刀具合理几何参数的选择
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。
第9章刀具合理几何参数的选择及切削用量优化
刀具合理几何参数和切削用量的选择是否合理对刀具使用寿命、加工质量、生产效率和加工成本等有着重要影响。
刀具的“合理”的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达到提高切削效率或降低生产成本目的的几何参数。
第一节概述什么是刀具的合理或最佳几何参数呢在保证加工质量的前提下能够满足生产效率高、加工成本低的刀具几何参数称为刀具的合理几何参数。
一般地说刀具的合理几何参数包含以下四个方面基本内容1 刃形刃形是指切削刃的形状有直线刃、折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃等。
刃形直接影响切削层的形状影响切削图形的合理性刃形的变化将带来切削刃各点工作角度的变化。
因此选择合理的刃形对于提高刀具使用寿命、改善已加工表面质量、提高刀具的抗振性和改变切屑形态等都有直接的意义。
2 切削刃刃区的剖面型式及参数通常将切削刃的剖面型式简称为刃区型式。
针对不同的加工条件和技术要求选择合理的刃区型式如锋刃、后刀面消振棱刃、前刀面负倒棱刃、倒圆刃、零度后角的刃带及其合理的参数值是选择刀具合理几何参数的基本内容。
图所示为五种刃区型式。
图常见的五种刃区形式a锋刃b消振棱c-负倒棱d-倒圆刃e刃带3 刀面型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型式。
选择合理的刀面型式及其参数值对切屑的变形、卷曲和折断对切削力、切削热、刀具磨损及使用寿命有着直接的影响其中前刀面的影响和作用更大。
4 刀具角度刀具角度包括主切削刃的前角γ0、后角а0、主偏角κr、刃倾角λs和副切削刃的副后角а??0、副偏角κ??r等。
刀具合理几何参数的选择主要决定于工件材料、刀具材料、刀具类型及其他具体工艺条件如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等。
当确定了刀具几何参数后还需选定合理的切削用量才能进行切削加工。
在机床、刀具和工件等条件一定的情况下切削用量的选择最富有灵活性和能动性。
对于充分发挥机床和刀具的功能以取得生产的最大效益来说切削用量的选择如果得当就可能最大限度地挖掘出生产潜力倘若选择不当会造成很大的浪费或导致生产事故。
刀具几何参数和切削用量的合理选择
加工条件：工艺系统刚性差时，易出现振
动，应选取较小的后角αo；加工表面质量要求 较高时，为减轻刀具与工件之间的摩擦，应选
取较大的后角αo；尺寸精度要求较高时，应选 取较小的后角αo，以减小刀具的径向磨损值NB 值，如下图所示。
硬质合金车刀合理后角的参考值如下表所示。
② 后角αo的选择
切削厚度hD：粗加工时，切削厚度hD较大，要 求切削刃坚固，应选取较小的后角αo。精加工时， 切削厚度hD较小，磨损主要发生在后刀面上，为降 低磨损，应选取较大的后角αo。
工件材料：工件材料强度和硬度较高时，为提
高切削刃强度，应选取较小的后角αo；工件材料软、 塑性大时，后刀面磨损严重，应选取较大的后角αo； 工件材料脆性较大时，载荷集中在切削刃处，为提
负前角双面型：该形式的刀具使刀具的重磨次数 增加，最大程度地减少了前刀面和后刀面的磨损。同 时负前角的倒棱应有足够的宽度，以确保切屑沿该棱 面流出。
（3）倒棱
倒棱是增强切削刃强度的一种措施。在用脆性大 的刀具材料粗加工或断续切削时，磨倒棱能够减小刀 具崩刃，显著提高刀具耐用度（可提高1～5倍）。
倒棱宽度br1不可太大，以便切屑能沿前刀面 流出。br1的取值与进给量f有关，常取br1≈ （0.3～0.8）f。其中，精加工时取小值，粗加工
② 前角γo的选择
工件材料：工件材料的强度、硬度较低，塑
性较好时，应选取较大的前角γo；工件材料脆性较 大时应选取较小的前角γo；工件材料强度、硬度较 高时，应选取较小的前角γo，甚至负前角。
刀具材料：刀具材料的强度和韧度高时，如高 速钢，可选取较大的前角γo；反之，刀具材料的强度 和韧度差时，如硬质合金，应选取较小的前角γo。
刀具合理几何参数的选择
2. 选择原则 刀具合理前角主要取决与刀具材料和工件材料的性能，
即： (1)刀具材料的抗弯强度及冲击韧度较高时，可选择较 大前角。(图10.2) (2)工件材料的强度或硬度较大时，选用较小前角，以 保证刀具刃口强度；反之，选用加大前角。 加工塑性较大材料时，应选加大前角；加工脆性材料 (如铸铁、青铜)时，宜选较小前角。（图10.3）
eg：车阶梯轴时，主偏角必须为90°（表10.3）
3. 副偏角的选择
主要功用是形成已加工表面，因此应首先考虑以 加工表 面要求，综合考虑刀尖强度，散热与振动等。
合理主偏角选用原则如下：
1)工艺系统刚度好，不产生振动的条件下，应选用较小 主偏角，以减小已加工表面粗糙度值。 2)精加工时，副偏角比粗加工选的小些；必要时，磨出 一段副偏角为0°的修光刃，用来进行大走刀的光整加工。 （图10.10） 修光刃长度应略大于进给量f，一般取bε =(1.2～1.5)f
是指在保证加工质量前提下，能使刀具使用寿命最长、 生产效率提高或生产成本降低的刀具几何参数。 一般原则：
1.要考虑工件材料、刀具材料及刀具类型等 2.要考虑刀具各几何参数间的相互联系 3.要考虑具体加工条件 4.要考虑刀具锋利性与强度的关系
10.2 刀具合理几何角度及其选择
10.2.1 前角
1. 前角的功用
④根据工件材料来选取
加工高硬度工件材料时，宜取负刃倾角。
合理主偏角应根据工艺系统刚度、兼顾工件材料硬度 和工件形状等要求来选择。 1)工艺系统刚度足够时，应选用较小主偏角，以提高 刀具使用寿命和加工表面质量；系统刚度较差时，选择较 大主偏角，以减小背向力。
2)加工很硬的工件材料时，宜取较小主偏角，以减轻 单位长度切削刃负荷，改善刀尖散热条件，提高刀具使用 寿命。 3)应综合考虑工件形状和具体条件。
刀具几何参数的合理选择 说课稿
《刀具几何参数的合理选择》各位评委及老师：你们好！今天我说课的课题是：《刀具几何参数的合理选择》。
下面我将从教材、教法、学法、教学过程、板书等五个方面说一下本节课的构思。
一、教材：（一）教材分析本节课选自人民邮电出版社余万成主编的《数控加工工艺与编程基础》中数控加工切削基础中的任务二——刀具中的内容。
在加工实践过程中，在保证加工质量的前提下，选择能提高切削的、降低生产成本、获得最高刀具耐用度是本次课程研究重点问题。
（二）教学目标及其确立依据经教材分析，并结合学生现有水平，确定本节课的教学目标是：知识目标：1、掌握刀具几何角度、刀面形状、切削刃形状选择的基本方法。
2、掌握刀具几何参数的变化给加工带来的影响。
技能目标：让学生根据加工不同材质的零件，能正确选择刀具的几何参数。
（三）教学重点、难点及确立依据根据教学目标及本课程的特点，确定本节课的教学重点是：刀具几何参数的选择方法。
本节课的教学难点是：刀具几何参数变化时，给加工带来的影响怎么样。
二、教法：本节课从学生实际出发，结合教材内容，采用讲授、启发、观察、讲练结合等教学方法，教学过程中，始终注意与生产实践相结合，抓住学生注意力，激发学生学习兴趣。
三、学法：“授之于鱼，不如授之于渔”，教学过程不仅是传授知识、技能的过程，更重要的是教会学生怎样学习的过程。
本节课，通过分析工厂里实际生产的整体过程，对照本节课所讲的内容，使学生逐步掌握对比理解记忆学习法。
同时，引导学生养成善于提出问题、分析问题、解决问题的习惯，培养学生自学能力，要善于把课堂所学应用到生产实践中。
四、教学过程基于前面的分析，教学安排如下：（一）复习导课：让学生观察车刀的几何角度，向同学们提问：如果这些角度发生变化，会不会影响加工，从而引出课题。
这样，给出疑问，激发了学生的求知欲，让学生在探索中参与教学。
（二）讲授新课：为了培养学生分析、解决问题的能力，在导课后，给学生五分钟时间阅读课本相关内容。
10-刀具合理几何参数的选择
削刃形状等。 • 刀具合理几何参数指在保证加工质量的前 提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到 提高切削效率，降低生产成本的目的。原则： • 1、考虑刀具材料和结构； • 2、考虑工件的实际情况； • 3、具体锋锐性与强度、耐磨性的关系。
具耐用；但NB加大，影响尺寸精度。 • α0增大，β0减小，刀刃锋利，表面质量 好，耐用度提高。但过小，强度减弱，散 热条件差，耐用度下降。
同样存在一个合理的α0区间，随着前角以及 刀具材料的不同而变化。 • 2、选择 • 根据切削厚度αc ：粗加工，要求刀刃强度， 选择较小的α0 ；精加工αc小，为减小后刀面 的磨损，应取较大的。 • 通常：f>0.25/r， • α0 =5-8； • f<0.25/r， • α0 =10-12；
•
精加工：工艺系统好，影响残留面积， 副偏角可取5-10度。 • 为了提高工件表面质量，有时将刀刃修 磨出0度的修光刃。 • 三、刀尖形状 • 为了增加刀尖强度和改善散热条件，将 刀尖刃磨成直线或圆弧的过渡刃。 • 直线型：适宜粗加工，刃磨容易。 • 圆弧过渡刃：适合精加工，可减少表面 粗超度，但刃磨困难。
• 2、选择 • 1）、加工一般钢材、铸铁等； • 加工淬火钢、高强度、高锰钢； • 2）、强力刨刀； • 3）、金刚石、立方氮化硼刀具； • 4）工艺系统刚性不足情况下； • 刀具角度相互之间有联系和影响，孤立
的选择某一个角度，并不能得到所希望的 合理值。
• 三、带卷屑槽的前刀面形状 • 加工韧性材料。常在前刀面上磨出卷屑
槽，便于切屑排出和清理。 • 卷屑槽圆弧半径和角度对切屑的卷曲变 形有直接的影响。较小时卷曲半径小，切 屑变形大，易折断。 • 一般情况： • Rn=(0.4-0.7)Wn • 底角110-130。 • Wn=（7-10）f
选择刀具合理几何参数的一般性原则
选择刀具合理几何参数的一般性原则
1.要考虑工件的实际情况
选择刀具合理几何参数，要考虑工件的实际情况，主要是工件材料的化学成分、制造方没热处理状态、物理机械性能(包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系数等)，还有毛坯表层情况、工件的形状、尺寸、精度和表面质量要求等。
2.要考虑刀具材料和刀具结构
选择刀具合理几何参数时，要考虑刀具材料的化学成分、物理机械性能(包括硬度、抗弯强度、冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数)，还有刀具的结构型式，是整体式、焊接式或机夹式等。
3.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。
从本质上看，这是一个多变量函数的优化设计问题，若用单因素法难免有很大的局限性。
例如，选择前角γ。
时，至少要考虑卷屑槽型、有无倒棱及刃倾角λs的正负大小等，联系这些情况，优选合理的前角值，不要割裂它们之间的内在联系，孤立地选择某一参数。
4.要考虑具体的加工条件
选择合理几何参数，也要考虑加工条件，这就是机床、夹具的情况，工艺系统刚度及功率大小，切削用量和切削液性能等。
一般地说，粗加工时，着重考虑保证最长的刀具使用寿命，精加工时，主要考虑保证加工精度和已加工表面质量的要求；对于自动线生产用的刀具，主要考虑刀具工作的稳定性，有时需要着重解决断屑问题；机床刚性和动力不足时，刀具应力求锋利(如增大前角和主偏角，减小切削刃钝圆半径等)，以减小切削力和振动。
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。
第10章 刀具合理几何参数的选择
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。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.合理前角的选择原则 (1)工件材料的强度、硬度低，可以取较大 的甚至很大的前角；工件材料强度、硬度高， 应取较小的前角；加工特别硬的工件(如淬硬 钢)时，前角很小甚至取负值。 (2)加工塑性材料时，尤其是冷加工硬化严重 的材料，应取较大的前角；加工脆性材料时， 可取较小的前角。
(3)粗加工，特别是断续切削，承受冲击性 载荷，或对有硬皮的铸锻件粗切时，为保 证刀具有足够的强度，应适当减小前角； 但在采取某些强化切削刃及刀尖的措施之 后，也可增大前角至合理的数值。 (4)成形刀具和前角影响刀刃形状的其它刀 具，为防止刃形畸变，常取较小的前角， 甚至取γ。＝0，但这些刀具的切削条件不 好，应在保证切削刃成形精度的前提下， 设法增大前角，例如有增大前角的螺纹车 刀和齿轮滚刀等。
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10.2为刀具前角对使用寿命影响的示意曲 线。可见前角太大、太小都会使刀具使用寿 命显著降低。对于不同的刀具材料，各有其 对应着刀具最大使用寿命的前角，称为合理 前角γopt。显然，由于硬质合金的抗弯强度 较低，抗冲击韧性差，其γopt也就小于高速 钢刀具的γopt。
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。
刀具几何参数与切削用量的合理选择
切削热
合理的刀具几何参数和切 削用量可以降低切削热， 减少因热变形对加工精度 的影响，提高加工效率。
04 实际应用案例分析
案例一
总结词
根据工件材料和加工要求，选择合适的刀具几何参数和切削用量，提高加工效率和表面 质量。
详细描述
在车削加工中，刀具的几何参数如前角、后角和刃倾角对切削力和切削热有显著影响。 前角增大，切削力减小，切削热增加；后角增大，切削热减少，但切削力可能增大。选 择合适的切削用量，如切削速度、进给量和切削深度，可以优化加工效率和表面质量。
刀具主副偏角
主副偏角的大小影响切削层的形状和切削宽度。减小主副 偏角，可减小切削层的截面积，降低切削力，但刀尖强度 减弱。
切削用量对加工质量的影响
1 2
切削速度
切削速度过高可能导致工件表面粗糙度增加或产 生积屑瘤；切削速度过低则可能使切削力增大， 导致刀具磨损。
进给量
进给量过大会导致切削力增大，工件表面粗糙度 增加；进给量过小则可能影响加工效率。
案例四
总结词
根据工件材料、磨料和加工要求，选择合适的刀具几何参数和切削用量，以提高磨削效率和表面质量。
详细描述
在磨削加工中，刀具的几何参数如磨料粒度、结合剂硬度对磨削效率和表面质量有重要影响。磨料粒度越细，表 面粗糙度越低；结合剂硬度越高，磨粒越稳定。选择合适的切削用量，如磨削深度、磨削速度和进给速度，可以 优化磨削效率和表面质量。
谢谢聆听
进给量过小可能导致加 工效率低下，过大则可 能导致加工表面质量下 降。
切削深度的合理选择
01
切削深度影响切削力、切削热和 刀具寿命。
02
选择合适的切削深度可以降低切 削力，减少热量产生，提高刀具
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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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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工件材料较软、塑性较大的材料，应取较大的后角；
2）当工艺系统刚性较差时，为了减小振动，宜采用较小的 后角。为了进一步减小或消除切削时的振动： (1)在车刀后到面上磨出b α1=0.1~0.2mm ，α o1=0°的刃带； (2)或磨出 bα1=0.1~0.3mm，αo1=-5°~ -10°的消振棱。
此外，刀尖部分的形状，对残留面积高度及表面 粗糙度影响很大。
功用：刀尖过渡刃可显著提供刀具的耐崩刃性和耐 磨性，从而提高刀具的耐用度。
2、刀尖处的过渡刃的几种形式：
3、过渡刃形式的选择
切断刀
精加工时常采用圆弧过渡刃。1）适当增大rε，可减小刀具的磨损和破 损，Fy 力也增大，工艺系统刚性不高时，易引起振动；2）刀具材料脆性 较大时，对振动敏感，宜选用较小的刀尖圆弧半径；3）精加工比粗加工 rε小。
第二节 后角的选择
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
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刀面的接触长度，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；
T
硬质合金
高速钢
? opt
?o
? opt
前角的合理数值
2、刀具的前角还取决于工件材料的种类和性质
1）加工塑性材料时，应选用较大的前角；加工脆性材料（如铸铁等） 时，应选用较小的前角。 2）工件材料强度或硬度较小时，宜选用较大的前角。 3）用硬质合金车刀加工强度很大的钢件或淬硬钢，特别是断续切削时， 常采用负前角（-5°~-20°）。
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。
二、决定后角大小的主要因素
后角的大小，主要取决于切削厚度(或进给量)的大小。 1、切削厚度较小时，宜采用较大的后角；
切削厚度较大时，宜采用较小的后角；
第一节 前角及前刀面形状的选择
一、前角的功用及选择 1）增大前角，可以减小切屑变形，减小切削热，
提高刀具耐用度； 2）增大前角会使楔角减小，降低了刀刃强度，易
崩刃；同时减小理的前角 γopt，主要取决于刀具材料和工件材
料的种类及性质。
1、刀具材料的强度及韧性较高时，可选用较大的前角；
3、主偏角对加工表面粗糙度的影响 减小主偏角，使加工表面粗糙度减小
4、主偏角对系统刚性的影响 （1）减小主偏角，导致径向分力 Fy增加，使切削
过程中产生挠度 f，降低加工精度； （2）在工艺刚性不足的情况下， Fy增加会引起振
动，降低表面粗糙度。
5、主偏角选择原则 （1）工艺刚性很强时，选用较小的主偏角； （2）工艺刚性不足时，选用较大的主偏角。
三、带卷屑槽的前刀面形状及其参数的选择
为了控制切屑的形状，常在前刀面上磨出卷屑槽。 卷屑槽的分类： a 直线圆弧形；b 直线形； c 全圆弧形 1、直线圆弧形：圆弧半径Rn较小时，切屑变形大，易于折断；但太小时， 切屑易于堵塞在槽内，增大切削力，造成崩刃。 2、直线形：直线形卷屑槽的槽底角，对切屑的卷曲变形有直接的影响。一般 取槽底角等于 110°~130° 3、全圆弧形：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： Wn小，易断屑，太小，切屑飞溅； Wn大，不易断屑。 一般取Wn=(7~10)f
但负前角会增大切削力（特别是Fy力）和能耗，易引起机床振动，只 有在工件材料强度和硬度很高，切削时冲击很大时，才采用负前角。
3、合理选择前角，还应考虑一些具体的加工条件
1）粗加工时，特别在断续切削时，采用较小的前角； 2）精加工时，采用较大的前角。 3）工艺系统较差，或电机功率不足时，采用较大的前角； 4）自动化机床上，为使切削性能稳定，宜采用小一些的前角。
恶化。
（4）减小副偏角，加工表面粗糙度减小。
2、副偏角的选择 （1）工艺系统刚性较好时，在不产生振动的情况
下，取较小的副偏角； （2）为了提高表面质量，可采用带副偏角为零的
修光刃刀具。
带有修光刃的刀具 切削时，径向分力 Fy 很大，要求工艺 系统刚性较高，否 则易造成切削过程 振动。
三、刀尖形状及尺寸的选择 1、刀尖处的工作特点： （1）强度差、散热条件差； （2）切削温度高，很易磨损。
二、倒棱及其参数的选择
倒棱的主要作用是：增强切削刃，减小刀具破损。 另外，刀具倒棱处楔角增大，散热条件改善。
由于副倒棱增强了切削刃，所以可相对采用较大的前角。 如果倒棱较宽，使切屑完全沿倒棱流出，则负倒棱起到了负前角的作用。 加工铸铁、铜合金等脆性材料时的刀具，以及形状复杂的成形刀具，一般 不磨出倒棱；（本身就采用较小的前角） 在断续切削时，可以增大钝圆半径，以提高刀具的寿命。钝圆同时还起到 对易加工表面切挤烫压作用及消振作用，对提高易加工表面粗糙度有利。
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，切削尺寸稳定。
第三节 主偏角、副偏角及刀尖形状的选择
一、主偏角的功用及选择 1.主偏角的功用
①影响已加工表面残留面积的高度 ②影响各切削分力的比例 ③影响刀尖的强度和刀具耐用度 ④影响断屑
2、主偏角减小，可提高刀具耐用度 （1）主偏角减小，切削宽度增加，单位切削刃上
负荷减小，散热条件改善；
（2）主偏角减小，刀尖角增大，刀尖强度提高， 刀尖散热体积增大；
（3）主偏角减小时，最先与工件接触的是远离刀 尖的地方，可减少因切入冲击对刀尖的损坏。
二、副偏角的功用及选择
1、副切削刃的作用，是最终形成已加工表面。 副 偏角的大小对刀具耐用度及表面粗糙度都有影响 。
（1）减小副偏角，会增加副切削刃参加切削的工 作长度，增大副后刀面与已加工表面的摩擦，降 低刀具耐用度；
（2）副偏角过小，会增加工艺系统振动； （3）增大副偏角，会使刀尖强度降低，散热条件