《机械制造基础》——刀具几何参数的选择

5、正前角曲面带倒棱型：这种型式是在平面带倒棱
的基础上，前刀面上又磨出一个曲面，称为卷屑槽或
月牙槽。常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。
二、后角、副后角的Leabharlann Baidu择
（一）、后角的功用（课后作业） 1、减小刀具后刀面与加工表面的摩擦；
2、当前角固定时，后角的增大与减小能增大和减
小刀刃的锋利程度，改变刀刃的散热，从而影响刀具
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
8～10 5～ 7 5～ 7 8～10 6～ 8 4～ 6
6～ 8 8～10
10～12 6～ 8 6～ 8 8～10 6～ 8
6～ 8 10～12
14～16
（三）、副后角的选择 刀具的副后角主要用来减少副后刀面与已加工表面
的摩擦，它对刀尖强度也有一定的影响。
为了使制造、刃磨方便，一般车刀的副后角ao′取 和后角ao相同的数值。但切断刀和切槽刀受刀头强度和 重磨后刀具在槽宽方向的尺寸限制，副后角通常取得很 小，一般取ao′= 1°～2°。
（三）、前刀面型式的选择： 1、正前角平面型：特点是结构简单、刀刃锐利， 但强度低，传热能力差。多用于切削脆性材料用 刀具、精加工用刀具、成形刀具和多刃刀具。
2、正前角平面带倒棱型：这种型式是沿切削刃磨出很 窄的棱边，称为负倒棱。但倒棱的宽度一定要使切屑 沿前刀面而不是沿负倒棱流出，否则就是负前角了。 这种型式多用于粗加工铸锻件或断续切削。
Fp
Ff kr Kr＇
3、主偏角和副偏角越小，切削刃痕的理论残留面积的 高度也越小，可以有效地减少已加工表面的粗糙度。 同时，还加强了刀尖强度，改善了散热条件。
4、主偏角和副偏角共同决 定了刀尖角，直接影响刀 尖的强度、导热面积和容 热体积。 5、副偏角过小会增加副切 削刃的工作长度，增大副 后刀面与已加工表面的摩 擦，易引起系统振动，反 而增大表面粗糙度。 6、切断刀、锯片刀和槽铣 刀等，为了保证刀头强度 和重磨后刀头宽度变化较 小，只能取很小的副偏角 （1°-2°）。
复习提问
1、指出车刀的三面二刃一尖。
前刀面Aγ 副切削刃S′
刀尖
主切削刃S
副后刀面
主后刀面Aα
复习提问
1、指出车刀的三面两刃一尖。
前刀面Aγ
副切削刃S′
副后刀面 Aα ′
3
2
刀尖
主切削刃S
1
后刀面Aα
复习提问
2、指出正交平面参考系的三个参考面。
基面
Pr
切削平面 Ps 正交平面 P0
复习提问
3、指出图中车刀的角度及测量面
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。
≥90° 1°～2°
四、刀尖形状的选择 刀尖概念：主切削刃与副切削刃连接的地方。 刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方。切削 过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损。因此在 刀尖处常有一段直线或圆弧的过渡刃，增加刀尖强度， 改善散热条件，提高刀具耐用度，降低加工表面粗糙 度值。但是，过渡刃增大了背向力。
立方氮化硼刀具 陶瓷刀具 硬质合金刀具 高速钢刀具
刀具的韧性增强，前角取大 高速钢的抗弯强度和冲击韧性高于硬质合金， 所以高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具的大些；而 陶瓷刀具的脆性大，强度和韧性都不如硬质合金，所 以陶瓷刀具的前角应该小些。
3、加工要求 粗加工时，尤其是工件表面不连续、形状误差较大、 有硬皮时，一般取较小的前角；
加工铸铁等脆性材料时，塑性变形小，切屑为碎状，
切屑与前刀面接触短，切削力主要集中在切削刃附近，
受冲击时易产生崩刃，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。
工件材料的强度、硬度高时，切削力大，为提高切
削刃的强度，应选用较小的前角。
2、刀具材料 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆 性大的刀具甚至取负的前角。 下图是不同刀具材料韧性的变化
(a)倒角刃
(b)圆弧刃
(c)修光刃
倒角刃的优点： 主偏角κr和副偏角κr＇ 的减小，都可以增强刀尖强 度，但同时也增大了背向力 Fp，使得工件变形增大并 引起振动。但如在主、副切 削刃之间磨出倒角刀尖。则 既可增大刀尖角，又不会使 背向力Fp增加多少。 倒角刃主要适用于粗加 工、半精加工、间断切削和 强力切削时使用。
适用范 围加工 条件 主偏角 kr
副偏角 k r＇ 加工系统 加工系统刚 加工系统刚 刚度较好， 加工系统刚 度差工，台 度足够，加 可中间切 度较差，粗 阶轴、细长 工淬硬钢、 入，加工 车、强力车 轴、多刀车、 冷硬铸铁 外圆、端 削 仿形车 面、倒角 10°～30° 5°～10° 45° 45° 60°～70° 75°～93° 10°～15° 10°～6° 切断 切槽
(a)倒角刃
圆弧过渡刃： 增大ｒε ，刀具的磨损和破损都可减小，不过， 此时背向力Fp也会增大，容易引起振动。因此，刀 尖的圆弧半径ｒε不宜过大。 修圆刀尖一般在半精加工、精加工中选用；在 难加工材料切削时也常采用。
修光刃 当直线过渡刃平行于进
给方向时即为修光刃。
修光刃的作用是在大进
给量条件下切削时，仍可以
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。
的耐用度。
αo↑ → 刃口锋利↑→ 切削热↓→ 切削温度↓
→ 耐用度↑
但αo↑↑ → 楔角↓→ 刃口强度↓ → 散热体积↓
→ 切削温度↑ → 耐用度↓
（二）、后角的选择原则 在不产生摩擦的前提条件下，适当减小后角。 后角选择方法（课后作业）： 1、工件材料硬度、强度较高时，应取较小的后角；
2、塑性材料αo宜大；脆性材料αo宜小；
刃倾角的参考值
切削条件 刃倾角（°） 粗加工 精加工 0～-5 0～ 5 -5～-15 -30～-45 -10～-20 -5～-12 ＞0 45～75
41
一般钢料和铸铁 有冲击负荷 特大冲击负荷 强力切削 车淬硬钢 工艺系统刚性不足 微量精细加工
3、控制切削刃在切入和切出时的平稳性；
4、控制背向力Fp和进给力Fƒ的比值。 （二）刃倾角的选择 1、粗加工时要保证刀具有足够的强度，一般取 λs=0°～-5°；精加工时为使切屑不流向已加工表 面使其擦伤，选择λs=0°～+5°。 2、加工余量不均匀或在其他产生冲击振动的 切削条件下，应选取绝对值较大的负刃倾角。
刀具的几何参数包括刀具角度、刀面的结 构和形状、切削刃的型式等。 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 能够达到提高切削效率、降低生产成本的目的的 刀具几何参数。
8
一、前角和前面型式的选择 （一）、前角的作用 （课后作业）
1、影响切削力和切削功率； 2、影响加工表面质量； 3、影响刀具耐用度； 4、影响断屑效果。
9
前角↑
切削变形↓切削力↓→ 切削热↓ →切削温度↓ → 耐用度↑ 楔角↓ → 强度↓→ 散热体积↓→切削温度↑ → 耐用度↓ 过大→崩刃 工件表面质量↑ 不易断屑
增大刀具前角，可以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，使刀具的耐用度提高。 使刀具楔角减小，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 影响已加工表面质量 增大前角可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，减轻切削过程中的振动
在基面中测量 1——主偏角κr 2——副偏角κr′ 在正交平面中测量 1 3——前 角γo
4 2
3
4——后 角αo
在切削平面中测量 5——刃倾角λs
5
2.4 刀具几何参数的选择
本次课的内容提要：
一、前角和前面型式的选择；
二、后角、副后角的选择；
三、主偏角、副偏角的选择；
四、刀尖与过渡刃的选择；
五、刃倾角的选择。
3、负前角单面型：切削高强度、高硬度材料时，为使脆 性较大的硬质合金刀片承受压应力，而采用负前角。当 刀具磨损主要产生于后刀面时，可采用负前角单面型。 但负前角会增大切削力。
4、负前角双面型：当刀具前刀面有磨损时，刃磨前 刀面会使刀具材料损失过大，重磨次数减少，应采用 负前角双面型，双面型可减小前面的重磨面积，增加 刀和重磨次数。这时负前角的棱面应具有足够的宽度， 以确保切屑沿该面流出。
（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°
3、粗加工、断续切削、加工铸锻件，αo宜小；精加工、
连续切削αo宜大；
4、工艺系统刚性差，容易出现振动，应适当减小后角； 5、定尺寸刀具，为了限制重磨后刀具尺寸的变化，αo宜 小。
硬质合金车刀合理后角参考值
合理后角（度） 工件材料 粗车 精车
低碳钢 中碳钢 合金钢 淬火钢 奥氏体不锈钢 灰铸铁
铜及铜合金 铝及铝合金 钛合金
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；
粗车 18～20 15～18
10～15 10～15 10～15 10～15 25～30 30～35 15～25
精车 20～25 18～20
13～18 5～10 5～10 5～10 30～35 35～40 25～30
低碳钢 45钢（正火）
45（调质） 铸、锻件、断续切削 HT150、HT200 青铜、脆黄铜 紫铜 铝及铝合金 不锈钢
Fp
Ff kr
Kr＇
2、根据工件材料选择 工件材料的强度、硬度很高时，为了提高刀具的强度和 耐用度，一般取较小的主偏角。 3、根据加工表面形状选择 加工阶梯轴时，kr=90°，进行车端面、车外圆和倒角 时可选用kr=45°的弯头车刀，以减少刀具种类及换刀次数。
(三）副偏角kr＇的选择
副偏角是影响表面粗糙度的主要角度。
1、副偏角的减小，将可降低残留物面积的高度，提
高理论表面粗糙度值。
2、副偏角减小刀尖强度增大，散热面积增大，提高
刀具耐用度。
3、副偏角太小会使刀具副后刀面与工件的摩擦，使
刀具耐用度降低，另外引起加工中振动。 副偏角的选择原则： 在不影响摩擦和 振动的条件下，应选 取较小的副偏角。
主偏角kr、副偏角kr＇的选用值
5、工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小还是较 大的后角？ 工件材料强度或硬度较高时，为加强切削刃，一 般采用较小后角。 6、对于塑性较大材料，一般取较小还是较大的后角？ 对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化 时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大 时，一般取较大后角。 7、切削时，刃倾角λs是如何影响切屑流向的？ λs为正值时，切屑向床头方向流出，影响工人操作； λs为负值时，切屑向尾座方向流出，影响已加工面； λs为零时，切屑沿垂直切削刃的方向流出。
三、主偏角、副偏角的选择
（一）、主偏角及副偏角的功用
主偏角影响切削分力的大小；
影响加工表面粗糙度值的大小；
影响刀具耐用度； 影响工件表面形状。
Ff
kr1 Kr ’ Fp
kr2
1、减少主偏角会导致径向 力增大，同时刀尖与工件的 摩擦加剧，会导致刀具使用 寿命下降。 2、减少主偏角会使切削厚度 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。