刀具几何参数及其作用
刀具的几何参数及其对加工过程的影响
刀具的几何参数及其对加工过程的影响前角定义：前刀面与基面的夹角。
前刀面在基面之下称正前角，前刀面在基面之上称负前角。
影响因素：切屑变形、切削力、切削温度、切削功率、刀头强度、容热体积、导热面积、切屑的形态、断屑效果、加工质量影响过程：影响切削变形：前角增大，刀具锋利，塑性变形小，切削力小，温度小；影响切削热的产生：前角增大，可以减小切削热的产生，但导致刀头导热面积和容热体积减小。
影响刀具耐用度：前角小时：前角增大切削力小，温度小，耐用度增大；前角大时：前角增大刀头强度小，散热条件差，耐用度小。
影响切屑形态和断屑效果：前角减小会增大切屑的变形，使切屑容易卷曲和折断影响加工表面质量：前角增大塑性变形小，加工硬化小，振动小，有利于提高表面质量后角定义：主后刀面与切削平面之间的夹角。
影响因素：加工表面的质量、刀具耐用度、生产率影响过程：减小后刀面与加工表面之间的磨擦：后角越小，磨擦长度越大，磨损越厉害；增大后角，减小磨擦，提高表面质量和刀具耐用度后角越大，切削刃钝圆半径值越小，切削刃越锋利影响材料耗损：在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀具由新到磨钝，所磨去的金属体积较大，可提高刀具耐用度；但刀具径向磨损值NB增大，当工件尺寸精度要求较高时，不宜采用大后角；（P81图3-49）增大后角将使切削刃和刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减小；且NB一定时，磨耗体积小，刀具耐用度低。
主偏角和副偏角定义：主偏角是进给方向与主切削刃在基面上的投影之间的夹角。
副偏角是进给方向与副切削刃在基面上的投影之间的夹角。
影响因素：加工表面质量，刀具耐用度和生产率影响过程：影响已加工表面残留面积高度：减小主偏角和副偏角，可以减小加工表面粗糙度，特别是副偏角对加工表面粗糙度的影响更大。
影响切削层的形状：主偏角直接影响切削刃工作长度和单位长度切削刃上的切削负荷。
增大主偏角，切削宽度减小，切削厚度增大，切削刃单位长度上的负荷增大。
因此主偏角直接影响刀具的磨损和耐用度。
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。
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
刀具几何参数
第一.合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。
用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。
所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。
所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。
一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。
实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。
可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。
刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。
不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。
1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。
有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。
在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。
这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。
这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。
通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。
因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。
所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。
刀具的几何参数
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刀具的几何参数，机械百科―机械技术人员的百科全书！
（1）定义刀具角度的参考系：为了定义刀具切削部分的几何角度，需选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。 其中用于规定刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系称为刀具静止参考系，如图2-2所示。规定刀具进行 切削加工时几何参数的参考系称为刀具工作参考系。
法平面 P-n
假定工作 Pf 平面
背平面 Pp
通过切削刃上的选定点，且与切削刃垂直的平面。 通过切削刃上的选定点，垂直与基面且平行与假定进给运动方向的平面。
通过切削刃上的选定点，且垂直于基面和假定工作平面的平面。
（2）刀具角度的定义：刀具角度是刀具在静止参考系中的一组角度，其名称，表示符号及定义见表2-2。外圆车刀刀具角度见图2-3。 表2-2 刀具角度定义
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注：表中所列角度都只是过主切削刃选定点的角度（εr除外），过副切削刃选顶点的响应角度可仿照定义，并在角度符号右上角加一撇“′”以 示区别，例如车刀副偏为k′r，副后角为a′o。
（3）刀具角度的换算：制造或刃磨刀具时常需在不同坐标平面间进行刀具角度换算。各坐标平面间刀具角度的换算关系见表2-3
名称
前角法前角 前角 侧前角背前
角
符号 yo yn yf yp
定义
定义：前到面Ar与基面pr之间的夹角。在正交平面中测量、在法 平面中测量、在假定工作平面中测量、在背平面中测量。
ao
后角法后角 后角 侧后角背后
anHale Waihona Puke 角afap
刀具几何参数
第一.合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。
用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。
所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。
所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。
一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。
实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。
可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。
刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。
不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。
1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。
有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。
在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。
这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。
这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。
通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。
因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。
所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。
刀具切削部分的几何参数
（2）后角的正负——后面
与基面之间的夹角小于90o 时为正；等于90o时为零； 大于90o时为负。
（3）刃倾角的正负——刀
尖处于切削刃上最高点时为 正；最低点时为负；切削刃 与基面平行时，刃倾角为零。
1.4 刀具角度标注实例
（2）切削平面——通过切削刃的选 定点，垂直于基面并与主切削刃相切 的平面 。
（3）正交平面——通过切削刃的选 定点，垂直于主切削刃在基面上投影 的平面 。
三个平面相互垂直，组成空间的三 维直角坐标系。
（2）法平面—— 通过 切削刃上选定点并与切 削刃垂直的平面。
法平面参考系——法 平面、基面与切削平面 组成的参考系。
3.刀尖——三个刀面的交
点（主、副切削刃的交点）。
车刀切削部分的结构要素
1.3 刀具角度
1.车刀静止参考系假设
2.正交平面参考系
（1）不考虑进给运动的影响。 （2）车刀的安装使刀尖与工件 中心等高，刀杆轴线与工件轴线垂 直。 （3）刀刃平直，刀刃各点的切 削速度方向均相互平行。
（1）基面——通过切削刃的选定点， 垂直于该点切削速度方向的平面 。
面之间的夹角。
➢楔角——前面与后面之
间的夹角，它是派生角度 。
（4）在副截面中测量的角度
➢副前角—
—前面与基 面之间的夹 角。
➢副后角—
—副后面与 副切削平面 之间的夹角。
4.其他刀具标注参考系
1.法平面 、假 定工作平面和 背平面中度量 的角度仍然有 前角和后角。
5．刀具角度正负的规定
（1）前角的正负——前面
➢副偏角——副切削刃在
刀具切削部分的几何参数
a）
b）
c）
刃倾角对排屑方向的影响
• （3）正交平面Po内的角度 • 前角––––在正交平面Po内测量的前刀面Ar与基
面Pr间的夹角，记为γo；有正负之分，前刀面 Aγ位于基面之前角，γo<0°，反之γo>0°。 • 后角––––在正交平面Po内测量的后刀面Aα与切 削平面PS间的夹角，记为αo。 • （4）副刃正交平面Po‘内的角度 • 副后角––––在副刃正交平面Po‘ 内测量的副后刀 面Aα’与副切削平面PS‘间的夹角，记为αo’。
切削平面 Ps：过 切削刃上选定点， 与工件过渡表面相 切，与基面垂直。
五、刀具工作角度
• 1．进给运动的影响 （横切） 切削刃越接近工作中心， • 切断刀切断工件时，若不考虑进给dω运值越动小，，切μ值削较大刃，上γo选e 定A
的运动轨迹是一圆，因此该点的基越大面，是而过αoeA越点小，的甚工至作径向 平面Pγ，切削平面为过A点与Pγ垂变切为削直零就的或越切负不值利平，。面对P刀s具，的其前后 角γo、αo。当考虑进给运动后，切削刃上A点的运动轨迹 已是一阿基米德螺旋线，这时的切削平面Pse已是过A点 的阿氏螺线的切线，基面Pre已是A点的与Pse垂直的平面， 在这个测量坐标平面内的前角γoe、后角也不是原来的标 注角度γo、αo，此时：
实体减小时为正。作用：减小 主后刀面与工件加工表面间的 摩擦、主后刀面的磨损。过大， 刀刃强度下降，导热体积减小， 主后刀面磨损加快。粗加工和 承受冲击载荷时，选小值4°～ 6°，保证强度； 精加工时，选大值8°～12°， 保证表面质量。
刀具几何参数的合理选择
主偏角选择的具体原则 如下:
1．根据加工工艺系统刚性选择 粗加工、半精加工和工艺系统刚性不足时，为减小背 向力，减小振动，提高刀具耐用度，应选用较大主偏角， 一般主偏角为60 o～75 o。 2．根据加工材料选择 在加工高强度、高硬度材料时，为减轻单位长度切削 刃上的负荷，改善刀尖的散热条件，提高刀具强度和寿命， 应选取较小主偏角。 3．根据加工表面形状要求选择 在车阶梯轴时，选择主偏角=90o～92o；需要用一把刀 车外圆、车端面和倒角时，应选择主偏角=45o的车刀。
金属切削加工
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.前面型式的选择
（1）正前角平面型（图4.19a）——特点是结构简单、 制造容易、刀刃锋利，但刀尖强度较低、散热能力较差。
（2）正前角带倒棱型（图4.19b）——提高刀具刃口强 度、改善散热条件、增强刀具耐用度。
第十章 刀具合理几何参数的选择
第一节 前角及前刀面形状的选择
三、带卷屑槽的前刀面形状及其参数的选择
2、直线形卷屑槽 直线形卷屑槽的槽底角，对切屑的卷曲变形由直接 的影响。 一般取槽底角等于 110°~130° 3、全圆弧形卷屑槽 可获得较大的前角，而不至于使切削刃部分强度影 响很大。 4、卷屑槽长度Wn对切屑变形影响很大影响： Wn小，易断屑，太小，切屑飞溅； Wn大， 不易断屑。 一般取Wn=(7~10)f
后刀面
刀面
第二节 后角的选择
减小后角、设臵消振棱，可提高工艺系统刚性、提 高加工表面粗糙度的主要原因： a ：增加了后刀面与已加工表面之间的接触面积， 可以产生同振动位移方向相反的摩擦阻力； b：对已加工表面起一定的烫压作用。
（3）对尺寸精度要求较高的刀具，宜采用较小的 后角。原因：NB一定时，较小的后角可使刀具 耐用度提高（如前图10-8所示），切削尺寸稳定。 车削钢和铸铁时，后角一般取4°~ 6°；切断刀副后 角一般取1°~ 2°。见图10-10所示。
第二节 后角的选择
后角数值合理与否直接影响已加工表面 的质量、刀具使用寿命和生产率。 后角的功用 ①影响后刀面与加工表面之间的摩擦
② 影响加工工件的精度 ③影响刀具耐用度和刃口的强度
第二节 后角的选择
一、增大后角，可提高刀具耐用度的原因
1、增大后角，可减小弹性恢复层与后到面的接触 长度，因而减小后刀面的摩擦与磨损； 2、后角增大，楔角减小，刀刃钝圆半径减小，可 减小工件表面的弹性恢复； 3、在磨损标准VB一定的情况下，后角的增大，可 使刀具磨去较大体积的刀具材料，因而增加了刀 具寿命。 后角太大时，由于楔角的减小，将消弱切削刃 的强度。 如下图所示
下，能够获得最高刀具耐用度，达到提高效率或
降低生产成本的几何参数。
刀具主要参数及应用
以上只是定性地分析了选取刀具几何角度大小的原则，具体的数值通常要从专业手册 上查取。为了设计、制造和测量的需要，有时必须计算出在其它截面上的前角和后角值，需 要计算在任意截面 Pi、径向截面 Pp 及走刀方向截面 Pf 上的前、后角值，如图 8 所示的γi、 αi，及背前角γp、背后角αp、侧前角γf、侧后角αf，都可由以下公式计算得出：
前刀面是直接挤压金属形成切屑并引导切屑排出的表面，它与切屑产生剧烈的摩擦， 金属变形的热量和与切屑摩擦的热量是刀具两个主要的热源，因此前刀面刀尖附近区域的温 度很高。前刀面的形状、倾角是刀具控制切屑卷曲、折断和流向的要素。
图 6 车刀的工作状态及几何要素
主后面是与前刀面共同构成刀具切削楔和主切削刃的表面，主后面与过渡表面或切削 表面之间的摩擦是切削过程的第三个热源。为了减少摩擦，在切削楔与工件的过渡表面或切 削表面之间须形成必要的隙角。
刃倾角(λs)表示切削刃倾斜的程度和方向。水平的切削刃为λs=0；刀尖处于刀刃低位 的倾斜为λs＜0，λs 为负值；刀尖处于刀刃高位的倾斜为λs＞0，λs 为正值。刃倾角的作 用一是控制切屑的流向，在外圆车削时负的刃倾角可使切屑向待加工表面方向流出，保护了 已加工表面不被切屑划伤。在镗孔时正的刃倾角可引导切屑流向孔外，避免了切屑在孔内的 缠绕和对孔壁的划伤；用于通孔攻丝的螺尖丝锥，切削部分为负刃倾角，使切屑往前端排出， 不干涉后面校正部分的切削。二是可改变刀刃切入工件时受力的位置，保护刀尖并使切入过 程平稳，如负刃倾角车刀，或者减少断续切削时切削力的波动，使切削过程平稳；又如螺旋 刃的可转位铣刀刀片和立铣刀的螺旋刃，其螺旋角即刃倾角，使断续切削的铣削平稳轻快。
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。
刀具前角、后角和主、副偏角的功用及其选择
刀具前角、后角和主、副偏角的功用及其选择刀具前角、后角和主、副偏角的功用及其选择分类：机械切削一、前角的功用及合理前角值的选择从金属切削的变形规律可知，前角(γ。
)是切削刀具上重要的几何参数之一，它的大小直接影响切削力、切削温度和切削功率，影响刃区和刀头的强度、容热体积和导热面积，从而影响刀具使用寿命和切削加工生产率。
选择合理的前角，是刀具设计的重要问题。
1.前角的主要功用(1)影响切削区域的变形程度：若增大刀具前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。
第四章图4—14所示，为前角γ。
对三个切削分力的影响，当前角增大时，Fc、Fp、Ff力均显著减小，这是增大前角的有利方面。
(2)影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件：增大刀具前角，会使切削刃与刀头的强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小；过份加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力，造成崩刃。
这些都是增大前角的不利方面。
(3)影响切屑形态和断屑效果：若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。
(4)影响已加工表面质量：前角与表面质量的关系，在第九章已有论述。
值得法意的是，前角大小同切削过程中的振动现象有关，减小前角或者采用负前角时，振幅急剧增大，如图10—5所示。
2.合理前角的概念从上述前角的作用可知，增大或减小前角，各有其有利和不利两方面的影响。
例如，从切削热的产生和散热来说，增大前角，可以减小切削热的产生，切削温度不致太高；但如果前角太大，则因刀头导热面积和容热体积减小，切削温度反而升高。
在切削很硬的材料时，应用较小的前角，甚至选用适宜的负前角，以加强切削刃，并改善刀头容热和散热条件；但若是前角太小，或取很大的负前角，则因切削变形严重，产生热量多，来不及散逸，结果还会使切削温度上升。
可见，在一定的条件下，前角有一个合理的数值。
图10—6为刀具前角对使用寿命影响的示意曲线。
浅析车刀几何参数对切削加工的影响
2011 9OCCUPATION 2011 9P A I C ON O T AT PA U CU C CC OC OCCU NO CCUPATION 178浅析车刀几何参数对切削加工的影响文/孙 建本文具体分析主、副偏角，前角、后角和刃倾角对切削加工的影响。
一、主、副偏角对切削加工的影响1.主偏角K r 对切削分力的影响由背向力F p ＝FD cos k r ；进给力F f ＝FD sin k r 的计算公式可知主偏角影响切削分力的大小。
当主偏角k r 增大时，进给力F f 增加，背向力F p 减小，而背向力易使工件在水平面内变形，影响加工精度，并引起振动。
2.主、副偏角影响切削加工残留面积高度在理想的切削条件下，刀具相对工件作进给运动时，在加工表面上残留下切削层残留面积，形成理论粗糙度。
这个粗糙度值的大小与主、副偏角有很大关系。
对尖刀尖而言，如下图所示：由上图可看出，∵AD=CD×ctg k r ´；BD=CD×ctg k r ∴AD+BD=CD×ctg k r ´+CD×ctg k r =CD×(ctg k r +ctg k r ´)又∵AD+BD=f CD=H ∴f =H ×(ctg k r +ctg k r ´)∴H =f /ctg k r +ctg k r ´ （1-1）在精加工中，为获得较高的表面质量，即减小切削层的残留面积的高度，应选择比较小的进给量f 和主、副偏角比较小的刀具。
3.主偏角、副偏角直接影响主切削刃单位长度上的负荷、刀尖强度和散热条件由公式h D ＝f ×sin k r ，b D ＝a p /sin k r 可知：当切削深度a p 和进给量f 为定值时，主偏角k r 、副偏角减小时，切削层厚度h D 减小，切削层公称宽度h D 增大。
此时会使作用在主切削刃上单位长度的负荷减小，且刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，有利于提高刀具耐用度，反之亦然。
章刀具几何参数的合理选择
几何角度、刃形、刃面、刃区型式及参数
1. 一、刃形
2. 刃形是指切削刃的形状，有直线刃、折线刃、圆弧刃、
3. 月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃等。
二、 切削刃刃区的剖面形式
通常将切削刃的剖面形式简称为刃区形式。
三、 刀面形式及参数
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，都是常见的刀面形式。
（四）副偏角的选择
副偏角的主要作用是形成已加工表面。
副偏角↓→ Ra↓刀尖强度↑散热体积↑
副刃工作长度↑→ 摩擦↑Fp↑易振动→Ra↑，T↓ 在一定条件下，存在一合理值。系统刚性好，取较小值；
刚性差，取较大值,参考表2-13。
（五）刃倾角的选择
1.刃倾角的作用 ①影响刀刃锋利性.λ s↑→γ
0e
四、刀具几何参数的合理选择
（一）前角的选择
1.前角的作用 γ
0
↑→变形程度↓→F↓ q ↓→θ ↓→T↑振动↓质量↑ 刀刃和刀头强度↓散热面积容热体积↓断屑困难
在一定的条件下，存在一个合理值
对于不同的刀具材料和工件材料，T 随γຫໍສະໝຸດ 0的变化趋势为驼峰形。
高速钢的合理前角比Y合金的大。 加工塑材的合理前角比脆材的大
↑、rn ↓→ ↑锋利性
②负刃倾角→刀头强度↑散热体积↑
③负刃倾角→ Fp↑→变形↑，易振动→Ra↑ ④正λ s切屑流向待加工表面，负λ s切屑流向已加工表面 在一定条件下， 存在一合理值
2.刃倾角的选择原则
①粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，λ s取负值；
②精加工、系统刚性差（细长轴），λ s取正值； ③微量极薄切削，取大正刃倾角。
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削刃上各点切削角度的数值也就不一定相等。
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2.2 刀具标注角度的参考系
❖ 刀具的标注角度是设计、制造和刃磨刀具所需要的 角度。标注角度应在选定的参考平面所构成的坐标 系中确定,它与刀具工作时的切削角度不同，标注角 度的切削平面与基面的定义不考虑进给运动，因而，
这时的切削平面ps只包含切削刃在其选定点的切线 和切削速度向量，基面pr则是通过该点面垂直于切
(9)数控机床刀具 刀具配置根据零件工艺要求而定， 有预调装置、快速换刀装置和尺寸补偿系统。
(10)特种加工刀具 如水刀等。
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二、刀具的结构几何参数
❖ 金属切削刀具包含刀柄和切削部分,刀柄是指刀具上 的夹持部分，切削部分是刀具上直接参加切削工作的 部分。在某些刀具(如外圆车刀)上切削部分也称为刀 头。有些刀具(如麻花钻)还有导向部分。
❖ 度量刀具几何参数的参考系分两类。一类是刀具的静 止参考系，是用于定义刀具的设计、制造、刃磨和测 量时几何参数的参考系，它不受刀具工作条件变化的 影响，即只考虑主运动和进给运动的方向，不考虑进 给运动的大小，刀具的安装定位基准与主运动方向平 行或垂直;另一类是刀具的工作参考系，即规定刀具 切削加工时的几何参数的参考系，它与刀具安装情况、 切削运动大小和方向等有关。
§1-2 刀具的几何参数
一、刀具的类型
❖ 金属切削刀具是完成切削加工的重要工具,它直接参 与切削过程，从工件上切除多余的金属层。因为刀具 变化灵活、收效显著，所以它是切削加工中影响生产 率、加工质量和成本的最活跃的因素。在数控机床的 自身技术性能不断提高的情况下，刀具的性能直接决 定机床性能的发挥。
(3)拉刀类 在工件上拉削出各种内、外几何表面的刀具, 生产率高，用于大批量生产，刀具成本高。
(4)铣刀类 是一种应用非常广泛的在圆柱或端面具有多 齿、多刃的刀具。它可以用来加工平面、各种沟槽、 螺旋表面、轮齿表面和成形表面等。
(5)螺纹刀具 指加工内、外螺纹表面用的刀具。常用
的有丝锥、板牙、螺纹切头、螺纹液压工具以及车刀、
相切并垂直于基面的平面。也就是切削刃的切线与
合成切削运动向量构成的平面。显然，切削刃上同
一点的基面与切削平面是互相垂直的。
❖ 应该指出，上述切削平面和基面的定义是在刀具与
工件的相对运动状态中给出的，是广义定义。根据
上述定义分析刀具角度时，对于同一切削刃上的不
同点，可能有不同的切削平面和基面，因而同一切
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2．刀具的几何参数
2.1 确定刀具切削角度的参考平面
❖ 刀具要从工件上切下金属,就必须具备一定的切削角 度，这些角度决定了刀具切削部分各表面的空间位 置。
❖ 如后图所示，图中标出宽刃刨刀的前角和后角，于 是就确定了刨刀前刀面和后刀面的位置。但是刨刀 的前角和后角需要在选定的参考平面作为坐标系的 基础之后才能表明其大小。后图中所示的基面和切 削平面就是选作坐标系的参考平面。
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❖ 由于大多数加工表面都不是平面,而是空间曲面，不 便于直接用来作为参考平面，因此，将构造刀具角 度坐标系的参考平面定义如下。
❖ (1)基面pr 通过主切削。
❖ (2)切削平面ps 通过主切削刃上选定点，与切削刃
❖ 为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀 具放在一个确定的参考系中，用一组确定的几何参 数确切表达刀具表面和切削刃在空间的位置，该几 何参数就是刀具的几何参数。
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❖ 测量平面、切削平面和基面组成了刀具标注角度参考 系。目前各国由于选用的测量平面不同,故所采用的 刀具标注角度参考系也不完全统一。现以外圆车刀为 例，说明几种不同的刀具标注角度参考系。
❖ 各类金属切削刀具切削部分的形状和几何参数，都可 由外圆车刀切削部分演变而来，因此我们以外圆车刀 为例研究金属切削刀具的几何参数。
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1．刀具切削部的组成 如图所示,外圆车刀的切削部分 包括以下要素:
(1)前(刀)面 A 切屑流过的刀面;
(2)主后(刀)面 A 与加工表面相对的刀面； (3)副后(刀)面 A 与工件已加工表面相对的刀面；
(4)主切削刃 担任主要切削工作，由前刀面与主后刀
面相交的棱边形成；
(5)副切削刃 担任少量切削工作，由前刀面与副后刀 面相交的棱边形成；
(6)刀尖 主、副切削刃联接处的一部分切削刃，常指
它们的实际交点。
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刀具切削部分的组成要素
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❖ 在实际刀具上常见的刀尖结构有:
削速度向量的平面。除此之外，为了便于刃磨和检 验刀具的标注角度，还应尽可能使刀具标注角度的 参考平面和刀具的刃磨检验基准面一致，所以要根 据不同刀具的情况，对刃磨检验时刀具的安装定位 面做某些规定。
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❖ 实际上,除了由上述切削平面和基面组成的参考平面 系以外，还需要选一个用来标注和测量刀具前、后 角度的平面，即“测量平面”。图中标注刨刀角度 的N-N平面就是测量平面。它是垂直于刨刀直线切 削刃的法剖面。通常，根据刃磨和测量的方便等需 要，可以选用不同的平面作为测量平面。在切削刃 上同一选定点测量其角度时，如果测量平面选得不 同，刀具角度的大小也就不同。
❖ 根据用途和加工方法不同，刀具有如下几大类:
(1)切刀类 包括车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀、 自动机床和半自动机床用的切刀以及一些专用切刀。 一般多为只有一条切削刃的单刃刀具。
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(2)孔加工刀具 是在实体材料上加工出孔或对原有孔扩 大孔径(包括提高原有孔的精度和减小表面粗糙度值) 的一种刀具。如麻花钻、扩孔钻、锪钻、深孔钻、铰 刀、镗刀等。
梳刀等。
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(6)齿轮刀具 用于加工齿轮、链轮、花键等齿形的一类 刀具。如齿轮滚刀、插齿刀、花键滚刀等。
(7)磨具类 用于表面精加工和超精加工的刀具。如砂轮、 砂带、抛光轮等。
(8)组合刀具、自动线刀具 是根据组合机床和自动线特 殊加工要求设计的专用刀具,可以同时或依次加工若 干个表面。