刀具幾何參數的合理選擇

鄧自清+趙鋒+董彪

摘要：刀具幾何角度的選擇是否合理，直接影響到切削工作時金屬變形情況、切削力的分配、切削熱及刀具使用壽命、工件表面加工精度及加工成本等問題。為充分利用刀具的切削性能，不僅要正確選擇刀具材料，而且要合理選擇刀具幾何參數。

關鍵詞：前角；后角；主偏角；副偏角；刃傾角；加工精度

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0259-02

Abstract： The tool geometry selection is reasonable， directly affect the cutting work when the metal deformation， cutting force distribution， thermal cutting and tool life， surface machining accuracy and processing costs and other issues. To take full advantage of cutting tools， not only to fight for selection of tool materials， and to select the correct tool geometry.

Key words： anterior horn， posterior horn， the main angle， relief angle， blade angle， precision

1 刀具幾何角度的概念

刀具角度選擇是否合理，直接影響刀具強度、加工精度、刀具使用壽命、生產成本及效率。刀具主要角度有：前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角。如下圖1所示：

從圖示1可以看出前角是前刀面與基面之間的夾角；后角是主后刀面與切削平面之間的夾角；主偏角是主切削刃與進給方向之間的夾角；副偏角是副切削刃與進給方向反方向之間的夾角。刃傾角是主切削刃與基面之間的夾角。每個角度作用不同，加工條件不同，其選擇要求也不一樣。

2 刀具各角度作用

刀具前角大小直接影響刀頭強度、切削刃鋒利程度、散熱能力、切屑形狀及已經加工表面精度。前角增大，其刀具刀頭強度減弱、散熱能力降低、不利于切屑變形、不便于排屑。前角減小，利于切屑變形、利于排屑。但是，前角減小會使切削抖動嚴峻、影響已加工表面質量。因此，要合理慎重選擇刀具前角對切削加工有著重要影響。

刀具后角大小直接影響到后刀面與工件待加工表面摩擦，影響切削鋒利程度，影響刀頭散熱性能。后角增大，便減少與待加工表面的摩擦，切削鋒利，但強度低，影響刀具使用壽命。因此，綜合考慮后角大小是非常重要的。

主偏角與副偏角有著相同的功能（圖2所示）。都影響切削力的三個分力。主偏角增大，可減小切削分力Fc和Fp，但會增大Ff。同理，增大副偏角，也可使Fp減小。但Fp的減小，有利于減小工藝系統的彈性變形和振動（如圖3所示）。各切削力之間的關系如下：

副偏角增大，切削鋒利，同時可以提高已加工表面精度。增大主偏角、副偏角減小了刀尖角、削弱了刀頭強度、降低了刀具散熱能力，但有利于切削也便于排屑。因此，選擇刀具角度要綜合加工階段，確保加工正常。

刃傾角直接影響刀頭強度和切屑排向。當刀尖位于刀面最頂端，則切屑向待加工表面排出。當刀尖 位于刀面最低端，則切屑向已加工表面排出。當刃傾角等于零時，切削排向垂直于主切削刃。因此，可以根據加工情況確定刃傾角的選擇。

3 刀具各角度的選擇

1）前角的選擇（圖4所示）

前角的大小直接決定切削刃的鋒利程度及刀頭的剛度。增大前角可以提高刀具的鋒利程度，減小切削變形。有利于排屑。同時減少切削力和切削溫度。從而大大提高刀具的使用壽命。但是，過分增大前角會減少刀具強度，降低散熱能力。降低刀具的使用壽命。甚至造成崩刃。因此，前角不能太大，也不能太小。故必須合理選擇一個前角。 刀具前角的合理選擇與刀具材料、工件材料、加工精度有關系。

刀具材料的韌性和強度高時，前角適合選擇較大的前角。例如：高速鋼韌性好，強度大，可以選擇較大的前角。硬質合金鋼硬度高，屬脆性材料，沖擊韌度低，前角適合選擇較小。而陶瓷刀硬度比硬質合金材料的硬度更高，韌性更低，適合選擇更小的前角。

工件材料屬塑性材料時，為使切削較順暢，切屑易排出，應選擇較大前角。當工件材料屬脆性材料時，硬度高，切屑易附在刀具刀尖上和刀面上，為了提高刀具刃口強度。應選擇較小的前角。

加工階段不同，加工精度等級不同。粗加工時，切削深度較大，切削力大，為保證刀具使用壽命。這時，前角選較小。當斷續切削高強度鋼材時，前角選負角。當工藝系統剛度較差，而機床的功率不足時，為減少株洲因為剛度不夠，切削力太大導致的變形而降低精度時，應選擇較大的前角。建議前角一般為5°～20°。

2）后角的選擇（圖4所示）

后角選擇是否恰當直接影響到工件表面質量。刀具材料對后角的影響類似于前角。一般硬質合金刀具的后角較高速鋼刀具的后角選擇小2°-3°。

工件材料硬度、強度高時，為加強刀具切削刃的強度，要選取比較小的后角。當工件材料為塑性材料時，應選擇較大的后角。 當工藝系統剛度差易變形，為了保證加工精度，后角應選小點。加工階段不同，后角選擇不同。粗加工時，切削深度大，切削力大，切削速度小時，應選擇小的后角。精加工時，切削深度大，進給力大切削速度大，后角應選大。建議后角一般為6°～12°。

3）主偏角

主偏角的大小直接影響切削力、切削熱和刀具使用壽命。一般選擇原則如下：

加工硬度高的工件時，為保證刀具使用壽命，應選擇小的主偏角。粗加工與半精加工時，切削深度大時，為了減小顫抖，提高刀具使用壽命，應選擇較大的主偏角。當工藝系統剛度低，易變形宜選擇較大的主偏角。車刀常用的主偏角有45°、60°、75°90°，其中75°和90°最常用。

4）副偏角

副偏角的大小直接影響已加工表面精度。副偏角減小，加大了副后刀面與已加工表面的摩擦。消弱了刀具到頭強度而減少了刀具使用壽命。因此，建議粗加工時，副偏角取10°到15°，精加工時，副偏角取5°到10°。

5）刃傾角

刃傾角直接影響刀具刀頭強度和切削刃的鋒利程度，并決定切屑流向。

當刃傾角負值時，切屑排向 已加工表面，合適粗加工選擇角度。當刃傾角為正直時，切屑排向待加工表面，合適精加工階段。建議刃傾角一般取-5°～+5°。

4 總結

總之，刀具各角度的選擇是相互關聯的。因此，刀具角度的合理選擇應綜合考慮各加工情況的相互關聯再決定。

參考文獻：

[1] 魯昌國，機械制造技術[M].3版. 大連：大連理工大學出版社，2005.