刀具幾何參數(shù)的合理選用

摘要：刀具幾何參數(shù)的選擇是高職院校機(jī)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課《機(jī)械制造》中的重要應(yīng)用性課題之一，本文主要對(duì)刀具幾何參數(shù)的內(nèi)容及合理選用的原則及方法進(jìn)行分析和闡述。

關(guān)鍵詞：刀具幾何參數(shù)的合理選用幾何角度刀尖的修磨

中圖分類號(hào):O181文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)03(c)-0000-00

俗話說(shuō)“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(shù)選擇合理與否對(duì)切削效率、加工質(zhì)量、加工成本及刀具壽命等必然起著重要影響。在機(jī)械技術(shù)人員長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，總結(jié)出這樣一個(gè)結(jié)論：若刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的合理改善，將使刀具壽命成倍提高。這也說(shuō)明了刀具幾何參數(shù)合理選擇的重要意義。

1 刀具幾何參數(shù)包含的內(nèi)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(huì)影響工件切削層橫斷面形狀、面積及刀具切削刃上各點(diǎn)角度的數(shù)值，從而對(duì)切削加工產(chǎn)生影響。近幾年刃形發(fā)展的主要特點(diǎn)是提高刀尖處的強(qiáng)度、減少切削加工負(fù)荷、提高刀具的抗振能力、有效加強(qiáng)刀具熱量傳散等以保護(hù)刀具。

1.2 刃口型式

刃口型式主要有鋒刃、負(fù)倒棱、消振棱及刃帶等。鋒刃應(yīng)用較多，負(fù)倒棱是在刀具前刀面開(kāi)設(shè)倒棱面，消振棱是在刀具后刀面開(kāi)設(shè)倒棱面，選擇時(shí)要注意負(fù)倒棱與消振棱各自的作用及區(qū)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(jié)構(gòu)是由刀具幾何參數(shù)決定的，各參數(shù)間相互依賴、相互制約，無(wú)視它們的內(nèi)在聯(lián)系而孤立地選擇某一參數(shù)將無(wú)法滿足加工的需求。因此刀具合理幾何參數(shù)指在一定的切削條件下，在保證工件加工質(zhì)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(shù)。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(shù)合理選擇時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

2.1 切削條件要考慮機(jī)床、夾具、刀具及工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)剛性及功率、切削用量大小等。通常，若工藝系統(tǒng)剛性較差小時(shí)，應(yīng)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(dòng)。

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(zhì)量的技術(shù)要求、工件的切削加工性及其耐熱性、硬度等基本物理力學(xué)性能。只有掌握工件的具體條件才能結(jié)合實(shí)際具體分析從而選擇出合理的參數(shù)。

3 刀具幾何角度的選擇

刀具幾何角度的選擇對(duì)切削過(guò)程順利實(shí)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(xué)合理的選擇幾何角度是幾何參數(shù)合理選擇的主要內(nèi)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(chǎn)生，改善表面質(zhì)量及加工精度：但另一方面，增大前角會(huì)削弱刀具的強(qiáng)度，不利于切削熱的傳散。選擇合理前角應(yīng)遵循的原則：（1）根據(jù)工件條件選擇。工件的硬度、強(qiáng)度高或斷續(xù)切削時(shí)，為保證刀具強(qiáng)度，前角取小值；反之取大值。（2）根據(jù)加工性質(zhì)選擇。粗加工時(shí)應(yīng)取小前角以保證刀具的強(qiáng)度；精加工時(shí)，應(yīng)取大前角以保證工件的加工質(zhì)量。（3）加工塑性材料時(shí)，為降低切削力應(yīng)取大的前角；加工脆性材料時(shí)，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(zhì)量：但后角增大則刀具的散熱體積增減少，刀頭強(qiáng)度削弱。選擇合理后角應(yīng)遵循的原則：（1）工藝系統(tǒng)剛性差時(shí)，后角取小值。（2）需優(yōu)先考慮加工質(zhì)量時(shí)，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(shí)常取正刃傾角。（2）影響切削力。取負(fù)刃傾角，可增大切削力，工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)應(yīng)避免采用負(fù)刃傾角。(3) 影響刀頭強(qiáng)度。取負(fù)刃傾角時(shí)，刀具與工件最先接觸點(diǎn)不是刀尖而是遠(yuǎn)離刀尖，可保護(hù)刀刃，改善散熱條件。(4) 影響切削變形。刃傾角絕對(duì)值增大，實(shí)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(yīng)遵循的原則：主要根據(jù)加工性質(zhì)來(lái)選擇刃傾角。粗加工時(shí)，加工用量大、切削力較大，刀具承受的沖擊大，為保證刀具強(qiáng)度，刃傾角應(yīng)取負(fù)值，通常取0°到一5°；精加工時(shí)，防止纏繞和劃傷已加工表面，刃傾角應(yīng)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(jìn)給量與背吃刀量（即切削深度）不變時(shí)，若主偏角增大，則切削層公稱厚度增大，單位長(zhǎng)度切削刃所承受的負(fù)荷增大，刀具使用壽命降低；同時(shí)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(shí)工件與刀具摩擦加劇，影響工件的加工質(zhì)量，加大工件變形撓度，工藝系統(tǒng)易振動(dòng)。選擇合理主偏角應(yīng)遵循的原則：（l）按被加工表面的精度和質(zhì)量要求考慮主偏角大小。若工藝系統(tǒng)剛比較好，不易變形和振動(dòng)，可取較小的小主偏角以提高加工精度和質(zhì)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(yīng)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(yīng)取較大主偏角，一般45°至60°；若加工臺(tái)階時(shí)，主偏角應(yīng)取90°；若加工細(xì)長(zhǎng)軸，加工條件差、加工剛性弱則應(yīng)取較大主偏角，一般超過(guò)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(qiáng)度都是最弱，在切削負(fù)荷和切削力的作用下刀尖處最易磨損，因此對(duì)刀尖進(jìn)行修磨可改善其工作條件，提高刀尖強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)度，工件表面加工精度高，但同時(shí)背向力增大而易振動(dòng)，因此刀尖圓弧半徑的增大應(yīng)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(fù)雜且很難刃磨得均勻?qū)ΨQ。

隨著機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展，以高效、低成本及高精度為目標(biāo)的刀具幾何參數(shù)的合理選用越來(lái)越重要。作為高等職業(yè)院校的學(xué)生在深刻理解和掌握幾何參數(shù)的合理選用的原則、方法及過(guò)程等理論內(nèi)容基礎(chǔ)上應(yīng)閱讀有關(guān)資料及生產(chǎn)樣本，進(jìn)一步理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐中加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解，在實(shí)踐中強(qiáng)化知識(shí)的應(yīng)用。