【数控刀具选用指南9】刀具几何参数的合理选择

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编者按

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刀具几何参数是刀具切削部分各个表面的倾斜角度和刀尖部分形状的总称，包括前角、后角、刃倾角等。它们对于切削加工有很大影响，选择恰当的刀具几何参数能提高生产力、加工质量和刀具耐用度。

（本篇选自《数控刀具选用指南》第一章第二节（二）刀具几何参数的合理选择）

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（一）前角的功用及选择

1. 前角的功用  前角是刀具的重要几何角度之一，其数值大小、正负对切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损和已加工表面质量均有很大影响。

（1）影响切削变形。增大前角，可使切削变形减小，切削力、切削热和切削功率减小。

（2）影响切削刃强度及散热情况。增大前角，会使楔角减小，切削刃强度下降，散热体积减小；过大的前角，可能导致切削刃处出现弯曲应力，造成崩刃。

（3）影响切屑形态和断屑效果。切削变形程度不同，切屑折断难易程度不同（见图1-49）。

（4）影响已加工表面质量。

图1-49 前角对切屑形态的影响

a）正前角  b）负前角

2. 选择原则  刀具合理前角主要取决于刀具材料和工件材料的性能，即：

（1）刀具材料的抗弯强度及冲击韧度较高时，可选择大前角。

（2）工件材料的强度和硬度较大时，宜选用较小前角，以保证刀具刃口强度；反之，宜选用较大前角。

（3）其他具体加工条件。

3. 前角选择口诀

前角作用大，合理选择它；

工件硬度高，前角要选小；

工件塑性大，前角要选大；

硬质合金刀，前角要选小；

高速钢刀具，前角要选大；

粗加工前角小，精加工前角大。

4. 采用负倒棱强化切削刃  刀具前角增大，虽然可使切削变形和切削力减小，但往往受刃口强度的限制。在正前角的前刀面上磨出倒棱是较好的解决办法（见图1-50）。倒棱面可以是负前角、零前角或者小正前角，在实际应用中负倒棱应用较多。

图1-50 前刀面上的倒棱

a）负前角倒棱  b）零前角倒棱

倒棱的主要作用是增强刃口，降低刀具破损。粗加工或断续切削脆硬材料时，负倒棱可减少崩刃，提高刀具使用寿命。用陶瓷刀具铣削淬火钢时，没有倒棱的刃口不能加工。此外，刀具倒棱处的楔角较大，可以改善散热条件。

（二）后角的功用及选择

1. 后角的功用  后角的主要功用就是减小后刀面与加工表面间的摩擦，影响已加工表面质量和刀具使用寿命。

（1）增大后角，可减小加工表面的弹性恢复层与后刀面的接触长度，减小后刀面的摩擦与磨损。

（2）增大后角，使楔角减小，刃口钝圆半径rn减小，刃口锋利。

（3）后刀面磨钝标准VB相同时，重磨时，后角大的刀具磨去金属体积大。

2. 选择原则

（1）工件材料塑性与韧性大时，应取较大后角。例如加工钛合金宜取较大后角。

（2）精加工时切削厚度较小，宜选较大后角。

（3）对定尺寸刀具（如圆孔拉刀、铰刀），宜选取较小后角，可延长刀具使用寿命。

（4）工艺系统刚度差、易产生振动时，应选取较小后角。

（三）主（副）偏角的功用及选择

1. 主偏角的功用

（1）影响已加工表面质量。增大主偏角和副偏角，使加工表面粗糙度值增大。

（2）影响切削层尺寸和刀尖强度及断屑效果。

（3）影响各切削分力比值。

2. 主偏角选择原则

（1）当工艺系统刚度好时，应选用较小主偏角，以提高刀具使用寿命和已加工表面质量。

（2）加工很硬的工件材料（如冷硬铸铁、淬火钢）时，宜取较小主偏角，以减轻单位长度切削刃上的负荷，改善刀尖散热条件，提高刀具使用寿命。

（3）还应考虑工件形状和具体条件。

3. 副偏角选择原则

（1）在工艺系统刚度好、不产生振动的条件下，应取较小副偏角，减小已加工表面粗糙度值。

（2）精加工时，副偏角比粗加工选得小些。

（3）加工强度、硬度大的工件材料或断续切削时，为提高刀尖强度，宜取较小副偏角值（4°～6°）。

（4）切断（槽）刀、锯片铣刀、钻头、铰刀等由于受结构强度或加工尺寸精度的限制，只能取很小副偏角（1°～2°）。

（四）刃倾角的功用及选择

1. 刃倾角的功用

（1）影响切屑的流出方向。当λs为负值时，切屑流向已加工表面，易划伤已加工表面；λs为正值时，切屑流向待加工表面，如图1-51所示。因此精加工常取正刃倾角。

图1-51 刃倾角的正负对切屑流出方向的影响

a）零刃倾角  b）负刃倾角  c）正刃倾角

（2）影响刀尖强度及断续切削时切削刃的冲击位置。

（3）影响切削刃的锋利程度。

（4）影响切削分力的比值。

（5）影响切削刃实际工作长度。

2. 刃倾角的选择

（1）主要根据加工性质来选取。精车时常取λs=0°～5°；粗车时取λs=0°～-5°，以提高刀具切削刃强度；有冲击载荷时，为了保护刀尖，常取λs=－5°～-15°。

（2）根据工艺系统刚度选取。工艺系统刚度不足时，不宜选用负刃倾角。

（3）根据刀具材料来选取。脆性大的刀具材料，为保证切削刃强度，不宜选用正刃倾角。

（4）根据工件材料来选取。加工高硬度工件材料时，宜取负刃倾角。

3. 刃倾角选择口诀

刃倾角，作用大，切屑流向要靠它；

正值切屑朝前走，负值切屑往后绕；

工件强度硬度大，负值可以应对它；

加工精度要求高，切屑必须朝前跑；

断续切削有冲击，刀尖低垂能躲过。

数控刀具选用指南

《数控刀具选用指南》由金属加工杂志社、哈尔滨理工大学编著，机械工业出版社出版，定位于指导制造企业一线技术员工如何合理选择和使用数控刀具，是目前市场上最实用的一本刀具选用工具书。

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