刀具角度对车削质量的影响

车刀角度对切削加工的影响（以车削为例）
大前角刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。

但易产生崩刃。

后角作用主要是减少后刀面和过渡表面之间的摩擦。

增大后角可减少摩擦，
提高已加工表面质量和刀具使用寿
命，并使切削刃锋利。

但是后角过大，
楔角减小，降低切削刃的强度，减少
散热体积，磨损反而加剧，降低刀具
的耐用度。

主偏角影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。

减少κr，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用度提高，使已加工表面粗糙度减小。

较小的主偏角容易形成长而连续的螺旋屑，不利于断屑，因此对切屑控制严格的自动化加工，宜取较大的主偏角。

副偏角影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度。

减少κr´，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度，改善散热条件。

过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起
震动，降低表面质量和刀具耐用度。

副偏角的大小主要根据已加工表面粗糙度要求和刀具强度来选择，不引起振动的情况下，尽量取小值。

车刀的角度对加工质量及效率的影响
车刀的主要标注角度有以下5个：
1.前角
2.主后角
3.主偏角
4.副偏角
5.刃倾角
根据经验主偏角和副偏角构成刀尖角度，这个角度要根据粗精加工而定，粗加工时由于主要目的是去除大量的余量，所以这个角度可以适当的大一些，以适应大的进给量；精加工时，余量较少，要保证好的表面质量，所以刀尖角度要小，断屑槽要开的深一些，以免切屑流经已加工表面划伤工件表面。

还有刃倾角，负的刃倾角可以保护切削刃，承受大的进给量，反之则可以提高表面质量。

车刀前角对刀具切削性能影响的研究
关于前角大小要根据加工工艺和工件
材料来选择！
1.前角有正前角和负前角之分（还有一种是0度前角多用于石墨加工）
2.取正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹性变形和切屑流出时与前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热，使切削轻快，提高已加工表面的质量。

3.取负前角的目的是在于改善刃部的受力状况和散热条件,提高切削刃强度和耐冲击能力。

4.加工塑性材料时,因切屑呈带状,沿刀具前面流出时和前面接触长度L较长,摩擦较大,为减少变形和摩擦,一般采用正前角.
工件材料塑性愈大,强度和硬度愈低时,前角应选得愈大。

加工脆性材料时,产生崩碎切屑,切屑与刀具前面接触长度L较短,切削力集中作用在切削刃付近,且产生冲击,容易造成崩刃,所选前角应比加工塑性材时小一些,以提高切
削刃强度和散热能力。

其他：加大前角可抑制或消除积屑瘤,降低径向切削分力。

加工硬度高时,机械加度大及脆性材料时,应取较小的前角;
加工硬度低,机械强度小及塑性材料时,取较大的前角;
粗加工应取较小的前角,精加工取较大的前角;
高速切削时,前角对切屑的变形及切削力的影响较小,可取较小的前角.
机床、夹具、工件、刀具系统刚性差时，应取较大的前角；
车刀几何角度对切削加工的影响
刀具的几何角度
石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；
（1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角
加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。

负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。

（2）后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。

刀具后角过大后，切削振动加强。

（3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长，切削阻力最大，刀具承受的切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。

当螺旋角去较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。

因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择方面一定要多加注意。

通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试，PARA刀具优化了相关刀具的几何
角度，从而使得刀具的整体切削性能大大提高。

3、刀具的涂层
金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择，也最能体现石墨刀具优越的使用性能；金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质
合金的强度及断裂韧性；但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本的投入都是很大的，所以金刚石涂层在近期不会有太大发展，不过我们可以在普通刀具的基础上，优化刀具的角度，选材等方面和改善普通涂层的结构，在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。

金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角
度有本质的区别，所以在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，其几何角度可适当放大，容削槽也变大，也不会降低其刀具锋口的耐磨性；对于普通的TiAlN涂层，虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高，但比起金刚石涂层来说，在加工石墨时它的
几何角度应适当放小，以增加其耐磨性。

对金刚石涂层来说，目前世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术，但是至今为止，国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲；PARA作为一款优秀的石墨加工刀具，同样采用目前世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理，以确保加工寿命的同时，保证刀具的经济实用。

4、刀具刃口的强化
刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视，而又是十分重要的问题。

金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口，存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。

石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。

刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。

5、刀具的机械加工条件
选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相
当大的影响。

（1）切削方式（顺铣和逆铣），顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。

顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零，刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象，工艺系统的刚性好，切削振动小；逆铣时，刀具的切入厚度从零增加到最大，刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划
擦一段路径，此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒，都将引起刀具的弹刀或颤振，因此逆铣的切削振动大；
（2）吹气（或吸尘）和浸渍电火花液加工，及时清理工件表面的石墨粉尘，有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响；
（3）选择合适的高转速及相应的大进给量。

综述以上几点，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件，在刀具的
使用寿命中扮演者不同的角色，缺一不可，相辅相成的。

一把好的石墨刀具，应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本
其他回答：精车机夹车刀一般采用工作前角20°，主后角8°～9°，楔角b≤62°。

通过切削实践可知，增大楔角会使切削抗力增大，反之减小楔角，切削抗力也会减小，在精加工时应采用较小楔角，从而使刀具锋利，切削轻快。

刃倾角通常选为0°～1°，选择小的刃倾角能使切屑在断屑槽内向刀体后部排出，以免划伤已加工表面。

副后角、副偏角较小，使副后刀面与工件已加工面有较长的接触面积，达到修整切削谷峰轨迹、降低表面粗糙度的目的。

主偏角为90°，既能降低径向切削抗力，又能适应多台阶零件的加工。

摘要：合理选择车刀几何角度，有利于改善加工条件，提高被加工工件质量，延长刀具与设备的使用寿命，本文从车刀几何角度对切削力、切削热和刀具耐用度影响等角度，分析车刀几何角度选择的一般原则。

关键
词：几何角度；切削力；切削热；耐用度中图分类号：TG50 文献标识码：B 文章编号：1008－3219（2002）01－0069－02
车刀几何角度是指车刀切削部分各几何要素之间，或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。

它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空间位置。

根据“一面二角”理论可知，车刀的独立标注角度有六个，它们分别是：确定车刀主切削刃位置的主偏角Kr和刃倾角λs；确定车刀前刀面Ar与后刀面Aa的前角ro和后角ao；确定副切削刃及副后刀面Aa′的副偏角Kr′和副后角ao′（见图1）。

这些几何角度对车削过程影响很大，其中尤其以主偏角Kr、前角ro、后角ao和刃倾角λs的影响更为突出，科学合理地选择车刀的几何角度，对车削工艺的顺利实施起着决定性作用。

下面就从车刀几何角度对切削力、切削热和刀具的耐用度的影响分析着手，本着使切削轻便、质量稳定，延长刀具
使用寿命的宗旨，确定科学的车刀几何角度的一般性原则。

一、车刀几何角度对切削力的影响
在金属切削时，刀具切入工件，将多余材料从工件上切除会产生强烈的力的作用，这些力统称为切削力。

切削力主要来源于被加工材料在发生弹性和塑性变形时的抗力和刀具与切屑及工件表面之间的摩擦作用。

根据切削力产生的作用效果的不同，可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。

它们分别是：主切削力Fz，进给抗力Fx和切深抗力Fy，其中Fz是切削总力Fr沿主运动切向分解而得，是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率的主要依据；Fx也叫轴向力，它是Fr沿工件轴向的分力，是设计进给机构，计算车刀进给功率所必需的；Fy也叫径向力，它是Fr沿着工件径向的分力，它不消耗机床功率，但是当机床或工艺系统刚度不足时，易引起振动。

（一）前角ro对切削力的影响
前角ro增大，剪切角Φ随着增大，金属塑性变形减小，变形系数ξ减小，沿前刀面的摩擦力减小，因此切削力减小。

但对于脆性材料而言，前角ro的变化则不会对车削力产生较大的影响，这是因为脆性材料在车削时，切屑变形和加工硬化都很小，变形抗力自然会随之减小。

同时，实验还证明，前角ro的增大，对切削分力Fx、Fy的影响程度也不一样，当主偏角Kr较大时，对Fx 的影响较明显，而当主偏角Kr较小时，则对Fy的降低幅度更大些（见图2）。

（二）主偏角Kr对切削力的影响
主偏角Kr的改变，使得切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变，从而使切削力也随之变化。

实验证明，主偏角Kr
增大，切削厚度也随之增大，切削变厚，切削层的变形减小，因此主切削力也随之减小，如图3所示。

但当Kr增大到60°－75°后，Fz又随着Kr的增大而有所回升，这是因为此时刀尖圆弧所占的切削工作比例增
大，使切屑变形和排屑阻力增大，又使主切削力Fz增大。

根据切削力分解公式：Fy＝FxycosKr；Fx＝FxysinKr可知，主偏角Kr 增大，使Fy减小，Fx增大，这有利于减轻工件的变形和系统的振动。

因此，在工程上我们往往采用较大主偏角的车刀切削细长轴类零件，来减小径向分力Fy。

（三）刃倾角λs对切削力的影响
刃倾角λs对主切削力Fz影响很小，但对进给抗力Fx和切深抗力Fy的影响较大。

当λs减小时，使刀具受到的正压力的方向发生了变化，从而改变了切削合力Fr 及其分力Fxy的作用方向，使Fy增大，Fx 减小。

由此可见，从切削力角度分析，切削时不宜选用过大的负刃倾角，否则会增大Fy 的作用而产生振动。

二、车刀几何角度对切削热的影响
车削过程所消耗的能量，除了极少部分用以形成新表面和潜藏能以外，绝大部分都
转换为热能，以切削热的形式表现出来，使工艺系统的温度升高。

分析可知，车削时热量主要来源于切屑的变形功和前、后刀面的摩擦功。

这些热量产生后又将通过切屑、工件、刀具和周围介质传出，使产热与散热达到动态平衡状态，此时工艺系统的切削温度就是稳态切削温度。

影响切削热与切削温度的因素很多，这里分析车刀几何角度对其产生的影响。

（一）前角ro对切削温度的影响
前角增大，使切削力下降，切屑的变形和工艺系统的摩擦减轻，使产生的切削热减少，从而降低了切削温度。

事实上，切削温度的高低不仅取决于工艺系统产生热量的多少，还受工艺系统散热条件的影响。

实验证明，当车工的前角增大到16°左右时，由于车刀的楔角减少后使刀具的散热条件变差，切削温度反而有一些回升。

（二）主偏角Kr对切削温度的影响
主偏角Kr减小时，使切削宽度增大，切削厚度减小，切削变形和摩擦减轻，同时，切削宽度增大后，散热条件改善，又有利于降低切削温度。

因此，当工艺系统刚性足够时，采用小的主偏角切削，是降低切削温度、提高刀具的耐用度的一个重要措施，尤其是切削难加工材料时效果更显著（见图4）。

三、车刀几何角度对刀具耐用度的影响
车刀在切削加工过程中，受切屑和工件表面的摩擦，使用一段时间后，它就会钝化，从而失去其切削的能力，这时就要对刀具进行重磨或更换刀片。

刀具的耐用度就是用来衡量刀具连续切削时间长短的参量。

它是指刀具从开始使用至达到磨损限度为止所用
的切削时间，它是衡量刀具切削性能的重要指标。

由于刀具几何角度对耐用度的影响较大，合理选择刀具几何角度，可以大幅度提高刀具的耐用度，因此刀具的耐用度也是衡量刀具几何角度先进与否的重要标志。

（一）前角ro对刀具耐用度的影响
适当增大前角，有利于减少切削力，降低切削温度，使刀具的耐用度提高。

但是，如果前角增大到一定值以后，会使刀刃强度下降，散热条件逐渐变差，而且刀刃易于产生破损，耐用度反而会下降。

因此前角ro 对刀具耐用度的影响呈山峰状，它的峰顶处前角值使刀具的耐用度最高，切削不同的材料时，刀具的耐用度达到最高时的前角值也不相同（见图5）。

（二）主偏角Kr对刀具耐用度的影响
主偏角减小，增加了刀具强度，改善了刀具的散热条件，使刀具的耐用度升高。

另外，适当减小副偏角Kr′还能降低摩擦，提高刀具强度，改善散热条件，使刀具耐用度升高。

当然，随着主偏角Kr和副偏角Kr的减小，会使系统的切深抗力Fy增大，当系统刚性不足时，会引起振动而影响加工质量。

四、如何选择科学合理的几何参数评价车刀的几何角度对车削工艺过程的影响，应该用辩证的观点去分析，同时还应该综合考虑车刀几何角度对切削过程中的切削力、切削热和刀具耐用度的影响，选择科学合理的几何参数。

（一）车刀前角选择原则
前角主要影响切削过程中的变形和摩擦、刀具强度，改变散热条件，影响刀具的耐用度。

选择前角时，应该综合考虑材料和加工工艺的要求。

一般认为，在刀具强度允许的条件下，尽量选用大前角。

例如，高速钢的强度高、韧性好，硬质合金脆性大、怕冲击，因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具的前角大5°左右，陶瓷刀具的脆性更大，前角不能太大。

另外，如果被加工的材料导热系数低，应该选择小前角车刀，以改善系统的散热效果，提高车刀的耐用度。

特别需要说明的是，在加工高强度材料时，为了防止车刀的破损，常采用负前角，以提高车刀的使用寿命。

（二）车刀后角的选择原则
后角主要影响切削时的摩擦和刀具强度。

当工件材料的强度、硬度较高时，宜取较小后角，以提高刀具强度；当工艺系统刚性较差时，应适当减小后角，防止系统产生振动；当加工精度要求较高时，应采用小后角。

（三）主偏角的选择原则
主偏角主要影响刀具强度、耐用度和工艺系统加工的稳定性。

一般认为，在工艺系统刚性不足时，常取较大主偏角，以减小切削力。

加工高强度、高硬度材料时，取较小主偏角以提高刀具的耐用度。

副偏角影响工件的表面质量和刀具强度，在系统不易产生振动和摩擦的条件下，应选择较小的副偏角。

（四）车刀刃倾角的选择原则
刃倾角主要影响切屑的倾向和刀具的强度及其锋利程度。

在无冲击的正常车削
时，刃倾角一般取正值，如果切削时有间断冲击，选择负刃倾角能提高刀头强度，保护刀尖。

当系统刚性不足时，不宜采用负刃倾角，否则会因为切深抗力Fy的增大，引起系统的振动而影响加工质量。