Question

刀具切削部分的主要几何角度有哪些？

Answer 1

切削刀具种类很多,如车刀、刨刀、铣刀和钻头等。它们几何形状各异,复杂程度不等，但它们切削部分的结构和几何角度都具有许多共同的特征，其中车刀是最常用、最简单和最基本的切削工具，因而最具有代表性。其他刀具都可以看作是车刀的组合或变形(图3.1)。因此,研究金属切削工具时，通常以车刀为例进行研究和分析。

图3.1各种刀具切削部分的形状
3.1车刀的组成
车刀由切削部分、刀柄两部分组成。切削部分承担切削加工任务，刀柄用以装夹在机床刀架上。切削部分是由一些面、切削刃组成。我们常用的外圆车刀是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成的，见图3.2所示。
1.刀面
（l）前刀面Aγ 刀具上切屑流过的表面；
（2）后刀面Aα 与工件上切削表面相对的刀面；
（3）副后刀面Aαˊ 与已加工表面相对的刀面。

图3.2 车刀的组成
2.切削刃
（1）主切削刃S 前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作；
（2）副切削刃Sˊ 前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。
（3）刀尖是主、副切削刃相交的一点，实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀尖圆弧半径,用rε表示,如图3.3所示。

图3.3刀尖形状

3.2刀具几何角度参考系
为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准，通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的空间方位。
刀具几何角度参考系有两类，刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。
1.刀具标注角度参考系
（1）假设条件 刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量角度的基准，在此基准下定义的刀具角度称刀具标注角度。为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规定了如下假设条件。
①假设运动条件 用主运动向量vc近似地代替相对运动合成速度向量ve(即vf=0)。
②假设安装条件 规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。
（2）刀具标注角度参考系种类 根据ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标注角度参考系有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系三种。
①正交平面参考系 如图3.4所示,正交平面参考系由以下三个平面组成：

图3.4 正交平面参考系
基面pr是过切削刃上某选定点平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般来说其方位要垂直于假定的主运动方向。车刀的基面都平行于它的底面。
主切削平面ps是过切削刃某选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。
正交平面po是过切削刃某选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。
过主、副切削刃某选定点都可以建立正交平面参考系。基面pr、主切削平面ps、正
交平面po三个平面在空间相互垂直。
②法平面参考系 如图3.5所示,法平面参考系由pr、ps和法平面pn组成。其中法平面pn是过切削刃某选定点垂直于切削刃的平面。

图3.5 法平面参考系

图3.6 假定工作平面参考系
③假定工作平面参考系 如图3.6所示,假定工作平面参考系由pr、pf和pp组成。假定工作平面pf是过切削刃某选定点平行于假定进给运动并垂直于基面的平面。背平面pp是过切削刃某选定点既垂直于假定进给运动又垂直于基面的平面。刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参考系。
3. 刀具工作角度参考系
刀具工作角度参考系是刀具切削工作时角度的基准（不考虑假设条件），在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。

3.3刀具标注角度定义
如图3.7所示。
1.在基面内测量的角度
（1）主偏角kr 主切削刃与进给运动方向之间的夹角。
（2）副偏角kr’ 副切削刃与进给运动反方向之间的夹角。
（3）刀尖角er 主切削平面与副切削平面间的夹角。刀尖角的大小会影响刀具切削部分的强度和传热性能。它与主偏角和副偏角的关系如下:

2.在主切削刃正交平面内(O-O)测量的角度
（1）前角go 前刀面与基面间的夹角。当前刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以外，前角为正。
（2）后角ao 后刀面与切削平面间的夹角。
（3）楔角bo 前刀面与后刀面间的夹角。
楔角的大小将影响切削部分截面的大小，决定着切削部分的强度，它与前角go和后角ao的关系如下

3.在切削平面内(S向)测量的角度
刃倾角ls 主切削刃与基面间的夹角。刃倾角正负的规定如图3.8所示。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处于最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。

ls=0的切削称为直角切削，此时主切削刃与切削速度方向垂直，切屑沿切削刃法向流出。ls≠0的切削称为斜角切削，此时主切削刃与切削速度方向不垂直，切屑的流向与切削刃法向倾斜了一个角度，如图3.9所示。
4.在副切削刃正交平面内（O´-O´）测量的角度
副后角ao‘ 副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。
上述的几何角度中，最常用的是前角（go）、后角（ao）、主偏角（kr）、刃倾角（ls）、副偏角（kr‘）和副后角（ao‘），通常称之为基本角度，在刀具切削部分的几何角度中，上述基本角度能完整地表达出车刀切削部分的几何形状，反映出刀具的切削特点。er、bo为派生角度。

3.4刀具工作角度
切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具于工件间相对运动情况的变化，实际起作用的角度与标注角度有所不同，我们称这些角度为工作角度。现在仅就刀具安装位置对角度的影响叙述如下。
1. 刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影响
当车刀刀柄与进给方向不垂直时，主偏角和副偏角将发生变化。如图3.10所示。

= - G

2. 切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的影响
切削刃安装高于或低于工件中心时，按辅助平面定义，通过切削刃作出的切削平面、基面将发生变化，所以使刀具角度也随着发生变化，如图3.11所示。
切削刃安装高于工件中心时：
γoe= γo + N
α oe= α o - N
切削刃安装低于工件中心时
γoe= γo - N
α oe= α o + N
3.5切削层参数
切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面中度量，切削层的形状和尺寸将直接影响刀具切削部分所承受的负荷和切屑的尺寸大小。
如图3.12所示，车外圆时，当主、副切削刃为直线，且ls =0，切削层就是车刀由位置Ⅰ移动到位置Ⅱ即一个f距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。

1. 切削层公称厚度hD
简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。
hD＝f sinκr
2. 切削层公称宽度bD
简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。
bD＝ ap/sinκr
3.切削层公称横截面积AD
AD＝ hD. bD＝ f. ap