第10章-刀具合理几何参数的选择

第十章刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数包括：刀具的切削角度、刀面的形式、切削刃的形状。刀具合理几何参数的概念：指在保证质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，达到提高效率或降低生产成本的几何参数。一、前角的功用及选择1）增大前角，可以减小切屑变形，减小切削热，提高刀具耐用度；2）增大前角会使楔角减小，降低了刀刃强度，易崩刃；同时减小了导体的散热面积，降低刀具耐用度。合理的前角γopt，主要取决于刀具材料和工件材料的种类及性质。第一节前角及前刀面形状的选择1、刀具材料的强度及韧性较高时，可选用较大的前角；硬质合金高速钢Tooptopt前角的合理数值2、刀具的前角还取决于工件材料的种类和性质1）加工塑性材料时，应选用较大的前角；加工脆性材料（如铸铁等）时，应选用较小的前角。2）工件材料强度或硬度较小时，宜选用较大的前角。3）用硬质合金车刀加工强度很大的钢件或淬硬钢，特别是断续切削时，常采用负前角（-5°~-20°）。但负前角会增大切削力（特别是Fy力）和能耗，易引起机床振动，只有在工件材料强度和硬度很高，切削时冲击很大时，才采用负前角。3、合理选择前角，还应考虑一些具体的加工条件1）粗加工时，特别在断续切削时，采用较小的前角；2）精加工时，采用较大的前角。3）工艺系统较差，或电机功率不足时，采用较大的前角；4）自动化机床上，为使切削性能稳定，宜采用小一些的前角。二、倒棱及其参数的选择倒棱的主要作用是：增强切削刃，减小刀具破损。另外，刀具倒棱处楔角增大，散热条件改善。由于副倒棱增强了切削刃，所以可相对采用较大的前角。如果倒棱较宽，使切屑完全沿倒棱流出，则负倒棱起到了负前角的作用。加工铸铁、铜合金等脆性材料时的刀具，以及形状复杂的成形刀具，一般不磨出倒棱；（本身就采用较小的前角）在断续切削时，可以增大钝圆半径，以提高刀具的寿命。钝圆同时还起到对易加工表面切挤烫压作用及消振作用，对提高易加工表面粗糙度有利。三、带卷屑槽的前刀面形状及其参数的选择为了控制切屑的形状，常在前刀面上磨出卷屑槽。卷屑槽的分类：a直线圆弧形；b直线形；c全圆弧形1、直线圆弧形：圆弧半径Rn较小时，切屑变形大，易于折断；但太小时，切屑易于堵塞在槽内，增大切削力，造成崩刃。2、直线形：直线形卷屑槽的槽底角，对切屑的卷曲变形有直接的影响。一般取槽底角等于110°~130°3、全圆弧形：可获得较大的前角，而不至于使切削刃部分强度影响很大。4、卷屑槽长度Wn对切屑变形影响很大：Wn小，易断屑，太小，切屑飞溅；Wn大，不易断屑。一般取Wn=(7~10)f后角的功用①影响后刀面与加工表面之间的摩擦②影响加工工件的精度③影响刀具耐用度和刃口的强度第二节后角的选择一、增大后角，可提高刀具耐用度的原因1、增大后角，可减小弹性恢复层与后刀面的接触长度，因而减小后刀面的摩擦与磨损；2、后角增大，楔角减小，刀刃钝圆半径减小，可减小工件表面的弹性恢复；3、在磨损标准VB一定的情况下，后角的增大，可使刀具磨去较大体积的刀具材料，因而增加了刀具寿命。后角太大时，由于楔角的减小，将消弱切削刃的强度。二、决定后角大小的主要因素后角的大小，主要取决于切削厚度(或进给量)的大小。1、切削厚度较小时，宜采用较大的后角；切削厚度较大时，宜采用较小的后角；2、其它因素的影响1）工件材料强度或硬度较高时，宜采用较小的后角；工件材料较软、塑性较大的材料，应取较大的后角；2）当工艺系统刚性较差时，为了减小振动，宜采用较小的后角。为了进一步减小或消除切削时的振动：(1)在车刀后到面上磨出bα1=0.1~0.2mm，αo1=0°的刃带；(2)或磨出bα1=0.1~0.3mm，αo1=-5°~-10°的消振棱。a：增加了后刀面与已加工表面之间的接触面积，可以产生同振动位移方向相反的摩擦阻力；b：对已加工表面起一定的烫压作用。（3）对尺寸精度要求较高的刀具，宜采用较小的后角。原因：NB一定时，较小的后角可使刀具耐用度提高，切削尺寸稳定。一、主偏角的功用及选择1.主偏角的功用①影响已加工表面残留面积的高度②影响各切削分力的比例③影响刀尖的强度和刀具耐用度④影响断屑第三节主偏角、副偏角及刀尖形状的选择2、主偏角减小，可提高刀具耐用度（1）主偏角减小，切削宽度增加，单位切削刃上负荷减小，散热条件改善；（2）主偏角减小，刀尖角增大，刀尖强度提高，刀尖散热体积增大；（3）主偏角减小时，最先与工件接触的是远离刀尖的地方，可减少因切入冲击对刀尖的损坏。3、主偏角对加工表面粗糙度的影响减小主偏角，使加工表面粗糙度减小4、主偏角对系统刚性的影响（1）减小主偏角，导致径向分力Fy增加，使切削过程中产生挠度f，降低加工精度；（2）在工艺刚性不足的情况下，Fy增加会引起振动，降低表面粗糙度。5、主偏角选择原则（1）工艺刚性很强时，选用较小的主偏角；（2）工艺刚性不足时，选用较大的主偏角。二、副偏角的功用及选择1、副切削刃的作用，是最终形成已加工表面。副偏角的大小对刀具耐用度及表面粗糙度都有影响。（1）减小副偏角，会增加副切削刃参加切削的工作长度，增大副后刀面与已加工表面的摩擦，降低刀具耐用度；（2）副偏角过小，会增加工艺系统振动；（3）增大副偏角，会使刀尖强度降低，散热条件恶化。（4）减小副偏角，加工表面粗糙度减小。2、副偏角的选择（1）工艺系统刚性较好时，在不产生振动的情况下，取较小的副偏角；（2）为了提高表面质量，可采用带副偏角为零的修光刃刀具。带有修光刃的刀具切削时，径向分力Fy很大，要求工艺系统刚性较高，否则易造成切削过程振动。三、刀尖形状及尺寸的选择1、刀尖处的工作特点：（1）强度差、散热条件差；（2）切削温度高，很易磨损。此外，刀尖部分的形状，对残留面积高度及表面粗糙度影响很大。功用：刀尖过渡刃可显著提供刀具的耐崩刃性和耐磨性，从而提高刀具的耐用度。2、刀尖处的过渡刃的几种形式：3、过渡刃形式的选择精加工时常采用圆弧过渡刃。1）适当增大rε，可减小刀具的磨损和破损，Fy力也增大，工艺系统刚性不高时，易引起振动；2）刀具材料脆性较大时，对振动敏感，宜选用较小的刀尖圆弧半径；3）精加工比粗加工rε小。粗加工时，背吃刀量较大，为减小径向分力Fy和振动常采用较大的主偏角，但刀尖强度、散热条件较差，此时常磨出直线过渡刃。切断刀刃倾角的功用及其选择1、刃倾角的功用（1）控制切屑流出方向；第四节刃倾角的选择•刃倾角小于0°时，切屑流向已加工表面刃倾角为正时，切屑流向待加工表面•刃倾角大于0°时，切屑流向床头箱刃倾角为零时切屑流向加工表面•刃倾角等于0°时，切屑沿主切削刃法线方向（2）影响刀头强度及断续切削时，切削刃上受冲击位置。λs＞0，刀尖先接触；λs＜0，远离刀尖处的切削刃先接触。（3）刃倾角的存在，使切削面积在切入时由小到大，实现平稳切削；（4）影响刀具的锋利程度：斜切时，实际增大了前角（5）影响分力的大小：负λs绝对值增大，径向切削分力增大，影响系统刚性。2、刃倾角的选择根据加工性质和加工条件选择1）粗加工λS0（保护刀尖）精加工λS0（使Fy小些）2）断续切削：λS0（保护刀尖）3）工件σb、HB大：λS0（保护刀尖）4）系统刚性差：λS0（使Fy小些）5）微量切削：λS取大值(使增大实际前角，刀具实际刃口半径↓）