金属切削刀具基础与几何角度定义及标注详解

金属切削刀具基础与几何角度定义及标注详解

金属切削刀具在机械加工中扮演着至关重要的角色，其几何角度的合理设计直接影响加工效率和工件质量。本文将系统介绍金属切削刀具的基础知识、几何角度的定义及标注方法，帮助读者全面理解刀具设计的关键要素。

一、参考系的定义与分类

参考系是用来定义和测量刀具角度的参考平面，是具有一定空间位置的假想平面。

1. 标注参考系

标注参考系是刀具设计、制造、刃磨与测量的基准。

2. 工作参考系

工作参考系是确定工作状态中刀具角度的基准。

3. 标注参考系的假定条件

• 运动条件：不考虑进给运动的影响，只考虑主运动（切削速度）的影响。
• 安装条件：车刀刀尖与工件轴线等高、刀杆中心线垂直于进给方向。

4. 正交平面参考系

正交平面参考系由基面Pr、切削平面Ps与正交平面Po组成，即：Pr—Ps—Po 。

• 基面Pr：通过切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动（切削速度v）方向的平面。
• 切削平面Ps：通过切削刃上某一选定点，相切于工件过渡表面并垂直于基面的平面。
• 正交平面Po：通过切削刃上某一选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面，也叫剖面或截面。

5. 其他参考平面简介

• 法平面Pn：通过切削刃上某一选定点，垂直于切削刃的平面。
• 进给平面Pf：通过切削刃上某一选定点，垂直于基面Pr且平行于进给运动方向的平面。
• 背平面Pp（切深平面）：通过切削刃上某一选定点，同时垂直于基面和进给平面的平面。

二、刀具几何角度的定义及标注

1. 刀具几何角度的定义

刀具几何角度是描述刀具切削部分形状和位置的重要参数，主要包括前角、主后角、副后角、主偏角、副偏角和刃倾角等。

2. 刀具几何角度的标注方法

• 投影作图法：严格按投影关系来绘制几何形状，但绘制烦琐，一般较少使用。
• 简单画法：视图间大致符合投影关系，但角度与尺寸必须按比例绘制，这是一种常用的方法。

三、刀具角度的主要作用及合理选择

1. 前角

• 主要作用：
• 影响刀刃的锋利程度和强度
• 影响切削变形和切削力
• 影响工件加工表面质量
• 选择原则：
• “锐中求固，力求锋利”
• 强化刀刃和刀尖
• 主要考虑工件材料、加工性质、刀具材料和工艺系统刚度等因素

2. 主后角

• 主要作用：
• 影响切削刃的锋利程度和强度
• 影响刀头的散热性能
• 减小刀具后刀面与工件加工表面之间的摩擦，改善工件表面质量
• 选择原则：
• 粗加工时取较小值（αo= 4°~ 6°），精加工时可取较大的主后角（αo=8°~12°）
• 工件材料硬度、强度较高时取较小的主后角
• 工件材料塑性、韧性较大时取较大的主后角
• 刀具材料强度和韧性较好时可选择较大的主后角
• 工艺系统刚度较差时选择较小的主后角

3. 副后角

• 主要作用：减小刀具副后刀面与工件已加工表面的摩擦
• 选择原则：与主后角的选择基本相同，但切断刀应取较小的副后角（αo′=1°~2°）

4. 主偏角

• 主要作用：
• 影响刀尖强度和散热性能
• 影响切削分力大小
• 影响断屑
• 选择原则：
• 主要取决于工件表面形状
• 粗加工和工艺系统刚度较好时取较小值
• 工艺系统刚度较差时取较大值

5. 副偏角

• 主要作用：影响工件副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，影响刀尖强度和散热性能
• 选择原则：与主后角的选择基本相同

6. 刃倾角

• 主要作用：
• 影响排屑方向
• 影响刀头强度
• 影响切削的平稳性
• 影响切削刃的锋利性
• 选择原则：
• 精加工时取正值刃倾角（+λs）
• 粗加工、断续切削和带冲击的切削时选负值刃倾角（-λs）
• 工艺系统刚度较差时不宜选择负值刃倾角
• 微量切削可采用大刃倾角（λs＝45° ~75°）