《机械制造基础》——刀具几何参数的选择

1、前刀面A 主后刀面主后刀面A A 副后刀面副后刀面A A 主切削刃主切削刃S S 副切削刃副切削刃S S 刀尖刀尖1 1、指出车刀的三面二刃一尖。、指出车刀的三面二刃一尖。复复 习习 提提 问问1234561 1、指出车刀的三面两刃一尖。、指出车刀的三面两刃一尖。后刀面后刀面A A 主切削刃主切削刃S S 前刀面前刀面A A 副切削刃副切削刃S S 副后刀面副后刀面A A 刀尖刀尖复复 习习 提提 问问P Pr rP Ps sP P0 02 2、指出正交平面参考系的三个参考面。、指出正交平面参考系的三个参考面。基面基面切削平面切削平面正交平面正交平面复复 习习 提提 问问Po3 3、指出图中车

2、刀的角度及测量面、指出图中车刀的角度及测量面1234511主偏角主偏角 r r在基面中测量在基面中测量22副偏角副偏角 r r33前前 角角 o o44后后 角角 o o在正交平面中测量在正交平面中测量55刃倾角刃倾角 s s在切削平面中测量在切削平面中测量复复 习习 提提 问问2.4 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择本次课的内容提要：本次课的内容提要：一、前角和前面型式的选择；一、前角和前面型式的选择；二、后角、副后角的选择；二、后角、副后角的选择；三、主偏角、副偏角的选择；三、主偏角、副偏角的选择；四、刀尖与过渡刃的选择；四、刀尖与过渡刃的选择；五、刃倾角的选择。五、刃倾角的选择。8

3、刀具的刀具的“合理合理”几何参数几何参数，是指在保证加工，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而能够达到提高切削效率、降低生产成本的目的的能够达到提高切削效率、降低生产成本的目的的刀具几何参数。刀具几何参数。 刀具的几何参数刀具的几何参数包括包括刀具角度刀具角度、刀面的结刀面的结构和形状构和形状、切削刃的型式切削刃的型式等。等。一、前角和前面型式的选择一、前角和前面型式的选择（一）、前角的作用（一）、前角的作用 （课后作业）（课后作业）1 1、影响切削力和切削功率影响切削力和切削功率； 2 2、影响加工表面质量影响加工表面质量；3 3

4、、影响刀具耐用度影响刀具耐用度； 4 4、影响断屑效果影响断屑效果。9前角前角切削变形切削变形切削力切削力切削热切削热切削温度切削温度耐用度耐用度楔角楔角 强度强度 散热体积散热体积切削温度切削温度耐用度耐用度过大过大崩刃崩刃 增大刀具前角，可以减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热，使刀具的耐用度提高。使刀具楔角减小，使切削刃与刀头的强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小不易断屑不易断屑工件表面质量工件表面质量若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。影响已加工表面质量 增大前角可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，减轻切削过程中的振动（二）、

5、（二）、 前角的选择原则前角的选择原则 在选择刀具前角时首先应保证刀刃在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋利锋利，同时，同时也要兼顾刀刃的也要兼顾刀刃的强度与耐用度强度与耐用度。 刀具前角的合理选择，主要由刀具前角的合理选择，主要由刀具材料刀具材料和和工件材工件材料料的种类与性质以及的种类与性质以及加工要求加工要求决定。决定。1 1、工件材料、工件材料 加工钢件等塑性材料时，加工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前切屑沿前刀面流出时和前刀面接触长度长，压力与摩擦较大，为减小变形和摩擦，刀面接触长度长，压力与摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般采用一般采用选择大的前角选择大的前角。 加工铸铁等脆性材

6、料时，加工铸铁等脆性材料时，塑性变形小，切屑为碎状，塑性变形小，切屑为碎状，切屑与前刀面接触短，切削力主要集中在切削刃附近，切屑与前刀面接触短，切削力主要集中在切削刃附近，受冲击时易产生崩刃，因此受冲击时易产生崩刃，因此刀具前角相对塑性材料取得刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值小些或取负值，以提高刀刃的强度。，以提高刀刃的强度。 工件材料的强度、硬度高时，工件材料的强度、硬度高时，切削力大，为提高切切削力大，为提高切削刃的强度，应削刃的强度，应选用较小的前角。选用较小的前角。2 2、刀具材料、刀具材料 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性

7、大的刀具甚至取负的前角。性大的刀具甚至取负的前角。 下图是不同刀具材料韧性的变化下图是不同刀具材料韧性的变化 高速钢的抗弯强度和冲击韧性高于硬质合金，所以高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具的大些；而陶瓷刀具的脆性大，强度和韧性都不如硬质合金，所以陶瓷刀具的前角应该小些。立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具 陶瓷刀具陶瓷刀具 硬质合金刀具硬质合金刀具 高速钢刀具高速钢刀具刀具的韧性增强，前角取大刀具的韧性增强，前角取大3 3、加工要求、加工要求 粗加工时粗加工时，尤其是工件表面不连续、形状误差较大、，尤其是工件表面不连续、形状误差较大、有硬皮时，一般有硬皮时，一般取较小的前角；取较小的前角； 精加工时精加

8、工时，宜，宜取较大的前角取较大的前角，以减小工件变形与表，以减小工件变形与表面粗糙度。面粗糙度。总之，前角选择方法为（课后作业）：总之，前角选择方法为（课后作业）：（1 1）材料强度、硬度较低时，）材料强度、硬度较低时， o o宜大；塑性材料宜大；塑性材料 o o宜大；脆性材料宜大；脆性材料 o o宜小；宜小；（2 2）刀具强度和韧性好时）刀具强度和韧性好时 o o宜大；宜大；（3 3）粗加工、断续切削、加工铸锻件，）粗加工、断续切削、加工铸锻件， o o宜小。宜小。不锈钢不锈钢35403035铝及铝合金铝及铝合金30352530紫铜紫铜5101015青铜、脆黄铜青铜、脆黄铜5101015HT

9、150HT150、HT200HT200铸、锻件、断续切削铸、锻件、断续切削131810154545（调质）（调质）182015184545钢（正火）钢（正火）20251820低碳钢低碳钢精车精车粗车粗车合理前角（度）合理前角（度）工件材料工件材料硬质合金车刀合理前角参考值硬质合金车刀合理前角参考值101551015252530（三）、前刀面型式的选择：（三）、前刀面型式的选择：1 1、正前角平面型：、正前角平面型：特点是结构简单、刀刃锐利，特点是结构简单、刀刃锐利，但强度低，传热能力差。多用于切削脆性材料用但强度低，传热能力差。多用于切削脆性材料用刀具、精加工用刀具、成形刀具和多刃刀具。刀具、

10、精加工用刀具、成形刀具和多刃刀具。2 2、正前角平面带倒棱型：、正前角平面带倒棱型：这种型式是沿切削刃磨出很这种型式是沿切削刃磨出很窄的棱边，称为窄的棱边，称为负倒棱负倒棱。但倒棱的宽度一定要使切屑。但倒棱的宽度一定要使切屑沿前刀面而不是沿负倒棱流出，否则就是负前角了。沿前刀面而不是沿负倒棱流出，否则就是负前角了。这种型式多用于粗加工铸锻件或断续切削。这种型式多用于粗加工铸锻件或断续切削。 3 3、负前角单面型：、负前角单面型：切削高强度、高硬度材料时，为使脆切削高强度、高硬度材料时，为使脆性较大的硬质合金刀片承受压应力，而采用负前角。当性较大的硬质合金刀片承受压应力，而采用负前角。当刀具磨损

11、主要产生于后刀面时，可采用负前角单面型。刀具磨损主要产生于后刀面时，可采用负前角单面型。但负前角会增大切削力。但负前角会增大切削力。4 4、负前角双面型：、负前角双面型：当刀具前刀面有磨损时，刃磨前当刀具前刀面有磨损时，刃磨前刀面会使刀具材料损失过大，重磨次数减少，应采用刀面会使刀具材料损失过大，重磨次数减少，应采用负前角双面型，双面型可减小前面的重磨面积，增加负前角双面型，双面型可减小前面的重磨面积，增加刀和重磨次数。这时负前角的棱面应具有足够的宽度，刀和重磨次数。这时负前角的棱面应具有足够的宽度，以确保切屑沿该面流出。以确保切屑沿该面流出。 5 5、正前角曲面带倒棱型：、正前角曲面带倒棱型

12、：这种型式是在平面带倒棱这种型式是在平面带倒棱的基础上，前刀面上又磨出一个曲面，称为的基础上，前刀面上又磨出一个曲面，称为卷屑槽或卷屑槽或月牙槽月牙槽。常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。常用于粗加工或精加工塑性材料的刀具。二、后角、副后角的选择二、后角、副后角的选择（一）、后角的功用（课后作业）（一）、后角的功用（课后作业） 1 1、减小刀具后刀面与加工表面的摩擦；减小刀具后刀面与加工表面的摩擦； 2 2、当前角固定时，后角的增大与减小能增大和减、当前角固定时，后角的增大与减小能增大和减小刀刃的锋利程度，改变刀刃的散热，从而影响刀具小刀刃的锋利程度，改变刀刃的散热，从而影响刀具的耐用度。的耐

13、用度。 o o刃口锋利刃口锋利切削热切削热切削温度切削温度耐用度耐用度但但 o o楔角楔角刃口强度刃口强度散热体积散热体积切削温度切削温度耐用度耐用度（二）、后角的选择原则（二）、后角的选择原则 在不产生摩擦的前提条件下，适当减小后角。在不产生摩擦的前提条件下，适当减小后角。后角选择方法（课后作业）：后角选择方法（课后作业）：1 1、工件材料硬度、强度较高时，应取较小的后角；工件材料硬度、强度较高时，应取较小的后角；2 2、塑性材料、塑性材料 o o宜大；脆性材料宜大；脆性材料 o o宜小；宜小；3 3、粗加工、断续切削、加工铸锻件，粗加工、断续切削、加工铸锻件， o o宜小；精加工、宜小；精

14、加工、连续切削连续切削 o o宜大；宜大；4 4、工艺系统刚性差，容易出现振动，应适当减小后角；工艺系统刚性差，容易出现振动，应适当减小后角；5 5、定尺寸刀具，定尺寸刀具，为了限制重磨后刀具尺寸的变化，为了限制重磨后刀具尺寸的变化， o o宜宜小。小。1416钛合金钛合金1012810铝及铝合金铝及铝合金6868铜及铜合金铜及铜合金6846灰铸铁灰铸铁81068奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢810淬火钢淬火钢6857合金钢合金钢6857中碳钢中碳钢1012810低碳钢低碳钢精车精车粗车粗车合理后角（度）合理后角（度）工件材料工件材料硬质合金车刀合理后角参考值硬质合金车刀合理后角参考值（三）、副后角

15、的选择（三）、副后角的选择 刀具的副后角主要用来减少副后刀面与已加工表面刀具的副后角主要用来减少副后刀面与已加工表面的摩擦，它对刀尖强度也有一定的影响。的摩擦，它对刀尖强度也有一定的影响。 为了使制造、刃磨方便，一般车刀的副后角为了使制造、刃磨方便，一般车刀的副后角a ao o取取和后角和后角a ao o相同的数值。但切断刀和切槽刀受刀头强度和相同的数值。但切断刀和切槽刀受刀头强度和重磨后刀具在槽宽方向的尺寸限制，副后角通常取得很重磨后刀具在槽宽方向的尺寸限制，副后角通常取得很小，一般取小，一般取a ao o= 1= 12 2。 kr1Krkr2FpFf三、主偏角、副偏角的选择三、主偏角、副偏

16、角的选择（一）、主偏角及副偏角的功用（一）、主偏角及副偏角的功用 主偏角影响切削分力的大小；主偏角影响切削分力的大小； 影响加工表面粗糙度值的大小；影响加工表面粗糙度值的大小； 影响刀具耐用度；影响刀具耐用度； 影响工件表面形状。影响工件表面形状。2、减少主偏角会使切削厚度减少主偏角会使切削厚度减少，切削宽度增加，从而使减少，切削宽度增加，从而使单位长度切削刃所承受的载荷单位长度切削刃所承受的载荷减轻，散热条件改善，可使刀减轻，散热条件改善，可使刀具使用寿命提高。具使用寿命提高。1 1、减少主偏角会导致径向、减少主偏角会导致径向力增大，同时刀尖与工件的力增大，同时刀尖与工件的摩擦加剧，会导致刀

17、具使用摩擦加剧，会导致刀具使用寿命下降。寿命下降。krKrFpFf3、主偏角和副偏角越小，切削刃痕的理论残留面积的主偏角和副偏角越小，切削刃痕的理论残留面积的高度也越小，可以有效地减少已加工表面的粗糙度。高度也越小，可以有效地减少已加工表面的粗糙度。同时，还加强了刀尖强度，改善了散热条件。同时，还加强了刀尖强度，改善了散热条件。4、主偏角和副偏角共同主偏角和副偏角共同决定了刀尖角，直接影响决定了刀尖角，直接影响刀尖的强度、导热面积和刀尖的强度、导热面积和容热体积。容热体积。5、副偏角过小会增加副副偏角过小会增加副切削刃的工作长度，增大切削刃的工作长度，增大副后刀面与已加工表面的副后刀面与已加工

18、表面的摩擦，易引起系统振动，摩擦，易引起系统振动，反而增大表面粗糙度。反而增大表面粗糙度。6、切断刀、锯片刀和槽切断刀、锯片刀和槽铣刀等，为了保证刀头强铣刀等，为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化度和重磨后刀头宽度变化较小，只能取很小的副偏较小，只能取很小的副偏角（角（1 1-2-2）。）。（二）、主偏角的选择原则（二）、主偏角的选择原则1 1、根据工艺系统刚性选择、根据工艺系统刚性选择 工艺系统刚性足够时，选较小的主偏角，工艺系统刚性足够时，选较小的主偏角，使切削厚度减使切削厚度减少，切削宽度增加，从而使单位长度切削刃所承受的载荷少，切削宽度增加，从而使单位长度切削刃所承受的载荷减轻，散热条

19、件改善，可使刀具使用寿命提高。减轻，散热条件改善，可使刀具使用寿命提高。 工艺系统刚性不足时，应选较大的主偏角，以减小径工艺系统刚性不足时，应选较大的主偏角，以减小径向力。向力。 一般取一般取k kr r=60=607575，车细长轴时，常取，车细长轴时，常取k kr r9090krKrFpFf2 2、根据工件材料选择、根据工件材料选择 工件材料的强度、硬度很高时，为了提高刀具的强度和工件材料的强度、硬度很高时，为了提高刀具的强度和耐用度，一般取较小的主偏角。耐用度，一般取较小的主偏角。3 3、根据加工表面形状选择、根据加工表面形状选择 加工阶梯轴时，加工阶梯轴时，k kr r=90=90，进

20、行车端面、车外圆和倒角，进行车端面、车外圆和倒角时可选用时可选用k kr r=45=45的弯头车刀，以减少刀具种类及换刀次数。的弯头车刀，以减少刀具种类及换刀次数。 ( (三）副偏角三）副偏角k kr r的选择的选择副偏角是影响表面粗糙度的主要角度。副偏角是影响表面粗糙度的主要角度。1 1、副偏角的减小，将可降低残留物面积的高度，提、副偏角的减小，将可降低残留物面积的高度，提高理论表面粗糙度值。高理论表面粗糙度值。2 2、副偏角减小刀尖强度增大，散热面积增大，提高、副偏角减小刀尖强度增大，散热面积增大，提高刀具耐用度。刀具耐用度。3 3、副偏角太小会使刀具副后刀面与工件的摩擦，使、副偏角太小会

21、使刀具副后刀面与工件的摩擦，使刀具耐用度降低，另外引起加工中振动。刀具耐用度降低，另外引起加工中振动。副偏角的选择原则：副偏角的选择原则： 在不影响摩擦和在不影响摩擦和振动的条件下，应选振动的条件下，应选取较小的副偏角。取较小的副偏角。主偏角主偏角k kr r、副偏角副偏角k kr r的选用值的选用值四、刀尖形状的选择四、刀尖形状的选择 刀尖概念刀尖概念：主切削刃与副切削刃连接的地方。：主切削刃与副切削刃连接的地方。 (a)倒角刃倒角刃 (b)圆弧刃圆弧刃 (c)修光刃修光刃 刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方。切削刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方。切削过程中，过程中，刀尖切削温度较高，

22、刀尖切削温度较高，非常容易磨损。因此在非常容易磨损。因此在刀尖处常有一段直线或圆弧的过渡刃，增加刀尖强度，刀尖处常有一段直线或圆弧的过渡刃，增加刀尖强度，改善散热条件，提高刀具耐用度，降低加工表面粗糙改善散热条件，提高刀具耐用度，降低加工表面粗糙度值。但是，过渡刃增大了背向力。度值。但是，过渡刃增大了背向力。倒角刃的优点：倒角刃的优点： 主偏角主偏角 r r和副偏角和副偏角 r r的减小，都可以增强刀尖强的减小，都可以增强刀尖强度，但同时也增大了背向力度，但同时也增大了背向力F Fp p，使得工件变形增大并，使得工件变形增大并引起振动。但如在主、副切引起振动。但如在主、副切削刃之间磨出倒角刀尖

23、。则削刃之间磨出倒角刀尖。则既可增大刀尖角，又不会使既可增大刀尖角，又不会使背向力背向力F Fp p增加多少。增加多少。 倒角刃主要适用于粗加倒角刃主要适用于粗加工、半精加工、间断切削和工、半精加工、间断切削和强力切削时使用。强力切削时使用。(a)倒角刃倒角刃圆弧过渡刃：圆弧过渡刃： 增大增大 ，刀具的磨损和破损都可减小，不过，刀具的磨损和破损都可减小，不过，此时背向力此时背向力F Fp p也会增大，容易引起振动。因此，刀也会增大，容易引起振动。因此，刀尖的圆弧半径尖的圆弧半径 不宜过大。不宜过大。 修圆刀尖一般在半精加工、精加工中选用；在修圆刀尖一般在半精加工、精加工中选用；在难加工材料切削

24、时也常采用。难加工材料切削时也常采用。 修光刃修光刃 当直线过渡刃平行于进当直线过渡刃平行于进给方向时即为给方向时即为修光刃修光刃。 修光刃的作用修光刃的作用是在大进是在大进给量条件下切削时，仍可以给量条件下切削时，仍可以获得较小的表面粗糙度值。获得较小的表面粗糙度值。修光刃主要用于精加工，用修光刃主要用于精加工，用带有修光刃的车刀切削时，带有修光刃的车刀切削时，背向力很大，因此要求工艺背向力很大，因此要求工艺系统要有较好的刚性。系统要有较好的刚性。五、刃倾角的选择五、刃倾角的选择（一）刃倾角的功用（一）刃倾角的功用1 1、控制切屑的流向（作业）、控制切屑的流向（作业）39切屑沿垂直切削刃的方

25、向流出。切屑沿垂直切削刃的方向流出。 切屑向尾座方向流出，切屑向尾座方向流出，影响已加工表面；影响已加工表面； 切屑向床头方向流出，切屑向床头方向流出，影响工人操作；影响工人操作；2 2、控制切削刃切入时，首先与工件接触的位置；、控制切削刃切入时，首先与工件接触的位置；4575微量精细加工微量精细加工0工艺系统刚性不足工艺系统刚性不足-5-12车淬硬钢车淬硬钢-10-20强力切削强力切削-30-45特大冲击负荷特大冲击负荷-5-15有冲击负荷有冲击负荷050-5一般钢料和铸铁一般钢料和铸铁精加工精加工粗加工粗加工刃倾角（刃倾角（）切削条件切削条件刃倾角的参考值刃倾角的参考值413 3、控制切削

26、刃在切入和切出时的平稳性；、控制切削刃在切入和切出时的平稳性；4 4、控制背向力、控制背向力F Fp p和进给力和进给力F F 的比值。的比值。（二）刃倾角的选择（二）刃倾角的选择 1 1、粗加工时要保证刀具有足够的强度，一般、粗加工时要保证刀具有足够的强度，一般取取 s s=0=0-5-5；精加工时为使切屑不流向已加工；精加工时为使切屑不流向已加工表面使其擦伤，选择表面使其擦伤，选择 s s=0=0+5+5。 2 2、加工余量不均匀或在其他产生冲击振动的、加工余量不均匀或在其他产生冲击振动的切削条件下，应选取绝对值较大的负刃倾角。切削条件下，应选取绝对值较大的负刃倾角。1 1、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？而脆性大的刀具又如何选择？ 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而强度和韧性大的刀