚴(yán)重 在不銹鋼中，以奧氏體和奧氏體鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象最為突出，它們塑性大，塑性變形時(shí)晶格產(chǎn)生強(qiáng)烈歪扭；同時(shí)奧氏體穩(wěn)定性差，在切削力的作用下，部分奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，切削時(shí)易產(chǎn)生硬化層，這一現(xiàn)象均使加工硬化現(xiàn)象更明顯。 3）刀具易產(chǎn)生秥著磨損 不銹鋼材料在切削過程中產(chǎn)生的高溫下，與刀具材料親合性較大，使刀具與切屑間產(chǎn)生秥結(jié)、擴(kuò)散，從而造成刀具秥著磨損，降低刀具的使用壽命。 4）切削區(qū)局部溫度高 不銹鋼加工所需切削力大，分離消耗的功也大，產(chǎn)生的切削熱也就多，加上不銹鋼的導(dǎo)熱性不好（不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)約為45號(hào)鋼的1/41/2），使切削區(qū)域

18、的局部溫度很高。 （2） 刀具材料的選擇 切削不銹鋼時(shí)，由于加工硬化嚴(yán)重、切削力大、切削溫度高和刀具易磨損的特點(diǎn)，刀具應(yīng)選擇熱硬性和耐磨性好的材料。用高速鋼刀具切削不銹鋼，宜采用高性能高速鋼，特別是含鈷高速鋼和含鋁高速鋼。用硬質(zhì)合金切削不銹鋼時(shí)，可選用YN10、YW1、YW2、YG8N、YG813、YG532等牌號(hào)。需要注意的是，在不銹鋼的切削中，不易采用YT類普通硬質(zhì)合金刀具，而宜采用YG、YW類硬質(zhì)合金刀具加工不銹鋼（特別是含Ti不銹鋼），因?yàn)?，一方面YT類普通硬質(zhì)合金的韌性、熱導(dǎo)率與含Ti不銹鋼的秥結(jié)強(qiáng)度系數(shù)等都小于YG類、YW類硬質(zhì)合金刀具，另一方面，由于不銹鋼中的Ti和YT類硬質(zhì)合金

19、中的Ti產(chǎn)生親合作用，切屑容易把合金中的Ti帶走，使刀具磨損加劇。 （3） 刀具幾何角度的選擇 刀具切削部份的幾何角度，對(duì)于不銹鋼切削加工的生產(chǎn)率、刀具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影響；合理選擇和改進(jìn)刀具幾何參數(shù)是保證加工質(zhì)量、提高效率、降低成本的有效途經(jīng)。 1）前角的選擇 前角的大小決定刀刃的鋒利與強(qiáng)度。增大前角可以減小切屑變形，從而減小切削力和切削功率，降低切削溫度、提高刀具耐用度。但是增大前角，會(huì)使楔角減小，降低刀具強(qiáng)度，造成崩刃，使刀具耐用度下降。車削不銹鋼時(shí)，在不降低刀具強(qiáng)度的前提下，應(yīng)把前角適當(dāng)放大一些，在刀具前角大時(shí)其塑性變形小，切削力和切削熱降低

20、，加工硬化趨勢(shì)減輕，刀具耐用度提高，一般刀具前角宜選120200。 2）后角的選擇 在切削過程中，后角可以減小后刀面與切削表面的摩擦，若后角過大，則楔角減小，使散熱條件惡化，刀具刃口強(qiáng)度下降，降低刀具耐用度，若后過小，摩擦嚴(yán)重，則會(huì)使刃口變鈍，增大切削力，增高切削溫度，加劇刀具磨損。在一般情況下，后角變化不大，但必須有一個(gè)合適的數(shù)值，以利于提高刀具的耐用度。車削不銹鋼時(shí)，由于不銹鋼的彈性和塑性都比普通碳素鋼大，所以刀具后角過小會(huì)使切斷表面與車刀后角的接觸面積增大，摩擦產(chǎn)生的高溫區(qū)集中于刀具后角，加快車刀磨損，降低被加工表面光潔度，所以車削不銹時(shí)的車刀后角比車削普通碳素鋼時(shí)稍微大一些，但后角過大

21、，又會(huì)降低刀刃強(qiáng)度，直接影響車刀耐用度，因些，一般情況下，車刀后角宜為60100。 3）刃傾角s 由于采用較大的前角，刀尖強(qiáng)度會(huì)有所削弱，為增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度而又不使背向分力增加過大，刃傾角宜取較小的值，一般為-50-150。連續(xù)切削時(shí)取較大值，斷續(xù)切削時(shí)取較小值。 4）主偏角K r和副偏角Kr' 具體角度應(yīng)根據(jù)機(jī)床、零件、刀具系統(tǒng)的剛性和切削用量來選擇。在工藝系統(tǒng)剛度允許的條件下，盡可能選擇較小的主偏角和副偏角：K r=450750Kr'=80150。 5）排屑槽圓弧半徑 由于切削不銹鋼時(shí)不易斷屑，如果排屑不好，切屑飛濺容易傷人，若切屑在工件上，則容易損壞刀具和己加工表面的光潔度，

22、因些，應(yīng)在刀具前面刀刃處磨出圓弧排屑槽，使切屑卷曲后沿一定方向排出。其排屑的圓弧半徑和槽的寬度隨著被加工直徑的增大而增大，實(shí)踐證明，其圓弧半徑一般取25mm，槽寬取36.5mm。 6）負(fù)倒棱 切削不銹鋼的刀具，應(yīng)刃磨出負(fù)倒棱，以提高刀具強(qiáng)度，同時(shí)由負(fù)倒棱將車削時(shí)所產(chǎn)生的熱量分散到刀具前面和后面，減輕刀刃部份的磨損，以提高刀具耐用度。負(fù)倒刃的大小，要根據(jù)工件的加工余量來選定，余量越大，其負(fù)倒棱應(yīng)越大，一般負(fù)倒棱的寬度，粗車時(shí)為0.30.5mm，精車時(shí)為0.10.2mm，并帶有-30-50的負(fù)前角。 （4）切削用量的選擇 1）切削速度的選擇 不宜選擇過高，一般只切削普通碳素鋼的40%60%，并且由

23、于不銹鋼的牌號(hào)、熱處理狀態(tài)、工件加工方法等的不同，所選擇的切削速度也不盡相同。 2）背吃刀量 不宜選擇過小，以免在前道工序所留下的加工硬化層或毛坯外皮內(nèi)切削，一般取=0.44mm。 3）進(jìn)給量 不宜選擇過大，以免切削負(fù)荷太大，但也不宜過小，以免切削刃在上次進(jìn)給所形成的冷硬層內(nèi)工作，一般取f=0.10.5mm/r。 在加工不銹鋼中，我們除考慮上面的因素外，還要考慮切削加工中的冷卻，因些我們要根據(jù)實(shí)際加工情況、不銹鋼的牌號(hào)等選擇合適的切削液。車削不銹鋼常用的切削液的兩種，一種是硫化油，這種切削液價(jià)格便宜，可用于不銹鋼的粗加工；另一種是氯化碳+礦物油或其它油類，這種切削液適用于不銹鋼材料的精加工。

24、2.750強(qiáng)力車刀幾何角度分析 在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體加工條件和加工要求，靈活地運(yùn)用選擇原則，合理地選擇刀具幾何參數(shù)，在發(fā)揮各個(gè)參數(shù)有利因素的同時(shí)，更應(yīng)綜合考慮它們之間互相配合。大量的先進(jìn)刀具，都是使刀具各幾何參數(shù)產(chǎn)生有效的作用，能充分發(fā)揮刀具切削性能，保證加工質(zhì)量、提高切削效率和降低加工成本，從而促進(jìn)了金屬切削技術(shù)的發(fā)展。 強(qiáng)力切削是適用于粗加工和半精加工的高效率切削方法，一般是在有中等以上剛性和切削功率足夠的機(jī)床上進(jìn)行。強(qiáng)力切削的主要特點(diǎn)是：加工時(shí)選用較大的切削深度和進(jìn)給量、較低的切削速度，以達(dá)到高的金屬切除率和高的刀具耐用度。 由于強(qiáng)力切削選用的切削用量大，故切削力大，易產(chǎn)生振動(dòng)，不易斷屑，并增