第五讲 刀具切削部分几何参数选择.ppt

第 五 讲主讲：熊晓萍主讲：熊晓萍刀具合理几何参数的选择1刀具的几何参数刀具的几何参数 包括刀具的切削角度、刀包括刀具的切削角度、刀面的形式以及切削刃的形状。面的形式以及切削刃的形状。刀具的合理几何参数刀具的合理几何参数：在保证加工质量的前：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到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。参数。2为什么要选择刀具合理几何参数？为什么要选择刀具合理几何参数？刀具的几何参数对切屑变形、切削力、切削温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。产率、刀具耐用度、加工质量和加工成本。怎样选择刀具合理几何参数？怎样选择刀具合理几何参数？选择刀具合理几何参数主要取决于工件材料、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。性和机床功率等因素有关。3第一节第一节 前角及前刀面形状的选择前角及前刀面形状的选择 一、前角的功用及一、前角的功用及选择选择前角有正前角和负前角之分。前角有正前角和负前角之分。前角是刀具上重要的几前角是刀具上重要的几何参数之一，它的大小决定何参数之一，它的大小决定切削刃的锋利程度切削刃的锋利程度和和强固程强固程度度，直接影响切削过程。，直接影响切削过程。o1Pro24 正前角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。削轻快，提高刀具寿命，并提高已加工表面质量。但但前角过大前角过大时，楔角过小，会削弱切削刃部的强度并降低散时，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。热能力，反而会使刀具寿命降低。在一定加工条件下，存在一在一定加工条件下，存在一个耐用度为最大的前角，即个耐用度为最大的前角，即合理前角合理前角opt5 负前角负前角的目的在于改善刃部受力状况和散热条件，提高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。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。崩刃时才采用。6 选择前角时首先应保证选择前角时首先应保证切削刃锋利切削刃锋利，同时又要兼，同时又要兼顾足够的顾足够的切削刃强度切削刃强度。在保证加工质量的前提下，一。在保证加工质量的前提下，一般以达到最高的刀具寿命为目的。般以达到最高的刀具寿命为目的。前角的合理数值选取原则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。件材料的种类与性质。7刀具材料的强度和韧性较高时可选择较大的前角。刀具材料的强度和韧性较高时可选择较大的前角。刀具材料刀具材料高速钢高速钢的强度高，韧性好；的强度高，韧性好；硬质合金硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。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 5 1010。不同牌号的硬质合金，其强度和韧性也不相同，。不同牌号的硬质合金，其强度和韧性也不相同，所用前角也应有所区别。所用前角也应有所区别。陶瓷刀具陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金还要小一些。要充分注意增加切削刃强度，常取负值要充分注意增加切削刃强度，常取负值(多在多在4 4 1515 范范围围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取取0 0 1010)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。与之配合以改善切入时承受冲击的能力。立方氮化硼立方氮化硼由于脆性更大，都采用负前角高速切削。由于脆性更大，都采用负前角高速切削。8工件材料工件材料1.1.加工加工塑性材料塑性材料时，切屑呈带状，沿刀具前面流出时时，切屑呈带状，沿刀具前面流出时和前面接触长度较长和前面接触长度较长，摩擦较大，为减小变形和摩摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般都采用擦，一般都采用正前角正前角。工件材料塑性愈大，强度。工件材料塑性愈大，强度和硬度愈低时，前角应选得愈大。和硬度愈低时，前角应选得愈大。如：加工铝及铝合金取如：加工铝及铝合金取o=25=25 3535，加工低碳钢常取加工低碳钢常取o=20=20 2525。如：正火高碳钢取如：正火高碳钢取o=10=10 l5l5。当加工高强度钢时，为增强切削刃，当加工高强度钢时，为增强切削刃，才取负前角。才取负前角。当当工件材料强度较大、硬度较高工件材料强度较大、硬度较高时，由于单位切削力时，由于单位切削力大，切削温度容易升高，为了提高切削刃强度，增加大，切削温度容易升高，为了提高切削刃强度，增加刀头导热面积和容热体积，刀头导热面积和容热体积，前角宜取小值前角宜取小值。92.2.加工加工脆性材料脆性材料时，塑性变形小，切屑呈崩碎状，刀屑时，塑性变形小，切屑呈崩碎状，刀屑接触长度短，摩擦不大，切削力集中在切削刃附近且接触长度短，摩擦不大，切削力集中在切削刃附近且产生冲击，容易造成崩刃，所选产生冲击，容易造成崩刃，所选前角前角应比加工塑性材应比加工塑性材料时料时小小一些，以提高切削刃强度和散热能力。一些，以提高切削刃强度和散热能力。如加工灰铸铁取如加工灰铸铁取o=5=5 1515。前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐减小。前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐减小。在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负前角。前角。实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。10具体加工条件具体加工条件 粗加工时或断续切削粗加工时或断续切削时，切削力和冲击较大，为时，切削力和冲击较大，为使切削刃有足够强度，宜取使切削刃有足够强度，宜取较小前角较小前角；精加工精加工时，切削刃强度要求较低，为使刀具刀刃时，切削刃强度要求较低，为使刀具刀刃锋利，降低切削力，以减小工件变形和减小表面粗糙锋利，降低切削力，以减小工件变形和减小表面粗糙度值，宜取度值，宜取较大前角较大前角。在在工艺系统刚性较差或机床马达功率不足工艺系统刚性较差或机床马达功率不足时，宜时，宜取取较大前角较大前角，以减小切削力和切削功率，减轻振动。，以减小切削力和切削功率，减轻振动。在在自动机床自动机床上加工时，为使刀具稳定，宜取上加工时，为使刀具稳定，宜取小小一一些的些的前角前角。11其他参数的选择其他参数的选择 前角的合理数值不是孤立的，还和刀面形状及前角的合理数值不是孤立的，还和刀面形状及刃区参数以及其他角度有关，特别是和刃倾角有密刃区参数以及其他角度有关，特别是和刃倾角有密切关系。切关系。例如：带负倒棱的刀具允许采用较大前角；例如：带负倒棱的刀具允许采用较大前角；大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度和抗冲击能力。和抗冲击能力。许多先进刀具就是在针对某种加工条件，善于许多先进刀具就是在针对某种加工条件，善于灵活运用这些原则而产生的。灵活运用这些原则而产生的。硬质合金车刀合理前角的经验数值硬质合金车刀合理前角的经验数值12 二二、刃区参数及前刀面形状的刃区参数及前刀面形状的选择选择1.1.刃区参数刃区参数刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。锋刃型锋刃型倒棱型倒棱型钝圆型钝圆型13指刃磨前面和后面直接形成的切削刃。但它也并不指刃磨前面和后面直接形成的切削刃。但它也并不是绝对锐利的，而在刃磨后自然形成一个切削刃钝是绝对锐利的，而在刃磨后自然形成一个切削刃钝圆半径圆半径rn，其其数值取决于刀具材料、刃磨工艺和楔角数值取决于刀具材料、刃磨工艺和楔角的大小。的大小。例如，新磨好的高速钢车刀可达例如，新磨好的高速钢车刀可达rn=1215m。用金刚石用金刚石磨料研磨后，磨料研磨后，rn可达可达714m，而用立方氮化硼磨料仔细而用立方氮化硼磨料仔细研磨后可达研磨后可达rn=56m。锋锋 刃刃一般新磨好的硬质合金车刀，其切削刃钝圆半径一般新磨好的硬质合金车刀，其切削刃钝圆半径rn=1826m。细晶粒硬质合金刀具的细晶粒硬质合金刀具的rn约约为粗晶粒的为粗晶粒的l225。14与倒棱切削刃和钝圆切削刃相比：与倒棱切削刃和钝圆切削刃相比：锋刃的钝圆半径很小，切削刃比较锋利。锋刃的钝圆半径很小，切削刃比较锋利。适合作精加工和超精加工的切削刃，如超精适合作精加工和超精加工的切削刃，如超精铣削或超精镗削，以及精加工和半精加工轻金属铣削或超精镗削，以及精加工和半精加工轻金属及其合金。及其合金。优优 点：点：15锋刃的强度和抗冲击性能较差，锋刃的强度和抗冲击性能较差，产生微小裂纹导致崩刃的产生微小裂纹导致崩刃的可能性也较大。可能性也较大。因此，对于精细切削和微量切削的刀具锋刃，都要求仔细因此，对于精细切削和微量切削的刀具锋刃，都要求仔细刃磨和研磨，以获得小的切削刃钝圆半径，消除微小裂纹，刃磨和研磨，以获得小的切削刃钝圆半径，消除微小裂纹，提高刃口质量。提高刃口质量。缺缺 点：点：切削刃钝圆半径在切削过程中随着磨损而有增大的趋势。切削刃钝圆半径在切削过程中随着磨损而有增大的趋势。采用锋刃切削时，一般应采用较小的进给量采用锋刃切削时，一般应采用较小的进给量(0.050.lmm/r以下以下)，以避免崩刃并减缓刃区裂纹的出现。，以避免崩刃并减缓刃区裂纹的出现。16倒棱是沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面倒棱是沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面(又称第一又称第一前面前面)，是，是增强刀刃强度增强刀刃强度的有效措施。的有效措施。倒倒 棱棱 当负倒棱面宽度和棱面前角选取当负倒棱面宽度和棱面前角选取合理时，在切削过程中，棱面上将形合理时，在切削过程中，棱面上将形成滞留金属三角区。在复杂应力状态成滞留金属三角区。在复杂应力状态下可能转化为积屑瘤，使切屑层同工下可能转化为积屑瘤，使切屑层同工件的分离面发生在刃前三角区的峰部。件的分离面发生在刃前三角区的峰部。这时，切屑仍沿着正前角的前面流出，这时，切屑仍沿着正前角的前面流出，切削力增大不明显，却使切削刃加强切削力增大不明显，却使切削刃加强并受到三角区滞留金属的保护，刀具并受到三角区滞留金属的保护，刀具寿命明显提高。寿命明显提高。负负倒棱前的金属滞留区倒棱前的金属滞留区17 使切削合力的方向发生变化。使切削合力的方向发生变化。实验结果看出，当倒棱宽度实验结果看出，当倒棱宽度b b 1 1一定时，刀具总切削力的方向与一定时，刀具总切削力的方向与后面的夹角随负倒棱前角后面的夹角随负倒棱前角 0101的增的增大而增大，从而在一定程度上改大而增大，从而在一定程度上改变了刀片的受力状况，减小了对变了刀片的受力状况，减小了对切削刃产生弯曲应力的比例分量。切削刃产生弯曲应力的比例分量。它对脆性刀具材料提高冲击能它对脆性刀具材料提高冲击能力是极为有利的。力是极为有利的。负负倒棱前角对总切削力方向的影响倒棱前角对总切削力方向的影响18无论刃区取何参数，随进给量的增加，刀具寿命就下降，但下无论刃区取何参数，随进给量的增加，刀具寿命就下降，但下降的程度随参数值而异。对应于某个进给量值，总有一个使刀降的程度随参数值而异。对应于某个进给量值，总有一个使刀具寿命最高的倒棱参数值。具寿命最高的倒棱参数值。一般精加工时一般精加工时 0101要小些；粗加工时，进给量大，要小些；粗加工时，进给量大，0101要大些。要大些。用硬质合金刀具加工钢时，负倒棱宽度用硬质合金刀具加工钢时，负倒棱宽度b b 1 1一般不宜超过进给量。一般不宜超过进给量。这时，切削力与锋刃相比增大较小，这时，切削力与锋刃相比增大较小，b b 1 1大于大于f f时，切削力将有时，切削力将有明显增大趋势。当负倒棱宽度大于一定数值时，切屑流出时只明显增大趋势。当负倒棱宽度大于一定数值时，切屑流出时只和负倒棱部分接触，随即卷曲而去，根本不和具有正前角的前和负倒棱部分接触，随即卷曲而去，根本不和具有正前角的前面接触，这时，负倒棱实际上即变成负前角的前面。面接触，这时，负倒棱实际上即变成负前角的前面。刃区倒棱参数的选择刃区倒棱参数的选择主要取决于进给量、刀具材料和工件材料。主要取决于进给量、刀具材料和工件材料。进给量进给量19v用用硬硬质质合合金金车车刀刀车车削削碳碳钢钢、合合金金钢钢时时，一一般般可可取取b1=(0.30.8)f，01=-10-15。v对对WC基硬质合金刀片，基硬质合金刀片，b b 1 1取小值；取小值；v高高速速钢钢刀刀具具强强度度和和韧韧性性较较好好，一一般般不不磨磨负负倒倒棱棱，必要时可研磨出零度或小前角正倒棱。必要时可研磨出零度或小前角正倒棱。刀具材料刀具材料20v加加工工低低碳碳钢钢、不不锈锈钢钢、灰灰铸铸铁铁时时，可可取取b10.5f，01=-5-10；v加加工工有有硬硬皮皮的的锻锻件件和和铸铸钢钢件件时时，在在机机床床功功率率和和刚刚度度足足够够的的条条件件下下，倒倒棱棱负负前前角角可可减减小小到到-30，当当冲冲击击严严重重时时，负负倒倒棱棱宽宽度度可可取取b1=(1.52)f，但这时切削力增大较多。但这时切削力增大较多。工件材料工件材料 21是是在在负负倒倒棱棱的的基基型型上上进进一一步步修修磨磨而而成成，或或直直接接通通过刀片钝化处理而成。过刀片钝化处理而成。钝圆切削刃钝圆切削刃特点：钝圆半径比锋刃增大了一定数值，它不但在提高特点：钝圆半径比锋刃增大了一定数值，它不但在提高切削刃强度方面获得和负倒棱同样的效果，而且比负倒切削刃强度方面获得和负倒棱同样的效果，而且比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具获得最佳寿命。棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具获得最佳寿命。同时，在切削过程中对已加工表面还有一定的熨压和消同时，在切削过程中对已加工表面还有一定的熨压和消振作用，有利于提高已加工表面质量。经刃口钝化处理振作用，有利于提高已加工表面质量。经刃口钝化处理的可转位刀片和硬质合金涂层刀片就是采用了钝圆切削的可转位刀片和硬质合金涂层刀片就是采用了钝圆切削刃，已获得广泛应用。刃，已获得广泛应用。22主主要要取取决决于于刀刀具具材材料料、工工件件材材料料和和切切削削条条件件三三个个方方面面。可可制制成成轻轻型型(rn约约为为0.0250.05mm)、中中型型(rn约为约为0.050.1mm)和重型和重型(rn约为约为0.10.15mm)三种。三种。钝圆切削刃的钝圆半径选择钝圆切削刃的钝圆半径选择刀具材料的刀具材料的强度和韧性强度和韧性影响钝圆切削刃钝圆半径的最佳数值。影响钝圆切削刃钝圆半径的最佳数值。高速钢刀具高速钢刀具一般取正前角锋刃或轻型钝圆切削刃；一般取正前角锋刃或轻型钝圆切削刃；陶瓷刀片陶瓷刀片一般要求负倒棱且带有重型钝圆切削刃；一般要求负倒棱且带有重型钝圆切削刃；WCWC基硬质合金刀片基硬质合金刀片一般多采用中型钝圆切削刃；一般多采用中型钝圆切削刃；TiCTiC基基硬硬质质合合金金的的钝钝圆圆切切削削刃刃参参数数则则介介于于陶陶瓷瓷刀刀片片与与WCWC基基硬硬质质合金刀片两者之间选择。合金刀片两者之间选择。刀具材料刀具材料23工件材料的工件材料的切削加工性切削加工性也影响切削刃钝圆半径的合理数值。也影响切削刃钝圆半径的合理数值。切切削削可可加加工工性性较较好好的的有有色色金金属属，如如铜铜、铝铝合合金金时时，刀刀具具刃刃区区常常采用轻型钝圆切削刃或锋刃。采用轻型钝圆切削刃或锋刃。切切削削灰灰铸铸铁铁、球球墨墨铸铸铁铁、可可锻锻铸铸铁铁时时，由由于于其其多多孔孔性性及及其其分分布布不均匀而产生冲击，刀具刃区通常采用中型钝圆切削刃。不均匀而产生冲击，刀具刃区通常采用中型钝圆切削刃。切削切削普通钢材普通钢材时，其刃区参数可根据含碳量确定。时，其刃区参数可根据含碳量确定。切削切削低碳钢和大多数不锈钢低碳钢和大多数不锈钢的刀具可采用轻型钝圆切削刃。的刀具可采用轻型钝圆切削刃。切削切削高硬度合金高硬度合金时，刀具刃区需要中型乃至重型钝圆切削刃。时，刀具刃区需要中型乃至重型钝圆切削刃。工件材料工件材料 24在在切切削削加加工工条条件件中中，进进给给量量和和切切削削刃刃钝钝圆圆半半径径r rn n也也有有一一定定关系。关系。用用WC基硬质合金切削钢材时，一般可取基硬质合金切削钢材时，一般可取r rn nf/3f/3。用用TicTic基硬质合金刀片和涂层刀片时，可取基硬质合金刀片和涂层刀片时，可取r rn nf/l.5f/l.5。r rn n过小时，切削刃容易产生裂纹和崩碎；过小时，切削刃容易产生裂纹和崩碎；但但r rn n过过大大时时，也也会会使使切切削削刃刃严严重重挤挤压压切切削削层层而而降降低低刀刀具具寿寿命，并增大已加工表面冷硬程度，甚至引起振动。命，并增大已加工表面冷硬程度，甚至引起振动。切削加工条件切削加工条件 252.2.前刀面形状及其参数选择前刀面形状及其参数选择前刀面形状分前刀面形状分平面型平面型和和断屑前面型断屑前面型两大类。两大类。在切削过程中金属材料受到变形，如变形程在切削过程中金属材料受到变形，如变形程度超过了材料的断裂应变，则切屑将自行折断。度超过了材料的断裂应变，则切屑将自行折断。但多数情况下，只靠切削过程中的变形还不能使但多数情况下，只靠切削过程中的变形还不能使切屑折断，必须采用断屑器使切屑得到附加的二切屑折断，必须采用断屑器使切屑得到附加的二次变形。次变形。26 在在加加工工塑塑性性材材料料时时，为为使使切切屑屑卷卷成成螺螺旋旋形形或或折折断断成成C形形，使使之之易易于于排排出出和和清清理理，常常在在前前刀刀面面上上制制成卷断屑槽。成卷断屑槽。卷断屑槽可作成直线圆弧型、直线型和全圆弧型三种。卷断屑槽可作成直线圆弧型、直线型和全圆弧型三种。27直直线线圆圆弧弧型型和和直直线线型型断断屑屑槽槽适适用用于于切切削削碳碳素素钢钢、合合金金结结构构钢钢、工具钢等，工具钢等，0515。直直线线圆圆弧弧型型的的槽槽底底圆圆弧弧半半径径Rn和和直直线线型型的的槽槽底底角角(180 -)较较小小时时，切切屑屑卷卷曲曲半半径径较较小小，切切屑屑变变形形大大，易易于于折折断断，但但此此时时切切屑屑易易堵堵塞塞在在槽槽内内，会会增增大大切切削削力力，甚甚至至造造成成崩崩刃刃。一一般般取取Rn(0.40.7)Wn，(180-)110130。全圆弧型适用于切削全圆弧型适用于切削紫铜、不锈钢等高塑紫铜、不锈钢等高塑性材料，性材料，0可增大至可增大至2530。28常用的前刀面形状及刃区剖面参数常用的前刀面形状及刃区剖面参数切削刃口较锋利，但强度较差，切削刃口较锋利，但强度较差，0不能太大，不能太大，不易断屑。不易断屑。各种高速钢刃形复杂刀具及成形刀具，精加各种高速钢刃形复杂刀具及成形刀具，精加工铸铁、青铜等脆性材料的硬质合金刀具。工铸铁、青铜等脆性材料的硬质合金刀具。切削刃强度较好，但刀刃切削刃强度较好，但刀刃较钝，切削变形大。较钝，切削变形大。硬脆刀具材料、加工高强度、高硬度（如淬火钢）硬脆刀具材料、加工高强度、高硬度（如淬火钢）的车刀、铣刀、面铣刀等。的车刀、铣刀、面铣刀等。29比平前刀面可取较大前角且改善了卷屑比平前刀面可取较大前角且改善了卷屑和断屑条件，但刃磨不如平前面简便。和断屑条件，但刃磨不如平前面简便。各种高速钢刀具，加工纯铜、铝合金等低各种高速钢刀具，加工纯铜、铝合金等低强度、低硬度的硬质合金刀具。强度、低硬度的硬质合金刀具。30加工各种钢材等塑性材料的硬加工各种钢材等塑性材料的硬质合金车刀。质合金车刀。加工铸铁等脆性材料用的硬质加工铸铁等脆性材料用的硬质合金、陶瓷刀具。合金、陶瓷刀具。零度倒棱，适用于高速钢刀具。零度倒棱，适用于高速钢刀具。切削刃强度及抗冲击能力增加，切削刃强度及抗冲击能力增加，在同样条件下允许采用较大的在同样条件下允许采用较大的前角，提高了刀具寿命。前角，提高了刀具寿命。31适用于陶瓷等脆性材料刀具。适用于陶瓷等脆性材料刀具。切削刃强度及抗冲击能力切削刃强度及抗冲击能力增加，且有一定的慰压和增加，且有一定的慰压和消振作用。消振作用。32第二节第二节 后角及后面形状的选择后角及后面形状的选择 一、一、后后角的功用及角的功用及合理后角合理后角 后角的作用主要是：减小后面与后角的作用主要是：减小后面与过过渡表面渡表面和已加工表面之和已加工表面之间间的摩擦；影响楔角的摩擦；影响楔角0的大小，的大小，从而可配合前角从而可配合前角调调整切削刃的整切削刃的锋锋利程度和利程度和强强度。度。影响影响刀具耐用度刀具耐用度和和加工表面加工表面质质量量。33适当增大后角可提高刀具耐用度这是因为：适当增大后角可提高刀具耐用度这是因为：v增增大大后后角角时时能能减减小小已已加加工工表表面面弹弹性性恢恢复复层层h h与与后面的摩擦面积，从而减小后面摩擦与磨损。后面的摩擦面积，从而减小后面摩擦与磨损。v后后角角增增大大，楔楔角角则则减减小小，刀刀刃刃钝钝圆圆半半径径可可以以减减小小，切切削削刃刃锋锋利利，刀刀刃刃易易切切入入工工件件，可可减减小小工工件表面的弹性恢复。件表面的弹性恢复。v在一定的后刀面磨损量在一定的后刀面磨损量VBVB下，后角较大时，所允许下，后角较大时，所允许磨去的金属体积较大。磨去的金属体积较大。34但后角但后角过过大大时时，将使楔角且，将使楔角且过过小，削弱切削刃小，削弱切削刃强强度，减度，减小散小散热热体体积积而使刀具耐用度而使刀具耐用度降低。所以，在一定条件下，降低。所以，在一定条件下，后角也有一个后角也有一个对应对应于最高刀于最高刀具寿命的具寿命的合理数合理数值值。35主要取决于主要取决于切削层公称厚度切削层公称厚度hD(或进给量或进给量f)的大小。的大小。合理后角的选择合理后角的选择v当当hD(或或进进给给量量f)很很小小时时(精精加加工工)，磨磨损损主主要要发发生生在在后后刀刀面面上上，为为减减小小磨磨损损和和增增加加切切削削刃刃的的锋锋利利程程度度，宜取较大的后角。宜取较大的后角。v当切削厚度很大时，前刀面上月牙洼磨损显著，这当切削厚度很大时，前刀面上月牙洼磨损显著，这时取较小后角可以增强切削刃和加大散热体积。时取较小后角可以增强切削刃和加大散热体积。例例如如：高高速速钢钢立立铣铣刀刀，由由于于每每齿齿进进给给量量很很小小，后后角角取取到到1616，而而圆圆片片铣铣刀刀当当每齿进给量为每齿进给量为0.010.01mmmm时，后角取时，后角取3030。车刀后角的变动范围比前角要小。粗车时，因车刀后角的变动范围比前角要小。粗车时，因hD较大，为保证切削刃强度取较大，为保证切削刃强度取较小后角较小后角(4(4 8 8)；而精车时，；而精车时，hD较小为保证已加工表面质量，取较大较小为保证已加工表面质量，取较大后角后角8 8 1212。切断刀的进给量较小，且考虑进给运动对工作后角的影响。切断刀的进给量较小，且考虑进给运动对工作后角的影响宜取较大后角宜取较大后角1010 1212。36刀具合理后角还与一些切削条件有关：刀具合理后角还与一些切削条件有关：v工工件件材材料料的的强强度度、硬硬度度较较高高时时，为为加加强强切切削削刃刃，宜宜取取较较小小后后角角(0 0=5=5 7 7)。工工件件材材料料塑塑性性较较大大，加加工工硬硬化化严严重重时时，为为减减小小后后刀刀面面摩摩擦擦，应应取取较较大大后后角角(10(10 1212)。当当采采用用负负前前角角刀刀具具加加工工高高硬硬度度高高强强度度材材料料时时，宜宜采采用用较较大大后后角角(12(12 1515)，v工工艺艺系系统统刚刚性性较较差差时时，为为避避免免振振动动，应应适适当当减减小后角。小后角。37v对对于于尺尺寸寸精精度度要要求求较较高高的的刀刀具具，宜宜取取较较小小的的后后角角。因因为为当当径径向向磨磨损损量量NB为为定定值值时时，较较小小的的后后角角所所允允许许磨磨损损掉掉的的刀刀具具材材料料体体积积较较多多，故故刀刀具具耐用度较高。耐用度较高。v合理后角的选择还应考虑切削刃的运动轨迹。合理后角的选择还应考虑切削刃的运动轨迹。例如切断刀愈接近工件中心，工作后角愈小，例如切断刀愈接近工件中心，工作后角愈小，因此切断刀的后角应比外圆车刀大一些。在车因此切断刀的后角应比外圆车刀大一些。在车削大螺距右旋螺纹时，左刀刃的后角应比右刀削大螺距右旋螺纹时，左刀刃的后角应比右刀刃的后角大一些。刃的后角大一些。38车车刀刀的的副副后后角角一一般般取取其其等等于于主主后后角角。切切断断刀刀及及切切槽槽刀刀的的副副后后角角，由由于于受受其其结结构构强强度度的的限限制制，只只能能取取得得很很小小，0 0=1=1 2 2。车刀的副后角车刀的副后角39 二二、后刀面形状及选择后刀面形状及选择 为减少刃磨后面的劳动量，提高刃磨质量，为减少刃磨后面的劳动量，提高刃磨质量，常把后面作成常把后面作成双重后面双重后面，b1取取l3mm。40v为了在制造刃磨刀具时便于为了在制造刃磨刀具时便于控制和保持其尺寸精度控制和保持其尺寸精度，同时在切削时也可起到同时在切削时也可起到支承、导向、稳定支承、导向、稳定切削过程切削过程和和消振消振(产生摩擦阻尼产生摩擦阻尼)的作用。的作用。v刃带对已加工表面还会产生所谓刃带对已加工表面还会产生所谓“熨压熨压”作用，从作用，从而能有效而能有效降低已加工表面粗糙度值降低已加工表面粗糙度值。沿主切削刃或副切削刃磨出后角为零的窄棱面。沿主切削刃或副切削刃磨出后角为零的窄棱面。刃带刃带对定尺寸刀具沿后面对定尺寸刀具沿后面(如拉刀如拉刀)或副后面或副后面(如铰如铰刀、浮动镗刀、立铣刀等刀、浮动镗刀、立铣刀等)磨出刃带的磨出刃带的目的目的是：是：刃带宽度一般在刃带宽度一般在0.050.05O.3mmO.3mm范围内，超过一定值后会增大范围内，超过一定值后会增大摩擦，导致擦伤已加工表面，甚至引起振动。摩擦，导致擦伤已加工表面，甚至引起振动。41 它可以增加后刀面与加工表面的接触面积，在切它可以增加后刀面与加工表面的接触面积，在切削时能产生同振动位移方向相反的摩擦阻力，不仅可削时能产生同振动位移方向相反的摩擦阻力，不仅可以减小振动，也可对工件表面起一定的熨压作用，从以减小振动，也可对工件表面起一定的熨压作用，从而提高加工表面质量。而提高加工表面质量。沿着后刀面磨出负后角倒棱面，倒棱角沿着后刀面磨出负后角倒棱面，倒棱角01=-5-10，倒棱面宽倒棱面宽b10.10.3mm。消振棱消振棱这是车削细长轴和镗孔时常采取的消振措施之一。这是车削细长轴和镗孔时常采取的消振措施之一。42第三节第三节 主、副偏角及刀尖形状的选择主、副偏角及刀尖形状的选择 一、一、主偏角对切削加工的影响主偏角对切削加工的影响1.1.对刀具耐用度影响很大。随着主偏角减小，刀具耐对刀具耐用度影响很大。随着主偏角减小，刀具耐用度提高。这是因为：用度提高。这是因为：v当背吃刀量当背吃刀量a ap p和进给量和进给量f f相同时，主偏角的相同时，主偏角的变化将改变切削层形状，使切削层参数发变化将改变切削层形状，使切削层参数发生变化，从而影响切削刃上的负荷。生变化，从而影响切削刃上的负荷。当主偏角当主偏角KrKr减小时，由于切削层公称宽度减小时，由于切削层公称宽度b bD D(a ap p/sinKrsinKr)增加，切削层公称厚度增加，切削层公称厚度h hD D(=(=fsinKrfsinKr)减小，使作用在主切削刃单位减小，使作用在主切削刃单位长度上的负荷减轻。长度上的负荷减轻。43v主偏角减小，则刀尖角主偏角减小，则刀尖角 r r增大，增大，使刀尖强度提高，散热体积增大。使刀尖强度提高，散热体积增大。v主主偏偏角角较较小小的的刀刀具具在在切切入入时时，最最先先与与工工件件接接触触处处是是远远离离刀刀尖尖的的地地方方，因因而而可可减减少少因因切切入入冲冲击击造造成成的刀尖损坏。的刀尖损坏。44Kr1KrKr2FpFf2 2影响切削分力比值及切削层单位面积切削力影响切削分力比值及切削层单位面积切削力 当当Kr减小时，由于减小时，由于hD减小，变形系数减小，变形系数增大，使增大，使切削层单位面积切削力有切削层单位面积切削力有所增大；在所增大；在ap和和f相同时，相同时，使切削功率有所增加。但使切削功率有所增加。但更主要的是会使背向力更主要的是会使背向力Fp增大，容易引起工艺系统增大，容易引起工艺系统振动。当工艺系统刚度不振动。当工艺系统刚度不足时，会使刀具寿命降低。足时，会使刀具寿命降低。453 3影响已加工表面影响已加工表面质质量量 减小减小Kr进可以使工件表面残留面积高度减小，进可以使工件表面残留面积高度减小，从而使已加工表面粗糙度值减小。从而使已加工表面粗糙度值减小。4 4影响断屑效果、排屑方向影响断屑效果、排屑方向 增大增大Kr会使会使hD增厚，增厚，bD减小，有利于切屑折断，减小，有利于切屑折断，有利于孔加工刀具使切屑沿轴向顺利流出。有利于孔加工刀具使切屑沿轴向顺利流出。46v粗加工时，硬质合金车刀一般选用较大的粗加工时，硬质合金车刀一般选用较大的主偏角主偏角(KrKr6060 7575)，以利于减少振以利于减少振动、断屑和采用较大的切削深度。动、断屑和采用较大的切削深度。v加工硬度高的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢加工硬度高的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢时，在系统刚性好，切削深度不大时取时，在系统刚性好，切削深度不大时取较小的主偏角较小的主偏角(KrKr1010 3030)，以利于以利于提高刀具耐用度。提高刀具耐用度。二二、合理主偏角的选择原则合理主偏角的选择原则47v工艺系统刚性较好时，取较小的主偏角可提高工艺系统刚性较好时，取较小的主偏角可提高刀具耐用度；刚性不足，加车削细长轴时，应刀具耐用度；刚性不足，加车削细长轴时，应取大的主偏角，可取取大的主偏角，可取KrKr9090 9393，以减小以减小背向力背向力a ap p，减少振动。减少振动。v需要从中间切入及仿形加工的车刀，应取较大需要从中间切入及仿形加工的车刀，应取较大主偏角；车阶梯轴则需用主偏角；车阶梯轴则需用KrKr9090 的偏刀；要的偏刀；要用一把刀加工外圆、端面和倒角时可取用一把刀加工外圆、端面和倒角时可取KrKr4545。48副副偏偏角角K K r r的的大大小小主主要要影影响响刀刀具具耐耐用用度度和和已已加工表面质量加工表面质量。三三、副偏角的、副偏角的作用作用及及选择选择 1.1.副偏角副偏角K K r r的作用的作用减小副切削刃及副后面与已加工表面之间的摩擦。减小副切削刃及副后面与已加工表面之间的摩擦。49副偏角太小或太大刀具耐用度副偏角太小或太大刀具耐用度都不高，其存在着一个合理值。都不高，其存在着一个合理值。K K r r 对刀具耐用度的影对刀具耐用度的影响响这是因为：这是因为：副偏角过小会增加参加切削工作的刀刃长副偏角过小会增加参加切削工作的刀刃长度，增大副后刀面与已加工表面间的摩擦，同度，增大副后刀面与已加工表面间的摩擦，同时也易引起振动；时也易引起振动；而副偏角过大致使刀尖强度降低和散热条而副偏角过大致使刀尖强度降低和散热条件恶化，结果会使刀具耐用度降低。件恶化，结果会使刀具耐用度降低。50在副偏角在副偏角较较小小时时，加工表面粗糙，加工表面粗糙度度值较值较小。小。K K r r 对对加工表面加工表面质质量的影响量的影响 这是因为：这是因为：减小副偏角可减小残留面积高度，减小副偏角可减小残留面积高度，降低理论表面粗糙度值。降低理论表面粗糙度值。512.2.合理副偏角合理副偏角K K r r的选择的选择v一般刀具的副偏角，在工艺系统刚性较好，不产一般刀具的副偏角，在工艺系统刚性较好，不产生振动的情况下，可选取较小的数值，如取生振动的情况下，可选取较小的数值，如取Kr=510。v精加工刀具的副偏角应取得更小一精加工刀具的副偏角应取得更小一点，必要时，可磨出一段点，必要时，可磨出一段Kr=0的修光刃，车刀的修光刃长度取为的修光刃，车刀的修光刃长度取为b(1.21.3)f，硬质合金端铣硬质合金端铣刀的刀的b(46)f。52v切断刀和切槽刀由于切断刀和切槽刀由于结构强度的限制，只结构强度的限制，只能取很小的副偏角，能取很小的副偏角，K K r r=1=1 3 3。53 四四、刀尖形状及尺寸、刀尖形状及尺寸选择选择 若若采采用用减减小小主主、副副偏偏角角的的办办法法增增强强刀刀尖尖，常常会使背向力会使背向力Fp增大，引起振动。增大，引起振动。刀尖是切削刃上工作条件最恶劣、构造最薄弱刀尖是切削刃上工作条件最恶劣、构造最薄弱的部位，刀尖处的部位，刀尖处强度差强度差，散热条件不好散热条件不好，故切削温，故切削温度高、易磨损。度高、易磨损。强化刀尖强化刀尖可显著提高刀具耐用度。同时可显著提高刀具耐用度。同时刀尖部分刀尖部分的形状的形状对已加工表面的粗糙度值也有很大的影响。对已加工表面的粗糙度值也有很大的影响。54 若若在在主主、副副刃刃之之间间磨磨出出倒倒角角刀刀尖尖，即即具具有有直直线线切切削削刃刃的的刀刀尖尖，既既可可使使刀刀尖尖角角r加加大大，增增强强了了刀刀尖，又可不使背向力增加许多。尖，又可不使背向力增加许多。刀尖处的过渡刃有：刀尖处的过渡刃有：圆圆弧弧形形过过渡渡刃刃不不仅仅可可提提高高刀刀具具耐耐用用度度，还还可可大大大大减减小小已已加加工工表表面面粗粗糙糙度度值，常在精加工车刀上采用。值，常在精加工车刀上采用。1 1圆弧形过渡刃圆弧形过渡刃 刀尖圆弧半径对硬质合金和陶瓷车刀一般可取刀尖圆弧半径对硬质合金和陶瓷车刀一般可取r0.51.5mm，对高速钢车刀可取对高速钢车刀可取r13mm。适当增大适当增大r可减小可减小刀具的磨损和破损；但刀具的磨损和破损；但r太大时，由于背向力太大时，由于背向力Fp增大会引起增大会引起振动。振动。552 2直直线线形形过过渡刀渡刀 粗粗加加工工时时，切切削削深深度度较较大大，为为减减小小背背向向力力Fp和和振振动动，并并使使硬硬质质合合金金刀刀片片能能得得到到充充分分利利用用，通通常常采采用用较较大大的的主主偏偏角角。但但这这时时刀刀尖尖强强度度变变差差，散散热热条条件件恶恶化化。为为解解决这个矛盾，常常在刀尖处磨出直线过渡刃。决这个矛盾，常常在刀尖处磨出直线过渡刃。过渡刃偏角一般取为过渡刃偏角一般取为Kr1/2Kr，过渡刃长度过渡刃长度b0.52mm或或b(1/41/5)ap。切断刀的切断刀的b1/4B。56第四节第四节 斜角切削斜角切削及刃倾角的选择及刃倾角的选择 一、一、斜角切削的概念斜角切削的概念直角切削：直角切削：刀具切削刃垂直合成切削运动方刀具切削刃垂直合成切削运动方向的切削。向的切削。切削刃垂直主运动速度方向，或刃倾角切削刃垂直主运动速度方向，或刃倾角 s s0 0的切削。的切削。斜角切削：斜角切削：切削刃与合成切削运动方向不垂直切削刃与合成切削运动方向不垂直的切削。的切削。切削刃不垂直主运动速度方向或刃倾角切削刃不垂直主运动速度方向或刃倾角 s0s0的切削。的切削。自由切削：自由切削：当只有一个切削刃进行的切削。当只有一个切削刃进行的切削。57 二二、刃、刃倾倾角的功用角的功用 1.1.控制切屑流出方向。控制切屑流出方向。外圆车刀刃倾角外圆车刀刃倾角s对排屑方向的影响对排屑方向的影响可见，在精车时，希望取正刃倾角可见，在精车时，希望取正刃倾角(+s)，以使以