论文部分内容阅读
【摘 要】刀具的几何参数的合理选择直接影响刀具寿命、加工质量、生产效率及加工成本，文章讨论了刀具的前角及前刀面形状、后角及后刀面、主偏角，副偏角及刀尖形状、刃倾角的合理选择原则。
【关键词】刀具；几何参数；选择
一、前角及前刀面形状的选择
前角的主要功用：影响削区域的变形程度。增大刀具前角，可以减少前刀面挤压切削层时的塑性变形，减少切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减少切削力，切削热，使刀具的耐用度提高；影响切削刃与刀头的强度，力性质和散热条件增大刀具前角，会使切削刃与刃头的强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小；过份加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力，造成崩刃；影响切屑形态和断屑效果。前角合理的选择原则：（1）工件材料的强度，硬度低，可以取较大的甚至很大的前角；工件材料强度,硬度高，应取较小的前角。（2）加工塑性材料时，应取较大的前角；加工脆性材料（如铸铁）时，可取较小的前角。用硬质合金刀具加工一般钢料时，前角可选10-20；加工一般灰铸铁时，前角可选5-15。（3）粗加工，特别是断续切削，承受冲击性载荷，或对有硬皮的铸锻件粗切时，为保证刀具有足够的强度，应适当减小前角；但在采取某些强化切削刃及刀尖的措施之后，也可增大前角。（4）成形刀具和前角影响刀刃形状的其它刀具，为防止刃形畸变，常取较小的前角，甚至取Ro=0，但这些刀具的切削条件不好，应在保证切削刃成形精度的前提下，设法增大前角。（5）刀具材料的抗弯强度较大，韧性较好时，应选用较大的前角。（6）工艺系统刚性差和机床功率不足时，应选取较大的前角。（7）数控机床和自动机，自动线用刀具，为使刀具的切削性能稳定，宜取较小的前角。
二、后角及后刀面的选择
后角的主要功用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。后角越小，弹性恢复层同后刀面的摩擦接触长度越大，它是导致切削刃及后刀面磨损的直接原因之一。合理后角的选择原则：（1）粗加工，强力切削及承受冲击载荷的刀具，要求切削刃有足够强度，应取较小的后角；精加工时，刀具磨损主要发生在切削刃区和后面上，为减小后面摩损和增加切削刃的锋利程度，应取较大的后角。车刀合理后角在f≤0.25mm/r时，可取为ao=10-12；在f>0.25mm/r时，ao=5-8。（2）工件材料硬度，强度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小的后角；工件材质较软，塑性较大或易加工硬化时，后面的摩擦对已加工表面质量及刀具磨损影响较大，应适当加大后角；加工脆性材料，切削力集中在刃区附近，宜取较小的后角。（3）工艺系统刚性差，容易出现振动时，应适当减小后角。（4）有尺寸精度要求的刀具，为了限制重磨后刀具尺寸的变化，宜取较小的后角。（5）车刀的副后角一般取其等于后角。切断刀的副后角，由于受其结构强度的限制，只能取得很小，αo =1-2。
三、主偏角、副偏角及刀尖形状的选择
主偏角的功用与选择：（1）影响切削加工残留面积高度。减小主偏角和副偏角，可以减小已加工表面粗糙度，特别是副偏角对已加工表面粗糙度的影响更大。（2）影响切削层的形状，尤其是主偏角直接影响同时参与工作的切削刃长度和单位切削刃上的负荷。在背吃刀量和进给量一定的情况下，增大主偏角时，切削层公称宽度将减小，切削层公称厚度将增大，切削刃单位长度上的负荷随之增大。因此，主偏角直接影响刀具的磨损和刀具耐用度。（3）影响三个切削分力的大小和比例关系。在刀尖圆弧半径rε很小的情况下，增大主偏角，可使背向力减小，进给力增大。（4）主偏角和副偏角决定了刀尖角εr，故直接影响刀尖处的强度，导热面积和容热体积。（5）主偏角还影响断屑效果。增大主偏角，使得切屑变得窄而厚，容易折断主偏角κr的选择原则。（6）用来精加工的刀具副偏角应取得更小一些，必要时，可磨出一段κ′r=0的修光刃，修光刃长度b′ε应略大于进（f）粗加工和半精加工，硬质合金车刀一般选用较大的主偏角，以利于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。（7）加工很硬的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢，为减轻单位长度切削刃上的负荷，改善刀头导热和容热条件，提高刀具耐用度，宜取较小的主偏角。（8）工艺系统刚性较好时，减小主偏角可提高刀具耐用度；刚性不足时，应取大主偏角，甚至主偏角κr≥90,以减小背向力，减少振动。（9）单件小批生产，希望一两把刀具加工出工件上所有的表面，则选取通用性较好的45车刀或90偏刀。合理副偏角的选择原则：一般刀具的副偏角，在不引起振动的情况下可选取较小的数值，如车刀，端铣刀，刨刀，均可取κ′r=5-10。给量，即b′ε≈(1.2-1.5)f。
四、刃倾角的选择
刃倾角的功用是控制切屑流出方向；影响切削刃的锋利性；影响刀尖强度和刀尖导热和容热条件；影响切削刃的工作长度和切入切出的平稳性。合理刃倾角的选择原则和参考值：（1）加工一般钢料和灰铸铁，无冲击的粗车取λs＝0－5，精车取λs＝0-5；有冲击时，取λs＝-5－15；冲击特别大时，λs＝-30－45。（2）加工淬硬钢，高强度钢，高锰钢，取λs＝-20－30。（3）工艺系統刚性不足时，尽量不用负刃倾角。（4）微量精车外圆，精车孔和精刨平面时，取λs＝45－75。
【关键词】刀具；几何参数；选择
一、前角及前刀面形状的选择
前角的主要功用：影响削区域的变形程度。增大刀具前角，可以减少前刀面挤压切削层时的塑性变形，减少切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减少切削力，切削热，使刀具的耐用度提高；影响切削刃与刀头的强度，力性质和散热条件增大刀具前角，会使切削刃与刃头的强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小；过份加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力，造成崩刃；影响切屑形态和断屑效果。前角合理的选择原则：（1）工件材料的强度，硬度低，可以取较大的甚至很大的前角；工件材料强度,硬度高，应取较小的前角。（2）加工塑性材料时，应取较大的前角；加工脆性材料（如铸铁）时，可取较小的前角。用硬质合金刀具加工一般钢料时，前角可选10-20；加工一般灰铸铁时，前角可选5-15。（3）粗加工，特别是断续切削，承受冲击性载荷，或对有硬皮的铸锻件粗切时，为保证刀具有足够的强度，应适当减小前角；但在采取某些强化切削刃及刀尖的措施之后，也可增大前角。（4）成形刀具和前角影响刀刃形状的其它刀具，为防止刃形畸变，常取较小的前角，甚至取Ro=0，但这些刀具的切削条件不好，应在保证切削刃成形精度的前提下，设法增大前角。（5）刀具材料的抗弯强度较大，韧性较好时，应选用较大的前角。（6）工艺系统刚性差和机床功率不足时，应选取较大的前角。（7）数控机床和自动机，自动线用刀具，为使刀具的切削性能稳定，宜取较小的前角。
二、后角及后刀面的选择
后角的主要功用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。后角越小，弹性恢复层同后刀面的摩擦接触长度越大，它是导致切削刃及后刀面磨损的直接原因之一。合理后角的选择原则：（1）粗加工，强力切削及承受冲击载荷的刀具，要求切削刃有足够强度，应取较小的后角；精加工时，刀具磨损主要发生在切削刃区和后面上，为减小后面摩损和增加切削刃的锋利程度，应取较大的后角。车刀合理后角在f≤0.25mm/r时，可取为ao=10-12；在f>0.25mm/r时，ao=5-8。（2）工件材料硬度，强度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小的后角；工件材质较软，塑性较大或易加工硬化时，后面的摩擦对已加工表面质量及刀具磨损影响较大，应适当加大后角；加工脆性材料，切削力集中在刃区附近，宜取较小的后角。（3）工艺系统刚性差，容易出现振动时，应适当减小后角。（4）有尺寸精度要求的刀具，为了限制重磨后刀具尺寸的变化，宜取较小的后角。（5）车刀的副后角一般取其等于后角。切断刀的副后角，由于受其结构强度的限制，只能取得很小，αo =1-2。
三、主偏角、副偏角及刀尖形状的选择
主偏角的功用与选择：（1）影响切削加工残留面积高度。减小主偏角和副偏角，可以减小已加工表面粗糙度，特别是副偏角对已加工表面粗糙度的影响更大。（2）影响切削层的形状，尤其是主偏角直接影响同时参与工作的切削刃长度和单位切削刃上的负荷。在背吃刀量和进给量一定的情况下，增大主偏角时，切削层公称宽度将减小，切削层公称厚度将增大，切削刃单位长度上的负荷随之增大。因此，主偏角直接影响刀具的磨损和刀具耐用度。（3）影响三个切削分力的大小和比例关系。在刀尖圆弧半径rε很小的情况下，增大主偏角，可使背向力减小，进给力增大。（4）主偏角和副偏角决定了刀尖角εr，故直接影响刀尖处的强度，导热面积和容热体积。（5）主偏角还影响断屑效果。增大主偏角，使得切屑变得窄而厚，容易折断主偏角κr的选择原则。（6）用来精加工的刀具副偏角应取得更小一些，必要时，可磨出一段κ′r=0的修光刃，修光刃长度b′ε应略大于进（f）粗加工和半精加工，硬质合金车刀一般选用较大的主偏角，以利于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。（7）加工很硬的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢，为减轻单位长度切削刃上的负荷，改善刀头导热和容热条件，提高刀具耐用度，宜取较小的主偏角。（8）工艺系统刚性较好时，减小主偏角可提高刀具耐用度；刚性不足时，应取大主偏角，甚至主偏角κr≥90,以减小背向力，减少振动。（9）单件小批生产，希望一两把刀具加工出工件上所有的表面，则选取通用性较好的45车刀或90偏刀。合理副偏角的选择原则：一般刀具的副偏角，在不引起振动的情况下可选取较小的数值，如车刀，端铣刀，刨刀，均可取κ′r=5-10。给量，即b′ε≈(1.2-1.5)f。
四、刃倾角的选择
刃倾角的功用是控制切屑流出方向；影响切削刃的锋利性；影响刀尖强度和刀尖导热和容热条件；影响切削刃的工作长度和切入切出的平稳性。合理刃倾角的选择原则和参考值：（1）加工一般钢料和灰铸铁，无冲击的粗车取λs＝0－5，精车取λs＝0-5；有冲击时，取λs＝-5－15；冲击特别大时，λs＝-30－45。（2）加工淬硬钢，高强度钢，高锰钢，取λs＝-20－30。（3）工艺系統刚性不足时，尽量不用负刃倾角。（4）微量精车外圆，精车孔和精刨平面时，取λs＝45－75。