第十章 刀具合理幾何參數(shù)選擇

1、第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇第四節(jié)第四節(jié) 刃傾角的選擇刃傾角的選擇第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇 合理選擇刀具幾何參數(shù)合理選擇刀具幾何參數(shù)刀具合理幾何參數(shù)的基本內(nèi)容刀具合理幾何參數(shù)的基本內(nèi)容 1 1、刀具的切削角度：前角、后角、主偏角、副偏角、刀具的切削角度：前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角等。刃傾角等。問題：倒棱、消振棱、修光刃的區(qū)別？問題：倒棱、消振棱、修光刃的區(qū)別？2 2、刀具合理幾何參數(shù)的概念：指在保證質(zhì)量的前提、刀具合理幾何參數(shù)的概念：指在保證質(zhì)量的前提下，能夠獲得最高刀具耐

2、用度，達到提高效率或下，能夠獲得最高刀具耐用度，達到提高效率或降低生產(chǎn)成本的幾何參數(shù)。降低生產(chǎn)成本的幾何參數(shù)。下面將就每個因素進行分析：下面將就每個因素進行分析： 一、前角的功用及選擇一、前角的功用及選擇1 1）增大前角，可以減小切屑變形，減小切削熱，）增大前角，可以減小切屑變形，減小切削熱，提高刀具耐用度；提高刀具耐用度；2 2）增大前角會使楔角減小，降低了刀刃強度，易）增大前角會使楔角減小，降低了刀刃強度，易崩刃；同時減小了導體的散熱面積，降低刀具耐崩刃；同時減小了導體的散熱面積，降低刀具耐用度。用度。 合理的前角合理的前角opt，主要取決于刀具材料和工件材主要取決于刀具材料和工件材料的種

3、類及性質(zhì)。料的種類及性質(zhì)。 第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 1 1、刀具材料的強度及韌性較高時，可選用較大的前角； 第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇硬質(zhì)合金高速鋼Tooptopt前角的合理數(shù)值刀具的合理前角 2、刀具的前角還取決于工件材料的種類和性質(zhì)從圖10-2可以看出：加工不同的工件材料刀具的合理耐用度是不同的：軟鋼最大，中硬鋼次之，鑄鐵最小。說明：1）加工塑性材料時，應 選用較大的前角；加工脆性材料（如鑄鐵等）時，應選用較小的前角。 加工鋼件時，宜選用較大的前角，一般取1020 加工鑄鐵時，選用較小的前角，一般取5152）工件材料強度或

4、硬度較小時，宜選用較大的前角。 第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 3）用硬質(zhì)合金加工強度很大的鋼件或淬硬鋼，特別是斷續(xù)切削時，常采用副前角（-5-20） 但副前角會增大切削力（特別是Fy力）和能量，易引起機床振動，只有在工件材料強度和硬度很高，切削時沖擊很大時，才采用副前角。 加工一般脆性材料時，這類材料一般抗壓強度大于抗拉強度，用正前角即容易切削，不用副前角。 第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 3、合理選擇前角，還應考慮一些具體的加工條件1）粗加工時，特別在斷續(xù)切削時，采用較小的前角；2）精加工時，采用較大的前角。3）工藝系統(tǒng)較差，或電機功

5、率不足時，采用較大的前角；4）自動化機床上，為使切削性能穩(wěn)定，宜采用小一些的前角。 第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 二、倒棱及其參數(shù)的選擇二、倒棱及其參數(shù)的選擇第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇目的：增強切削刃、減小刀具破損。同學們注意：倒棱、修光刃和消振棱的區(qū)別。 二、倒棱及其參數(shù)的選擇二、倒棱及其參數(shù)的選擇1、倒棱的主要作用是：增強切削刃，減小刀具破損。2、另外，刀具倒棱處楔角增大，散熱條件改善。3、倒棱的寬度，一般與切削厚度或進給量有關，通常取b1=0.21.0mm，或b1=（0.30.8）f。 （補充工藝知識，RUS110工藝講解）

6、粗加工時取大值，精加工時取小值。4、由于副倒棱增強了切削刃，所以可相對采用較大的前角。5、副倒棱較寬時，使 切屑完全沿倒棱流出，則副倒棱起到了副前角的作用。第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 二、倒棱及其參數(shù)的選擇二、倒棱及其參數(shù)的選擇6、進給量很小時（f0.3mm/r）的精加工刀具，不宜磨出倒棱；7、加工鑄鐵、銅合金等脆性材料時的刀具，以及形狀復雜的成形刀具，一般不磨出倒棱；8、在斷續(xù)切削時，可以增大鈍圓半徑，以提高刀具的壽命。鈍圓同時還起到對易加工表面切擠燙壓作用及消振作用，對提高易加工表面粗糙度有利。第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 三、

7、帶卷屑槽的前刀面形狀及其參數(shù)的選擇三、帶卷屑槽的前刀面形狀及其參數(shù)的選擇第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 三、帶卷屑槽的前刀面形狀及其參數(shù)的選擇三、帶卷屑槽的前刀面形狀及其參數(shù)的選擇為了控制切屑的形狀，常在前刀面上磨出卷屑槽，如上圖所示。卷屑槽的分類： a 直線圓弧形；b 直線形； c 全圓弧形1、直線圓弧形：圓弧半徑Rn較小時，切屑變形大，易于折斷；但太小時，切屑易于堵塞在槽內(nèi)，增大切削力，造成崩刃。 一般情況下，Rn=(0.40.7)Wn第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 三、帶卷屑槽的前刀面形狀及其參數(shù)的選擇三、帶卷屑槽的前刀面形狀及其參

8、數(shù)的選擇2、直線形卷屑槽直線形卷屑槽的槽底角，對切屑的卷曲變形由直接的影響。一般取槽底角等于 1101303、全圓弧形卷屑槽可獲得較大的前角，而不至于使切削刃部分強度影響很大。4、卷屑槽長度Wn對切屑變形影響很大影響： Wn小，易斷屑，太小，切屑飛濺； Wn大，不易斷屑。 一般取Wn=(710)f第一節(jié)第一節(jié) 前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇 后角數(shù)值合理與否直接影響已加工表面后角數(shù)值合理與否直接影響已加工表面的質(zhì)量、刀具使用壽命和生產(chǎn)率。的質(zhì)量、刀具使用壽命和生產(chǎn)率。后角的功用后角的功用 影響后刀面與加工表面之間的摩擦影響后刀面與加工表面之間的摩擦 影響加工工件的精度影響加工工件

9、的精度 影響刀具耐用度和刃口的強度影響刀具耐用度和刃口的強度第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇 一、增大后角，可提高刀具耐用度的原因一、增大后角，可提高刀具耐用度的原因1、增大后角，可減小彈性恢復層與后到面的接觸長度，因而減小后刀面的摩擦與磨損；2、后角增大，楔角減小，刀刃鈍圓半徑減小，可減小工件表面的彈性恢復；3、在磨損標準VB一定的情況下，后角的增大，可使刀具磨去較大體積的刀具材料，因而增加了刀具壽命。 后角太大時，由于楔角的減小，將消弱切削刃的強度。 如下圖所示第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇 第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇 二、決定后角大小的主要因素二、決定后角大小的主要因素 后

10、角的大小，主要取決于切削厚度，或進給量。第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇從圖中可以看出：硬質(zhì)合金刀具比高速鋼刀具后角要大：主要是考慮對刀具的強度的影響。 二、決定后角大小的主要因素二、決定后角大小的主要因素1、切削厚度較小時，宜采用較大的后角； 切削厚度較大時，宜采用較小的后角；2、進給量的影響：車刀合理的后角取值如下： f0.25mm/r時，可選用10 20 ； f0.25mm/r時，可選用15 8 第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇 二、決定后角大小的主要因素二、決定后角大小的主要因素3、其它因素的影響1）工件材料強度或硬度較高時，宜采用較小的后角； 工件材料較軟、塑性較大的材料，應取較

11、大的后角；2）當工藝系統(tǒng)剛性較差時，為了減小振動，宜采用較小的后角。為了進一步減小或消除切削時的振動： (1)在車刀后到面上磨出b1=0.10.2mm，o1=0的刃帶；見下圖 (2)或磨出 b1=0.10.3mm，o1=-5 -10的消振棱。見下圖后刀面后刀面 后刀面后刀面 減小后角、設置消振棱，可提高工藝系統(tǒng)剛性、提高加工表面粗糙度的主要原因：a ：增加了后刀面與已加工表面之間的接觸面積，可以產(chǎn)生同振動位移方向相反的摩擦阻力；b：對已加工表面起一定的燙壓作用。（3）對尺寸精度要求較高的刀具，宜采用較小的后角。原因：NB一定時，較小的后角可使刀具耐用度提高（如前圖10-8所示），切削尺寸穩(wěn)定。

12、車削鋼和鑄鐵時，后角一般取4 6；切斷刀副后角一般取1 2。見圖10-10所示。第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇 第二節(jié)第二節(jié) 后角的選擇后角的選擇加加工工精精度度精精加加工工：防防止止摩摩擦擦選選較較大大的的角角粗粗加加工工：增增加加刀刀頭頭的的強強度度選選較較小小的的后后角角加加工工材材料料塑塑性性金金屬屬：選選較較大大的的后后角角脆脆性性材材料料：選選較較小小的的后后角角硬硬度度、強強度度較較高高的的材材料料：選選較較小小的的后后角角后角的選擇原則： 一、主偏角的功用及選擇一、主偏角的功用及選擇1. 1.主偏角的功用主偏角的功用 影響已加工表面殘留面積的高度影響已加工表面殘留面積的高度

13、 影響各切削分力的比例影響各切削分力的比例 影響刀尖的強度和刀具耐用度影響刀尖的強度和刀具耐用度 影響斷屑影響斷屑第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇 2、主偏角減小，可提高刀具耐用度（1）主偏角減小，切削寬度增加，單位切削刃上負荷減小，散熱條件改善；（2）主偏角減小，刀尖角增大，刀尖強度提高，刀尖散熱體積增大；（3）主偏角減小時，最先與工件接觸的是遠離刀尖的地方，可減少因切入沖擊對刀尖的損壞。3、主偏角對加工表面粗糙度的影響 減小主偏角，提高加工表面粗糙度第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 4、主偏角對系統(tǒng)剛性的影

14、響（1）減小主偏角，導致徑向分力Fy增加（請同學們分析原因？），使切削過程中產(chǎn)生撓度f，降低加工精度；（2）在工藝剛性不足的情況下， Fy增加會引起振動，降低表面粗糙度。5、主偏角選擇原則（1）工藝剛性很強時，選用較小的主偏角；（2）工藝剛性不足時，選用較大的主偏角。第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 主偏角選擇原則實例：（1）工藝系統(tǒng)剛性高，加工冷硬鑄鐵和淬硬鋼時，主偏角取1030；（2）系統(tǒng)剛性較好（lw/dw6）,主偏角取3045；（3）系統(tǒng)剛性較差（lw/dw=612）、切削時帶有沖擊、斷續(xù)切削時，主偏角取6075；（4）系統(tǒng)剛性差（lw/dw1

15、2），如細長軸時，主偏角取9093； 硬紙合金刀具主偏角一般取6075。第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇它山之石它山之石參考參考 二、副偏角的功用及選擇二、副偏角的功用及選擇1、副切削刃的作用，是最終形成已加工表面。副副偏角的大小對刀具耐用度及表面粗糙度都有影響偏角的大小對刀具耐用度及表面粗糙度都有影響。（1） 減小副偏角，會增大副后刀面與已加工表面的摩擦，降低刀具耐用度；（2）副后角過小，會增加工藝系統(tǒng)振動；（3）增大副后角，會使刀尖強度降低，散熱條件惡化。（4）減小副后角，

16、會提高背加工零件粗糙度。第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 二、副偏角的功用及選擇二、副偏角的功用及選擇2、副后角的選擇（1）工藝系統(tǒng)剛性較好時，在不產(chǎn)生振動的情況下，取較小的副偏角；（2）為了提高表面粗糙度，可采用帶副偏角為零的修光刃刀具，如圖所示。 修光刃長度b=(1.21.5)f， 端銑刀時， b=(46)f 。 帶有副刀刃的刀具切削時，徑向分離Fy很大，要求工藝系統(tǒng)剛性較高，否則易造成切削過程振動。第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇

17、 第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇它山之石它山之石參考參考 主、副偏角的選擇原則主、副偏角的選擇原則主偏角主要根據(jù)加工條件和工藝系統(tǒng)剛性主偏角主要根據(jù)加工條件和工藝系統(tǒng)剛性來選擇來選擇副偏角主要考慮表面粗糙度、刀尖強度和副偏角主要考慮表面粗糙度、刀尖強度和散熱面積來選擇。散熱面積來選擇。第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 三、刀尖形狀及尺寸的選擇三、刀尖形狀及尺寸的選擇1、刀尖處的工作特點：（1）強度差、散熱條件差；（2）切削溫度高，很易磨損。由前面分析可知，刀尖部分的形狀，對殘留面積高度及表面粗糙度影響很大。功

18、用功用：刀尖過度刃可顯著提供刀具的耐崩刃性和耐磨性，從而提高刀具的耐用度。第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 三、刀尖形狀及尺寸的選擇三、刀尖形狀及尺寸的選擇2、刀尖處的過度刃的幾種形式：第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇刀具過度刃的幾種形式外圓車刀的刃形外圓車刀的刃形第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇 第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇3、過度刃形式的選擇（1）圓弧過度刃：精加工時常采用。1）對于硬質(zhì)合金和陶瓷刀具， r =0.51.

19、5mm；2）增大r，可減小刀具的磨損和破損，F(xiàn)y力也增大，工藝系統(tǒng)剛性不高時，易引起振動；3）刀具材料脆性較大時，對振動敏感，宜選用較小的刀尖圓弧半徑；4）精加工比粗加工r小。 第三節(jié)第三節(jié) 主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇主偏角、副偏角及刀劍形狀的選擇3、過度刃形式的選擇（2）直線過度刃直線過度刃如前圖所示 kr0.5 k，過度刃長度b=0.52mm， 或b=（1/41/5）ap對于切斷刀具：b 0.25B （B為切斷刀寬度）刃傾角的功用及其選擇刃傾角的功用及其選擇 1 1、刃傾角的功用、刃傾角的功用（1 1）控制切屑流出方向；）控制切屑流出方向；（2 2）影響刀頭強度及斷續(xù)切削時，切削刃上受沖擊）影響刀頭強度及斷續(xù)切削時，切削刃上受沖擊位置。位置。s s0 0，刀尖先接觸；，刀尖先接觸； s s0 0，遠離刀尖處，遠離刀尖處的切削刃先接觸