机械制造技术基础 第二章 第七节 刀具合理几何参数的选择.ppt

第七节 刀具合理几何参数的选择刀具的切削角度（γo、αo、κr、κr’、λs)刀具几何参数 前刀面的形式（平的、带倒棱的、带卷屑槽的前刀面）切削刃的形状（直线型、折线形、圆弧形）合理几何参数：在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具寿命，从而能够达到提高切削 效率或降低生产成本目的的几何参数n一、刀具前角及前刀面形式的选择n二、后角的选择n三、主、副偏角及刀尖形式的选择n四、刃倾角的选择一、刀具前角及前刀面形式的选择1、前角的功用：影响切屑变形——通常是前角γo增大，切屑变形将减小，从而使切削力和切削功率减小，切削区温度有降低的趋势影响刀尖强度及散热体积——γo增大会使刀楔角减小，一方面使刀刃强度降低，易造成崩刃；另一方面会使刀头散热体积减小，使温度有增高趋势2、合理刀具前角的选择原则合理刀具前角主要取决于刀具材料和工件材料和切削条件⑴ 刀具材料脆性大 γo↓ 通常高速钢刀具前角比硬质合金大5 °~10 °，硬质合金的前角比 陶瓷、 超硬材料 刀具前角大如：陶瓷或立方氮化硼刀具，其实际工作前角通常为 γo =－ 5°~－10°⑵ 加工脆性材料 γo↓，硬质合金刀具加工灰铸铁时，前角可选5°~15°；加工塑性材料 γo↑，硬质合金刀具加工一般的钢料时，时前角可选10°~20°.⑶ 工件材料的强度或硬度通常工件材料的强度、硬度越高↑ γo↓ 如：加工铝合金时γo =30° ~35°，加工中硬钢时γo =10° ~20°.⑷ 粗加工（尤其是有硬皮的铸、锻件粗切）、断续切削 γo↓ 。

⑸ 加工工艺系统刚性较差或机床电机功率不足时 γo↑⑹ 数控机床、加工中心用刀通常易取 γo↓ ⑺ 成形刀具通常易取 γo↓ 3、前刀面形式的选择（负倒棱和刃口钝圆及卷屑槽）⑴ 负倒棱① 负倒棱主要作用：优点：增强切削刃，减小刀具破损；此外，刀具倒棱处的楔角较大，使散热条件也得到改善缺点：使切削力增大，易引起震动倒棱的参数选择恰当时，其宽度较小，切屑仍主要地沿前刀面流出，故切削力增加的并不多，振动的强度也没有什么变化由于倒棱增强了切削刃，故前角还可比不带倒棱的前刀面选择的大一些，如图所示② 负倒棱尺寸的选择：负倒棱参数——通常取为br1=0.1~1mm或br1=（0.3~0.8）f，γo1=0°~ －10° 粗加工取大值，精加工取小值如果切削时冲击很大或刀具材料脆性大时，机床的刚性和功率许可时， 倒棱的宽度及γo1绝对值可进一步增大，如br1=（1~2）f， γo1=－15°~ －30°⑵ 刃口钝圆采用刃口钝圆也是增强切削刃的有效方法，可减少刀具的早期破损，提高刀具寿命同时，钝圆刃还有一定的切挤烫压及消振作用，可减小工件加工表面粗糙度。

钝圆半径γβ推荐如下：一般情况下，γβ＜f/3，轻型钝圆γβ=0.02~0.03mm，中型钝圆γβ=0.05~0.1mm，重型钝圆γβ=0.15mm.⑶ 卷屑槽的形状及其参数的选择① 卷屑槽的形状：直线圆弧形、直线型、全圆弧形三种② 卷屑槽参数的选择直线圆弧形的槽底圆弧半径Rn和直线型的槽底角对切屑的卷曲变形有直接的影响当Rn或槽底角较小时，切屑卷曲半径较小，切屑变形增大，易于折断但太小时切屑易于堵塞在槽内，会增大切削力，甚至会造成崩刃通常，可取Rn=（0.4~0.7）wn，槽底角等于110°~130°卷屑槽宽度Wn对卷屑效果影响很大，如图所示 Wn越小，切屑卷曲半径越小，切屑就越容易折断 但Wn 太小时，切屑变形很大，容易产生小块的飞溅切屑；Wn太大时则不能保证有效的卷屑断屑槽宽度根据工件材料和切削用量决定，一般可取Wn= （7~10）f二、后角的选择1、后角αo的功用 影响刀具后刀面与加工表面之间的摩擦——αo越大，摩擦越小影响刀刃锋利程度、强度及散热体积——αo增大，刀刃锋利，但强度降低，散热体积减小 影响刀具寿命——以VB为磨钝标准时，适当增大后角，可提高刀具寿命；若以NB为磨钝标准，适当减小后角，可提高刀具寿命。

2、合理后角的选择原则合理后角主要取决于切削厚度ac（或进給量f），同时还与切削条件有关⑴ 切削厚度ac(f)ac↓ αo↑，因为ac很小时，磨损主要发生在后刀面上，为了减小后刀面的磨损和增加切削刃的锋利程度，易取较大的后角ac↑ αo ↓，当切削厚度很大时，前刀面的磨损量加大，这时后角取小些可以增强切削刃及改善散热条件；同时，由于此时楔角较大，可以使月牙洼磨损深度达到较大值而不致使切削刃碎裂，提高刀具寿命通常，f≤0.25mm/r时，合理后角可选10°~12°， f＞0.25mm/r时，合理后角可选5°~8°⑵ 工件材料的强度或硬度较高时 易取较小的后角 αo ↓，通常， αo =4°~7°⑶ 工件材料较软、塑性较大或易加工硬化 易取较大后角αo↑， αo =10°~15°加工脆性材料 易取较小的后角， αo =5°~7° ⑷ 加工工艺系统刚性较差，易出现振动时 应适当减小后角αo ↓，甚至还可在后刀面上磨出bα1=0.05~0.1mm， αo1=0°的零度刃带；或磨出bα1=0.1~0.2mm， αo1=－5°~－ 10°的消振棱。

⑸ 对于尺寸精度要求较高的刀具 易取较小的后角αo ↓，以提高刀具寿命⑹ 通常 刀具主、副后角取相同值但切断刀及切槽刀的副后角受结构强度的限制取较小值 ， 如：通常 αo = 5°~8°，而副后角αo’ = 1°~2°.三、主、副偏角及刀尖形状的选择1、主、副偏角的功用主偏角对刀具寿命影响较大，在工艺系统刚性足够的前提下，随着主偏角的减小，刀寿命可以提高副切削刃的主要作用是最终形成已加工表面，副偏角的大小对以加工表面糙度和刀具寿命都有影响具体影响如下：⑴ 影响已加工表面的理论粗糙度 Rmax=f/(ctgκγ+ctgκγ’)（直线刃刀具）在刚性足够的前提下 ，κγ↓ 、κγ’↓，会降低已加工表面粗糙度⑵ 影响刀尖强度及散热体积 κγ↓ 、κγ’↓，则刀尖强度及散热体积越大⑶ 影响刀具切入工件的切入点 κγ↓ ，则切入时对刀尖的冲击就越小⑷ 影响切削力的分布 κγ↓ ，使进给力Fx ↓ ，切深抗力Fy↑⑸ 影响切削层几何形状ap、f一定的前提下， κγ↓ ，则切削厚度aC ↓，切削宽度aW ↑⑹ 影响断屑效果 κγ ↑，其他条件不变，这切屑变得窄而厚，易折断。

如：孔加工刀具 κγ 较大，有利于切屑沿轴向排除2、合理主偏角的选择原则⑴ 粗加工时，背吃刀量很大， Fy很大易引起震动 易取较的大主偏角如，硬质合金刀具，主偏角κγ=60°~75°⑵ 加工零件硬度高时如：冷硬铸铁、淬火钢 易取κγ↓ ，通常κγ=10°~30° ⑶ 加工工艺系统刚性↑ 易取κγ↓ 加工工艺系统刚性 ↓ 易取κγ ↑ 3、副偏角的选择原则⑴ 在不引起振动的情况下 副偏角κγ’易取较小值精加工时， κγ’取得更小，有时还可磨出修光刃⑵ 加工高硬度、高强度或断续切削 副偏角κγ’易取较小值⑶ 切断刀及切槽刀受结构及强度的限制 κγ’取值很小， κγ’=1°~3°4、刀尖形式的选择⑴ 圆弧过渡刃圆弧形过度刃不仅可提高刀具寿命，还可大大减小已加工表面粗糙度，精加工时常采用 圆弧过渡刃但它需在专用磨床上刃磨⑵ 直线形过渡刃粗加工时，背吃刀量比较大，为减小径向分力Fy和振动，通常取较大的主偏角但这 时刀尖强度较差，散热条件恶化。

为改善这种情况，提高刀具寿命，常常磨出直线性的过渡刃通常，取κγε=0.5κγ，bε=0.5~2mm.四、刃倾角的选择1、刃倾角主要的作用⑴ 控制切屑流出方向λs=0°时，切屑近似沿垂直切削刃的方向流出； λs＞0°时，切屑流向待加工表面； λs＜0°时，切屑流向已加工表面⑵ 影响刀头的强度λs代数值越小，刀头强度越高负刃倾角的刀头强度高于正刃倾角⑶ 影响切削力的分布通常λs代数值越小 ，切削分力Fx 有减小的趋势，Fy有增大的趋势如： λs由0°变化到－45 °时， Fy约增大一倍⑷ 影响切削刃的锋利程度2、刃倾角的选择⑴ 加工一般的钢料或铸铁时，通常粗加工λs= －5°~ 0°；精加工λs= 0°~ 5°⑵ 车淬火钢时， λs= －12°~ －5°⑶ 工艺系统刚性不足时， λs应取正值，不应取负值⑷ 微量精车时，可采用大刃倾角， λs= 45°~ 75°增大实际前角，使切削刃锋利⑸ 立方氮化硼及陶瓷刀具脆性大，且切削力较大， λs通常取负值 λs= －5°~ 0°。