§ 2.1 刀具的结构

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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.1 刀具的结构
（3） 背吃刀量（切削深度） ap 待加工表面与已加工表面之间的垂直距离（mm）。车削外圆时为：
（4） 切削层几何参数 切削层是指工件上被切削刃切削 的一层金属，亦即相邻两个加工表 面之间的一层金属。切削层的大小 反映了切削刃所受载荷的大小，直 接影响到加工质量、生产率和刀具 的磨损等。 a. 切削宽度aw ：沿主切削刃 方向度量的切削层尺寸（mm）
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3. 刀具的标注角度 刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所必需的，并在刀具设计图上予以标注的 角度。 刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。 （1） 前角γ0 γ 0α0 在正交平面内测量的前刀面与 α0′ 基面之间的夹角。前角表示前面的 ′ + 倾斜程度，有正、负和零值之分。 γ 0 通过选定点的基面位于刀头实体之 A 外时γo定为正值；位于刀头实体之 f ′ κ r 内时γo定为负值。 κr A向 ε r γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具 锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强 λs 度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。 用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削 灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～ 35°；切削高强度钢，γo取-5～ -10°。
ve vc v f
2. 切削过程中的表面 在切削过程中，工件上存在着3个不断变化 的表面： 已加工表面：工件上已切去切屑的表面； 待加工表面：工件上即将被切去切屑的表面； 加工表面（过渡表面）：工件上正在被切削的 表面。
切削运动与切削表面
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a） c） b） 刃倾角对排屑方向的影响
，λs常取正值或零。
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4. 刀具的工作角度 在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，刀具的标注 角度会发生一些变化，其原因是切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。 以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度 称为刀具的工作角度，又称实际角度。 （1）刀具安装位置对工作角度的影响 ● 刀具安装高度对工作角度的影响
0
γ
0
′
α0′
A
κ
κ
r
r
′
f
A向
ε
r
λ
s
车刀的角度
粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选 小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量， 后角可选大一些，一般为8°～12°。
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（3） 主偏角κr 基面上的投影与进给方向的夹角，主 γ 偏角一般为正值。
切削用量与切削层数
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b. 切削厚度ac
两相邻加工表面间的垂直距离（mm）。
c. 切削面积Ac
切削层垂直于切削速度截面内的面积（mm2）。
2.1.2 刀具角度
1. 刀具切削部分的组成
1）前面（刀前面）：刀具上与切屑接触并相互作用的表面。 2）主后面（主后刀面）：刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面。 3）副后面（副后刀面）：刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。 4）主切削刃：前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。 5）副切削刃：前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并 最终形成已加工表面。 6）刀尖：连接主切削刃和副切削刃的一段切削刃，它可以是小的直线段或圆弧。
κr′在基面内测量的副切削
α0
0
γ
0
′
α0′
A
κ
κ
r
r
′
f
A向
摩擦，以防止切削时产生振动。 副偏角的大小影响刀尖强度和表 面粗糙度。
ε
r
λ
s
车刀的角度 在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度 降低。
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2. 常用刀具简介
（1）车刀
车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具，它可以在车床上加工外圆、 端平面、螺纹、内孔，也可以用于切槽和切断等。 车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。 整体车刀常用高速钢制造，焊接装配式及机夹式刀片常用硬质合金制造。机械 加固刀片的车刀又分为机夹车刀和可转位车刀。机械加固车刀的切削性能稳定， 工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越多。
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§2.1 刀具的结构
2.1.1 切削运动与切削要素
1. 切削运动矢量 切削运动及其方向用切削运动的速度矢量来表示。车削外圆时的切削运动 vc和 进给速度 v 与切削运动速度 ve 如下图所示，主运动切削速度 f 之间的关系为：
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第二章 金属切削原理与刀具
Chapter 2 Thoery of Metal Cutting Process and Tool
主要学习内容
§2.1 刀具的结构 §2.2 刀具材料 §2.3 金属切削过程及其物理现象 §2.4 工件材料的切削加工性 §2.5 刀具参数的合理选择 §2.6 切削用量的合理选择
tan1 ( f sin Kr / d切 )
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● 横向进给运动对工作角度的影响
0e 0 0e 0
μ——螺旋升角，即主运动方向与合
成切削速度方向的夹角。
Pes Ps
γ
0e=γ 0+μ
其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。
刨刀、钻头、铣刀切削部分的形状
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2. 刀具角度的参考平面 设计标注、刃磨、测量刀具角度的基准。 ⑴ 基面 Pr ：通过切削刃选定点与
主剖面 Po 前刀面 A 基面 Pr 切削平面 Ps 主切削刃
（5）刃倾角λs 在切削平面内测量的主切 削刃与基面之间的夹角。 γ
′
α0 α0′
A
0
γ
0
λs有正、负和零值之分， 当刀尖是切削刃最高点时,λs定 为正值；反之为负。
κ
κ
r
r
′
f
A向
ε
r
λ
刃倾角的符号 车刀的角度
s
λs 影响刀尖强度和切屑流动方向。 粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值 ；精加工时为防止切屑划伤已加工表面
3. 切削要素 切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。 切削用量是切削时各参数的合称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削 深度）三要素，它们是设计机床的依据。 （1） 切削速度vc 在单位时间内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移，单位为m/s。 主运动为旋转运动时，计算公式为：
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● ●
外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。 车刀的切削部分由3个刀面、2个刀刃和1个刀尖组成。 前刀面 刀尖
A

刀体
刀头
副切削刃 副后刀面
S'
A '
车刀的组成
主切削刃
S
主后刀面
A
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γ 0e＞γ0
γ0e=γ0
γ re＜γr
a）
α0e=α0
α 0e＜α0
b） 刀具安装高度对工作角度的影响
c）
α 0e＞α0
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● 车刀安装偏斜对工作角度的影响
车刀安装偏斜对工作角度的影响 (θ为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)
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κr在基面内测量的主切削刃在
α0
0
γ
0
′
α0′
A
κr的大小影响刀具寿命。减小主偏
角，主切削刃参加切削的长度增加，负 荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热 面积，使刀具寿命提高。 κr的大小还影响切削分力。减小主 偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱 的工件时，易引起工件变形和振动。
κ
κ
r
r
′
f
A向
Fra Baidu bibliotek
ε
r
λ
s
车刀的角度
主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、 90°几种。
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（4）副偏角κr′ 刃在基面上的投影与进给运动反方 γ 向的夹角，副偏角一般为正值。 副偏角的作用是为了减小副 切削刃与工件已加工表面之间的
主运动为往复直线运动（如刨削），则常用其平均速度v作为切削速度， 即
（2） 进给量 f 在主运动每转一转或每一行程时（或单位时间内），刀具和工件之间在 进给运动方向上的相对位移，单位是mm/r（用于车削、镗削等）或mm/行程 （用于刨削、磨削等）。进给量还可以用进给速度vf（mm/s）或每齿进给量 （用于铣刀、铰刀等多刃刀具，mm/每齿）表示。一般情况下：
车刀的角度
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（2） 后角αo αo在正交平面内测量的主后 刀面与切削平面之间的夹角，后 角表示主后刀面的倾斜程度，一 γ 般为正值。 后角的作用是为了减小主后 刀面与工件加工表面之间的摩擦 以及主后刀面的磨损。但后角过 大，刀刃强度下降，刀具导热体 积减小，反而会加快主后刀面的 磨损。 α0
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车刀的种类
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a）焊接式车刀
b）整体式车刀
c）机夹式车刀
车刀的结构
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群钻
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中心钻
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扩孔钻
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铰刀
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μ γ 0
fx
tan ( f / d 切 )
1
μ α
0e=α 0-μ
横向进给运动使刀具的工作前角增 大，工作后角减小（甚至为负而对工件 形成挤压）。
α
0
横切时的工作角度
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2.1.3 常用刀具简介
1. 刀具分类 按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀 具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类。 按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮 化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等。 按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等。 按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。
镗刀（单刃镗刀）
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（2）孔加工工具 孔加工工具 一般可分为两大类： a.从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等； b.对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。
普通麻花钻头
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主运动方向垂直的平面。基面与刀具 底面平行。
⑵ 切削平面 Ps：通过切削刃选定 点与主切削刃相切且垂直于基面 Pr 的平面。
⑶ 主剖面 Po ：通过切削刃选定点 副切削刃 垂直于基面 Pr 和切削平面 Ps 的平 面。(也称为正交平面)
主后刀面 正交平面参考系
其他：法平面参考系、假定工作平面参考系等。
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（2）进给运动对工作角度的影响 ● 纵向进给运动对工作角度 的影响 纵向进给运动使基面和切削 平面在空间偏转一个角度 μ ，从 而使刀具的工作前角增大，工作
后角减小。
在主剖面内：
0e 0 0e 0 -