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小知识:刀具角度的作用!

金属切削刀具切削部分的结构要素、几何角度与斧头等刀具有许多共同的特征。如图1,各种多齿刀具或复杂刀具,就其一个刀齿而言,都相当于一把斧头的刀头 。现以熟悉的车刀为例说明刀具主要几何角度。



刀具的切削部分
1.车刀切削部分的组成  
车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成(如图2)。



硬质合金外园车刀
(1) 前刀面 刀具上切屑流过的表面。
(2) 主后刀面 刀具上与工件上的加工表面相对着并且相互作用的表面,称为主后刀面。
(3) 副后刀面 刀具上与工件上的已加工表面相对着并且相互作用的表面,称为副后刀面。
(4) 主切削刃 刀具上前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃。
(5) 副切削刃 刀具上前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。
(6)刀尖 主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。刀尖实际是一小段曲线或直线,称修圆刀尖和倒角刀尖。
2.车刀切削部分的主要角度
(1)测量车刀切削角度的辅助平面

测量车刀的辅助平面
为了确定和测量车刀的几何角度,需要选取三个辅助平面作为基准,这三个辅助平面是切削平面、基面和正交平面,如图3所示。
1)切削平面Ps 切削平面是切于主切削刃某一选定点并垂直于刀杆底平面的平面。
2)基面Pr 基面是过主切削刃某一选定点并平行于刀杆底面的平面。
3)正交平面P0 主剖面是垂直于切削平面又垂直于基面的平面。
可见这三个坐标平面相互垂直,构成一个空间直角坐标系。

车刀的主要角度
(2) 车刀的主要几何及其选择
1)前角前角在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。前角的正负方向按图示规定表示,即刀具前刀面在基面之下时为正前角,刀具前刀面在基面之上时为负前角。前角一般在-5°~ 25°之间选取。
前角选择的原则:前角的大小主要解决刀头的坚固性与锋利性的矛盾。因此首先要根据加工材料的硬度来选择前角。加工材料的硬度高,前角取小值,反之取大值。其次要根据加工性质来考虑前角的大小,粗加工时前角要取小值,精加工时前角应取大值。
2)后角在正交平面内测量的主后刀面与切削平面间的夹角。后角不能为零度或负值,一般在6°~12°之间选取。
后角选择的原则:首先考虑加工性质。精加工时,后角取大值,粗加工时,后角取小值。其次考虑加工材料的硬度,加工材料硬度高,主后角取小值,以增强刀头的坚固性;反之,后角应取小值。



3)主偏角在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般在30°~ 90°之间选取。
主偏角的选用原则:首先考虑车床、夹具和刀具组成的车工工艺系统的刚性,如车工工艺系统刚性好,主偏角应取小值,这样有利于提高车刀使用寿命和改善散热条件及表面粗造度。其次要考虑加工工件的几何形状,当加工台阶时,主偏角应取90°,加工中间切入的工件,主偏角一般取60 °。



图5 刃倾角的符号
 4)副偏角在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。
副偏角的选择原则:首先考虑车刀、工件和夹具有足够的刚性,才能减小副偏角;反之,应取大值;其次,考虑加工性质,粗加工时,副偏角可取10°~15°,粗加工时,副偏角可取5°左右。
5)刃倾角λs 在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。当主切削刃呈水平时,λs =0°;刀尖为主切刃上最高点时,λs>0°;刀尖为主切削刃上最低点时,λs<0°(如图5所示)。刃倾角一般在-10°~5°之间选取。
刃倾角的选择原则:主要看加工性质,粗加工时,工件对车刀冲击大,λs ≥0°,精加工时,工件对车刀冲击力小,λs ≤0°,一般取λs =0°。

无论用于何种加工,刀具都有三个主要角度:前角、切入角和后角。其作用如下:①前角:影响切削力、切削刃强度和切屑流动特性;②切入角:控制切削力的方向,有效减薄切屑,保护切削刃最薄弱的部位;③后角:确保刀具切削时不会与工件发生摩擦。

    通过对刀具的这三个角度进行综合优化,可以强化切削刃,同时使工件材料能从切削区自由流出,从而减小切削力,延长刀具寿命。

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