切削刀具及其材料

第二节 切削刀具及其材料

一、

切削刀具

切削刀具的种类很多，形状各异，但它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基础形态，所以，研究切削刀具时，总是以车刀为基础。

1.车刀切削部分的组成

车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成：三面、两刃、一尖

（1）刀面

前刀面：刀具上切屑流过的表面。

主后刀面：与工件正在被切削加工的表面（过渡表面）相对的刀面。 副后刀面：与工件已切削加工的表面相对的刀面。 （2）刀刃

主切削刃：前刀面与主后刀面在空间的交线。 副切削刃：前刀面与副后刀面在空间的交线。

(3) 刀尖 指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。

实际刀具的刀尖并非绝对尖锐，而是一小段曲线或直线，分别称为修圆刀尖和倒角刀尖。

2.车刀切削部分的主要角度

刀具静止参考系：在刀具设计 、制造、刃磨和测量几何参数时用的参考系， 刀具工作参考系：用于规定刀具进行切削加工时几何参数的参考系， (1)刀具静止参考系：基面、切削平面、正交平面

1)基面：过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面，以pr表示。 2)切削平面：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面，主切削平面以ps表示。

3)正交平面：过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面，以po表示。

4)假定工作平面：过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面，以pf表示。

(2)车刀的主要角度 如图1-7所示。

图1-6 刀具静止参考系的平面 图1-7 车刀的主要角度

1)主偏角kr：在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。 2)副偏角k’r：在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。 主偏角主要影响切削层截面的形状和参数，影响切削分力的变化，并和副偏角一起影响已加工表面的粗糙度；副偏角还有减小副后刀面与已加工表面间摩擦的作用。

当背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大而公称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。这时，主切削刃单位长度上的负荷较小，并且散热条件较好，有利于刀具寿命的提高。

图1-9 主、副偏角对残留面积的影响 图1-10 前角的正与负

由图1-9可以看出，当主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度hc亦小，因而可减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提高刀具寿命。但是，当主偏角减小时，背向力将增大，若加工刚度较差的工件(如车细长轴)，则容易引起工件变形，并可能产生振动。

主、副偏角应根据工件的刚度及加工要求选取合理的数值。一般车刀常用的主偏角有45o、60o、75°、90°等几种；副偏角为5°～15°，粗加工时取较大值。

3)前角γ0：在正交平面中测量的前刀面与基面间的夹角。有正前角、零度前角和负前角，

当取较大的前角时，切削刃锋利，切削轻快，即切削层材料变形小，切削力也小。

但当前角过大时，切削刃和刀头的强度、散热条件和受力状况变差，将使刀具磨损加快，刀具寿命降低，甚至崩刃损坏。

若取较小的前角，虽切削刃和刀头较强固，散热条件和受力状况也较好，但切削刃不够锋利，对切削加工不利。

? 前角的大小常根据工件材料、刀具材料和加工性质来选择。 ? 工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。 ? 加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。 ? 刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。 ? 粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。

4)后角α0：在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。

后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利与强度。后角只能是正值，后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热条件变差，加速刀具磨损。反之，后角过小，虽切削刃强度增加，散热条件变好，但摩擦加剧。

? 后角的大小常根据加工的种类和性质来选择。 ? 粗加工或工件材料较硬，后角取较小值； ? 工件材料越软、塑性越大，后角越大； ? 工艺系统刚度较差时，适当减小后角；

5)刃倾角λs：在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角，刃倾角也有正、负和零值之分。

刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。

负的刃倾角起到增强刀头的作用，但会使背向力增大，有可能引起振动，而且还会使切屑排向已加工表面，划伤和拉毛已加工表面。因此，粗加工时为了增强刀头，λs常取负值；精加工时为了保护已加工表面，λs常取正值或零度；车刀的刃倾角一般在-5°～+5°之间选取。有时为了提高刀具耐冲击的能力，λs可取较大的负值。

(3)刀具的工作角度 它是指在工作参考系中定义的刀具角度。刀具工作角度考虑了合成运动和刀具安装条件的影响。

1)刀具安装位置对工作角度的影响：

车外圆时，若刀尖高于工件的回转轴线，则工作前角γ0e>γ0，而工作后角α0e<α0；反之，若刀尖低于工件的回转轴线，则γ0e<γ0，α0e>α0(镗孔时的情况正好与此相反)。

当车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化，如图1-13所示。