刀具的几何参数及其作用

刀具的几何参数及其对加工过程的影响前角定义：前刀面与基面的夹角。

前刀面在基面之下称正前角，前刀面在基面之上称负前角。

影响因素：切屑变形、切削力、切削温度、切削功率、刀头强度、容热体积、导热面积、切屑的形态、断屑效果、加工质量影响过程：影响切削变形：前角增大，刀具锋利，塑性变形小，切削力小，温度小；影响切削热的产生：前角增大，可以减小切削热的产生，但导致刀头导热面积和容热体积减小。

影响刀具耐用度：前角小时：前角增大切削力小，温度小，耐用度增大；前角大时：前角增大刀头强度小，散热条件差，耐用度小。

影响切屑形态和断屑效果：前角减小会增大切屑的变形，使切屑容易卷曲和折断影响加工表面质量：前角增大塑性变形小，加工硬化小，振动小，有利于提高表面质量后角定义：主后刀面与切削平面之间的夹角。

影响因素：加工表面的质量、刀具耐用度、生产率影响过程：减小后刀面与加工表面之间的磨擦：后角越小，磨擦长度越大，磨损越厉害；增大后角，减小磨擦，提高表面质量和刀具耐用度后角越大，切削刃钝圆半径值越小，切削刃越锋利影响材料耗损：在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀具由新到磨钝，所磨去的金属体积较大，可提高刀具耐用度；但刀具径向磨损值NB增大，当工件尺寸精度要求较高时，不宜采用大后角；（P81图3-49）增大后角将使切削刃和刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减小；且NB一定时，磨耗体积小，刀具耐用度低。

主偏角和副偏角定义：主偏角是进给方向与主切削刃在基面上的投影之间的夹角。

副偏角是进给方向与副切削刃在基面上的投影之间的夹角。

影响因素：加工表面质量，刀具耐用度和生产率影响过程：影响已加工表面残留面积高度：减小主偏角和副偏角，可以减小加工表面粗糙度，特别是副偏角对加工表面粗糙度的影响更大。

影响切削层的形状：主偏角直接影响切削刃工作长度和单位长度切削刃上的切削负荷。

增大主偏角，切削宽度减小，切削厚度增大，切削刃单位长度上的负荷增大。

因此主偏角直接影响刀具的磨损和耐用度。

刀具几何形状参数对切削力的影响分析引言：切削力是刀具加工过程中的重要参数，对加工质量、切削效率和刀具寿命有着重要影响。

刀具的几何形状参数是切削力大小的决定因素之一。

本文将分析刀具几何形状参数对切削力的影响，并提出一些优化措施，以提高加工效率和刀具寿命。

一、刀具几何形状参数的类型1. 刀尖几何形状参数：常见的刀尖几何形状参数包括切割角、刃倒角、刃倾斜角等。

这些参数可以影响刀具与工件间的接触情况，进而影响切削力的大小和方向。

2. 刀尖半径：刀尖半径是刀具边界上一个曲率半径，它可以影响切削力的大小和方向，一般来说，刀尖半径越大，切削力越小。

3. 刀片后角：刀片后角是指刀片后角与工件间的夹角，它可以影响切削力的大小和切屑形态。

较小的刀片后角可以减小切削力，改善切削效果。

二、刀具几何形状参数对切削力的影响1. 刀尖几何形状参数的影响：刀尖几何形状参数可以影响刀具与工件的接触情况，进而影响切削力。

例如，增加切割角可以增加刀具与工件之间的摩擦力，从而增加切削力。

而增加刃倒角可以减小刀具与工件之间的接触面积，从而减小切削力。

刃倾斜角的改变也会影响切削力的大小和方向。

2. 刀尖半径对切削力的影响：刀尖半径主要影响了刀具接触压力的分布。

较大的刀尖半径可以减小切削区域的压力，从而减小切削力。

然而，过大的刀尖半径可能导致刀具易于磨损，减少工具使用寿命。

3. 刀片后角对切削力的影响：刀片后角的改变可以影响切削力的大小，但也会对切削质量产生影响。

在一定范围内，较小的刀片后角会减小切削力，并提升切削质量；然而，过小的刀片后角可能导致切削力不稳定和切削质量下降。

三、刀具几何形状参数的优化方法1. 刀尖几何形状参数的优化：选择合适的切割角、刃倒角和刃倾斜角，可以在保证切削力不过大的前提下，提高切削效果和工具寿命。

优化刀尖几何形状参数的方法包括结构设计与材料选择等。

2. 刀尖半径的优化：根据具体加工要求，选择适当的刀尖半径，以平衡切削力与刀具寿命之间的关系。

刀具前角、后角和主、副偏角的功用及其选择刀具前角、后角和主、副偏角的功用及其选择分类：机械切削一、前角的功用及合理前角值的选择从金属切削的变形规律可知，前角(γ。

)是切削刀具上重要的几何参数之一，它的大小直接影响切削力、切削温度和切削功率，影响刃区和刀头的强度、容热体积和导热面积，从而影响刀具使用寿命和切削加工生产率。

选择合理的前角，是刀具设计的重要问题。

1.前角的主要功用(1)影响切削区域的变形程度：若增大刀具前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。

第四章图4—14所示，为前角γ。

对三个切削分力的影响，当前角增大时，Fc、Fp、Ff力均显著减小，这是增大前角的有利方面。

(2)影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件：增大刀具前角，会使切削刃与刀头的强度降低，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。

这些都是增大前角的不利方面。

(3)影响切屑形态和断屑效果：若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。

(4)影响已加工表面质量：前角与表面质量的关系，在第九章已有论述。

值得法意的是，前角大小同切削过程中的振动现象有关，减小前角或者采用负前角时，振幅急剧增大，如图10—5所示。

2.合理前角的概念从上述前角的作用可知，增大或减小前角，各有其有利和不利两方面的影响。

例如，从切削热的产生和散热来说，增大前角，可以减小切削热的产生，切削温度不致太高；但如果前角太大，则因刀头导热面积和容热体积减小，切削温度反而升高。

在切削很硬的材料时，应用较小的前角，甚至选用适宜的负前角，以加强切削刃，并改善刀头容热和散热条件；但若是前角太小，或取很大的负前角，则因切削变形严重，产生热量多，来不及散逸，结果还会使切削温度上升。

可见，在一定的条件下，前角有一个合理的数值。

图10—6为刀具前角对使用寿命影响的示意曲线。

刀具几何参数的合理选用摘要:刀具几何参数的选择是高职院校机电专业的专业基础课《机械制造》中的重要应用性课题之一,本文主要对刀具几何参数的内容及合理选用的原则及方法进行分析和阐述。

关键词:刀具几何参数的合理选用几何角度刀尖的修磨俗话说“工欲善其事,必先利其器”,作为直接参与切削工件的刀具,其几何参数选择合理与否对切削效率、加工质量、加工成本及刀具寿命等必然起着重要影响。

在机械技术人员长期的生产实践中,总结出这样一个结论:若刀具结构和几何参数的合理改善,将使刀具寿命成倍提高。

这也说明了刀具几何参数合理选择的重要意义。

1 刀具几何参数包含的内容1.1 主副切削刃主副切削刃的形状有直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃等。

切削刃的形状如何会影响工件切削层横断面形状、面积及刀具切削刃上各点角度的数值,从而对切削加工产生影响。

近几年刃形发展的主要特点是提高刀尖处的强度、减少切削加工负荷、提高刀具的抗振能力、有效加强刀具热量传散等以保护刀具。

1.2 刃口型式刃口型式主要有锋刃、负倒棱、消振棱及刃带等。

锋刃应用较多,负倒棱是在刀具前刀面开设倒棱面,消振棱是在刀具后刀面开设倒棱面,选择时要注意负倒棱与消振棱各自的作用及区别。

1.3 刀具几何角度刀具的角度有前角、后角、主偏角、刃倾角、副切削刃的副后角及副偏角等。

完整的刀具形状及结构是由刀具几何参数决定的,各参数间相互依赖、相互制约,无视它们的内在联系而孤立地选择某一参数将无法满足加工的需求。

因此刀具合理几何参数指在一定的切削条件下,在保证工件加工质量和精度的前提下,能满足刀具正常磨损而不破损、刀具寿命高、高率、低成本的刀具几何参数。

本文将介绍刀具几何角度及刀尖修磨形状的合理选择。

2 刀具几何参数合理选择时应注意的事项2.1 切削条件要考虑机床、夹具、刀具及工件组成的机械加工工艺系统刚性及功率、切削用量大小等。

通常,若工艺系统刚性较差小时,应选较大前角和主偏角等,以降低切削力和防止工件受冲击与振动。

刀具几何参数的种类、功用及选择作者：于波史晓宇来源：《科学与财富》2015年第27期摘要：刀具几何参数主要包括刀具的主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角、刀尖圆弧半径等；本文介绍了刀具的几何参数的种类、功用及对切削过程的影响。

关键词：刀具；几何参数1.前角前角γ0变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。

前角的主要功用包括：（1）影响切削区域的变形程度。

若增大刀具前角，可减小前刀面剂压切削层时的塑性变形，减小切削流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。

这是增大前角的有利方面。

（2）影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件。

增大刀具前角，会使切削刃与刀头强度降低，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。

这些都是增大前角的不利方面。

（3）影响切削形态和断屑效果。

若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。

（4）影响加工表面质量。

减小前角或者采用负前角时，会使切削过程中振动振幅增大，影响表面质量。

对于不同的刀具材料，各有其对应着最大耐用度的前角，称为合理前角。

通过试验可以得出合理前角的选择原则和参考值：一般来讲，工件材料强度硬度低，可取较大甚至很大的前角；工件材料强度、硬度高，应取较小的前角；加工特别硬的工件时，前角很小甚至取负值；加工塑性材料时，应取较大前角；加工脆性材料时，应取较小前角等。

表1.1 前角参考值2.后角后角α0的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。

后角的大小还影响作用在后刀面上的力，后刀面与工件的接触长度以及后刀面的磨损强度，因而对刀具使用寿命和加工表面质量有很大的影响。

适当增加后角可减小工件已加工表面弹性恢复层与刀具后刀面的接触长度，因而减小了后刀面的摩擦与磨损。

但后角太大时，刀具楔角显著减小，将削弱切削刃的强度。

而且因刀具楔角减小会使刀具散热体积减少使散热条件恶化，从而使刀具使用寿命降低。

第一.合理的刀具几何参数是提高刀具切削性能的重要因素，传统的刀具合理几何参数的研究方法一般是先设计并选择不同的刀具几何参数及工艺参数，并借助于一定的测试手段，来进行实际的切削实验。

用这种方法来进行研究，往往要经历一个很长的过程，耗时、耗力、实验成本高。

所以刀具合理几何参数的选择是切削理论与实践的重要课题。

所谓刀具的合理的(或者最佳)几何参数是在保证加工质量的前提下，能够满足生产效率高、加工成本高的刀具几何参数。

一般的说，选定刀具几何参数的合理值问题，本质上是多变量函数针对某一目标计算求解最佳值的问题，但是，由于影响切削加工效益的因素太多，而且影响因素之间又是相互作用的，因而建立数学模型的难度很大。

实用的优化或最佳化工作，只能在固定若干因素后，改变少量参数，取得实验数据，并且采用适当方法(例如方差分析法、回归分析法)进行处理，得出优选结论。

可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其极其重要的现实意义。

刀具角度包括主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角等。

不同的角度对刀具具体切削过程的影响是不同的。

1、前角变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。

有人曾研究认为:前角每变化一度，主切削力约改变1.5%。

在切削过程中，切削力随着前角的增大而减小。

这是因为当前角增大时，剪切角也随之增大，金属塑性变形减小，变形系数减小，沿前刀面的摩擦力也减小，因此切削力降低。

这种变化趋势在较低速的切削中尤为明显。

通过前述有限元分析，将刀具上沿接触长度上各节点的应力值相加可以获得主切削力，而在构成主切削力的各节点应力值中，刀刃部分具有最大等效力值的节点贡献最大。

因此可以这么说，为其前角变化对于切削力的影响，可以通过研究刀具前刀面上具有最大等效应力的节点的应力状况而表现出来。

所以，我们选取刀具接触长度上节点的最大等效应力作为刀具前角优化的标准。

2011 9OCCUPATION 2011 9P A I C ON O T AT PA U CU C CC OC OCCU NO CCUPATION 178浅析车刀几何参数对切削加工的影响文/孙　建本文具体分析主、副偏角，前角、后角和刃倾角对切削加工的影响。

一、主、副偏角对切削加工的影响1.主偏角K r 对切削分力的影响由背向力F p ＝FD cos k r ；进给力F f ＝FD sin k r 的计算公式可知主偏角影响切削分力的大小。

当主偏角k r 增大时，进给力F f 增加，背向力F p 减小，而背向力易使工件在水平面内变形，影响加工精度，并引起振动。

2.主、副偏角影响切削加工残留面积高度在理想的切削条件下，刀具相对工件作进给运动时，在加工表面上残留下切削层残留面积，形成理论粗糙度。

这个粗糙度值的大小与主、副偏角有很大关系。

对尖刀尖而言，如下图所示：由上图可看出，∵AD=CD×ctg k r ´；BD=CD×ctg k r ∴AD+BD=CD×ctg k r ´+CD×ctg k r =CD×(ctg k r +ctg k r ´)又∵AD+BD=f CD=H ∴f =H ×(ctg k r +ctg k r ´)∴H =f /ctg k r +ctg k r ´ （1-1）在精加工中，为获得较高的表面质量，即减小切削层的残留面积的高度，应选择比较小的进给量f 和主、副偏角比较小的刀具。

3.主偏角、副偏角直接影响主切削刃单位长度上的负荷、刀尖强度和散热条件由公式h D ＝f ×sin k r ，b D ＝a p /sin k r 可知：当切削深度a p 和进给量f 为定值时，主偏角k r 、副偏角减小时，切削层厚度h D 减小，切削层公称宽度h D 增大。

此时会使作用在主切削刃上单位长度的负荷减小，且刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，有利于提高刀具耐用度，反之亦然。