16刀具几何参数的选择(精)
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
刀具几何参数的合理选择
邓自清;赵锋;董彪
【期刊名称】《电脑知识与技术》
【年(卷),期】2016(012)034
【摘要】刀具几何角度的选择是否合理,直接影响到切削工作时金属变形情况、切削力的分配、切削热及刀具使用寿命、工件表面加工精度及加工成本等问题.为充分利用刀具的切削性能,不仅要正确选择刀具材料,而且要合理选择刀具几何参数.【总页数】2页(P259-260)
【作者】邓自清;赵锋;董彪
【作者单位】驻马店技师学院,河南驻马店463000;十堰质量技术监督局,湖北十堰442001;武汉天之逸公司,湖北武汉430223
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
【相关文献】
1.刀具几何参数的种类、功用及选择 [J], 于波;史晓宇
2.不同工件材料的刀具几何参数选择分析 [J], 肖政添
3.加工淬硬钢时刀具材料及刀具几何参数选择方法研究 [J], 杨文明
4.基于ABAQUS的鱿鱼切割机刀具几何参数方案选择 [J], 冯帆;徐兴平;祖国强;常汉卿
5.刀具几何参数的合理选用 [J], 杜月丽;马宪图
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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
刀具切削部分几何参数的选择
Kr ’
3．影响已加工表面质量
减小Kr进可以使工件表面残留面积高度减小， 从而使已加工表面粗糙度值减小。
4．影响断屑效果、排屑方向
增大Kr会使hD增厚，bD减小，有利于切屑折断， 有利于孔加工刀具使切屑沿轴向顺利流出。
二、合理主偏角的选择原则
粗加工时， 硬质合金车刀一般选用较大 的主偏角(Kr＝60～75)，以利于减少振
切削刃强度及抗冲击能力 增加，且有一定的减压和 消振作用。
适用于陶瓷等脆性材料刀具。
后角及后面形状的选择
后角的作用主要
1) 减小主后刀面与工件之间的摩擦，提高已加工表 面质量和延长刀具寿命； 2) 配合前角调整切削刃和刀头部分锋利程度、强度和 散热条件； 3) 小后角车刀在特定的条件下可抑制切削时的振动。
主偏角减小，则刀尖角r增大，
使刀尖强度提高，散热体积增大。 主偏角较小的刀具在切入时，最 先与工件接触处是远离刀尖的地 方，因而可减少因切入冲击造成 的刀尖损坏。
2．影响切削分力比值及切削层单位面积切削力
当Kr减小时，由于hD 减小，变形系数增大， 使切削层单位面积切削力 Ff 有所增大；在ap和f相同时， 使切削功率有所增加。但 Kr1 更主要的是会使背向力Fp Kr2 增大，容易引起工艺系统 振动。当工艺系统刚度不 足时，会使刀具寿命降低。
动、断屑和采用较大的切削深度。 加工硬度高的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢 时，在系统刚性好，切削深度不大时．取
较小的主偏角(Kr＝10～30)，以利于提
高刀具耐用度。
工艺系统刚性较好时，取较小的主偏角可 提高刀具耐用度；刚性不足，加车削细长
轴时，应取大的主偏角，可取Kr＝90～93，
以减小背向力ap，减少振动。 需要从中间切入及仿形加工的车刀，应取 较大主偏角； 车阶梯轴则需用Kr＝90的偏刀；
刀具几何参数的种类、功用及选择
刀具几何参数的种类、功用及选择作者：于波史晓宇来源：《科学与财富》2015年第27期摘要：刀具几何参数主要包括刀具的主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角、刀尖圆弧半径等；本文介绍了刀具的几何参数的种类、功用及对切削过程的影响。
关键词：刀具；几何参数1.前角前角γ0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。
前角的主要功用包括：（1）影响切削区域的变形程度。
若增大刀具前角，可减小前刀面剂压切削层时的塑性变形，减小切削流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。
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）影响切削形态和断屑效果。
若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。
（4）影响加工表面质量。
减小前角或者采用负前角时，会使切削过程中振动振幅增大，影响表面质量。
对于不同的刀具材料，各有其对应着最大耐用度的前角，称为合理前角。
通过试验可以得出合理前角的选择原则和参考值：一般来讲，工件材料强度硬度低，可取较大甚至很大的前角；工件材料强度、硬度高，应取较小的前角；加工特别硬的工件时，前角很小甚至取负值；加工塑性材料时，应取较大前角；加工脆性材料时，应取较小前角等。
表1.1 前角参考值2.后角后角α0的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。
后角的大小还影响作用在后刀面上的力，后刀面与工件的接触长度以及后刀面的磨损强度，因而对刀具使用寿命和加工表面质量有很大的影响。
适当增加后角可减小工件已加工表面弹性恢复层与刀具后刀面的接触长度，因而减小了后刀面的摩擦与磨损。
但后角太大时，刀具楔角显著减小，将削弱切削刃的强度。
而且因刀具楔角减小会使刀具散热体积减少使散热条件恶化，从而使刀具使用寿命降低。
刀具合理几何参数的选择
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°）。
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。
第十章 刀具合理几何参数的选择
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。
10.2 后角的选择
一、主后角αo ：正交平面内，后刀面与切削平面之间的夹角。 1、作用:
第十章 刀具合理几何参数的选择
刀具几何参数包括：角度、刀面形式、切削刃形状等。 它们对切削时金属的变形、切削力、切削温度、刀具磨损、 已加工表面质量等都有明显的影响。 所谓合理几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够 获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率，降低生产成本 的目的。
确定参数时的一般原则是：
重新选择适宜的γo。 ①依据刀具材料：抗弯强度低、韧性差、脆性大且忌冲 击、 易崩刃的，取小的γo 。 前角<高速钢刀具前角 陶瓷刀具前角<硬质合金刀具
②依据工件材料：钢料，塑性大，切屑变形大，与刀面接
触长度长，刀屑间压力、摩擦力均大，为减小变形与摩擦，
宜取较大的γo；铸铁，脆性大，切屑是崩碎的，集中于切削 刃处， 为保证有较好的切削刃强度，γo宜取得比钢小。 用硬质合金刀加工钢，常取γo≈10°～20°；加工铸铁， 常取γo≈5°～15°。
粗加工时，考虑到刀尖强度、散热条件等， κr′不宜 太大，可取10°～15°。
精加工时，在工艺系统刚性较好、 不产生振动的条件 下 ， 考 虑 到 残 留 面 积 高 度 等 ， κr ′ 应 尽 量 的 小 ， 可 取 5°～10°。
b
κ r 0
图
修光刃
切断刀、锯片等，因受结构、强度限制，并考虑到重磨后刃
据工件材料：硬度、强度大的，如冷硬铸铁、淬火钢等， 为减轻单位切削刃上的负荷， 改善刀头散热条件，提高刀 具耐用度， 在工艺系统刚性较好时， 宜取小的 κr 。 κr ＝10 ° ～30 °
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。
《机械制造基础》——刀具几何参数的选择
（二）、主偏角的选择原则
1、根据工艺系统刚性选择 工艺系统刚性足够时，选较小的主偏角，使切削厚度减 少，切削宽度增加，从而使单位长度切削刃所承受的载荷 减轻，散热条件改善，可使刀具使用寿命提高。 工艺系统刚性不足时，应选较大的主偏角，以减小径向 力。 一般取kr=60°～75°，车细长轴时，常取kr≥90°
若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。
（二）、 前角的选择原则
在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋利，同时 也要兼顾刀刃的强度与耐用度。 刀具前角的合理选择，主要由刀具材料和工件材 料的种类与性质以及加工要求决定。
1、工件材料 加工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前 刀面接触长度长，压力与摩擦较大，为减小变形和摩擦， 一般采用选择大的前角。
精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表
面粗糙度。 总之，前角选择方法为（课后作业）：
（1）材料强度、硬度较低时，γo宜大；塑性材料γo 宜大；脆性材料γo宜小； （2）刀具强度和韧性好时γo宜大； （3）粗加工、断续切削、加工铸锻件，γo宜小。
硬质合金车刀合理前角参考值
合理前角（度）
工件材料
获得较小的表面粗糙度值。 修光刃主要用于精加工，用 带有修光刃的车刀切削时， 背向力很大，因此要求工艺
系统要有较好的刚性。
五、刃倾角的选择
（一）刃倾角的功用
1、控制切屑的流向（作业） 切屑向床头方向流出， 影响工人操作；
切屑向尾座方向流出， 影响已加工表面；
切屑沿垂直切削刃的方向流出。
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2、控制切削刃切入时，首先与工件接触的位臵；
问
题 ？
1、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角， 而脆性大的刀具又如何选择？ 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而 脆性大的刀具选择较小的前角甚至取负的前角。 2、加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角？ 加工钢件等塑性材料时，一般采用选择大的前角。 3、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选 择？ 加工脆性材料时，因此刀具前角相对塑性材料取 得小些或取负值，以提高刀刃的强度。 4、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？ 粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取 较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度。
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。
刀具几何参数的合理选用
创新教育俗话说“工欲善其事,必先利其器”,作为直接参与切削工件的刀具,其几何参数选择合理与否对切削效率、加工质量、加工成本及刀具寿命等必然起着重要影响。
在机械技术人员长期的生产实践中,总结出这样一个结论:若刀具结构和几何参数的合理改善,将使刀具寿命成倍提高。
这也说明了刀具几何参数合理选择的重要意义。
1 刀具几何参数包含的内容1.1主副切削刃主副切削刃的形状有直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃等。
切削刃的形状如何会影响工件切削层横断面形状、面积及刀具切削刃上各点角度的数值,从而对切削加工产生影响。
近几年刃形发展的主要特点是提高刀尖处的强度、减少切削加工负荷、提高刀具的抗振能力、有效加强刀具热量传散等以保护刀具。
1.2刃口型式刃口型式主要有锋刃、负倒棱、消振棱及刃带等。
锋刃应用较多,负倒棱是在刀具前刀面开设倒棱面,消振棱是在刀具后刀面开设倒棱面,选择时要注意负倒棱与消振棱各自的作用及区别。
1.3刀具几何角度刀具的角度有前角、后角、主偏角、刃倾角、副切削刃的副后角及副偏角等。
完整的刀具形状及结构是由刀具几何参数决定的,各参数间相互依赖、相互制约,无视它们的内在联系而孤立地选择某一参数将无法满足加工的需求。
因此刀具合理几何参数指在一定的切削条件下,在保证工件加工质量和精度的前提下,能满足刀具正常磨损而不破损、刀具寿命高、高率、低成本的刀具几何参数。
本文将介绍刀具几何角度及刀尖修磨形状的合理选择。
2 刀具几何参数合理选择时应注意的事项2.1切削条件要考虑机床、夹具、刀具及工件组成的机械加工工艺系统刚性及功率、切削用量大小等。
通常,若工艺系统刚性较差小时,应选较大前角和主偏角等,以降低切削力和防止工件受冲击与振动。
2.2工件的具体条件工件的具体条件指工件毛坯的制造方法、工件精度和质量的技术要求、工件的切削加工性及其耐热性、硬度等基本物理力学性能。
只有掌握工件的具体条件才能结合实际具体分析从而选择出合理的参数。
3 刀具几何角度的选择刀具几何角度的选择对切削过程顺利实施起决定性作用,其中主偏角、前角、后角和刃倾角的影响更为突出,科学合理的选择几何角度是几何参数合理选择的主要内容。
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
2019/11/13
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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刀具合理几何参数的选择 游煌煌
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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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后角的功用
增大后角，在同样的磨钝标准VB条件下，刀具由新刃磨用 到磨钝，允许磨去的金属体积较大因而有利于提高刀具耐 用度。但后角越大，在同样的磨钝标准条件下，刀具的径 向磨损值NB增大，因此一些精加工刀具，当尺寸精度要求 高时，就不宜按一般原则采用大的后角。
1.6.2 后角的合理选择
1.6.1 前角的合理选择
前刀面的形式
正前角曲面带倒棱型：
这种型式是在正前角平面带倒棱的基础上，为了卷屑和增大 前角，在前刀面上磨出一定的曲面而形成的，常用于粗加工 或精加工塑性材料的刀具
卷屑槽的参数约为lBn =（6～8）f， rBn =（0.7～0.8）lBn 。
1.6.1 前角的合理选择
γ0 ↑→变形程度↓→F↓→Q ↓→T↑振动↓质量↑
刀刃和刀头强度↓散热面积容热体积↓断屑困难
在一定的条件下，存在一个合理值
1.6.1 前角的合理选择
一、前角的选择
合理前角的概念
在一定的条件下， 前角应存在一个合理 的数值。对应最大 耐用度的前角称为
合理前角。
硬质合金车刀合理前角参考值
工件材料种类 低碳钢 中碳钢 合金钢 淬火钢 不锈钢 灰铸铁 铜或铜合金 铝或铝合金 钛合金 15～20 10～15 10～15 30～35 5～10 合理前角参考范围（单位：度） 粗车 20～25 10～15 10～15 -15 ～ -5 20～25 5～10 5～10 35～40 精车 25～30 15～20 15～20
Pr
γo2 γo1
0
前角的作用
前角越大，刀越锋利、切削轻快， 强度下降、不利散热
1.6.1 前角的合理选择
一、前角的选择 前角的功用
3）增大前角能改善加工表面质量，抑制积屑瘤的产生，减 少切削振动。 4）前角过大，将削弱刃口强度，减少散热体积，导致热应 力集中，切削区局部温度升高，容易造成刀具破损和磨损。 5）由于减小了切削变形，也不利于断屑。
第1章金属切削加工基础知识
本章要点
切削运动与切削要素 刀具 金属切削过程 金属切削机床
1.6 刀具几何参数的选择
刀具是直接进行切削加工的工具。切削过程中，切削
力的大小，切削温度的高低，切屑的连续与碎断，刀具耐
用度的高低，加工质量的好坏，生产效率和生产成本的高 低，都与刀具几何参数的选择有很大关系。
前刀面的形式
负前角单面型：
当磨损主要发生在后刀面时，可制成负前角单面型。此时刀 片承受压应力，具有好的刀刃强度。因此，常用于切削高硬 度（强度）材料和淬火钢材料。但负前角会增大切削力
1.6.1 前角的合理选择
前刀面的形式
负前角双面型：
当磨损同时发生在前、后两个刀面时制成负前角双面型，可 使刀片的重磨次数增多。此时负前角的棱面应 有足够的宽度，以保证切屑沿该棱面流出。
刀具几何参数包括刀具几何角度、切削刃的刃口形式、
切削刃形状和刀面形式等内容。 合理的刀具几何参数可保证工件加工质量，延长刀具 寿命，提高生产效率，降低生产成本。
1.6 刀具几何参数的选择
1.6.1 前角的合理选择
一、前角的选择
前角的功用
前角影响切削变形和摩擦，从而影响切削力、切削热和切 削功率。 前角影响刀具的锋利性，同时影响切削刃和刀头的强度及 刀头散热条件。 1）增大前角能减小切屑的变形，减少切削力，降低切削温 度和动力消耗。 2）增大前角能改善切屑对前刀面的摩擦，减少刀具磨损， 提高刀具耐用度。
•高速钢车刀的前角一般比表中大5°-
10°。
1.6.1 前角的合理选择
一、前角的选择 前角的选择原则
根据工件材料选
对不同材料的工件，在切削时用的前角不同。
加工塑性材料前角较大； 脆性材料应较小； 切削钢的合理前角比切削铸铁大； 切削中硬钢的合理前角比切削软钢小； 加工高强度钢、淬火钢、高速钢时，应选用小前角。
1.6.2 后角的合理选择
一、后角的选择 后角的功用
增大后角能减少后刀面与工件加工表面之间的摩擦。从而 减少刀具的磨损，提高加工表面质量和刀具耐用度。并可 减少刃口钝圆半径rn使刃口锋利，这样就使摩擦进一步减 少，降低磨损，从而可提高刀具耐用度。改善加工表面质 量。
1.6.2 后角的合理选择
小 的前角，甚至负前角；
精加工时，选大前角； 工艺系统刚性不够易引起振动时，应选用较小的前角。
1.6.1 前角的合理选择
二、前刀面的形式及选择
倒棱
倒棱指沿着切削刃在前刀面上磨出负前角的小棱面， 倒棱可以提高刀刃强度、增强散热能力，从而提高了刀具耐用度。
倒棱有两个参数:倒棱前角和倒棱宽度。 倒棱前角 它的大小与刀具材料有关，高速钢刀具一般取 0°，硬质合金 刀具一般取-15°～-5°。 倒棱宽度 与加工性质、进给量有关。粗加工、进给量较大时，取较大值； 精加工、进给量较小时，一般 bγ1 = 0.2～1 mm。
1.6 刀具几何参数的选择
1.6.2 后角的合理选择
一、后角的选择 后角的功用
后角的主要作用是减小后刀面与加工表面间的摩擦，降低 刀具磨损，提高工件表面质量。 配合前角工作，后角越大，切削刃钝圆半径越小，切削刃 越锋利。 影响切削刃和刀头的强度及散热体积。
0
0
后角的功用
减小主后刀面与加工表面 的摩擦
1.6.1 前角的合理选择
前刀面的形式
正前角平面型：
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、 铣刀和脆性材料的加工。
1.6.1 前角的合理选择
前刀面的形式
正前角平面带倒棱型：
此时，切屑仍沿前刀面而不沿倒棱流出。在切削塑性材料时， 可按 bγ1 = （ 0.5 ～ 1.0 ） f 、 γol =-15°～ -5°选取。用于 粗切铸锻件或断续表面的加工。
1.6.1 前角的合理选择
一、前角的选择 前角的选择原则
Hale Waihona Puke 根据刀具材料选对于不同的刀具材料，在切削时用的前角不同。
硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，所以合理前角应取较小； 高速钢刀具抗弯强度较高，所以合理前角应取较大。
根据加工要求选
粗加工、断续切削或切削特硬材料时，为保证切削刃强度，应取较