第三章刀具几何角度的选择

3）对不满足生产节拍的关键工序，为使车间生产达到平衡，该工序的耐用度应选得低一些。当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具耐用度也应选低些。
4）大件精加工时，为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得高一些，至少应该完成一次走刀。
5)生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或二个班，以便能在换班时换刀。
（3）刀具角度的换算：制造或刃磨刀具时常需在不同坐标平面间进行刀具角度换算。各坐标平面间刀具角度的换算关系见表2-3
表2-3刀具角度的换算关系
刀具的几何角度
图2-1 车刀切削部分的结构要素
外圆车刀的切削部分可以看作是各类刀具切削部分的基本形态。图2-1所示是外圆车刀的切削部分，其结构要素及其定义如下：
实际确定刀具耐用度时通常应考虑如下因素：
1)对于制造、刃磨比较简单，成本不高的刀具，例如车刀、钻头等，耐用度可定低一点，反之则耐用度应选高一点，如铣刀、拉刀及齿轮刀具。
2）对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，耐用度应取得高一些。机夹可转位车到和陶瓷刀具，其换刀时间短，耐用度可选得低些。
后角ao
后角的主要作用是减小刀具后刀面与工件之间的摩擦。后角过大会使到刃强度降低，并使散热条件变差，使刀具耐用度降低
车刀合理后角f≤0.25mm/r时，可选ao=10°~12°；在f＞0.25mm/r时，取ao=5°~8°
1） 工件材料强度、硬度较高时，应取较小后角；工件材料软、粘时应取较大后角；加工脆性材料时，宜取较小后角。
幅偏角
较小的幅偏角可以减小工件已加工表面的粗糙度值，增加刀头散热体积，但过小的幅偏角会加剧幅后刀面与工件已加工表面的摩擦，也易引起振动。
在工艺系统刚性较高、不引起振动的条件下，幅偏角宜取小值。精车时，一般取k′r=5°~10°，粗车时取k′r=10°~15°。对切断刀及切槽刀，取k′r=1°~3°。精加工刀具必要时可磨出一段k′r=0的修光刃

金属切削刀具是切削加工中的重要工具，也是切削加工中影响生产率、加工质量与成本的最活跃的因素。

刀具角度是确定刀头几何形状与切削性能的重要参数，是各类刀具设计、选择、使用、刃磨的基础。

全面掌握刀具的角度，对提高生产率、保证加工质量、降低生产成本起着决定性的作用。

一、了解刀具的组成刀具可分为夹持部分和切削部分，刀具切削部分（以车刀为例）号称“三面两刃一尖”，即前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。

前刀面Ａγ：切屑流出的表面。

主后刀面Ａα：切削时刀具上与工件过渡表面相对的表面。

Ｃ、副后刀面Ａ′α：切削时刀具上与工件已加工表面相对的表面。

主切削刃Ｓ：前刀面与主后刀面的交线，切削时起主要切削作用。

副切削刃Ｓ′：前刀面与副后刀面的交线，切削时起辅助作用。

刀尖：指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，分为修圆刀尖和倒角刀尖。

二、识别刀具角度的几个辅助平面用于定义和规定刀具角度的各辅助基准坐标平面，只是假定参考，事实上看不见，摸不着。

其中包括：切削平面Ｐｓ　——通过切削刃上一点，并与加工表面相切的平面；基面Ｐｒ　——过主切削刃选定点，并与该点的切削速度方面垂直的平面；主截面Ｐｏ　——过主切削刃选定点与基面，主切削平面两两垂直的平面。

三、认识刀具的几何角度1.前角（γo）——刀具前刀面与基面的夹角，在主截面内测量前角的大小决定了刀具的锋利程度，前角越大，刀具越锋利。

前角大，切削层的塑性变形小，刀具和切屑摩擦阻力小，切削力和切削热可降低；但前角过大，会使切削刃和刀头强度降低，散热条件恶化，刀具寿命下降；有时为了增加刀具强度、断屑，常采用较小前角。

2.主后角（αo）——主后刀面与切削平面之间的夹角，简称后角后角的大小决定了刀刃的强度，并配合前角改变切削刃的锋利程度。

增加后角，可以减少刀具的后刀面或副后刀面与工件之间的摩擦，但后角过大，会减弱切削刃强度，并恶化散热条件，使刀具寿命下降。

3.副后角（α＇o）——副后刀面与副切削平面的夹角它在副截面上测量产生，其作用与主后面相似（注：副截面是指κ垂直于副切削刃且垂直于基面的平面）。

刀具几何角度的作用及选择原则刀具的几何角度对加工质量、切削力和切削温度等有很大的影响，正确的选择刀具几何角度可以提高切削效率和工件表面质量。

本文将从切削角、主偏角、切削刃前角和切削刃后角四个方面来探讨刀具几何角度的作用及选择原则。

一、切削角切削角是刀具主切削面与工件切削表面的夹角，一般分为正的和负的两种情况。

1.正切削角：也称为刀具顶角，是指刀具主切削面与工件切削表面夹角大于90°的情况。

正切削角有利于降低切削力和切削温度，减少刀具磨损。

因此，在切削硬材料或脆性材料时，一般选择正切削角。

但是正切削角也会增大刀具与工件接触面积，增加切削力，从而需要更大的功率投入。

2.负切削角：也称为刀具反角，是指刀具主切削面与工件切削表面夹角小于90°的情况。

负切削角能降低切削力和切削温度，提高切削稳定性和切削质量。

因此，在切削软材料或难切削材料时，一般选择负切削角。

然而，负切削角的刀具易产生振动，增加切削噪声，且不易控制切削深度。

在实际应用中，切削角的选择应根据材料的性质、切削目标和加工条件综合考虑，一般需要通过试切试验来确定最佳切削角。

二、主偏角主偏角是刀具俯仰角，是指刀具主切削面与铣削切削方向之间的夹角。

主偏角的大小会直接影响刀具的切削力和切削质量。

1.大主偏角：大主偏角可以降低刀具的切削力和切削温度，提高切削稳定性和切削质量。

大主偏角适用于切削精度要求高、切削深度相对较小、切削速度相对较低的情况。

2.小主偏角：小主偏角可以提高刀具的切削效率和切削速度，适用于切削深度相对较大、切削速度相对较高的情况。

然而，小主偏角容易导致切屑的卡刀现象，增加刀具磨损和加工表面粗糙度。

主偏角的选择应结合切削效率和切削质量的要求，同时考虑刀具的刚度和加工条件等因素。

三、切削刃前角切削刃前角是刀具切削刃前的锥度角，主要影响刀具的切削稳定性和切削质量。

1.大切削刃前角：大切削刃前角可以增加切削深度和切削范围，提高切削效率和切削速度。

后角ao
后角的主要作用是减小刀具后刀面与工件之间的摩擦。后角过大会使到刃强度降低，并使散热条件变差，使刀具耐用度降低
车刀合理后角f≤0.25mm/r时，可选ao=10°~12°；在f＞0.25mm/r时，取ao=5°~8°
1） 工件材料强度、硬度较高时，应取较小后角；工件材料软、粘时应取较大后角；加工脆性材料时，宜取较小后角。
1）前刀面Ay—切下的切屑沿其流出的表面。
2）主后刀面Aa—与工件上过渡表面相对的表面。
3）副后刀面A＇a—与工件上已加工表面相对的的表面。
4）主切削刀S—前刀面与主后刀面的交线，它承担主要切削工作。
5）副切削刃S＇—前刀面与副后刀面的交线，它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。
6）刀尖—主切削刃与副切削刃连接处的那部分切削刃。
刀具角度选择
角度名称
作用
选择时应考虑的主要因素
前角yo
增大前角可以减小切屑变形和摩擦阻力，使切削力、切削功率及切削时产生的热量减小。前角过大将导致切削刃强度降低，刀头散热体积减小，致使刀具寿命降低
加工一般灰铸铁时，可选yo=5°~15°；加工铝合金时，选yo=30°~35°；用硬质合金刀具加工一般钢料时，选yo=10°~20°
2） 精加工及切削厚度较小的刀具，应采用较大的后角；粗加工、强力切削、宜取较小后角。
3） 工艺系统刚性较差时，应适当尖小后角。
4） 定尺寸刀具，如拉刀、铰刀等，为避免重磨后刀具尺寸变化过大，宜取较小的后角。
主偏角kr
主偏角减小，可使刀尖处强度增大且作用切削刃长度增加，有利于散热和减轻单位刀刃长度的负荷，提高刀具的寿命。减小主偏叫4还可使工件表面残留面积高度减小。增大主偏角，可使背向力Fp减小，进给力Ff增加，因而可降低工艺系统的变形与振动