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1、第十章 刀具几何参数的合理选择,、刀具切削部分组成：前刀面A切屑沿其流出的表面。主后刀面A与过渡表面相对的面。副后刀面A与已加工表面相对的面。主切削刃 前刀面与主后刀面相交形成的刀刃。副切削刃前刀面与副后刀面相交形成的刀刃。,车刀的切削部分,刀具几何角度,刀具几何参数的合理选择,概念：刀具几何参数的合理选择：是指在保证加工质量的前提下，选择能提高切削效率，降低生产成本，获得最高刀具耐用度的刀具几何参数。刀具几何参数内容：刀具几何角度（如前角、后角、主偏角等）、刀面形式（如平面前刀面、倒棱前刀面等）切削刃形状（直线形、圆弧形）选择刀具考虑的因素：工件材料、刀具材料、切削用量、工艺系统刚性等工艺条
2、件以及机床功率等。,在一定切削条件下的基本选择方法：,1前角和前刀面形状的选择,5刃倾角的选择,3主偏角、副偏角的选择,2后角及形状的选择,4刀尖形状的选择,（1）前角的选择：在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋利，同时也要兼顾刀刃的强度与耐用度。刀具前角的合理选择，主要由刀具材料和工件材料的种类与性质决定。,第一节 前角和前刀面形状的选择,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 工件材料加工钢件等塑性材料时，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，一般采用选择大的前角。加工脆性材料时，切屑为碎状
3、，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，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。,加工条件 粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；带有冲击性的断续切削比连续切削前角取得小。,其它刀具参数负倒棱（如右图角度o1）的刀具可以取较大的前角。大前角的刀具常与负刃倾角相匹配以保证切削刃的强度与抗冲击能力。总之，前角选择的原则是在满足刀具耐用度的前提下，尽量选取较大前角。刀具的合理前角参考值见P64表2-1和表2-2所示。,1、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？2、加工塑性材料
4、时，一般选择大的还是小的前角。3、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？4、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？,问题？,强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。加工钢件等塑性材料时，一般采用选择大的前角。加工脆性材料时，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；,解答,1、当切削点高于工件中心时，对工作前角、后角有何影响？2、导杆中心与进给方向不垂直，当刀杆中心与正常位置逆时针偏角时，如何影响刀具的工作角度？3、车削右螺纹时，刀具工作前角、后角如何变化？,
5、问题？,解答,3刀具的工作角度,测试题,用p=5o，p=12o 的切断刀切断直径为50mm 的棒料。若刀刃安装时高于中心0.2mm，试计算切断后工件端面留下的剪断心柱直径。提示：在切断过程中，工作后角减小到0o时，刀刃无切削作用。,刀具安装位置对工作角度的影响,解答,pe p-p pe 0o p=12o p 12osin p 2h/dd=2 h/sin p d=2*0.2/sin 12od=1.92mm,（2）前刀面形状、刃区形状及其参数的选择、前刀面形状A、正前角锋刃平面型（右图）特点：刃口较锋利，但强度差，o不能太大，不易折屑 主要用于高速钢刀具，精加工。B、带倒棱的正前角平面型（右图）特
6、点：切削刃强度及抗冲击能力强，同样条件下可以采用较大的前角，提高了刀具耐用度。主要用于硬质合金刀具和陶瓷刀具，加工铸铁等脆性材料。,C、负前角平面型（右图）特点：切削刃强度较好，但刀刃较钝，切削变形大。主要用于硬脆刀具材料。加工高强度高硬度材料，如淬火钢。图示类型负前角后部加有正前角，有利于切屑流出。,D、曲面型（右图）特点：有利于排屑、卷屑和断屑，而且前角较大，切削变形小，所受切削力也较小。在钻头、铣刀、拉刀等刀具上都有曲面前面。E、钝圆切削刃型（右图）特点：切削刃强度和抗冲击能力增加具有一定的消振作用。适用于陶瓷等脆性材料。,刃区形状倒棱：沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面。倒棱的优点：A、当
7、倒棱选择合理时，棱面将形成滞留金属三角区。切屑仍沿正前角面流出，切削力增大不明显，而切削刃加强并受到三角区滞留金属的保护，同时散热条件改善，刀具寿命明显提高。B、对于硬质合金和陶瓷等脆性刀具，粗加工时，效果更显著，可提高刀具耐用度15倍。C、倒棱也使切削力的方向发生变化，在一定程度上改善刀片的受力状况，减小对切削刃产生的弯曲应力分量，从而提高刀具耐用度。,倒棱参数的最佳值与进给量有密切关系 b1（0.30.8）f粗加工时取大值，精加工时取小值。加工低碳钢、灰铸铁、不锈钢时，b1 0.5f，01-5o-10o。加工硬皮的锻件或铸钢件，机床刚度与功率允许的情况下，倒棱负角可减小到-30o，高速钢倒
8、棱前角01 0o5o，硬质合金刀具01-5o-10o。冲击比较大，负倒棱宽度可取b1（1.52）f。对于进给量很小（f 0.2mm/r）的精加工刀具，为使切削刃锋利和减小刀刃钝圆半径，一般不磨倒棱。加工铸铁、铜合金等脆性材料的刀具，一般也不磨倒棱。,倒棱参数,钝圆切削刃,钝圆切削刃：是在负倒棱的基础上进一步修磨而成，或直接钝化处理成。钝圆切削刃与负倒棱比较：A、切削刃钝圆半径比锋刃增大了一定的值，在切削刃强度方面获得与负倒棱一样的效果；B、比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具获得较高耐用度。C、刃部钝圆对加工表面有一定的整轧和消振作用，有利于提高加工表面质量。钝圆半径rn有小型（rn 0.
9、0250.05），中型（rn 0.050.1mm）和大型（rn 0.10.15）三种。需要根据刀具材料、工件材料和切削条件三方面选择。,刀具材料强度和韧性影响钝圆半径选择。高速钢刀具一般采用正前角锋刃或小型切削刃，陶瓷刀片一般要求负倒棱且带大型钝圆切削刃。WC基硬质合金刀具一般采用中型钝圆刀刃。TiC基硬质合金刀具在中型与大型钝圆刀刃之间。工件材料的性质也影响钝圆半径的选择。易切削金属的加工，一般采用锋刃或小型钝圆半径；切削灰铸铁和球墨铸铁等材质分布不均而容易产生冲击的加工材料，通常采用中型钝圆半径刀具加工；切削高硬度合金材料，一般采用中型或大型钝圆半径刀具加工。,钝圆半径选择,2后角及形状的
10、选择（1）后角的选择、后角的作用：A、减小刀具后刀面与加工表面的摩擦；B、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，从而影响刀具的耐用度。,、后角的选择考虑因素：A、切削厚度当切削厚度hD（和进给量f）较小时，切削刃要求锋利，因而后角o应取大些。如高速钢立铣刀，每齿进给量很小，后角取到16o。车刀后角的变化范围比前角小；粗车时，切削厚度hD较大，为保证切削刃强度，取较小后角，o 4o8o；精车时，为保证加工表面质量，o 8o12o。车刀合理后角在f 0.25/r时，可选o10o12o；在f 0.25/r时，o 5o8o。,B、工件材料工件材料强度或硬度较高时，为
11、加强切削刃，一般采用较小后角。对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取较大后角。如加工高温合金时，o10o15o。、选择后角的原则：在不产生摩擦的条件下，应适当减小后角。,（2）后刀面形状的选择双重后面：为减少刃磨后面的工作量，提高刃磨质量，在硬质合金刀具和陶瓷刀具上通常把后面做成双重后面；刃带：沿主切削刃和副切削刃磨出的窄棱面被称为刃带。刃带的作用：A、对定尺寸刀具磨出刃带的作用是为制造、刃磨刀具时有利于控制和保持尺寸精度，B、在切削时提高切削的平稳性和减小振动。,刃带宽度的选择,一般刃带宽在ba10.10.3范围，超过一定值将增大摩
12、擦，降低表面加工质量。当工艺系统刚性较差，容易出现振动时，可以在车刀后面磨出ba1 0.10.3，o-5o-10o的消振棱，如图2-29(b)。,3主偏角、副偏角的选择（1）主偏角的选择A、主偏角r的增大或减小对切削加工有利的一面在背吃刀量ap与进给量f 不变时，主偏角r减小将使切削厚度hD减小，切削宽度bD增加，参加切削的切削刃长度也相应增加，切削刃单位长度上的受力减小，散热条件也得到改善。主偏角r减小时，刀尖角增大，刀尖强度提高，刀尖散热体积增大。所以，主偏角r减小，能提高刀具耐用度。,B、主偏角r的增大或减小对切削加工不利的一面主偏角的减小也会产生不良影响。因为根据切削力分析可以得知，主
13、偏角r减小，将使背向力Fp增大，从而使切削时产生的挠度增大，降低加工精度。同时背向力的增大将引起振动。因此主偏角的减小对刀具耐用度和加工精度产生不利影响。,综合考虑选择原则：、工艺系统刚性较好时（工件长径比lw/dw 6），主偏角r可以取小值。如当在刚度好的机床上加工冷硬铸铁等高硬度高强度材料时，为减轻刀刃负荷，增加刀尖强度，提高刀具耐用度，一般取比较小的值，r10o30o。,、工艺系统刚性较差时（工件长径比lw/dw=6-12），或带有冲击性的切削，主偏角r可以取大值，一般r60o75o，甚至主偏角r可以大于90o，以避免加工时振动。硬质合金刀具车刀的主偏角多为60o75o。、根据工件加工要
14、求选择。当车阶梯轴时，r 90o；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时，r 45o。,（2）副偏角的选择副偏角r的大小对刀具耐用度和加工表面粗糙度的影响：A、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，B、副偏角减小刀尖强度增大，散热面积增大，提高刀具耐用度。C、副偏角太小会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。,副偏角的选择考虑的各种综合因素：、工艺系统刚性好时，加工高强度高硬度材料，一般r5o10o；加工外圆及端面，能中间切入，r45o。、工艺系统刚度较差时，粗加工、强力切削时，r10o15o；车台阶轴、细长轴、薄壁件，r5o10o。、切断切槽，r
15、1o2o。副偏角的选择原则是：在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。,4刀尖形状的选择刀尖概念：主切削刃与副切削刃连接的地方刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方。切削过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损，因此增强刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖对已加工表面粗糙度有很大影响。,(a)倒角刃(b)圆弧刃(c)修光刃,倒角刀尖的优点：主偏角r和副偏角r的减小，都可以增强刀尖强度，但同时也增大了背向力Fp，使得工件变形增大并引起振动。但如在主、副切削刃之间磨出倒角刀尖。则既可增大刀尖角，又不会使背向力Fp增加多少。如图2-30(a)所示。,(a)倒角刃,倒角刀尖的取值：倒角刀尖的偏角一般取r
16、 r，b（）ap。,(a)倒角刃,圆弧状刀尖的圆弧半径取值：（如图2-30(b)所示）增大，刀具的磨损和破损都可减小，不过，此时背向力Fp也会增大，容易引起振动。考虑到脆性大的刀具对振动敏感因素，一般硬质合金刀具和陶瓷刀具的刀尖圆弧半径值较小；硬质合金车刀和陶瓷车刀，一般0.51.5，高速钢刀具，13。精加工选取比粗加工小。,修光刃,精加工时，还可修磨出r0o，宽度b（1.21.5）f 与进给方向平行的修光刃，切除掉残留面积，如图2-30(c)所示。这种修光刃能在进给量较大时，还能获得较高的表面加工质量。如用阶梯端铣刀精铣平面时，采用12个带修光刃的刀齿，既简化刀齿调整，又提高加工效率和加工表
17、面质量。,问题？,1、工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小还是较大的后角？2、对于塑性较大材料，一般取较小还是较大的后角？,1、工件材料强度或硬度较高时，为加强切削刃，一般采用较小后角。2、对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取较大后角。,3、工艺系统刚性较好时，主偏角r如何选择？4、当车阶梯轴时，r？；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时，r？。5、副偏角r 的大小对表面粗糙度如何影响？,3、工艺系统刚性较好时（工件长径比lw/dw 6），主偏角r可以取小值。4、当车阶梯轴时，r 90o；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时，r 45o。
18、5、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，,5刃倾角的选择刃倾角s是在主切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角。当s为负值时，切屑将流向已加工表面，并形成长螺卷屑，容易损害加工表面。但切屑流向机床尾座，不会对操作者产生大的影响，如图2-31(a)所示。粗车时采用负值的s。当s为正值，切屑将流向机床床头箱，影响操作者工作，并容易缠绕机床的转动部件，影响机床的正常运行，如图2-31(b)所示。精车时采用正值的s。,刃倾角对切屑流向的影响,刃倾角s的变化能影响刀尖的强度和抗冲击性能。当s取负值时，刀尖在切削刃最低点，切削刃切入工件时，切入点在切削刃或前刀面，保护刀尖免受冲击
19、，增强刀尖强度。一般大前角刀具通常选用负的刃倾角，既可以增强刀尖强度，又避免刀尖切入时产生的冲击。,刃倾角对刀尖的影响,车削刃倾角主要根据刀尖强度和流屑方向来选择，其合理数值如下表：,以上各种刀具参数的选择原则只是单独针对该参数而言，必须注意的是，刀具各个几何角度之间是互相联系互相影响的。在生产过程中，应根据加工条件和加工要求，综合考虑各种因素，合理选择刀具几何参数。在加工硬度较高的工件材料时，为增加切削刃强度，一般取较小后角；加工淬硬钢等特硬材料时，常常采用负前角，但楔角较大，如适当增加后角，则既有利于切削刃切入工件，又提高刀具耐用度。,综合考虑各种因素，合理选择刀具几何参数,【例2-2】如
20、右图所示大切深强力车刀，刀具材料YT15，一般用于中等刚性车床上，加工热轧和锻制的中碳钢。切削用量为：背吃刀量ap1520，进给量f 0.250.4mm/r。试对该刀具的刀具几何参数进行分析。,答：此刀具主要几何参数及作用如下：（1）取较大前角，O200250，能减小切削变形，减小切削力和切削温度。主切削刃采用负倒棱，br10.5 f，O1200250，提高切削刃强度，改善散热条件。（2）后角值较小，o4o6o，而且磨制成双重后角，主要是为提高刀具强度，提高刀具的刃磨效率和允许刃磨次数。（3）主偏角较大，r70o，副偏角也较大，r15o，以降低切削力Fc和背向力Fp，避免产生振动。,（4）刀尖
21、形状采用倒角刀尖加修光刃，倒角r45o，b12mm，修光刃b 1.5f，主要是提高刀尖强度，增大散热体积。修光刃目的是修光加工表面残留面积，提高加工表面的质量。（5）刃倾角取负值，s4060，提高刀具强度，避免刀尖受冲击。（一般大前角刀具通常选用负的刃倾角）,2.3.3 切削用量的选择,切削用量的概念：切削加工过程中切削速度（）、进给量（f）和背吃刀量（ap）的总称。1.切削用量的选择原则和方法 合理的切削用量概念：是指充分利用机床和刀具的性能，并在保证加工质量的前提下，获得高的生产率与低加工成本的切削用量。在不考虑辅助工时情况下，有生产率公式P Ao f ap从中可以看出，切削用量三要素，f
22、，ap任何一个参数增加一倍，生产率相应提高一倍。,刀具寿命与切削用量三要素之间的关系式 T CT/（1/mf 1/nap1/p）当刀具寿命一定时，切削速度对生产率影响最大，进给量f 次之，背吃刀量最小ap。分析：（P57）在刀具耐用度一定，从提高生产率角度考虑，对于切削用量的选择有一个总的原则：首先选择尽量大的背吃刀量，其次选择最大的进给量，最后是切削速度。当然，切削用量的选择还要考虑各种因素，最后才能得出一种比较合理的最终方案。,数控机床切削用量选择,自动换刀数控机床主轴或装刀所费时间较多，所以选择切削用量要保证刀具加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班。,对
23、切削用量三要素选择方法（1）背吃刀量的选择粗加工时（表面粗糙度Ra5012.5m）：在允许的条件下，尽量一次切除该工序的全部余量。如分两次走刀，则第一次背吃刀量尽量取大，第二次背吃刀量尽量取小些。半精加工时（表面粗糙度Ra6.33.2m），背吃刀量一般为0.52。）精加工时（表面粗糙度Ra1.60.8m），背吃刀量为0.10.4。,（2）进给量的选择粗加工时，进给量主要考虑工艺系统所能承受的最大进给量。精加工和半精加工时，最大进给量主要考虑加工精度和表面粗糙度。另外还要考虑工件材料，刀尖圆弧半径、切削速度等。P72 表2-4、2-5,数控机床加工时应注意零件加工中的某些特殊因素：1、拐角处的超
24、程问题在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。2、拐角处可能产生“欠程”：加工过程中，由于切削力的作用，机床、工件、刀具系统产生变形，可能使刀具运动滞后，从而在拐角处可能产生“欠程”。因此，拐角处的欠程问题，在编程时应给予足够的重视。3、自然断屑问题：此外，还应充分考虑切削的自然断屑问题，通过选择刀具几何形状和对切削用量的调整，使排屑处于最顺畅状态，严格避免长屑缠绕刀具而引起故障。,数控机床切削用量选择应注意的问题,（3）切削速度的选择确定了背吃刀量ap，进给量f 和刀具耐用度T
25、，则可以按下面公式计算或由表确定切削速度 和机床转速n。（表2-6、2-7、2-8）c注：公式中各指数和系数可以由表2-6选取；修正系数kv为一系列修正系数乘积，各修正系数可以通过表2-7选取；切削速度速度也可通过表2-8得出。,半精加工和精加工时，切削速度c，主要受刀具耐用度和已加工表面质量限制，在选取切削速度c 时，要尽可能避开积屑瘤的速度范围。切削速度的选取原则是：粗车时，应选较低的切削速度，精加工时选择较高的切削速度；加工材料强度硬度较高时，选较低的切削速度，反之取较高切削速度；刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。,2高速切削技术（1）超高速切削技术的技术思想和内涵切削速度与切削温度的关系：当切削速度大于一定值后，切削速度增加越快，其切削温度愈降低，可以实现改善材料的切削性、降低切削阻力和提高加工精度的目的，而且刀具不容易产生磨耗。（2）高速切削技术的切削速度范围高速切削技术涉及到多种切削方法：车、铣、磨等,（3）高速切削技术的特点、加工效率高。、切削力小。、切削热少。、加工精度高。、工序集约化。（4）高速切削技术的应用、在航空工业轻合金的加工。、模具制造业也是高速切削应用的重要领域。、汽车工业是高速切削的又一应用领域。,
