淺談如何選擇刀具的幾何角度

金屬切削刀具是切削加工中的重要工具，也是切削加工中影響生產率、加工質量與成本的最活躍的因素。刀具角度是確定刀頭幾何形狀與切削性能的重要參數，是各類刀具設計、選擇、使用、刃磨的基礎。全面掌握刀具的角度，對提高生產率、保證加工質量、降低生產成本起著決定性的作用。

一、了解刀具的組成

刀具可分為夾持部分和切削部分，刀具切削部分（以車刀為例）號稱“三面兩刃一尖”，即前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖。前刀面Aγ：切屑流出的表面。主后刀面Aα：切削時刀具上與工件過渡表面相對的表面。C、副后刀面A′α：切削時刀具上與工件已加工表面相對的表面。主切削刃S：前刀面與主后刀面的交線，切削時起主要切削作用。副切削刃S′：前刀面與副后刀面的交線，切削時起輔助作用。刀尖：指主切削刃與副切削刃的連接處相當少的一部分切削刃，分為修圓刀尖和倒角刀尖。

二、識別刀具角度的幾個輔助平面

用于定義和規定刀具角度的各輔助基準坐標平面，只是假定參考，事實上看不見，摸不著。其中包括：切削平面Ps ——通過切削刃上一點，并與加工表面相切的平面；基面Pr ——過主切削刃選定點，并與該點的切削速度方面垂直的平面；主截面Po ——過主切削刃選定點與基面，主切削平面兩兩垂直的平面。

三、認識刀具的幾何角度

1.前角（γo）——刀具前刀面與基面的夾角，在主截面內測量

前角的大小決定了刀具的鋒利程度，前角越大，刀具越鋒利。前角大，切削層的塑性變形小，刀具和切屑摩擦阻力小，切削力和切削熱可降低；但前角過大，會使切削刃和刀頭強度降低，散熱條件惡化，刀具壽命下降；有時為了增加刀具強度、斷屑，常采用較小前角。

2.主后角（αo）——主后刀面與切削平面之間的夾角，簡稱后角

后角的大小決定了刀刃的強度，并配合前角改變切削刃的鋒利程度。增加后角，可以減少刀具的后刀面或副后刀面與工件之間的摩擦，但后角過大，會減弱切削刃強度，并惡化散熱條件，使刀具壽命下降。

3.副后角（α＇o）——副后刀面與副切削平面的夾角

它在副截面上測量產生，其作用與主后面相似（注：副截面是指κ垂直于副切削刃且垂直于基面的平面）。

4.主偏角（κ＇r）——主刀刃與待加工表面之間的夾角，也稱為導角

主偏角的大小主要影響到切削層的形狀以及切削分力的變化。改變主偏角的大小，可調整徑向切削分力和軸向切削分力的比例。主偏角增大時，徑向切削分力減小，軸向切削分力增大；減小主偏角，可減小切削厚度和切削刃單位長度上的負荷；同時，由于主切削刃工作長度增大，刀尖增大，刀具的散熱條件得到改善，刀具壽命可提高；但主偏角過小，使徑向切削力增大，容易引起切削振動。

綜合以上分析，主偏角的選擇可根據以下幾個因素：在工藝系統（機床－工件－夾具－刀具）剛性允許得條件下，應盡可能采用較小的主偏角，提高刀具的壽命；工件材料強度，硬度高時，宜取較小的主偏角；在切削過程中，刀具需作中間切入時，應取較大的主偏角。

5.副偏角（κ＇r）——副刀刃與已加工表面之間的夾角，也稱為離角

副偏角和主偏角一起影響已加工表面的粗糙度。副偏角越大，副后面與已加工表面的摩擦越小，可減小副切削刃工作部分與工件已加工表面之間的摩擦；副偏角過大，會使刀尖角減小，工件表面的殘留面積也增加，刀具的散熱條件惡化，表面粗糙度增大。減小副偏角，副切削刃的工作長度增大，對工件已加工表面的修光作用加強，有利于減小工件表面粗糙度；但過小的副偏角，會使刀具的徑向切削力增大，在工藝系統剛性不足情況下容易引起切削振動。

6.刃傾角（λr）——主刀刃與基面之間的夾角，又稱為主刀刃斜角

該角在切削平面上測量。改變刃傾角的方向和大小，可控制切屑的流動方向。斷續切削時，適當的刃傾角可使切削刃逐漸切入和切出工件，緩和沖擊，使切削平穩；刃傾角還影響刀尖的強度，當刃傾角為正值時，刀尖的強度降低，鐵屑向刀架方向流出，適用于精加工類型刀具。負值的刃傾角，可提高刀尖的抗沖擊能力，但過大的負刃傾角會使徑向切削力顯著增大，同時增大實際切削前角，減小切屑變形，使切削輕快。

另外，刀具還有兩個派生角度。第一，楔角（βo）——前刀面與主后刀面的夾角。第二，刀尖角（εr）——主、副刀刃在基面上的投影夾角，它影響到刀尖的強度。因為主偏角、副偏角和刀尖角之和等于180°，刀尖角數值隨著主偏角、副偏角的變化而變化。

（作者單位：山東棗莊職業學院）