刀具幾何參數的合理選用

摘要：刀具幾何參數的選擇是高職院校機電專業的專業基礎課《機械制造》中的重要應用性課題之一，本文主要對刀具幾何參數的內容及合理選用的原則及方法進行分析和闡述。

關鍵詞：刀具幾何參數的合理選用幾何角度刀尖的修磨

中圖分類號:O181文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(c)-0000-00

俗話說“工欲善其事，必先利其器”，作為直接參與切削工件的刀具，其幾何參數選擇合理與否對切削效率、加工質量、加工成本及刀具壽命等必然起著重要影響。在機械技術人員長期的生產實踐中，總結出這樣一個結論：若刀具結構和幾何參數的合理改善，將使刀具壽命成倍提高。這也說明了刀具幾何參數合理選擇的重要意義。

1 刀具幾何參數包含的內容

1.1 主副切削刃

主副切削刃的形狀有直線刃、折線刃、圓弧刃、波形刃等。切削刃的形狀如何會影響工件切削層橫斷面形狀、面積及刀具切削刃上各點角度的數值，從而對切削加工產生影響。近幾年刃形發展的主要特點是提高刀尖處的強度、減少切削加工負荷、提高刀具的抗振能力、有效加強刀具熱量傳散等以保護刀具。

1.2 刃口型式

刃口型式主要有鋒刃、負倒棱、消振棱及刃帶等。鋒刃應用較多，負倒棱是在刀具前刀面開設倒棱面，消振棱是在刀具后刀面開設倒棱面，選擇時要注意負倒棱與消振棱各自的作用及區別。

1.3 刀具幾何角度

刀具的角度有前角、后角、主偏角、刃傾角、副切削刃的副后角及副偏角等。

完整的刀具形狀及結構是由刀具幾何參數決定的，各參數間相互依賴、相互制約，無視它們的內在聯系而孤立地選擇某一參數將無法滿足加工的需求。因此刀具合理幾何參數指在一定的切削條件下，在保證工件加工質量和精度的前提下，能滿足刀具正常磨損而不破損、刀具壽命高、高率、低成本的刀具幾何參數。本文將介紹刀具幾何角度及刀尖修磨形狀的合理選擇。

2 刀具幾何參數合理選擇時應注意的事項

2.1 切削條件要考慮機床、夾具、刀具及工件組成的機械加工工藝系統剛性及功率、切削用量大小等。通常，若工藝系統剛性較差小時，應選較大前角和主偏角等，以降低切削力和防止工件受沖擊與振動。

2.2 工件的具體條件工件的具體條件指工件毛坯的制造方法、工件精度和質量的技術要求、工件的切削加工性及其耐熱性、硬度等基本物理力學性能。只有掌握工件的具體條件才能結合實際具體分析從而選擇出合理的參數。

3 刀具幾何角度的選擇

刀具幾何角度的選擇對切削過程順利實施起決定性作用，其中主偏角、前角、后角和刃傾角的影響更為突出，科學合理的選擇幾何角度是幾何參數合理選擇的主要內容。

3.1 前角

增大前角，可降低切削力、切削熱和功率，提高刀具使用壽命，有效抑制積屑瘤的產生，改善表面質量及加工精度：但另一方面，增大前角會削弱刀具的強度，不利于切削熱的傳散。選擇合理前角應遵循的原則：（1）根據工件條件選擇。工件的硬度、強度高或斷續切削時，為保證刀具強度，前角取小值；反之取大值。（2）根據加工性質選擇。粗加工時應取小前角以保證刀具的強度；精加工時，應取大前角以保證工件的加工質量。（3）加工塑性材料時，為降低切削力應取大的前角；加工脆性材料時，選取小的前角。

3.2 后角

后角增大，可減少刀具后刀面與工件加工表面間的摩擦，降低切削力和溫度，改善加工質量：但后角增大則刀具的散熱體積增減少，刀頭強度削弱。選擇合理后角應遵循的原則：（1）工藝系統剛性差時，后角取小值。（2）需優先考慮加工質量時，后角取大值，以減少摩擦。

3.3 刃傾角

刃傾角的主要功用：（1）影響切屑流向。取正刃傾角，切屑流向工件的待加工表面，防止纏繞和劃傷已加工表面，精加工時常取正刃傾角。（2）影響切削力。取負刃傾角，可增大切削力，工藝系統剛性不足時應避免采用負刃傾角。(3) 影響刀頭強度。取負刃傾角時，刀具與工件最先接觸點不是刀尖而是遠離刀尖，可保護刀刃，改善散熱條件。(4) 影響切削變形。刃傾角絕對值增大，實際前角變大，則切削變形小，切削輕快、容易。選擇合理刃傾角應遵循的原則：主要根據加工性質來選擇刃傾角。粗加工時，加工用量大、切削力較大，刀具承受的沖擊大，為保證刀具強度，刃傾角應取負值，通常取0°到一5°；精加工時，防止纏繞和劃傷已加工表面，刃傾角應取正值，通常取0°到+ 5°。

3.4 主偏角

主偏角的主要功用：（1）主偏角是影響刀具使用壽命的主要角度。在進給量與背吃刀量（即切削深度）不變時，若主偏角增大，則切削層公稱厚度增大，單位長度切削刃所承受的負荷增大，刀具使用壽命降低；同時因切削層公稱寬度減小，切削層呈厚而窄形狀，切屑易斷屑。（2）主偏角的大小影響背向力。若減小主偏角，則使背向力增大：同時工件與刀具摩擦加劇，影響工件的加工質量，加大工件變形撓度，工藝系統易振動。選擇合理主偏角應遵循的原則：（l）按被加工表面的精度和質量要求考慮主偏角大小。若工藝系統剛比較好，不易變形和振動，可取較小的小主偏角以提高加工精度和質量。（2）按工件材料的要求考慮的主偏角大小。如加工很硬的材料，如冷硬鑄鐵和淬硬鋼，應取較小的主偏角。（3）按加工條件考慮主偏角大小。若加工中間切入的工件，應取較大主偏角，一般45°至60°；若加工臺階時，主偏角應取90°；若加工細長軸，加工條件差、加工剛性弱則應取較大主偏角，一般超過90°。

4 刀尖的修磨形狀

刀尖指刀具主、副切削刃交匯處的刀刃。所有刀具刀尖的強度都是最弱，在切削負荷和切削力的作用下刀尖處最易磨損，因此對刀尖進行修磨可改善其工作條件，提高刀尖強度和刀具使用壽命，減少刀具磨損，有利于切削熱的傳散，提高加工精度及提高進給量。

刀尖常用兩種形式：圓弧形和倒角形刀尖。1圓弧形刀尖：多用在半精加工與精加工中。若刀尖圓弧半徑越大，則可提高刀尖強度，工件表面加工精度高，但同時背向力增大而易振動，因此刀尖圓弧半徑的增大應有一定的限度。2倒角刀尖:多用在面銑刀、切斷刀及鉆頭等多刃刀具上。若多刃刀具采用圓弧形刀尖，刃磨復雜且很難刃磨得均勻對稱。

隨著機械制造業的快速發展，以高效、低成本及高精度為目標的刀具幾何參數的合理選用越來越重要。作為高等職業院校的學生在深刻理解和掌握幾何參數的合理選用的原則、方法及過程等理論內容基礎上應閱讀有關資料及生產樣本，進一步理論聯系實際，在實踐中加強對知識的理解，在實踐中強化知識的應用。