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1、项目七 刀具选择,子项目1 刀具角度选择,问题1：切削力的影响,问题2：切削温度的影响,问题3：刀具寿命的影响,为什么要选择刀具角度 因为它影响：切削加工生产率 刀具耐用度 加工质量 加工成本,刀具角度选择的依据？ 工件材料 刀具材料 切削用量 工艺系统刚性 机床功率,1 前角及前刀面形状的选择,前角决定 切削刃的锋利程度 强固程度 直接影响切削过程,o1,Pr,o2,正前角：减小切屑被切下时的弹塑性变形 减小切屑流出时与前面的摩擦阻力， 减小切削力和切削热， 切削轻快， 提高刀具寿命， 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。,
2、负前角：改善刃部受力状况和散热条件， 提高切削刃强度 提高耐冲击能力,采用负前角：通常在用脆性刀具材料 加工高强度高硬度工件材料 易产生崩刃,选择时考虑：刀具材料,高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。 高速钢刀具的前角 硬质合金刀具+510。 陶瓷刀具的脆性更大，故前角常取负值(多在415范围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取010)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。 立方氮化硼(CBN)由于脆性更大，都采用负前角高速切削。,选择时考虑：工件材料,塑性材料:切屑呈带状，沿刀具前面流出时和前面接触长度较 长，摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般都采用正前角。 强度
3、、硬度高:单位切削力大，切削温度容易升高，前角宜取小值。为了提高切削刃强度，增加刀头导热面积和容热体积，,脆性材料时，塑性变形小，切屑呈崩碎状，切削力集中，易崩刃，前角小一些。,如加工灰铸铁取o=515。 前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐减小。 在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负前角。 实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。,前角选择：具体加工条件,粗加工时或断续切削时，切削力和冲击较大，为使切削刃有足够强度，宜取较小前角； 精加工时，切削刃强度要求较低，为使刀具刀刃锋利，降低切削力，以减小工件变形和减小表面粗糙度值，宜取较
4、大前角。 工艺系统刚性较差时，宜取较大前角，以减小切削力和切削功率，减轻振动。,前角选择：其他参数的选择,前角的合理数值与刀面形状及刃区参数以及其他角度有关，特别是和刃倾角有密切关系。 带负倒棱的刀具允许采用较大前角； 大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度和抗冲击能力。 许多先进刀具就是在针对某种加工条件，善于灵活运用这些原则而产生的。,2 刃区参数及前刀面形状的选择,（1）刃区参数 刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。,锋刃型,倒棱型,钝圆型,常用的前刀面形状及刃区剖面参数,切削刃口较锋利，但强度较差，0不能太大，不易断屑。,各种高速钢刃形复杂刀具及成形刀具，精加工铸铁、
5、青铜等脆性材料的硬质合金刀具。,切削刃强度较好，但刀刃较钝，切削变形大。,硬脆刀具材料、加工高强度、高硬度（如淬火钢）的车刀、铣刀、面铣刀等。,在加工塑性材料时，为使切屑卷成螺旋形或折断成C形，使之易于排出和清理，常在前刀面上制成卷断屑槽。,卷断屑槽可作成直线圆弧型、直线型和全圆弧型三种。,直线圆弧型和直线型断屑槽适用于切削碳素钢、合金结构钢、工具钢等，0515。,全圆弧型适用于切削紫铜、不锈钢等高塑性材料，0可增大至25 30。,比平前刀面可取较大前角且改善了卷屑和断屑条件，但刃磨不如平前面简便。,各种高速钢刀具，加工纯铜、铝合金等低强度、低硬度的硬质合金刀具。,加工各种钢材等塑性材料的硬质
6、合金车刀。 加工铸铁等脆性材料用的硬质合金、陶瓷刀具。 零度倒棱，适用于高速钢刀具。,切削刃强度及抗冲击能力增加，在同样条件下允许采用较大的前角，提高了刀具寿命。,适用于陶瓷等脆性材料刀具。,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。,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。,影响刀具耐用度和加工表面质量。,合理后角的选择,当hD(或进给量f)很小时(精加工)，磨损主要发生在后刀面上，为减小磨损和增加
7、切削刃的锋利程度，宜取较大的后角。 当切削厚度很大时，前刀面上月牙洼磨损显著，这时取较小后角可以增强切削刃和加大散热体积。,例如：高速钢立铣刀，由于每齿进给量很小，后角取到16，而圆片铣刀当每齿进给量为0.01mm时，后角取30。车刀后角的变动范围比前角要小。粗车时，因hD较大，为保证切削刃强度取较小后角(4 8)；而精车时，hD较小为保证已加工表面质量，取较大后角812。切断刀的进给量较小，且考虑进给运动对工作后角的影响宜取较大后角1012。,刀具后角：切削条件,工件材料的强度、硬度较高时，为加强切削刃，宜取较小后角(0=57)。 工件材料塑性较大，加工硬化严重时，为减小后刀面摩擦，应取较大
8、后角(10 12)。 当采用负前角刀具加工高硬度高强度材料时，宜采用较大后角(12 15)， 工艺系统刚性较差时，为避免振动，应适当减小后角。,后角归纳为 尽量小, 粗加工：o , 精加工：o 塑性材料:o 脆性材料:o , 硬度高:o,强度高o 工艺系统：刚度高o ,归纳总结,前角大, 刀锋利，强度差。适于精加工。 前角小，强度好。散热佳，适于粗加工。 后角大，刀锋利，摩擦小。适于精加工。 后角小，强度好。散热佳，适于粗加工。,车刀的副后角一般取其等于主后角。 切断刀及切槽刀的副后角，由于受其结构强度的限制，只能取得很小，0=12。,车刀的副后角,二、后刀面形状及选择,为减少刃磨后面的劳动量
9、，提高刃磨质量，常把后面作成双重后面，b1取l3mm。,它可以增加后刀面与加工表面的接触面积，在切削时能产生同振动位移方向相反的摩擦阻力，不仅可以减小振动，也可对工件表面起一定的熨压作用，从而提高加工表面质量。,沿着后刀面磨出负后角倒棱面，倒棱角01=-5-10，倒棱面宽b10.10.3mm。,消振棱,这是车削细长轴和镗孔时常采取的消振措施之一。,主偏角的功用 影响已加工表面残留面积的高度 影响各切削分力的比例 影响刀尖的强度和刀具耐用度 影响断屑,主、副偏角及刀尖形状的选择,主、副偏角及刀尖形状的选择,一、主偏角对切削加工的影响,1.对刀具耐用度影响很大。随着主偏角减小，刀具耐用度提高。这是
10、因为：,当背吃刀量ap和进给量f相同时，主偏角的变化将改变切削层形状，使切削层参数发生变化，从而影响切削刃上的负荷。,当主偏角Kr减小时，由于切削层公称宽度bD(ap/sinKr)增加，切削层公称厚度hD(=fsinKr)减小，使作用在主切削刃单位长度上的负荷减轻。,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。,Kr1,Kr,Kr2,Fp,Ff,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有所增大；在ap和f相同时，使切削
11、功率有所增加。但更主要的是会使背向力Fp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。,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。,硬质合金车刀一般选用较大的主偏角(Kr6075)，以利于减少振动、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(Kr1030)，以利于提高刀具耐用度。,二、合理主偏角的选择原则,粗加工时，,工艺系统刚性较好时，取较
12、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Kr9093，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Kr90的偏刀； 要用一把刀加工外圆、端面和倒角时可取Kr45。,主偏角选择总结, 系统刚度：刚度好，Kr取小值，刚度差，Kr取大值 工件形状：Kr按工件阶梯的角度选 工件材料：工件很硬时，Kr取小值 散热条件：需要时加强散热时，Kr取小值 产量条件：需要刀具通用性好时，取Kr90、Kr45,副偏角Kr的大小主要影响刀具耐用度和已加工表面质量。,三、副偏角的作用及选择,1. 副偏角Kr的作用,减小副切削刃及副后面与
13、已加工表面之间的摩擦。,副偏角太小或太大刀具耐用度都不高，其存在着一个合理值,Kr 对刀具耐用度的影响,这是因为： 副偏角过小会增加参加切削工作的刀刃长度，增大副后刀面与已加工表面间的摩擦，同时也易引起振动； 而副偏角过大致使刀尖强度降低和散热条件恶化，结果会使刀具耐用度降低。,在副偏角较小时，加工表面粗糙度值较小。,Kr 对加工表面质量的影响,这是因为： 减小副偏角可减小残留面积高度，降低理论表面粗糙度值。,2. 合理副偏角Kr的选择,一般刀具的副偏角，在工艺系统刚性较好，不产生振动的情况下，可选取较小的数值，如取Kr=510。,精加工刀具的副偏角应取得更小一点，必要时，可磨出一段Kr=0的
14、修光刃，车刀的修光刃长度取为b(1.21.3)f，硬质合金端铣刀的b(46)f。,考虑对Ra的影响一般尽量取小值,切断刀和切槽刀由于结构强度的限制，只能取很小的副偏角，Kr=13。,刃倾角的功用,1.控制切屑流出方向。,外圆车刀刃倾角s对排屑方向的影响,可见，在精车时，希望取正刃倾角(+s)，以使切屑流向待加工表面，防止缠绕和划伤已加工表面。,刃倾角小于0时,刃倾角等于0时,刃倾角大于0时,2.影响切削刃的锋利程度。,当s0的斜角切削时，由于切屑在前刀面上流向的改变，使实际前角增大；同时，刃倾角增大还可减小刀刃的钝圆半径，使切削刃变得锋利。如切下极薄切屑的精车刀、精刨刀多采用4575的大刃倾角
15、。,3.影响切削分力的大小。,当负刃倾角绝对值增大时，背向力Fp显著增大，将导致工件变形及引起振动。,刃倾角对刀具耐用度的影响如下图所示。,在不同的加工条件下，也存在着一个合理数值。,二、合理刃倾角的选择原则,1.加工一般钢料和灰铸铁，粗车取s05，精车时取s=0+5；有冲击负荷时， s=-5-15；当冲击特别大时，可取 s=-30-45。 2.加工高强度钢、高锰钢、淬硬钢时，可取 s=-5-15或负数的绝对值更大一些。 3.工艺系统刚性不足时，尽量不采用负刃倾角。,1）粗加工S 0 （使FP小些） 2）断续切削：S 0（使FP小些） 5）微量切削：S取大值(使刀具实际刃口 半径),注意：刀具各角度之间是互相联系互相影响的。孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。,例如：改变前角将使刀具的合理后角发生变化。,在加工硬度较高的材料时，为增加刀刃强度，一般取较小的后角。,但在加工特别硬的材料，如淬硬钢时，通常采用负前角，这时楔角已较大，如适当增加后角，不仅使切削刃易于切入工件，而且还可提高刀具耐用度。,刀具前角和刃倾角的选择也常常是互相影响的。 强力切削时，切削面积大，切削力也大，为强化刀刃，前角适宜取小一些。但此时如采用太小前角会导致切屑变形太大。可以采用较大前角，而同时采用负的刃倾角及负倒棱来强固刀刃；采用过渡刃来强化
