刀具组成和选用

刀具组成和选用
刀具的种类很多，但以单个刀齿都可看作是由外圆车刀的切削部分演变而来的。

1、刀具的组成
外圆车刀由刀头和刀杆两大部分组成，刀头用于切削，它主要由以下几个部分组成：
如下有图所示，车刀主要由刀头和刀杆两部分组成。

刀头为切削部分，刀杆为支承部分。

刀头由以下几部分组成：
前刀面（前面）—切屑流出所经过的刀面。

主后刀面（后面）—对着工件切削表面的刀面。

副后刀面（副后面）—对着工件已加工表面的刀面。

主切削刃—前刀面与后刀面的交线。

副切削刃—前刀面与副后刀面的交线。

刀尖—主切削刃与副切削刃的交点，一般为半径很小的圆弧，以保证刀尖有足够的强度。

2、刀具参考系
为确定刀具切削部分各表面和切削刃的空间位置，需要建立平面参考系，以组成坐标系的基准。

参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作参考系。

（1）刀具静止参考系
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称为刀具静止参考系或标注角度参考系。

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刀具标注角度参考系是正交平面参考系，它由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成，如右图所示。

基面—切削刃上任意一点的基面是通过该点并垂直于该点切削速度方向的平面。

切削平面—切削刃上任意一点的切削平面是通过该点并和工件切削表面相切的平面。

正交平面—主刀刃上任意一点的正交平面是通过该点并垂直于主切削刃在基面上投影的平面。

上述三个平面在空间是互相垂直的。

（2）刀具工作参考系
以刀具切削时的合成切削运动方向为依据，建立工作基准坐标平面组成的坐标系，称为刀具工作角度坐标系。

工作基准坐标平面包括工作基面和工作切削平面。

静止参考系和工作参考系下的刀具几何角度
1、静止参考系中正交平面参考系刀具角度的标注
建立正交平面参考系的目的，是将构成刀具切削部分的形状要素（刀刃、刀面）在空间的位置确定下来。

通常是用刀具几何角度来描述刀刃和刀面在空间的位置。

（1）基面中测量的刀具角度
在基面上可看到刀具切削部分（前面、主切削刃和副切削刃）的正投影。

因此，可在基面内标注或测量主切削刃和副切削刃的偏斜程度。

1、主偏角为主切削刃在基面上的投影与进给运动速度方向之间的夹角。

2、副偏角为副切削刃在基面上的投影与进给运动速度功反方向之间的夹角。

3、刀尖角为主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度
是标注角度是否正确的验证公式之一。

（2）切削平面中测量的刀具角度
在切削平面上可描述刀具刃口的倾斜程度，即主切削刃与基面之间的夹角，定义为刃倾角。

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，=0°。

当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时＞0°，反之＜0°。

（3）正交平面中测量的刀具角度
前角—前刀面与基面之间的夹角，它表示前刀面的倾斜程度，前角越大，刀就越锋利，切削就越省力。

但前角过大，刀刃强度降低，影响刀具的寿命。

前角的选取决定于工件材料、刀具材料和加工性质。

后角—主后刀面与切削平面之间的夹角。

它表示主后刀面的倾斜程度。

后角的作用主要是减少主后刀面与工件过渡表面之间的摩擦，后角越大，摩擦越小。

但后角过大会使刀刃的强度降低，影响刀具的寿命。

后角—后面与切削平面之间的夹角，它是个派生角。

2、工作参考系下的刀具几何角度
工作参考系下的刀具几何角度即刀具的工作角度。

（1）进给运动对工作角度的影响
横向进给时，工作参考系为：、、
工作参考系内的工作角度为：
η为合成切削速度角：
纵向进给时，刀具工作角度参考系［，］倾斜了一个角，则工作角度为：
（2）刀具安装对工作角度的影响
当刀具安装高于工件中心或低于工件中心时，工作前角、后角都会有变化。

此外，刀柄中心线与进给方向不垂直时，工作主、副角将发生变化；工件形状也影响刀具工作角度。

一、刀具几何角度的合理选用
1、前角的选择
前角的选择原则为：
在刀具强度许可条件下，尽量选用大的前角。

同时应考虑：
（1）被切削对象塑性越大，前角越大。

（2）刀具切削部分的材料高速钢前角可大于硬质合金钢。

（3）粗加工前角应取小些，精加工时前角应取大些。

具体可参考下表
2、后角及副后角的选择
（1）后角选择
后角选择原则：在粗加工时以确保刀具强度为主，可在=4°～6°范围内选取；在精加工时以保证加工表面质量为主，一般取=8°～12°。

在实际生产中有时在后面上磨出倒棱面=0.1～0.3mm，负后角=-5°～-10°，目的是为了在切削加工时产生支承作用，增加系统刚性，并起到消振阻尼作用。

（2）副后角的选择
通常将副后角作成与主后角相等。

有些刀具（切断刀、铣刀、拉刀等）的副后角较小，主要用以提高刀具强度。

3、主偏角、副偏角、过渡刃和修光刃
（1）主偏角的选择原则
粗加工时选大些，精加工时可选小些；工件材料强度、硬度高时，主偏角应取小些；工艺系统刚性好，主偏角应取小些，反之取大些。

（2）副偏角的选择原则
在工艺系统刚度允许的条件下，副偏角通常取较小值，一般=5°～10°，最大不超过15°；精加工时，应更小，必要时可磨出=0的修光刃。

（3）主、副偏角的选用值
（4）过渡刃的选择原则
普通切削刀具常磨出较小圆弧过渡刃，以增加刀尖强度和提高耐用度。

随着工件强度和硬度提高，切削用量增大，则过渡刃尺寸相应加大，一般可取过渡刃偏面，宽度=0.5～2mm或取圆弧半径=0.5～3mm。

（5）修光刃
当过渡刃与进给方向平行，即偏角=0°,该过渡刃亦称为修光刃（水平刃), 它的长度一般为=(1.2～1.5)。

4、刃倾角的选择原则
主要根据刀具强度，流屑方向和加工条件而定。

一般钢料或铸铁粗加工，取=0°～-5°，若有冲击负荷，取=-5°～-15°；精加工时为使切屑不流向已加工表面使其划伤，取=0°～-5，进行微量（=5～10μm）精细切削时，取=45°～75°，切削淬硬钢、高强度钢等难加工材料时，则取=-20°～-30°。

二、常用刀具种类、材料及其选择
1、刀具的种类
按加工方式分：车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉刀、砂轮等。

按结构方式分：整体式、焊接式、机夹式、可转位式等。

按刀具的刃形分：单刃刀具、多刃刀具、成形刀具等。

按国家标准分：标准刀具、非标准刀具等。

常见的刀具有：
（1）车刀
车刀是车削加工使用的刀具。

车刀的种类很多，按其用途的不同可分为外圆车刀、镗孔刀、切断刀、螺纹车刀、成形车刀等。

对于外圆车刀，通常按其主偏角大小又分为90°、75°和45°的外圆车刀等。

常用车刀种类及形状如下图所示。

（2）铣刀
铣刀种类很多，常用铣刀如下图所示。

圆柱形铣刀和端铣刀用于加工平面；三面刃铣刀、立铣刀、键槽铣刀和T形铣刀用于加工各种沟槽；角度铣刀用于加工角度；成形铣刀用于加工成形面。

（3）钻头
钻头种类较多，有中心钻、麻花钻、扩孔钻、深孔钻等，其中常用的是麻花钻。

标准麻花钻由钻柄、工作部分和颈部组成，如右图所示。

（4）刨刀
刨刀的形状及几何参数与车刀相似，常用刨刀如下图所示。

由于刨削是断续切削，刨刀切削工件时受较大的冲击力，因此，刨刀的刀杆比较粗，而且常制成弯头。

弯头刨刀除能缓和冲击、避免崩刃外，在受力发生弯曲变形时还不致啃伤工件表面。

（5）刨刀
砂轮是磨削工具，它是用颗粒状的磨料经结合剂粘结而成的多孔体，其构造如右图所示。

砂轮的性能由磨料、粒度、硬度、结合剂及砂轮组织等因素决定。

根据磨削加工的需要，砂轮制成不同的形状和规格，常用的砂轮有平板形、碗形、碟形等。

常用的砂轮磨料有刚玉类（主要成分是Al2O3）和碳化物类（主要成分是SiC）。

刚玉类砂轮的韧性好，硬度较低，主要用于磨削各种钢；碳化物类砂轮的硬度较高，主要用于磨削硬质合金及非金属材料。

2、刀具材料
在切削加工中，由刀具直接完成切削工作。

刀具能否胜任切削工作，决定于刀具切削部分材料的性能。

刀具切削部分的材料应满足下列要求：
（1）高的硬度
刀具材料应具有较高的硬度，且必须高于工件的硬度。

（2）高的耐热性
刀具在切削加工中
经受剧烈磨擦，磨损要小。

（3）高的热硬性
刀具材料在高温下，能够继续保持一定的硬度和强度。

（4）足够的坚韧性
刀具材料具有承受一定冲击和振动而不断裂或崩刃的能力。

（5）良好的工艺性，便于加工制造
常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及非金属陶瓷材料等，其中应用最多的是高速钢和硬质合金。

高速钢目前主要用于制造各类能承受一定切削速度、形状复杂的刀具，如铣刀、拉刀、齿轮加工刀具等。

硬质合金由于性能较脆，一般不宜做成形状复杂的刀具，主要用做车刀、铣刀、刨刀、铰刀等刀具的镶焊刀片。

3、刀具选择方法
选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

（1）刀片材质的选择
车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。

其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。

选择刀片材质，主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等。

（2）刀片尺寸的选择
刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L。

有效切削刃长度与背吃刀量和车刀的主偏角有关，使用时可查阅有关刀具手册选取。

（3）刀片形状的选择
刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。