2金屬切削過程的基本規(guī)律(4)

1、2021-6-141第二章第二章 金屬切削基礎金屬切削基礎第第4講講 刀具幾何參數的合理選擇刀具幾何參數的合理選擇l牢固掌握前角、前刀面、后角、主、副偏角的功用牢固掌握前角、前刀面、后角、主、副偏角的功用及選擇原則；及選擇原則；l 一、前角及前刀面型式的選擇一、前角及前刀面型式的選擇l 二、后角的選擇二、后角的選擇l 三、主副偏角及刀尖形狀的選擇三、主副偏角及刀尖形狀的選擇l 四、刃傾角的功用及選擇四、刃傾角的功用及選擇2.5 刀具幾何參數的合理選擇刀具幾何參數的合理選擇刀具切削性能的影響因素：刀具切削性能的影響因素： 刀具材料刀具材料 刀具結構刀具結構 切削部分的幾何參數切削部分的幾何參數q

2、 當當刀具材料和刀具結構刀具材料和刀具結構確定之后，刀具切削部分的確定之后，刀具切削部分的幾幾何參數何參數對切削性能的影響十分重要。對切削性能的影響十分重要。q 刀具幾何參數影響到：刀具幾何參數影響到：切削力的大小、切削溫度的高切削力的大小、切削溫度的高低、切屑的連續(xù)與碎斷、加工質量的好壞以及刀具耐低、切屑的連續(xù)與碎斷、加工質量的好壞以及刀具耐用度、生產效率、生產成本的高低等。用度、生產效率、生產成本的高低等。q 刀具幾何參數的合理選擇是提高刀具幾何參數的合理選擇是提高金屬切削效益金屬切削效益的重要的重要措施之一。措施之一。刀具幾何參數的選擇原則：刀具幾何參數的選擇原則：q 在保證加工質量的前

3、提下，刀具耐用度高、生產效率在保證加工質量的前提下，刀具耐用度高、生產效率高和生產成本要低。高和生產成本要低。q 粗加工和半精加工時，主要考慮粗加工和半精加工時，主要考慮生產率和刀具耐用度生產率和刀具耐用度。精加工時，主要考慮保證加工質量。精加工時，主要考慮保證加工質量。q 刀具幾何參數之間相互影響又相互聯(lián)系。刀具幾何參數之間相互影響又相互聯(lián)系。如選擇大的如選擇大的前角可以減小切屑變形、降低切削力，但前角增大會前角可以減小切屑變形、降低切削力，但前角增大會使刀楔角減小，散熱變差，刃口強度削弱，因此，應使刀楔角減小，散熱變差，刃口強度削弱，因此，應根據具體情況選取合理值。根據具體情況選取合理值。

4、2.5.1 2.5.1 前角及前刀面型式的選擇前角及前刀面型式的選擇 1.1.前角的功用前角的功用q 增大增大 o，減小減小 、切削合力、切削合力F、切削功率、切削功率P；q 增大增大 o，改善刀，改善刀接觸面的摩擦狀況，接觸面的摩擦狀況，降低降低 、刀具磨、刀具磨損，提高損，提高Tq 增大增大 o，減小或抑制積屑瘤減小或抑制積屑瘤，減少振動，改善，減少振動，改善加工表加工表面質量。面質量。(1) o太大時，使刀楔角減小，太大時，使刀楔角減小，散熱條件和刃口強度削弱散熱條件和刃口強度削弱，T反而下降。反而下降。q 在一定切削條件下，存在一個刀具耐用度最大的在一定切削條件下，存在一個刀具耐用度最

5、大的前角值即前角值即合理前角合理前角 opt。q 圖圖3-32和圖和圖3-33分別為加工不同材料時刀具的合分別為加工不同材料時刀具的合理前角及不同刀具材料的合理前角。理前角及不同刀具材料的合理前角。加工不同材料時刀具的合理前角 不同刀具材料的合理前角2. 前角的選擇前角的選擇q 合理前角選擇原則：合理前角選擇原則：取決于工件材料和刀具材料的種取決于工件材料和刀具材料的種類和性質。類和性質。(1) 工件材料塑性越高工件材料塑性越高， opt越大，塑性越低，越大，塑性越低， opt越小。越小。 原因：原因：切塑性高材料時，增大切塑性高材料時，增大 o可減小可減小 、切削合力切削合力F、刀具磨損；、

6、刀具磨損；切脆性材料時，產生崩碎切屑，切脆性材料時，產生崩碎切屑，切削合力切削合力F集中在切削刃附集中在切削刃附近，近， o對對 影響不大，又為防止崩刃應選較小影響不大，又為防止崩刃應選較小 o；(2)工件材料硬度、強度低時工件材料硬度、強度低時，切削力、切削溫度較低，切削力、切削溫度較低，可較大可較大 o；q 工件材料硬度、強度高時，工件材料硬度、強度高時，切削力、溫度較高，為切削力、溫度較高，為保證刃口強度、增大散熱面積，應較小保證刃口強度、增大散熱面積，應較小 o。(3)刀具材料刀具材料強度和沖擊韌性強度和沖擊韌性越高，越高， opt越大；越大；q 刀具材料刀具材料強度低、韌性低，強度低

7、、韌性低，則則 opt越小。越小。(4) 按加工條件選擇：按加工條件選擇：q 粗加工：粗加工：切削合力切削合力F大（斷切時沖擊大），大（斷切時沖擊大）， opt應應小；小；q 精加工：精加工：切削合力切削合力F小，要求刃口鋒利，小，要求刃口鋒利， opt應大；應大；q 工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)剛性較差或機床功率剛性較差或機床功率小時，小時， opt應大；應大；q 自動機床加工刀具，自動機床加工刀具， opt應小，以提高切削性能的應小，以提高切削性能的穩(wěn)定性和尺寸耐用度穩(wěn)定性和尺寸耐用度3. 3. 前刀面型式的選擇前刀面型式的選擇n常見前刀面型式常見前刀面型式(1)正前角平面型（圖正前角平面型（圖a）q

8、 最基本型式，制造簡單，最基本型式，制造簡單，刃口鋒利，但刃口強度差刃口鋒利，但刃口強度差；q 常用于精加工，卷屑、斷屑性能差。常用于精加工，卷屑、斷屑性能差。(2)帶倒棱正前角平面型（圖帶倒棱正前角平面型（圖b）p 增強了刀刃強度；增強了刀刃強度；p 用于脆性高的刀具如陶瓷、硬質合金，可用于斷切；用于脆性高的刀具如陶瓷、硬質合金，可用于斷切；p 負倒棱寬度負倒棱寬度 b 1 = (0.3 0.8) f。粗加工取大值，精加工粗加工取大值，精加工取小值；取小值；p 負倒棱前角負倒棱前角 01 = -5 -10 （硬質合金）。（硬質合金）。(3)正前角曲面帶倒棱型（圖正前角曲面帶倒棱型（圖c）q

9、b型沿切削刃磨出曲面形成。型沿切削刃磨出曲面形成。q 曲面起卷屑作用，增大前角，改善切削條件；曲面起卷屑作用，增大前角，改善切削條件；q 用于粗加工、半精加工塑性材料。用于粗加工、半精加工塑性材料。=(0.50.8)f負倒棱前角負倒棱前角 01負倒棱寬度負倒棱寬度(4)負前角單平面型（圖負前角單平面型（圖d）硬質合金、陶瓷刀具切削高強度、高硬度或淬火鋼硬質合金、陶瓷刀具切削高強度、高硬度或淬火鋼或帶硬皮材料，及有沖擊的粗加工等場合；或帶硬皮材料，及有沖擊的粗加工等場合； 特點：抗沖擊能力強。特點：抗沖擊能力強。(5)負前角雙平面型（圖負前角雙平面型（圖e）q 用于磨損發(fā)生在前、后刀面時，為減少

10、前刀面刃磨面用于磨損發(fā)生在前、后刀面時，為減少前刀面刃磨面積，充分利用刀片材料；積，充分利用刀片材料；q 一重前刀面的寬度應保證切削作用（足夠的刃口強一重前刀面的寬度應保證切削作用（足夠的刃口強度），可用于強力切削。度），可用于強力切削。2.5.2 前刀面與切屑控制前刀面與切屑控制p 切屑控制不好的危害切屑控制不好的危害： 纏繞工件或刀具（切鋼時），劃傷工件、損壞刀具；纏繞工件或刀具（切鋼時），劃傷工件、損壞刀具； 切屑碎片（切鑄鐵時）四處飛濺，影響安全。切屑碎片（切鑄鐵時）四處飛濺，影響安全。p 切屑的控制是生產的關鍵：切屑的控制是生產的關鍵： 在高速切削中；在高速切削中； 在自動化加工中。

11、在自動化加工中。q 研究切屑的控制（卷、斷屑）方法和機理非常重要。研究切屑的控制（卷、斷屑）方法和機理非常重要。1. 切屑的形狀切屑的形狀p帶狀屑、帶狀屑、C型屑、長緊卷屑、型屑、長緊卷屑、崩碎屑、崩碎屑、發(fā)條狀屑發(fā)條狀屑p螺卷屑、寶塔狀屑螺卷屑、寶塔狀屑q 帶狀屑帶狀屑切削平穩(wěn)，希望得到。但連綿不斷，纏繞切削平穩(wěn)，希望得到。但連綿不斷，纏繞工件、刀具，從而損壞之。工件、刀具，從而損壞之。故常將其轉變成螺卷屑故常將其轉變成螺卷屑或長螺卷屑，易清理。或長螺卷屑，易清理。q C型屑型屑對對數控機床和自動線生產較佳，數控機床和自動線生產較佳，但頻繁碰撞但頻繁碰撞工件、刀具，產生振動，影響粗糙度。工件

12、、刀具，產生振動，影響粗糙度。q 發(fā)條狀卷屑發(fā)條狀卷屑重型機床采用大重型機床采用大ap和和f得到（便于清理、得到（便于清理、安全）。安全）。q 寶塔狀切屑寶塔狀切屑自動化生產中希望得到，清理方便。自動化生產中希望得到，清理方便。q 螺狀斷屑螺狀斷屑用波形刃車刀加工脆性金屬（鑄鐵、脆用波形刃車刀加工脆性金屬（鑄鐵、脆黃銅等），使切削平穩(wěn)，提高加工質量。黃銅等），使切削平穩(wěn)，提高加工質量。設法使切屑沿前刀面流出時，受到一個額外的作用設法使切屑沿前刀面流出時，受到一個額外的作用力，是切屑在該力的作用下產生附加變形而彎曲。力，是切屑在該力的作用下產生附加變形而彎曲。(1)自然卷曲機理自然卷曲機理切屑沿

13、正前角平面型前刀面流出切屑沿正前角平面型前刀面流出時，時，v不很高時，切屑往往自行不很高時，切屑往往自行卷曲。卷曲。2. 卷屑機理卷屑機理(2)卷屑槽卷屑機理卷屑槽卷屑機理前刀面上磨出卷屑槽或選擇帶卷屑槽的刀片（可轉為刀具），前刀面上磨出卷屑槽或選擇帶卷屑槽的刀片（可轉為刀具），當切屑流出并受到卷屑槽附加力后發(fā)生卷曲。當切屑流出并受到卷屑槽附加力后發(fā)生卷曲。3. 3. 斷屑機理：斷屑機理：q 切屑在切削過程中受到較大變形（基本變形）后，其硬切屑在切削過程中受到較大變形（基本變形）后，其硬度提高，塑性降低，性質變脆（為切屑的折斷創(chuàng)造了條度提高，塑性降低，性質變脆（為切屑的折斷創(chuàng)造了條件）；件）；

14、q 切屑流出時，受到切屑流出時，受到卷屑槽或斷屑臺卷屑槽或斷屑臺的阻擋，再次產生的阻擋，再次產生變形（附加變形），進一步脆化，當它碰到變形（附加變形），進一步脆化，當它碰到后刀面或工后刀面或工件的過渡表面時件的過渡表面時即可折斷。即可折斷。2.5.3 后角的選擇后角的選擇 1. 1. 后角功用后角功用q 后角大小影響到后角大小影響到后刀面與工件加工表面之間后刀面與工件加工表面之間（刀（刀工接觸區(qū)）的摩擦，影響刀楔角大小，也影工接觸區(qū)）的摩擦，影響刀楔角大小，也影響響刃口強度、散熱面積。刃口強度、散熱面積。功用：功用：n增大增大 o，可以減少，可以減少刀具的磨損刀具的磨損（原因：原因：減小了加減

15、小了加工表面上由于彈、塑性變形產生的彈性恢復層與工表面上由于彈、塑性變形產生的彈性恢復層與后刀面的接觸長度），提高加工表面質量。后刀面的接觸長度），提高加工表面質量。q增大增大 o，楔角減小，刃口半徑，楔角減小，刃口半徑r 減小，減小，刃口鋒利，刃口鋒利，易切入工件易切入工件，減小變質層深度。但，減小變質層深度。但 o，楔角，楔角，散熱條件變差，刃口強度削弱，散熱條件變差，刃口強度削弱，T 或刀具破損。或刀具破損。q增大增大 o，在在VB相同時，相同時，達到磨鈍標準磨去金屬體達到磨鈍標準磨去金屬體積多，刀具耐用度高；積多，刀具耐用度高；但在但在NB相同時，相同時，則允許磨則允許磨去金屬體積少，

16、刀具（尺寸）耐用度低。去金屬體積少，刀具（尺寸）耐用度低。 2. 2. 后角的選擇后角的選擇q 選擇原則：選擇原則：根據切削厚度根據切削厚度ac（或按粗、精加工）。（或按粗、精加工）。q 精加工：精加工：ac小，主要是后刀面磨損，為刃口鋒利，小，主要是后刀面磨損，為刃口鋒利，應較大應較大 o；q 粗加工：粗加工：ac大，大，Fr、 高，為提高刃口強度、改善散高，為提高刃口強度、改善散熱，應較小熱，應較小 oq 工件材料強度、硬度高：工件材料強度、硬度高：宜選小宜選小 o（原因：提高刃（原因：提高刃口強度、改善散熱）；口強度、改善散熱）；q 工件材料塑性大：工件材料塑性大：宜選大宜選大 o（原因

17、：易加工硬化，（原因：易加工硬化，后刀面摩擦對刀具磨損和加工表面質量影響較大，后刀面摩擦對刀具磨損和加工表面質量影響較大，故大故大 o）；）；q 工藝系統(tǒng)剛性差：工藝系統(tǒng)剛性差：為防止振動宜選小的為防止振動宜選小的 o，甚至磨，甚至磨出消振棱（出消振棱（ o10 ，q 原因：原因：增加后刀面與加工表面的接觸面積，可產生增加后刀面與加工表面的接觸面積，可產生同振動位移方向相反的摩擦阻力，從而減小振動）。同振動位移方向相反的摩擦阻力，從而減小振動）。 消振棱車刀消振棱車刀q 零件尺寸精度要求高：零件尺寸精度要求高：宜選擇較小宜選擇較小 oq 副后角的功用與主后角相同，如車刀其副后角與主后角值相同，

18、副后角的功用與主后角相同，如車刀其副后角與主后角值相同，為為4 6 q 切斷刀和切槽刀受結構強度影響，只能取得很小切斷刀和切槽刀受結構強度影響，只能取得很小1 2 。 切斷刀的副后角和副偏角2.5.3 主、副偏角及刀尖形狀的選擇主、副偏角及刀尖形狀的選擇 q 主偏角、副偏角、刀尖形狀的共同點：主偏角、副偏角、刀尖形狀的共同點：v 影響影響刀尖強度、散熱面積、熱容量、刀具耐用刀尖強度、散熱面積、熱容量、刀具耐用度、已加工表面質量。度、已加工表面質量。1主偏角的功用主偏角的功用v Kr 減小，減小， r增大，刀尖強度提高，散熱體積增大，增大，刀尖強度提高，散熱體積增大，刀具耐用度提高；刀具耐用度提

19、高；v Kr 減小，減小，aw增大，增大，ac減小，增大切削刃工作長度，減小，增大切削刃工作長度，單位切削刃的負荷小，有利于提高刀具耐用度；單位切削刃的負荷小，有利于提高刀具耐用度； v Kr 減小，減小，使使Fy（切深抗力切深抗力）增大，易引起振動和使）增大，易引起振動和使工件彎曲變形（如加工細長軸類零件），降低加工工件彎曲變形（如加工細長軸類零件），降低加工精度；精度；v Kr 影響切屑影響切屑形狀、流出方向、斷屑形狀、流出方向、斷屑性能；性能；v Kr減小減小，加工表面殘留面積高度減小，降低粗糙度；，加工表面殘留面積高度減小，降低粗糙度；v 主偏角較小的刀具在切入時，主偏角較小的刀具在切

20、入時，最先與工件接觸處是遠最先與工件接觸處是遠離刀尖的地方離刀尖的地方，而不是像，而不是像Kr 90 時那樣在刀尖處，時那樣在刀尖處，也不會像也不會像Kr =90 時時那樣，主切削刃參加切削部分同時那樣，主切削刃參加切削部分同時切入工件，因而可減少因切入沖擊而造成的刀尖損壞。切入工件，因而可減少因切入沖擊而造成的刀尖損壞。其中，硬質合金的曲線是工藝系統(tǒng)較低的情況其中，硬質合金的曲線是工藝系統(tǒng)較低的情況由上圖可知，從刀具耐用度出發(fā)，刀具的主偏角理應是小些為好。由上圖可知，從刀具耐用度出發(fā)，刀具的主偏角理應是小些為好。主偏角對刀具耐用度的影響主偏角對刀具耐用度的影響2主偏角的選擇主偏角的選擇n工件

21、材料強度、硬度高：選較小工件材料強度、硬度高：選較小Kr，增大刀尖強增大刀尖強度、散熱體積、減小單位切削刃負荷；度、散熱體積、減小單位切削刃負荷；n硬質合金刀具粗加工和半精加工：選較大硬質合金刀具粗加工和半精加工：選較大Kr，有有利于減少振動（降低利于減少振動（降低Fp）和容易斷屑（切屑彎向）和容易斷屑（切屑彎向待加工表面）。待加工表面）。主偏角對切削力的影響q工藝系統(tǒng)剛性好：選較小工藝系統(tǒng)剛性好：選較小Kr，提高刀具耐用度，提高刀具耐用度q （原因：（原因： r增大，刀尖強度提高，散熱體積增大）；增大，刀尖強度提高，散熱體積增大）；加工細長軸（剛性差），加工細長軸（剛性差），Kr 90 ，以

22、減小徑向力，以減小徑向力Fpq 另外，有主偏角特殊要求的刀具，主偏角有另外，有主偏角特殊要求的刀具，主偏角有90 偏偏刀（車階梯軸），刀（車階梯軸），45 倒角車刀（同一把刀加工外圓、倒角車刀（同一把刀加工外圓、端面、倒角）等。端面、倒角）等。3. 副偏角功用及選擇副偏角功用及選擇q Kr 功用與功用與Kr 基本相同?；鞠嗤 Kr 選擇原則：選擇原則：q 已加工表面已加工表面Ra要求?。哼x小要求?。哼x小Kr ，有時磨出修光刃（，有時磨出修光刃（ Kr =0 )q 工藝系統(tǒng)剛性差：工藝系統(tǒng)剛性差： Kr 不宜太小，以不致引起振動為原則；不宜太小，以不致引起振動為原則；q 切斷、切槽刀：由于

23、結構強度因素，一般切斷、切槽刀：由于結構強度因素，一般Kr 取取1 3 。修光刃4. 刀尖形狀及尺寸選擇刀尖形狀及尺寸選擇q 刀尖的形狀及尺寸：刀尖的形狀及尺寸：對刀具的耐用度、加工表面質對刀具的耐用度、加工表面質量、刀尖強度有很大影響量、刀尖強度有很大影響。q 原因：原因：刀尖處散熱條件不好、強度差、切削溫度高、刀尖處散熱條件不好、強度差、切削溫度高、易磨損。易磨損。切削部幾何形狀切削部幾何形狀1圓弧過渡刃圓弧過渡刃q r （減?。p小Kr）可提高刀具耐用度、強度、降低）可提高刀具耐用度、強度、降低Ra；q r 太大（太大（ Kr小），則?。?，則Fp大，會引起振動；大，會引起振動；q 硬質合

24、金刀具硬質合金刀具r =0.11.0mm。2直線過渡刃直線過渡刃q 硬質合金刀具粗加工時，為了減少徑向力硬質合金刀具粗加工時，為了減少徑向力Fp和振動，和振動，又要保證刀尖強度和散熱條件，應采用直線過渡刃；又要保證刀尖強度和散熱條件，應采用直線過渡刃；q 一般情況下，一般情況下，Kre 0.5Kr，b =0.52mm（寬度）或（寬度）或b =(1/41/5)apq 切斷刀切斷刀 r 1/4B（B是主切削刃寬度，切斷刀有兩條副是主切削刃寬度，切斷刀有兩條副切削刃）；切削刃）；q 過渡刃后角與主切削刃后角相同。過渡刃后角與主切削刃后角相同。2.5.4 2.5.4 刃傾角的功用及選擇刃傾角的功用及選

25、擇 1. 1. 刀傾角的功用刀傾角的功用v 刃傾角和前角決定：刃傾角和前角決定：前刀面的傾斜狀況前刀面的傾斜狀況。v 刃傾角刃傾角功用功用：(1)控制切屑流出方向控制切屑流出方向 刃傾角對排屑方向的影響q s s=0=0 時，切屑在前刀面上近似沿主切削刀的法線方時，切屑在前刀面上近似沿主切削刀的法線方向流出。向流出。q s s000 時，切屑流向過渡表面。時，切屑流向過渡表面。q 據此，可控制切屑的流向。據此，可控制切屑的流向。當刃傾角當刃傾角s s1515時，刀具的工作前角和工作后角都隨時，刀具的工作前角和工作后角都隨s s的增大而增大，刃的增大而增大，刃傾角傾角s s對實際工作前角的影響如

26、圖對實際工作前角的影響如圖4-134-13所示。而切削刃鈍圓半徑所示。而切削刃鈍圓半徑r r則隨則隨s s的的增大而減小，增大切削刃的鋒利性。因此，對于微量精車刀和精刨刀常采用增大而減小，增大切削刃的鋒利性。因此，對于微量精車刀和精刨刀常采用45457575的刃傾角，切下極薄的切屑。的刃傾角，切下極薄的切屑。(2)影響切削刃鋒利程度影響切削刃鋒利程度刃傾角對實際工作前角的影響刃傾角對實際工作前角的影響 因此，在加工鋼件或鑄鐵件時，粗車取因此，在加工鋼件或鑄鐵件時，粗車取ss5 50 0，精車取精車取ss0 05 5； 有沖擊負荷或斷續(xù)切削取有沖擊負荷或斷續(xù)切削取ss15155 5。 加工高強度

27、鋼、淬硬鋼或強力切削時，為提高刀頭強度，取加工高強度鋼、淬硬鋼或強力切削時，為提高刀頭強度，取ss30301010。 當工藝系統(tǒng)剛度較差時，一般不宜采用負刃傾角，以避免徑當工藝系統(tǒng)剛度較差時，一般不宜采用負刃傾角，以避免徑向力的增加。向力的增加。(2)影響切削刃鋒利程度影響切削刃鋒利程度(3)影響切削刃切入時接觸點的變化影響切削刃切入時接觸點的變化q 當當 s0 時，切入時離刀尖較遠的切削刃上的點先接觸時，切入時離刀尖較遠的切削刃上的點先接觸工件（斷續(xù)切削時，希望第一接觸點不要發(fā)生在刀尖位工件（斷續(xù)切削時，希望第一接觸點不要發(fā)生在刀尖位置，所以應使置，所以應使 s0 ）q s=0 時，切削刃同時接觸工件；時，切削刃同時接觸工件；q s0 時，刀尖先接觸工件。時，刀尖先接觸工件