刀具的几何参数
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。
刀具几何参数
底座为圆盘形，在零度 线左右方向各有100o角度， 用于测量车刀的主偏角和 副偏角，通过底盘指针读 出角度值；工作台可绕底 座中心在零刻度线左右 100o范围内转动；定位块 可在平台上平行滑动，作 为车刀的基准
大扇形刻度盘上有 正负的刻度，用于测 量前角、后角、刃倾 角，通过测量片的指 针指出角度值
节状切屑
节状切屑又称挤裂切屑。切屑上各滑移面 大部分被剪断，尚有小部分连在一起，犹 如节骨状。它的外弧面呈锯齿形，内弧面 有时有裂纹。这种切屑在切削速度较低， 切削厚度较大的情况下产生。出现节状切 屑时，切削过程不平稳，切削力有波动， 已加工表面粗糙度较大。
粒状切屑(单元切屑)
切屑沿剪切面完全断开，因而切屑呈粒 状(单元状)。当切削塑性材料，在切削速度 极低时产生这种切屑。出现粒状切屑时切 削力波动大，已加工表面粗糙度大。
测量片有主平面 （大平面）、底平面、 侧平面三个成正交的 平面组成，在测量过 程中，根据不同的情 况可分别用以代表剖 面、基面、切削平面 等
原始位置调整
• 在基面Pr内测量主偏角Kr和副偏角K'r
在切削平面Ps内测量刃倾角λs
在切削平面内所度量的主 刀刃和基面的夹角 测量方法：旋转测量片，即旋 转底平面（基面）使其与主 刀刃重合
●在自动机或自动线上，宝塔状切屑是一 种比较好的屑形。
●车削铸铁、黄铜等脆性材料时，为避免 切屑飞溅伤人或损坏滑动表面，应设法使 切屑连成卷状。
只有在立式床上镗盲孔时，为了使切屑顺利排出孔外，才 要求形成带状切屑或长螺卷屑。
●C形屑不缠绕工件，也不易伤人，是 一种比较好的屑形。但C形屑高频率的碰撞 和折断会影响切削过程的平稳性，对已加 工表面粗糙度有影响，所以精车时希望形 成长螺卷屑。
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°
跳到 P130
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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。
9
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。
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。
§1-2刀具的几何参数
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， 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， 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 如外圆车刀)上切削部分也称为刀 部分。在某些刀具 如外圆车刀 上切削部分也称为刀 有些刀具(如麻花钻 还有导向部分。 如麻花钻)还有导向部分 头。有些刀具 如麻花钻 还有导向部分。 各类金属切削刀具切削部分的形状和几何参数， 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， 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。 为例研究金属切削刀具的几何参数。
刀具切削部分的组成要素
在实际刀具上常见的刀尖结构有： 在实际刀具上常见的刀尖结构有：
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， 刀具要从工件上切下金属，就必须具备一定的切削 角度， 角度，这些角度决定了刀具切削部分各表面的空间 位置。 位置。 如后图所示，图中标出宽刃刨刀的前角和后角， 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。 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 基础之后才能表明其大小。 削平面就是选作坐标系的参考平面。 削平面就是选作坐标系的参考平面。
′
与工件已加工表面相对的刀面； 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 主切削刃 担任主要切削工作， 面相交的棱边形成； 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 副切削刃 担任少量切削工作， 面相交的棱边形成； 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 副切削刃联接处的一部分切削刃， 刀尖 它们的实际交点。 它们的实际交点。
刀具的几何参数
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（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
机械制造技术基础 第二章 第七节 刀具合理几何参数的选择
3、前刀面形式的选择（负倒棱和刃口钝圆及卷屑槽） ⑴ 负倒棱 ① 负倒棱主要作用： 优点：增强切削刃，减小刀具破损；此外，刀具倒棱处的楔角较大，使散热条件也
3、副偏角的选择原则 ⑴ 在不引起振动的情况下 副偏角κγ’易取较小值。 精加工时， κγ’取得更小，有时还可磨出修光刃。 ⑵ 加工高硬度、高强度或断续切削 副偏角κγ’易取较小值。
⑶ 切断刀及切槽刀受结构及强度的限制 4、刀尖形式的选择
κγ’取值很小， κγ’=1°~3°。
⑴ 圆弧过渡刃 圆弧形过度刃不仅可提高刀具寿命，还可大大减小已加工表面粗糙度，精加工时常 采 用 圆弧过渡刃。但它需在专用磨床上刃磨。 ⑵ 直线形过渡刃 粗加工时，背吃刀量比较大，为减小径向分力Fy和振动，通常取较大的主偏角。但这 时刀尖强度较差，散热条件恶化。为改善这种情况，提高刀具寿命，常常磨出直线性的过 渡 刃。 通常，取κγε=0.5κγ，bε=0.5~2mm.
第七节
刀具几何参数
刀具合理几何参数的选择
刀具的切削角度（γo、αo、κr、κr’、λs) 前刀面的形式（平的、带倒棱的、带卷屑槽的前刀面）
切削刃的形状（直线型、折线形、圆弧形） 合理几何参数：在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具寿命，从而能够达到提高切削 效率或降低生产成本目的的几何参数。
Leabharlann 、刃倾角的选择1、刃倾角主要的作用 ⑴ 控制切屑流出方向
λs=0°时，切屑近似沿垂直切削刃的方向流出； λs＞0°时，切屑流向待加工表 面； λs＜0°时，切屑流向已加工表面。
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。
刀具合理几何参数的选择
刀具的几何参数包括刀具的切削角度，刀面的形式(如平前刀面，带卷屑断屑槽的前刀面、波形刀面等)以及切削刃的形状(直线形、折线形、圆弧形等)。
刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削温度和刀具磨损都有显著影响，从而影响切削加工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。
刀具的合理几何参数．是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。
选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、刀具材料、刀具类型，也与切削用量、工艺系统刚性和机床功率等因素有关。
第一节前角及前刀面形状的选择一、前角的功用及选择前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度，直接影响切削过程。
前角有正前角和负前角之分。
取正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切削轻快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。
但前角过大时，楔角过小，会削弱切削刃部的强度并降低散热能力，反而会使刀具寿命降低。
由图可知，加工不同材料时，前角太大或太小，刀具耐用度都较低。
在一定加工条件下，存在一个耐用度为最大的前角，即合理前角。
取负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高切削刃强度和耐冲击能力。
负前角刀具通常在用脆性刀具材料加工高强度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、易产生崩刃时才采用。
前角的合理数值选取原则刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、工件材料的种类与性质：1．刀具材料：强度和韧性较高时可选择较大的前角。
高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。
因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大5°～10°。
瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。
选择要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4°～－15°围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0°～－10°)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。
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。
刀具合理几何参数的选择
硬质合金、陶瓷刀具——选小值
刀具材料脆性大、怕冲击
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刀具合理几何参数的选择 游煌煌
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前角的选择原则（续二）
依据加工性质选
粗加工——选小值 精加工——选大值 工件表面有硬皮——选小值 断续切削——选小值
有冲击，甚至可取负值
连续切削——选大值
影响切削三分力大小
κr↑时，Fc↓Fp↓Ff↑
影响断屑效果和排屑方向
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主偏角和副偏角选择原则
按加工性质选
粗加工和半精加工——选大值
有利于减少振动，提高T
精加工——选小值
减小表面粗糙度
按工件材料选
硬材料——选小值
减轻单位切削刃上的负荷，改善刀头散热条件， 提高T
软材料——选大值
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主偏角和副偏角选择原则（续）
按工艺系统刚性选
刚性差——选大值
减小背向力Fp，减小振动
刚性好——选小值
提高T
需要从中间切入的车刀——选大主偏角 和副偏角
单件、小批生产，希望一把刀具加工出
工件所有表面——选通用性好的45°或
要注意各个几何参数之间的联系
刀具的刃形、刃区、刀面和角度之间是相 互联系的，应该综合起来考虑它们之间的 作用与影响，分别确定其合理数值
要处理好刀具锋利性同强度和耐磨性的 关系
保证刀具足够强度和耐磨性的前提下，力 求刀具 锋锐
提高锋锐的同时，设法强化刀尖和刃区等
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刀具合理几何参数的选择 游煌煌
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Pf之间的夹角。副偏角 kr’一般为锐角
四．在副切削刃的正交平面内测量的角度
•
副后角ao’ ：
•
副后角ao’ 是在副正交平面Po’上测量的副后面Aa’与副切削平面
Ps’ 之间的夹角。
例如：90度外圆车刀的偏角是90度。 45度车刀是45度。 75度粗车刀的主偏角是75度
4.刀具角度的选择
• 刀具角度的选择主要包括刀具的前角、后角、主偏角副偏角和刃倾角的选择。
• 1．高速钢
•
高速钢是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。
有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简
单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、
齿轮刀具等的主要材料。
• 2．硬质合金
•
硬质合金由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）
(以车刀为例)
两刃
一尖
前刀面 主后刀面 主切削刃 副切削刃 刀尖
刀具切削部分的几何外形
刀具结构
前刀面 切屑沿其流出的表面 后刀面 与工件加工表面相对的表面 副后刀面 与工件已加工表面相对的表面 主切削刃 前刀面与后刀面的交线 副切削刃 前刀面与副后刀面的交线 刀尖 主切削刃与副切削刃的交点
刀具切削角度的参考平面
角可提高刀具耐用度、减小已加工表面粗糙度，所以主偏角κr宜取小值；在工件刚
性较差时，为避免工件的变形和振动，应选用较大的主偏角。
• 四．副偏角
•
副偏角κr'的作用是可减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，
防止切削振动。副偏角κr'的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。
• 五．刃倾角
•
刃倾角λs主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。
• 二．后角
•
后角αo的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损，其大小对
刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。切削厚度越大，刀具后角越小；工件材
料越软，塑性越大，后角越大。工艺系统刚性较差时，应适当减小后角，尺寸精度
要求较高的刀具，后角宜取小值。
• 三．主偏角
•
主偏角κr的大小影响切削条件和刀具寿命。在工艺系统刚性很好时，减小主偏
•
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
• 4．良好的工艺性
•
为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性；如切削加工性、铸
造性、锻造性和热处理性等。
• 5．良好的经济性
•
在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料
费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中
• 3．其它刀具材料
•
涂层刀具、 陶瓷、 金刚石、立方氮化硼等。
刀具的种类
刀具的种类
名称 整体式
特点
适用场合
用整体高速钢制造，刃口可磨得较锋利 小型车床或加工非铁金属
焊接式
焊接硬质合金或高速钢刀片，结构紧凑， 各类车刀特别是小刀具 使用灵活
机夹式
避免了焊接产生的应力、裂纹等缺陷， 外圆、端面、镗孔、切断、 刀杆利用率高。刀片可集中刃磨获得所 螺纹车刀等 需参数；使用灵活方便
的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。以最低的刀具成本，
满足加工需求，获取最大的经济效益。
刀具的性能与材料
• 常用的刀具材料
• 目前，生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。碳素工具钢 （如T10A、T12A）、工具钢（如9SiCr、CrWMn）因耐热性差，仅用 于一些手工或切削速度较低的刀具。
经粉末冶金法制成。
具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，很少用于
制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。
• ISO将切削用的硬质合金分为三类：
• 1）YG(K)类，即WC-Co类硬质合金
• 2）YT(P)类，即WC-TiC-Co类硬质合金
• 3）YW(M)类，即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金
• 一． 前角 前角γo对切削的难易以程度有很大影响。增大前角能使刀刃变得锋利，使切
削更为轻快，并减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具 导热体积减少，影响刀具使用寿命。前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有 一定影响。工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些；刀具材料韧性 好（如高速钢），前角可选得大些，反之应选得小些（如硬质合金）；精加工时， 前角可选得大些。粗加工时应选得小些。
余姚市职成教中心学校 数控校本教材 课件
制作人：彭华英
第二章 金属切削的基础知识——2.2刀具的几何参数
1.刀具切削部分的几何外形 2.刀具切削角度的参考平面 3.刀具的几何角度 4.刀具角度的选择 5.刀具的性能与材料 6.刀具的种类
刀具切削部分的几何外形
• 刀具切削部分的几何外形
三面
刀具结构
一、切削平面Ps 通过刀具刀刃上选定点，切于 工件过渡表面的平面，由刀刃在 该点处的切线和切削合成运动Ve 向量构成的平面。 二、基面Pr 通过刀刃上选定点，垂直于Ve 的平面。 三、正交平面Po 通过切削刃选定点，同时垂直 于基面和切削平面的平面。
刀具的几何角度
刀具的几何角度
一．正交平面Po上 测量的角度
可转位式
避免了焊接刀的缺点，刀片可快换转位； 大中型车床加工外圆、端 生产率高；断屑稳定；可使用涂层刀片 面、镗孔，特别适用于自
动线、数控机床
刀具的性能与材料
• 刀具的性能
• 1．高的硬度和硬度在HRC62以上；耐磨性表
示抵抗磨损的能力，它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。
• 2．足够的强度和韧性
•
为了承受切削中的压力冲击和韧性，避免崩刀和折断，刀具材料应
具有足够的强度和韧性。
• 3．高耐热性
• 1． 前角γo ：
•
在正交平面Po上测量的刀具前刀面Ar 与基面Pr之间的夹角。
• 2． 后角αo ：
•
在正交平面Po上测量的刀具主后刀面 与切削平面Ps间的夹角。
• 3． 楔角β0 ：
•
前刀面与后刀面之间的夹角
。
二．切削平面Ps上测量的角度
•
刃倾角λs ：
•
在切削平面Ps上测量的刀具主切削刃S与基面Pr间的夹角。
•
刃倾角总为锐角，其正、负值的确定原则为：
•
当刀尖位于主切削刃的最高点时，刃倾角为正值；反之为负值。
三．在基面Pr上测量的角度
• 1．主偏角kr：
•
在基面Pr上测量的切削平面Ps与假定工作平面Pf之间的夹角。
• 2．副偏角 kr’ ：
•
副偏角 kr’是在基面Pr上测量的副切削平面Ps’ 与假定工作平面