刀具的组成及主要角度

1.3刀具的组成及主要角度1.3.1刀具（切削部分）的组成由工作部分和非工作部分构成。不论刀具结构如何复杂，其切削部分都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参数。金属切削刀具的种类虽然很多，但它们切削部分的几何形状与参数却有着共性的内容。不论刀具构造如何复杂，它们的切削部分总是近似地以外圆车刀切削部分为基本形态。图1.3各种刀具切削部分的形状图1.4不重磨式刀具的切削部分（1)前刀面切屑流过的刀面。一.刀面（2)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。（3)副后刀面与工件已切削加工的表面相对的刀面。刀具切削部分的基本定义图车刀的构成二.刀刃（1）主切削刃S前面与主后面的交线。（2）副切削刃S'前面与副后面的交线。三．刀尖三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。•刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重要参数。•用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参考系;•参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作参考系两类。1.3.2刀具角度参考系在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参考系称为刀具静止参考系或标注角度参考系。1．刀具静止参考系在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。静止参考系中最常用的刀具标注角度参考系是正交平面参考系,其它参考系有法平面参考系、假定工作平面参考系等。2.正交平面参考系由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成。图2、5(1)基面pr通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装（底面）(2)切削平面ps通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。(3)正交平面po通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。图1.6正交平面参考系1.3.3刀具的标注角度一.正交平面参考系角度（1）基面中测量的刀具角度1）主偏角κr主切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf方向之间的夹角。2）副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。3）刀尖角εr主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。εr=180°-(κr＋κr′)εr是标注角度是否正确的验证公式之一。（2）切削平面中测量的刀具角度1）刃倾角λs主切削刃与基面之间的夹角。•它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。•当主切削刃与基面平行时λs=0°；•当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时λs＞0°；•反之λs≤0°。4）主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀尖的几何形状,用刀尖圆弧半径rε描述，当rε=0时为尖角过渡，rε＞0时为圆角过渡，直线过渡时用κε和bε参数描述(图2.22)。（3）正交平面中测量的刀具角度1)前角γO在正交平面内前刀面与基面之间的夹角。2)后角αo在正交平面内后刀面与切削平面之间的夹角。3)楔角βo是派生角一般不标出βo＝90°－(γO＋αo)说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。图1.7车刀的主要角度二.其它刀具标注参考系（1）法平面Pn与法平面参考系1)法平面通过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面2)法平面参考系Pr-Ps-Pn组成的参考系（图2.8)。图1.8正交平面参考系与法平面参考系（2）假定工作平面pf、及其参考系假定工作平面通过切削刃上选定点并垂直于该点基面以及其方位平行于假定进给运动方向的平面。(3)背平面参考系pr、ps、pp组成的参考系。ooo90三.刀具工作角度刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。1．刀具工作参考系的建立与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相似，不同点就在于它以合成切削运动υe或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面pre。由于工作基面的变化，将带来工作切削平面pse的变化，从而导致工作前角γoe、工作后角αoe的变化。刀具工作参考系(1)工作基面pre通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削速度方向的平面。(2)工作切削平面pse通过切削刃上的选定点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。(3)工作正交平面poe通过切削刃上的选定点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。2．刀具工作角度的分析在工作正交平面参考系中，一般考核刀具工作角度(γoe、αoe、κre、κ’re、α’oe、λse)的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况。在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。1）横向进给运动对工作前、后角的影响（1）进给运动对工作前、后角的影响用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小。若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情况正好相反。加工内表面时，情况与加工外表面相反。（2）刀具安装位置对刀具工作角度的影响1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响图1.12图1.12刀尖安装高低对工作角度的影响当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小。如图1.11所示。2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响图1.11车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响四、刀具角度的选择1.前角γO（1）功用γO刀刃锋利，切屑变形切削力和切削功率刀刃和刀尖强度，散热体积刀具寿命γo1Prγo2（2）选择前角大小取决于：工件材料、刀具材料及加工要求。•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。2.后角αo（1）功用αo后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率（2）选择后角大小取决于：切削厚度、工件材料及工艺系统刚度。•切削厚度越大，后角越小；•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；3.主偏角κr和副偏角κr′（1）功用κr和κr′刀刃强度表面粗糙度背向力Fp残留面积高度，散热条件刀具寿命，进给力Ffkr1Kr’kr2FpFf（2）选择•工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反之取较大值。•副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加工时取大值，精加工取小值。4.刃倾角λs（1）功用（2）选择主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。•加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车λs＝0°〜－5°，精车λs＝0°〜+5°；有冲击时：λs＝－5°〜－15°；特别大时：λs＝－30°〜－45°。•切削加工高强度钢、冷硬钢时：λs＝－30°〜－45°。五。刀具角度正负的规定1.4车刀及其角度标注一.车刀设计图的画法二.典型车刀设计图1.90偏刀2.45弯头车刀3.切断刀