刀具几何角度

第二节 切削刀具及其材料
一、 切削刀具结构
由工作部分和非工作部分构成。
车刀(turning tools)的工作部分比较简单， 只由切削部分构成，非工作部分就是车刀 的柄部(或刀杆)。
不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部 分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变 而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参 数。
降低加工表面 粗造度数值
作业
1．谓何前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角？ 2．何谓积屑瘤？它对切削加工有何影响？如何
控制？
种堆积物叫积屑瘤
有利方面
保护刀具 积屑瘤硬 度很高
可代替切削刃 进行切屑，减 少刀具的磨损
增加工 作前角
积屑瘤的存在， 可减小切削变
使刀具的实际工 形和切削力，
作前角增大
使切削轻快
不利方面
影响工件尺 寸精度
时大时小，时有时无，使切削 力产生波动而引起振动
积屑瘤的顶端突出于切削刃之外， 使实际的切削深度不断变化
与静态系统中正交平面参考系建立的定义
和程序相似，不同点就在于它以合成切削运动
υe或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基
面pre。
2．刀具工作角度的分析
在车削(切断、车螺纹、车丝杠 )、镗孔、铣削等加工中，通常因刀 具工作角度的变化，对工件已加工表 面质量或切削性能造成不利影响。
（1）刀具安装位置对刀具工作角度的影响
（一）刀具切削部分的基本定义
1.刀 面
（1)前刀面 切屑流过的刀面。
（2)主后刀面 与工件正在被切削加工的表面 （过渡表面）相对的刀面。
（3)副后刀面 与工件已切削加工的表面相对 的刀面。
2.刀刃
（1）主切削刃 前刀面与主后刀面在空间的交线。
（2）副切削刃 前刀面与副后刀面在空间的交线。
3．刀尖
服强度时，产生塑性 变形而滑移
切削层
切
的金属
弹性变形 塑性变形 挤裂 切离
屑
切削层的金 属受到刀具 前刀面的推 挤后产生弹 性变形
刀具继续切入时，材 料内部的应力、应变 继续增大，当切应力 达到其断裂强度时， 金属材料被挤裂
沿刀 具前 刀面 流出
2. 切屑的种类
挤裂切屑 单元切屑
切屑
带状切屑 崩碎切屑
3、金属切削过程的基本理论
1）、切削过程中的变形
金属切削过程实质是工件受到刀具 的切割和推挤以后产生弹性和塑性 变形，使切削层与工件分离的过程
（1）、金属切削过程中的变形 规律
特点：摩擦引起 刀和切屑界面的 温度骤然升高
特点：主要的 变形区，产生 大量的切削热
特点：工件出 现加工硬化现
象的根源
（2）、鳞刺
鳞刺：在已加工表面上产生与 切削速度方向垂直的横向裂纹
和呈鳞片状的毛刺
鳞刺的产生是由于少量金属材 料的粘接层积接，剪切应力的 大小和方向不断变化，当应力 的大小达到材料的强度极限，
导致切屑与母体发生撕裂。
切屑的形成过程及切屑种类
1. 切屑形成过程
随着切应力、切应变 逐渐增大，达到其屈
1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响
❖用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时，由于车
刀的刀尖高于工件中心，工作前角γoe增大， 而工作后角αoe减小。
❖若切削刃低于工件中心，则工作前角γoe增
大，而工作后角αoe减小
2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
❖当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时
针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角 将减小。
通过切削刃上选定 点，垂直于该点切 削速度方向的平面。 通常平行于车刀的 安装面（底面）。
通过切削刃 上选定点，垂直 于基面并与主切 削刃相切的平面。
（三）刀具的标注角度
（1）基面中测量的刀具角度
1）主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给
运动速度vf 方向之间的夹角。
2）副偏角κr′ 副切削刃在基面上的投影与进给
影响工件表 面粗造度
积屑瘤破裂后会划伤表面，加 快刀具磨损
会形成硬点和毛刺，使工件表面粗 造度值增大
3. 积屑瘤的控制 工件材料
影响积屑瘤 的因素
切削用量 刀具角度
切削液等
要避免在中温、中速加工塑性材料
控制措施
增大前角可减小切削变形，降低切削 温度，减小积屑瘤的高度
采用润滑性能优良的切削液可减少 甚至消除积屑瘤
区域。
摩擦区Lf
摩擦区Lf分为粘接区Lf1和滑动区Lf2 粘接区Lf1：切屑与前刀面压力很大，加上 高温，材料塑性增加，底层的金属与前刀面 发生粘接现象，形成滞留层，发生内部二次 剪切滑移，当内摩擦减小到零时，切屑横截
面的流动速度趋于一致。
2）、积屑瘤与鳞刺
切削塑性金属时，在刀具切削 刃口附近粘接着一块剖面呈三 角状或鼻状的金属块，包围着 切削刃且覆盖部分前刀面，这
第一变形区：产生弹性变形，剪切应力 达到材料的屈服极限，金属内部产生滑 移，外部表现为塑性变形，塑性变形增 大，韧性降低，强度和脆性增加，一直
到滑移
第二变形区：切削金属层通过剪切平 面OM后形成切屑，沿刀具前刀面流出 过程中，受到前刀面挤压使切屑层底 部继续产生滑移变形的区域，又称摩
擦区
第三变形区：工件过渡表面和已加 工表面受切削刃钝圆部分和后刀面 的挤压，摩擦产生微量塑性变形的
1)前角γO 前面与基面之间的夹角。
2)后角αo 后面与切削平面之间的夹角。
说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等 高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑 进给运动的影响等条件下确定的。
（四）刀具工作角度
1．刀具工作参考系的建立
刀具在工作参考 系中确定的角度 称为刀具工作角 度。
研究刀 具工作角度的变 化趋势，对刀具 的设计、改进、 革新有重要的指 导意义。
单元 切屑
在节状切屑的整个剪切面 上，切应力超过了材料的 破裂强度时，整个单元被 切离形成粒状切屑
在加工塑性较差 的材料时，采用 较小的前角或负 前角的刀具并以 极低的切削速度、 大的切削深度和 进给量进行切削 时形成的
崩碎 切屑
切削层金属发生弹性变形 后，一般不经过塑性变形 就突然崩裂而形成形状不 规则的崩碎切屑
工件材料脆性越大， 刀具前角越小，切削 深度和进给量越大， 越易产生此类切削
(1)切屑的形态可随切削条件不同而改变
(2)可控制切削条件，使切屑形态向有利于生产的
方面转化，保证切削加工的顺利进行和工件的加工
质量
使粒状切屑、
Biblioteka Baidu增大前角
节状切屑向带 状切屑转化
提高切 削速度
减小进给量
有利于
使切削过 程平稳
带状 切屑
一般加工塑性材料（钢、
铝）、采用大的前角，
小的切削厚度，最高切
呈连绵不断的带状或螺旋 削速度，会形成此类切
状,与刀具接触的底层光滑，屑。切削过程平稳，切
背面呈毛绒在状
削力变化小，工件表面
光洁; 必须采取断屑措
施
挤裂 切屑
切屑背面呈较大的锯齿状， 底面有不贯穿的裂纹
一般加工中等硬度 钢材时，切削速度 较低，切削深度和 进给量较大时产生
运动速度vf反方向之间的夹角。
（2）切削平面中测量的刀具角度
1）刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。
•它在切削平面内标注或 测量，但有正负之分。 •当主切削刃与基面平行 时λs=0°； •当刀尖点相对基面处于 主切削刃上的最高点时 λs ＞0°；反之λs ≤0°。
（3）正交平面中测量的刀具角度
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃 二条刀刃汇交的一小段切削刃。
在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性， 一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
（二）定义刀具角度的参考系
• 刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量 时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削 部分几何形状（各表面空间位置）的重要参 数。 • 参考系：用于定义和规定刀具角度的各基 准坐标面。 • 参考系：刀具静止参考系和刀具工作参考 系。
1．刀具静止参考系
刀具静止参考系或标注角度参考系：在设计、制 造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参 考系。
在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
静止参考系中最常用的是正交平面参考系。
★标注坐标系的假定条件
1、假定没有进给运动，只考虑主运动，并 且限定主运动的方向垂直于水平面，方向向 上。
2、二是假定刀具的刃磨和安装基准面垂 直于切削速度方向(或平行少基面)，对车刀 来说，规定其刀尖安装在工件的中心高度上， 刀杆中心线垂直于工件的回转轴线。
2.正交平面参考系
(1)基面pr
(2)切削平面ps
(3)正交平面po
通过切削刃上选定 点，同时与基面和切削 平面垂直的平面。
由以下三个在空间 相互垂直的参考平 面构成。