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1、第三章 刀具的几何参数一.刀具切削部分的基本定义 切削刀具种类繁多，构造各异。其中较典型、较简单的是车刀，其他刀具的切削部分可以看成是以车刀为基本形态演变而来的刀具，如图3-1所示。图3-1 几种刀具切削部分的形状1.刀具切削部分的组成 外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，如图3-2所示为普通外圆车刀，由刀体和刀柄两部分。刀柄用于夹持刀具，又称夹持部分；刀体用于切削，又称切削部分。切削部分一般由三面、两个切削刃和一个刀尖组成。其定义分别为： 图3-2 车刀的组成（1）前刀面Ar 切屑流出时经过的刀面。（2）主后刀面Aa 与待加工表面相对的刀面。（3）副后刀面Aa， 与己加工表面相对的刀面。（4
2、）主切削刃S 前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃S， 前刀面与副后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。（6）刀尖主切削刃、副切削刃相交的一点。实际上该点不可能磨得很尖，而是由一微小圆弧组成，有时为了增加刀尖的强度，刀尖处被磨成一定的圆弧或一段折线（图3-3）。我们把这圆弧半径称为刀尖圆弧半径（r），折线称为过渡刃（b）。 在此我们顺便了解一下刀楔，前面与后面所包含的刀具实体部份就被称为刀楔，图3-3是刀楔的剖面形状，；图中n就是刀楔角。 图3-3 刀楔、刀尖形状参数a) 刀楔剖面形状 b) 刀尖形状 2.确定刀具几何角度的辅助平面 刀具角度对
3、切削加工影响很大，为便于度量和刃磨刀具，需要假定三个辅助平面作基准，构成刀具静止参考系，如图10-3所示 。图3-4 刀具静止参考系 （1）基面pr 通过切削刃上选定点并垂直于该点的切削速度方向的平面。车刀的基面可理解为平行刀具底面的平面。基面是刀具制造、刃磨、测量时的定位基准面。 （2）切削平面ps 通过切削刃某选定点相切于工件加工表面（或与主切削刃）的平面。切削平面ps与基面pr垂直。（副切削平面就是通过副切削刃上选定点并垂直于副切削刃在基面上投影的平面）。（3）正交平面P0 通过切削刃某选定点，同时垂直于切削平面ps与基面pr的平面。3.车刀的几何角度 刀具的几何角度是在刀具静止参考系内
4、度量的，如图3-5所示。刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。 （1）在基面内测量的角度 1)主偏角K r 在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向之间的夹角。 2)副偏角Kr 在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。 3)刀尖角r 在基面中测量，是主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角。 （2）在正交平面内测量的角度 1)前角0 在正交平面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。 2)后角0 在正交平面中测量，是主后刀面与切削平面之间的夹角。 （3）在切削平面内测量的角度 刃倾
5、角s 在切削平面中测量，是主切削刃与基面之间的夹角。 副后角0， 在副切削平面中测量，是副后刀面与副切削平面之间的夹角。C:同花顺软件同花顺htmlnewzxindex_b.html图3-5 车刀的主要角度4.前角、后角、刃倾角正负的规定如图3-6a所示，在主剖面（PO- PO）中，前刀面与基面平行时，前角为零；前刀面与切削平面之间的夹角小于900时，前角为正；大于900时，前角为负。 后刀面与基面夹角小于900时，后角为正；大于900时，后角为负。 如图3-6b所示，观察刀尖和切削刃上任意一点到车刀底面的距离，刀尖处于最高时，刃倾角为正；刀尖处于最低时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角
6、为零。 图3-6 车刀角度正负的规定方法 a） 前、后角 b) 刃倾角二.刀具几何角度的功用 刀具几何角度选择的合理与否，对保证零件的加工质量、提高生产效率、降低生产成本等都有重要的影响。1.前角的功用 前角的大小将直接影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表面粗糙度和刀具的强度和寿命。 （1）若增大刀具前角0，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，从而减小了切削力、切削热和切削功率。 （2）刀具前角大，楔角n减小，降低了切削刃和刀头的强度，刀头散热条件变差，切削时容易崩刃。 （3）刀具前角大，可以减小切屑变形，不易断屑；反之减小前角可以使切屑变脆，容易断屑。 （4）刀具前角减小或采用
7、负前角，将会使刀具在切削时振动加大，加工表面粗糙。2.后角的功用 后角的主要作用是减小刀具后面与工件的磨擦，减轻刀具磨损。后角小使刀面与加工表面间的磨擦加剧，刀具的磨损加大，工件冷硬程度增大，加工表面质量差；后角增大，磨擦减小，这对切削厚度较小的情况有利，但使刃口强度与散热情况变差。3.主偏角和副偏角的功用 主偏角和副偏角越小，刀头的强度越大，它的寿命越长，此外主偏角和副偏角小时，工件加工后的表面粗糙度度较细，但是主偏角和副偏角减小时，会加大切削过程中的径向力，容易引起振动或把工件顶弯。 （1）减小主偏角K r和副偏角Kr，使加工残留面积高度降低，以便得到较细的表面粗糙度，其中副偏角的影响比较
8、明显。（2） 在切削深度和进给量一定的情部况下，主偏角增大使切削厚度增加，切削宽度减小，参加切削的刃长减小，切削刃单位长度上的负荷增大。（3） 增大主偏角，使切屑宽度减小、厚度增加，并且容易折断。4.刃倾角的功用 （1）控制切屑的排出方向，见图3-7所示为外圆车刀刃倾角s对排屑方向的影响。精车和半精车时，刃倾角宜选用正值，使切屑流向待加工表面，防止划伤己加工表面。 （2）大的正刃倾角，能使切削刃变得锋利，可以切下很薄的金属。 （3）负刃倾角（-s），使刀头强固，切削时刀尖可避免受到冲击，提高了刀具寿命。图3-7 刃倾角对排屑方向的影响表3-1 硬质合金车刀合理前角参考值工件材料合理前角工件材料
9、合理前角粗车精车粗车精车低碳钢 1520 2530 不锈钢 1520 2025 中碳钢 1015 1520 灰铸铁 1015 510 合金钢 1015 1520 铜及铜合金 1015 510 淬火钢 -15-5 铝及铝合金 3035 3540 三.刀具几何角度的选择 1.刀具前角的合理选择 刀具的前角，既要使切削刃锐利，又要保证刀具有一定的强度和一定的散热体积，所以不同材料在切削加工时前角也不同。由于硬质全合金的抗弯强度低，抗冲击刃性差，所以合理前角也就小于高速钢刀具的合理前角。 （1）工件材料的强度与硬度低，可采用较大的前角，减小切削变形；工件材料的硬度高，应采用较小的前角，以保证刀尖强度；
10、当加工特别硬的材料时，应选用很小的前角，甚至负前角。 （2）加工塑性材料，应取较大的前角；加工脆性材料，选用较小的前角。 （3）粗加工、断续加工或承受冲击载荷时，为保证切削刃强度，应取较小的前角，甚至负前角。 （4）高速钢刀具比硬质合金刀具韧性好，允许选用较大的前角，一般大50100。 表3-1是硬质合金车刀合理前角参考值。 2.刀具后角的合理选择 （1）粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，后角应取小些；精加工时，增大刀具后角可提高刀具寿命和加工表面质量。 （2）工件材料的硬度与强度高，塑性大，易产生加工硬化，为防止刀具后刀面磨损，后角应适当加大。 （3）采用负前角时，取较大
11、的后角，以保证切削刃锋利。 （4）刀具尺寸精度高，取较小后角，以防止刀具重磨后刀具尺寸的变化。 表3-2是硬质合金车刀后角参考值。 表3-2 硬质合金车刀后角参考值工件材料合理后角工件材料合理后角粗车精车粗车精车低碳钢 810 1012 灰铸铁 46 68 中碳钢 57 68 铜及铜合金 68 68 合金钢 57 68 铝及铝合金 810 1012 淬火钢 810 钛合金 015 不锈钢 68 810 3.刀具主偏角、副偏角的合理选择（1）主偏角的选择 1)粗加工与半精加工的硬质合金车刀，一般选用较大的主偏角，以减小振动，提高刀具寿命。 2）加工冷硬铸铁和淬火钢时，宜取较小的主偏角，可减轻单位
12、切削刃上的负荷，改善刀头散热条件，提高刀具寿命。 3）车细长轴时，由于工件刚性不足，应取较大的主偏角K r900，以减小吃刀抗力和振动。 （2）副偏角的选择 1）车刀、端铣刀、刨刀在不影响振动条件下，副偏角Kr50100。 2）精加工应取较小的副偏角，也可以磨出一段修光刃Kr00，修光刃长度为（1.21.5）见图3-8。 3）加工高强度、高硬度材料时，为了提高刀尖强度，副偏角Kr可取4060。 4）切断刀、锯片铣刀和槽铣刀等，为了保证重磨后宽度变化较小，副偏角宜取1030左右。 硬质合金车刀合理主、副偏角的参考值见表3-3。 表3-3 硬质合金车刀合理偏角参考值加工情况偏角数值（）主偏角副偏角
13、粗车，无中间切入工艺系统刚性好45，60，75510工艺系统刚性差65，75，90，1015车削细长轴，薄零件90，93610精车，无中间切入工艺系统刚性好4505工艺系统刚性差60，7505车削冷硬铸铁，淬火钢1030410从工件中间切入45603045切断刀、车槽刀609012 4.刃倾角的合理选择 （1）加工一般钢和灰铸铁，粗车时取刃倾角s=00-50；精车时取刃倾角s=0050有冲击载荷时，s=-50-150。 （2）车削淬硬钢，刃倾角s=-50-120。 （3）微量精车外圆、精车孔或精刨平面时，刃倾角s=450750。 （4）强力切削刨刀刃倾角s=-100-200。 （5）工艺系统刚性差，切削量不宜选用负的刃倾角。 四.刀具安装对工作角度的影响 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
