第十章 刀具合理几何参数的选择.ppt

1、刀具几何参数包括：角度、刀面形式、切削刃形状等。 它们对切削时金属的变形、切削力、切削温度、刀具磨损、 已加工表面质量等都有明显的影响。 所谓合理几何参数，是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，从而达到提高切削效率，降低生产成本的目的。,第十章 刀具合理几何参数的选择,确定参数时的一般原则是： (1) 考虑刀具材料和结构。刀具材料有高速钢、硬质合金等；而刀具结构有整体、焊接、机夹、可转位等。 (2) 考虑工件的实际情况。如材料的物理机械性能、毛坯情况(铸、 锻等)、形状、材质等。 (3) 了解具体加工条件。如机床、夹具情况，系统刚性、 粗或精加工、自动线等。 (4) 注意几何参数

2、之间的关系。如选择前角，应同时考虑卷屑槽的形状、是否倒棱、刃倾角的正、负等。 (5) 处理好刀具锋锐性与强度、耐磨性的关系。在保证具有足够强度和耐磨性的前提下，力求刀具锋锐；在提高刀具锋锐性的同时， 设法强化刀尖和刃区等。,一、前角o的功用及选择 1、作用 影响切削区的变形、力、温度、功率消耗等。 影响刀具耐用度，切削刃强度、散热条件等有关。 改变切削刃受力性质。如+o受弯；-o受压。 影响切屑形态、断屑效果，如小的o，切屑变形大，易折断。 影响已加工表面的质量， 主要是通过积屑瘤、 鳞刺、 振动等因素产生影响。,10.1 前角及前刀面形状的选择,图 o为正或负时的受力情况 (a) 正前角;

3、(b) 负前角,显然o大或小，各有利弊。如o大，切削变形小，可降低温度,但刀具散热条件差，温度可能上升;o小，甚至负值，如切削硬材料时，虽可改善散热条件，使温度下降，但因变形严重、 热量多，反而使温度上升。,2、选择 在一定条件下，o必有一个合理值oPt。 这里所说的oPt是指保证最大耐用度的o，在某些情况下未必是最适宜的。 如出现振动，为减振或消振，有时仍需增大o ；在精加工时，考虑到加工精度和粗糙度， 也可能重新选择适宜的o。 依据刀具材料：抗弯强度低、韧性差、脆性大且忌冲击、 易崩刃的，取小的o 。 陶瓷刀具前角硬质合金刀具前角高速钢刀具前角,依据工件材料：钢料，塑性大，切屑变形大，与刀

4、面接触长度长，刀屑间压力、摩擦力均大，为减小变形与摩擦， 宜取较大的o；铸铁，脆性大，切屑是崩碎的，集中于切削刃处， 为保证有较好的切削刃强度，o宜取得比钢小。 用硬质合金刀加工钢，常取o1020；加工铸铁， 常取o515。 材料的强度、硬度高时，宜取小o; 特硬的，如淬硬钢，o应更小，甚至取-o ，以使刀片处在受压的工作状态，这是因为硬质合金的抗压强度比抗弯强度高34倍。,图101、2 o的合理值oPt (a) 不同刀具材料; (b) 不同工件材料,考虑具体的加工条件： 粗加工，特别是断续切削，或有硬皮时,如铸、锻件，o可小些； 但在需强化切削刃或刀尖时， o可适当加大； 工艺系统刚性差、机

5、床功率不足时，o应大些，减小切削力和振动； 成形刀具，如成形车刀、铣刀，为防止刃形畸变， 可取o0； 数控机床、自动机或自动线上用的刀具，考虑应有较长的刀具耐用度及工作稳定性， 常取较小的o 。,二、倒棱及其参数的选择 如图所示，倒棱是防止因o增大削弱切削刃强度的一种措施。在用脆性大的刀具材料，粗加工或断续切削时，对减小刀具崩刃，提高刀具耐用度效果显著(可提高15倍)。 宽度br1不可太大，应保证切屑仍沿正前角o的前刀面流出。 br1的取值与进给量有关，常取br1(0.30.8)f，精加工取小值，粗加工取大值；倒棱前角o：高速钢刀具o1=05，硬质合金刀具o1=-510。 对于进给量很小(f0

6、.2 mmr)的精加工刀具，切屑很薄，为使切削刃锋利，不宜磨出倒棱。,图 前刀面上的倒棱,采用切削刃钝圆，也是增强切削刃、减少刀具破损的有效方法，可使刀具耐用度提高约200%； 断续切削时，适当加大r值，可增加刀具崩刃前所受的冲击次数；钝圆刃还有一定的切挤熨压及消振作用， 可减小已加工表面的粗糙度。 一般情况下，常取rf3。轻型钝圆r0.020.03 mm；中型钝圆r0.050.1 mm；用于重切削的重型钝圆r0.15 mm。,图 切削刃钝圆,三、带卷屑槽的前刀面形状 加工韧性材料时，为使切屑卷成螺旋形或折断成C形， 使之易于排出和清理，常在前刀面磨出卷屑槽，其槽形有直线圆弧形、直线形、全圆弧

7、形三种不同形式。 直线圆弧形的槽底圆弧半径Rn和直线形的槽底角对切屑的卷曲变形有直接的影响，较小时，切屑卷曲半径较小、切屑变形大、易折断；但过小时又易使切屑堵塞在槽内，增大切削力，甚至崩刃。一般条件下，常取Rn(0.40.7)n；槽底角取110130。 这两种槽形较适于加工碳素钢、 合金结构钢、工具钢等，一般o为515。 全圆弧形可获得较大的前角，且不致使刃部过于削弱，较适于加工紫铜、不锈钢等高塑性材料，o可增至2530。,卷屑槽宽Wn愈小，切屑卷曲半径愈小，切屑愈易折断； 但太小，切屑变形很大，易产生小块的飞溅切屑， 也不好。 过大的Wn也不能保证有效地卷屑或折断。一般根据工件材料和切削用量

8、决定，常取Wn(110)f。,一、主后角o：正交平面内，后刀面与切削平面之间的夹角。1、作用: VB不变，o增大，允许磨去的金属多，表明刀具耐用；但NB加大，影响工件尺寸精度。 o增大，楔角o减小，r也减小，切削刃锋锐，易切入， 工件表面的弹性恢复减小，从而减小了后刀面与已加工表面的摩擦，减小了后刀面的磨损，有利于提高表面质量和刀具耐用度。 但太大的o将显著削弱刀头强度，使散热条件恶化而降低刀具耐用度；并使重磨量和时间增加，提高了磨刀费用。,10.2 后角的选择,图 o对刀具磨损量的影响,2、 选择 切削时同样存在着一个合理的oPt。oPt随o的减小而增大；也因刀具材料不同而改变， 硬质合金的

9、o小于高速钢，r大于高速钢，所以oPt大于高速钢(如图所示)。,根据切削厚度ac(进给量f)进行选择： 粗加工、强力切削及承受冲击的刀具，要求切削刃强固，宜取较小的o； 精加工时，ac小，磨损主要发生在后刀面，加以r的影响，为减小后刀面磨损和增加切削刃的锋锐性，应取较大的o。通常，f0.25 mmr时，取o58；f0.25mmr时，取o=1012。 根据工件材料进行选择： 强度、硬度高时，为加强切削刃强度，应取较小的o；材质软，塑性大，易产生加工硬化时， 为减小后刀面摩擦，宜取较大的o；脆性材料，应力集中在刀尖处，可取小的o；特硬材料在o为负值时，为造成较好的切入条件，应加大o 。,根据具体加

10、工条件进行选择： 工艺系统刚性差时，易出现振动，所以应适当减小o；为减振或消振，还可在后刀面上磨出b10.10.2mm、o10的刃带或b10.10.3mm， o1=-510的消振棱。 对于尺寸精度要求较高的刀具，如拉刀，宜取较小的o， 因为当NB为定值时，o小，所允许磨去金属量多，刀具可连续使用的时间较长。,图 后刀面的消振棱,图 o对磨去量的影响（NB一定时）,切断刀因进给量关系，使近中心处工作后角减小，o应取的比外圆车刀大，常取o=1012；车削大螺距的右旋螺纹时，也因走刀关系，务必使左切削刃的后角磨的比右切削刃的后角大。,二、 副后角o：副正交平面内，副后刀面与副切削平面之间的夹角。 一

11、般取o=o。惟切断刀、切槽刀、锯片等的o， 因受其结构强度限制，只允许取小的o，如2。,一、 主偏角r：基面上，主切削刃的投影与进给方向的夹角。,1、作用 （1）当背吃刀量和进给量不变时，r值影响残留面积高度： r 减小时，残留面积高度减小。 （2）影响切削层横截面形状：r减小 ac减小，aw增大，作用主切削刃长度增加，单位长度切削刃上的负荷减轻，刀尖角r增大，提高刀尖强度，改善散热条件，提高刀具耐用度。,10.3 主、 副偏角及刀尖形状的选择,（3）影响切削力的比值：r减小时，径向分力Fy增大，切削时挠度增大，工艺系统刚性差时，易引起振动，影响加工精度。 （4）影响排屑方向和断屑效果：增大r

12、，ac增大，切屑窄厚，易折断。 （5）影响刀片许可的最大背吃刀量：r大时，许可的背吃刀量大。 r小于90时，切削刃最先与工件接触的在远离刀尖处，可减小因切入冲击而造成的刀尖损坏。,r对一些参数的影响,2、选择 据加工性质：r大，ac大，切削变形小，切削力小，可减振，但散热条件差，影响刀具耐用度。综合结果： 用硬质合金刀粗加工或半精加工时，常取r75； 精加工时， 为减小残瘤面积高度， 提高工件表面质量，r应尽量小。 据工件材料：硬度、强度大的，如冷硬铸铁、淬火钢等，为减轻单位切削刃上的负荷， 改善刀头散热条件，提高刀具耐用度， 在工艺系统刚性较好时， 宜取小的r。 r 10 30 ,据加工情况

13、：工艺系统刚性差时，如工件长度与直径之比大于12的细长轴的加工，应选大的r，甚至取r9093，以使Fy下降并消振； 需中间切入的、仿形车等，可取 r=4560； 阶梯轴的加工:r90； 单件、小批量生产时，考虑到一刀多用(车外圆、 端面、倒角)，宜取通用性好的r=45或90车刀。,二、副偏角r 1、作用 工件已加工表面靠副切削刃最终形成，r值影响刀尖强度、散热条件、刀具耐用度、 振动和已加工表面的质量等。 2、选择 粗加工时，考虑到刀尖强度、散热条件等， r不宜太大，可取1015。 精加工时，在工艺系统刚性较好、 不产生振动的条件下， 考虑到残留面积高度等，r应尽量的小，可取510。,图 修光

14、刃,切断刀、锯片等，因受结构、强度限制，并考虑到重磨后刃口宽度变化尽量小，宜选用较小的r，一般仅12。 有时，为了提高已加工表面质量，生产中还使用r=0的带有修光刃的刀具，其宽度b应大于进给量f：车刃b=(1.21.3)f；硬质合金端铣刀 b =(46)f，此时，工件上的理论残留高度已不存在。 对于车刀，使用时应注意：修光刃必须确保在水平线上与工件轴线平行，否则将得不到预期的效果。 实践表明：这种车刀在f=33.5mmr时还能得到粗糙度为Ra105m的表面；而用r0的普通车刀，要得到同样的粗糙度，f几乎要减小到1/10。,三、刀尖形状及尺寸的选择 1、圆弧形过渡刃。 刃磨较难， 但可减小已加工

15、表面粗糙度，较适用于精加工。r值与刀具材料有关：高速钢，r=13 mm；硬质合金、陶瓷刀r略小， 常取0.51.5mm。这是因为r大时，Fy也大，工艺系统刚性不足时，易振，而脆性刀具材料对此反应较敏感。 2、直线形过渡刃。为增强刀尖强度和改善散热条件， 常将其做成直线形或圆弧形的过渡刃，直线形过渡刃，刃磨较容易， 一般适于粗加工，常取 b=0.52mm或,图 刀尖形状,刃倾角s：切削平面Ps内，主切削刃与基面Pr的夹角。 一、作用 1、控制切屑流出方向。s=0时，即直角非自由切削，主切削刃与基面重叠，切屑在前刀面上近似沿垂直于主切削刃的方向流出；s0时，即斜角非自由切削，主切削刃不在基面上。

16、s为负值时，切屑流向与vf方向相反，可能缠绕、擦伤已加工表面， 但刀尖强度较好，常用在粗加工；s为正值时，切屑流向与vf方向一致，保护了已加工表面，但刀尖强度较差， 适用于精加工。,10.4 刃倾角的选择,图 s对切屑流出方向的影响,2、影响刀尖强度及继续切削时切削刃上受冲击的位置 如图所示。+s时(双点划线部分)，首先接触工件，受冲击的是刀尖, 容易崩刀；-s时(实线部分)，首先接触工件的是离刀尖较远的切削刃，保护了刀尖，较适于粗加工， 特别是冲击较大的加工。,3、影响切削刃参加工作的长度和切削时的平稳性 如图所示。s0时，aw=ap, 切削刃切入、切出时与切削力有关的切削面积的增加、减小是

17、瞬时的，波动大；s0时，awap，单位切削刃上的切削负荷小，切削面积是从切入时由小至大到切出时由大至小逐渐变化，切削比较平稳。,4、改变Fx、Fy的比值。 参见图可知，当-s的绝对值增大时，Fy增加得很快，将导致工件变形和引起振动。 显然， 非自由切削时不宜选用过大的-s。 5、影响切削刃的锋锐性。 因s改变了流屑方向，切削时起作用的前角应是流屑剖面内的工作前角oe，它与s、n的关系为,sinoesinncos2s+sin2s,计算表明：当s15、n10，o21时，oe过27；n不变，s增至60时，oe可增至55，这对改善切削过程是极为有利的。,s对切削力的影响,刃倾角的作用 影响刀刃锋利性.

18、s0e 、rn 锋利性 负刃倾角刀头强度散热体积 负刃倾角 Fy变形，易振动Ra 正s切屑流向待加工表面，负s切屑流向已加工表面,在一定条件下， 存在一合理值,二、选择 1、刃倾角的选择原则 粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，s取负值； 精加工、系统刚性差（细长轴），s取正值； 微量极薄切削，取大正刃倾角。, （1）加工一般钢料、灰铸铁，无冲击的粗车取s0-5，精车取s0+5；有冲击时，取s=-515；冲击特大时，s3045； 加工淬硬钢、 高强度钢、 高锰钢，取s2030。 （2）强力刨刀，取s1020。微量精车外圆、精刨平面的精刨刀，取s4575。 （3）金刚石、立方氮化硼刀，取s=-5。 （4）工艺系统刚性不足时，s不应取负值。,小结 1、前角主要影响切屑变形、刀具耐用度、表面质量和断屑形态及断屑效果。 2、后角主要影响主后刀面与过渡表面之间的摩擦、刀具耐用度及主切削刃的强度。 3、主偏角主要影响已加工表面的粗糙度、切削层横截面积的形状、分力的大小及比例、