1.刀具几何参数

刀具的几何参数及其对加工过程的影响前角定义：前刀面与基面的夹角。

前刀面在基面之下称正前角，前刀面在基面之上称负前角。

影响因素：切屑变形、切削力、切削温度、切削功率、刀头强度、容热体积、导热面积、切屑的形态、断屑效果、加工质量影响过程：影响切削变形：前角增大，刀具锋利，塑性变形小，切削力小，温度小；影响切削热的产生：前角增大，可以减小切削热的产生，但导致刀头导热面积和容热体积减小。

影响刀具耐用度：前角小时：前角增大切削力小，温度小，耐用度增大；前角大时：前角增大刀头强度小，散热条件差，耐用度小。

影响切屑形态和断屑效果：前角减小会增大切屑的变形，使切屑容易卷曲和折断影响加工表面质量：前角增大塑性变形小，加工硬化小，振动小，有利于提高表面质量后角定义：主后刀面与切削平面之间的夹角。

影响因素：加工表面的质量、刀具耐用度、生产率影响过程：减小后刀面与加工表面之间的磨擦：后角越小，磨擦长度越大，磨损越厉害；增大后角，减小磨擦，提高表面质量和刀具耐用度后角越大，切削刃钝圆半径值越小，切削刃越锋利影响材料耗损：在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀具由新到磨钝，所磨去的金属体积较大，可提高刀具耐用度；但刀具径向磨损值NB增大，当工件尺寸精度要求较高时，不宜采用大后角；（P81图3-49）增大后角将使切削刃和刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减小；且NB一定时，磨耗体积小，刀具耐用度低。

主偏角和副偏角定义：主偏角是进给方向与主切削刃在基面上的投影之间的夹角。

副偏角是进给方向与副切削刃在基面上的投影之间的夹角。

影响因素：加工表面质量，刀具耐用度和生产率影响过程：影响已加工表面残留面积高度：减小主偏角和副偏角，可以减小加工表面粗糙度，特别是副偏角对加工表面粗糙度的影响更大。

影响切削层的形状：主偏角直接影响切削刃工作长度和单位长度切削刃上的切削负荷。

增大主偏角，切削宽度减小，切削厚度增大，切削刃单位长度上的负荷增大。

因此主偏角直接影响刀具的磨损和耐用度。

刀具几何参数的选择刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具几何参数两方面打算的。

刀具几何参数的选择是否合理对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影响。

选择刀具的几何参数要综合考虑工件材料、刀具材料、刀具类型及其他加工条件（如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等）的影响。

一、前角的选择前角是刀具上最重要的几何参数之一。

增大前角可以减小切削变形，降低切削力和切削温度；但过大的前角使刀具楔角减小，刀刃强度下降，刀头散热体积减小，刀具温度上升，使刀具寿命下降。

针对某一详细加工条件，客观上有一个最合理的前角取值。

工件材料的强度、硬度较低时，前角应取得大些；加工塑性材料宜取较大的前角，加工脆性材料宜取较小的前角。

刀具材料韧性好时宜取较大前角，硬质合金刀具就应取比高速钢刀具较小的前角。

粗加工时，为保证刀刃强度，应取小前角；精加工时，为提高表面质量，可取较大前角。

工艺系统刚性较差时，应取较大前角。

为减小刃形误差，成形刀具的前角应取较小值。

用硬质合金刀具加工中碳钢工件时，通常取；加工灰铸铁工件时，通常取。

二、后角的选择后角的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与工件之间的摩擦。

较大的后角可减小刀具后刀面上的摩擦，提高已加工表面质量。

在磨钝标准取值相同时，后角较大的刀具，磨损到磨钝标准时，磨去的刀具材料较多，刀具寿命较长；但是过大的后角会使刀具楔角显著减小，减弱切削刃强度，减小刀头散热体积，导致刀具寿命降低。

可按下列原则正确选择合理后角值。

切削厚度（或进给量）较小时，宜取较大的后角。

进行粗加工、强力切削和承受冲击载荷的刀具，为保证刀刃强度，宜取较小后角。

工件材料硬度、强度较高时，宜取较小的后角；工件材料较软、塑性较大时，宜取较大后角；切削脆性材料，宜取较小后角。

对精度要求高的定尺寸刀具（例如铰刀），宜取较小的后角；由于在径向磨损量NB 取值相同的条件下，后角较小时允许磨掉的刀具材料较多，刀具寿命长。

车削中碳钢和铸铁工件时，车刀后角通常取为6~8°。

刀具几何形状参数对切削力的影响分析引言：切削力是刀具加工过程中的重要参数，对加工质量、切削效率和刀具寿命有着重要影响。

刀具的几何形状参数是切削力大小的决定因素之一。

本文将分析刀具几何形状参数对切削力的影响，并提出一些优化措施，以提高加工效率和刀具寿命。

一、刀具几何形状参数的类型1. 刀尖几何形状参数：常见的刀尖几何形状参数包括切割角、刃倒角、刃倾斜角等。

这些参数可以影响刀具与工件间的接触情况，进而影响切削力的大小和方向。

2. 刀尖半径：刀尖半径是刀具边界上一个曲率半径，它可以影响切削力的大小和方向，一般来说，刀尖半径越大，切削力越小。

3. 刀片后角：刀片后角是指刀片后角与工件间的夹角，它可以影响切削力的大小和切屑形态。

较小的刀片后角可以减小切削力，改善切削效果。

二、刀具几何形状参数对切削力的影响1. 刀尖几何形状参数的影响：刀尖几何形状参数可以影响刀具与工件的接触情况，进而影响切削力。

例如，增加切割角可以增加刀具与工件之间的摩擦力，从而增加切削力。

而增加刃倒角可以减小刀具与工件之间的接触面积，从而减小切削力。

刃倾斜角的改变也会影响切削力的大小和方向。

2. 刀尖半径对切削力的影响：刀尖半径主要影响了刀具接触压力的分布。

较大的刀尖半径可以减小切削区域的压力，从而减小切削力。

然而，过大的刀尖半径可能导致刀具易于磨损，减少工具使用寿命。

3. 刀片后角对切削力的影响：刀片后角的改变可以影响切削力的大小，但也会对切削质量产生影响。

在一定范围内，较小的刀片后角会减小切削力，并提升切削质量；然而，过小的刀片后角可能导致切削力不稳定和切削质量下降。

三、刀具几何形状参数的优化方法1. 刀尖几何形状参数的优化：选择合适的切割角、刃倒角和刃倾斜角，可以在保证切削力不过大的前提下，提高切削效果和工具寿命。

优化刀尖几何形状参数的方法包括结构设计与材料选择等。

2. 刀尖半径的优化：根据具体加工要求，选择适当的刀尖半径，以平衡切削力与刀具寿命之间的关系。

数控车刀的几何参数一、刀具几何参数刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具几何参数两方面决定的。

刀具几何参数的选择是否合理对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影响。

选择刀具的几何参数要综合考虑工件材料、刀具材料、刀具类型及其他加工条件（如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等）的影响。

刀具组成部分如图1-1所示。

图1-1主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。

刃倾角λs——在切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角。

还有：副前角γoˊ、副后角αoˊ、副偏角κrˊ、副倾角λsˊ图1-2二、刀具几何参数对加工精度的影响在数控加工中，为降低加工工件表面粗糙度，减缓刀具磨损、提高刀具使用寿命、选择适宜的切削力等因素，通常车刀会存在刀尖圆弧半径r，主偏角kr，车刀刀尖距零件中心高的偏差等刀具几何参数的影响，必定引起被加工零件的轴向尺寸误差和径向尺寸误差由此使得加工的运行轨迹与被加工零件的形状产生差异。

因被加工零件表面形状各异，所以引起的差异也各不相同。

下面依次分析车削加工各类零件表面形状引起的差异以及采取的措施。

1．车刀刀尖圆弧半径对加工圆柱类零件表面的影响众所周知，被加工零件表面的成形是由车刀与零件表面接触见切点的运行轨迹保证的，对于主偏角kr=90°的车削加工，参见图1.1示，被加工零件表面的轴向尺寸由刀尖圆弧半径点A保证。

图1.1当（D-d）/2=ap>r时，由图可知，由刀尖圆弧半径引起的轴向尺寸变化量△a为△a=b-a=r式中：b——零件轴向尺寸；a——实际轴向位移量；r——刀尖圆弧半径.此时，刀具实际轴向位移是长度a为：a=b-△a=b-r（D-d）/2=ap△a=BC=2pp22a-ra2）(r=--par此时，刀具实际轴向位移长度a=b-Δa=22yyarab--对于主偏角KF＜90°的车削加工，当完成轴向加工即处于图1.1c位置时，被加工零件的已加工表面部由车刀刀尖A保证，零件的加工表面由刀具型面AC 和CE形成。

刀具几何参数的影响
（1）前角的影响
前角γ0增大，使切屑变形程度减小，产生的切削热削减，因而切削温度下降。

但前角大于18°～20°时，对切削温度的影响减小。

（2）主偏角的影响
主偏角kr减小，使切削宽度bD增大，散热面积增加，切削温度下降。

（3）负倒棱及刀尖圆弧半径的影响
负倒棱及刀尖圆弧半径的增大，使切屑变形程度增大产生的切削热增加，但同时也使散热条件改善，两者趋于平衡。

因而负倒棱和刀尖圆弧半径对切削温度影响很小。

工件材料的影响
1）工件材料的强度、硬度等各项力学性能提高时，产生的切削热增多，切削温度上升；
2）工件材料的热导率愈大，通过切屑和工件传出的热量愈多，切削温度下降愈快。

如图3-25所示曲线为例。

刀具磨损的影响
刀具后刀面磨损量增大，切削温度上升；磨损量达到肯定值后，对切削温度的影响加剧；切削速度愈高，刀具磨损对切削温度的影响就愈显著。

切削液的影响
浇注切削液对降低切削温度、削减刀具磨损和提高已加工表面质量有明显的效果。

切削液的热导率、比热容和流量愈大，切削温度愈低。

切削液本身温度愈低，其冷却效果愈显著。

第一.合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。

用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。

所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。

所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。

一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。

实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。

可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。

刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。

不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。

1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。

有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。

在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。

这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。

这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。

通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。

因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。

所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。

第一.合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。

用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。

所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。

所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。

一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。

实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。

可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。

刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。

不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。

1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。

有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。

在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。

这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。

这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。

通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。

因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。

所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。

刀具的几何参数包括刀具的切削角度，刀面的形式(如平前刀面，带卷屑断屑槽的前刀面、波形刀面等)以及切削刃的形状(直线形、折线形、圆弧形等)。

刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削温度和刀具磨损都有显著影响，从而影响切削加工生产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。

刀具的合理几何参数．是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。

选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、刀具材料、刀具类型，也与切削用量、工艺系统刚性和机床功率等因素有关。

第一节前角及前刀面形状的选择一、前角的功用及选择前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度，直接影响切削过程。

前角有正前角和负前角之分。

取正前角的目的是为了减小切屑被切下时的弹塑性变形和切屑流出时与前面的摩擦阻力，从而可减小切削力和切削热，使切削轻快，提高刀具寿命，并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。

由图可知，加工不同材料时，前角太大或太小，刀具耐用度都较低。

在一定加工条件下，存在一个耐用度为最大的前角，即合理前角。

取负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高切削刃强度和耐冲击能力。

负前角刀具通常在用脆性刀具材料加工高强度高硬度工件材料而当切削刃强度不够、易产生崩刃时才采用。

前角的合理数值选取原则刀具合理前角的选择主要取决于刀具材料、工件材料的种类与性质：1．刀具材料：强度和韧性较高时可选择较大的前角。

高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。

因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大5°～10°。

瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。

选择要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在－4°～－15°围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取0°～－10°)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。