关于对车刀几何参数的选择分析

隋聚江　刘子国

【摘 要】刀具的几何参数对切削过程中的金属切削变形、切削力、切削温度、工件的加工质量及刀具的磨损都有显著的影响。选择合理的刀具几何参数，可使刀具潜在的切削能力得到充分发挥，降低生产成本，提高切削效率。

【关键词】车刀；几何参数；选择

车刀刃磨水平的高低直接关系到产品的生产效率、加工质量、设备能耗和产品成本，甚至关系到操作者的人身安全，也反映出操作者对加工主体的特性和切削用量的灵活应变能力。合理选择车刀的几何参数是决定刃磨质量的关键，其主要体现于对车刀角度和前面形状的合理选择。两者既相互依赖又相互制约，一把车刀不能只有一个角度，如果只有一个角度选择合理，它的切削效果也不一定理想，操作者必须根据工件材料、车刀材料、切削用量，以及工件、车刀、夹具和车床的刚性等各方面因素，全面分析，找出切削过程中的主要矛盾，合理选择车刀的角度和前面形状。

刀具几何参数包含切削刃的形状、切削区的剖面形式、刀面形式和刀具几何角度四个方面，这里主要讨论刀具几何角度的合理选择，即前角、后角、副后角、主偏角、副偏角及刃倾角的合理选择。

1.前角的选择

前角r0是车刀切削部分的一个最主要的角度，车刀是否锋利主要取决于前角的大小。一般增大前角时可以减小切削变形，减小切屑和前刀面的摩擦，使切削力降低，加工起来很轻快。增大前角还可以使前刀面上承受切削力的位置后移，改善切削刃受力情况，同时还可以抑制积屑瘤的产生。减小前角可增强刀尖强度，但切削变形和切削力都会增大。前角的选择主要遵循以下原则：

（1）加工塑性材料时，前角应取较大值；加工脆性材料时，应选用较小的前角；（2）工件材料的强度、硬度较低时，选用较大的前角；反之，选用较小的前角；（3）刀具材料韧性好时，前角应选大些，如高速钢车刀；刀具材料韧性差时，如硬质合金车刀；（4）粗加工和断续切削时应选较小的前角，横加工时应选较大的前角；（5）车床一夹具一工件—刀具系统刚度差时，应选较大的前角。高速钢车刀的合理前角一般比表面的值大5°-10°。

2.后角和副后角的选择

后角与车刀强度有直接关系。后角大，相对的摩擦可以减小，车削时较轻快，车刀的磨损也比较馒。但后角选得过大，车刀的楔角会显著减小，使车刀的强度大大降低，容易崩刀。

同时车刀切削刀的散热条件变差，磨损加剧。后角的选择主要根据以下原则：

（1）加工硬度高、机械强度大及脆性材料时，应选较小的后角；加工硬度低、机械强度小及塑性材料时，应选较大的后角；（2））粗加工时应选取较小后角，精加工时应选取较大后角选大一些；（3）工件与车刀的刚度差时应选较小的后角；（4）高速车削时，应选较小的后角。

副后角—般与后角取相同的数值。但切断刀受刀头强度限制，应把副后角磨得较小。

3.主偏角的选择

主偏角是一个重要的角度，它对车刀的耐用度有很大的影响，它的变化直接影响到切削厚度大与切削宽度的大小。改变主偏角的大小，可改变径向力和轴向力的大小。主偏角增大时，径向力减小，轴向力增大，不易产生振动。常用的车刀主偏角有45°、60°、75°、90°四种。主偏角的选择主要根据以下几个原则：

（1）工件材料越硬，应选取越小的主偏角；（2）刚度差的工件（如细长轴）应选较大的主偏角，减小径向力；（3）在车床一夹具一工件一刀具系统刚度较好的情况下，主偏角应尽量选小一些。

4.副偏角的选择

较小的副偏角可显著地减小车削后的残留面积，减小工件的表面粗糙度。但是减小副偏角会增加切削面积，容易引起振动。只有当工件一车刀一夹具一车床系统有足够的刚度时，才能取较小的副偏角。有时为了得到租糙度值较小的工件表面，应采用宽刃刀来进行。如果进给量小于切削刃宽度，那么它的副偏角就等于零。副偏角的选取主要根据以下原则：

（1）工件一车刀一夹具一车床系统的刚度好，可选较小的副偏角；（2）精加工刀具应选较小的副偏角；（3）加工高硬度材料或断续切削时，应该选较小的副偏角，以提高刀尖强度。

5.刃倾角的选择

刃倾角的选择主要根据以下几点：

（1）一般粗车时（指工件圆整、被切削层均匀），选取稍偏于负值的刃倾角（-3°-0°）；精车时，应选取负值的刃倾角（-8°-3°）。

（2）强力车削时，选取负值的刃倾角（-10°-5°）；冲击负荷大的断续车削时，应选取较大负值的刃倾角。

（3）加工高硬度材料时，应选取负值的刃倾角，以提高刀尖强度。

6.过度刃的选择

主偏角较大时，为增加刀尖强度，在靠近刀尖处对主切削刃进行修磨，便形成了过渡刃。

过渡刃的作用主要是提高刀具强度和改善散热条件。车削时，刀尖处的主副切削刃都参加切削，切削力和切削热最集中，温度最高，因此，刀尖处的磨损最严重。而当刀尖处磨有过渡刃后，就能显著改善刀尖处的切削性能，提高车刀的耐用度。过渡刃的形状有直线形和圆弧形（即刀尖圆弧半径）两种，前者因呈直线形，其偏角大小通常均取主偏角值的一半左右，过渡刀长度为0.5-2mm；后者不但能提高车刀的耐用度，还可减小车削后的残留面积，降低工件已加工表面粗糙度。但刀尖圆弧半径不宜过大，否则会引起振动。

7.车刀安装位置的选择

（1）刀具的安装位置对车刀工作角度的影响在安装车刀时，车刀刀尖应尽量对准工件旋转中心，车削外圆时，如果车刀装得太高，则前角增大，后角减小，增大车刀后面的摩擦，降低了刀尖的强度；相反如果车刀装得太低，则后角增大，前角变小，切削不够顺畅，有时甚至会抬起工件，打坏车刀。车削内孔时，车刀装得高或低，结果恰恰与车外圆时相反。车刀除了在车无孔端面时，必须对准中心外，一般情况下，尚可略高于中心。经验认为，车刀安装的高低误差，应小于工件直径的百分之一。此外，车刀装偏会影响主、副偏角的大小。

（2）进给运动对车刀工作角度的影响在横向进给时，车刀按一定的走刀量向前推进，这时车刀在端面上走过的轨迹不是一个圆圈，而是一条阿基米德螺旋线，车刀越接近中心和走刀量越大，螺旋线越倾斜，从而使车刀切削时的后角变小，前角变大，因此在刃磨时后角应磨得大一些。在纵向进给时，由于车刀在工件上走出的轨迹是一条螺旋线，这条螺旋线的切线与原切削平面不重合，而是相交一定角度，所以在切削时实际后角是减去这个交角的差值。在车外圆或内孔时，由于影响很小，可以忽略不计。在车削螺纹时，这个交角很大，所以在刃磨螺纹刀后角时，要加上这个螺旋角差值，以克服走刀运动的影响。

（3）工件形状对车刀几何参数的影响在加工凸轮类零件时，由于工件形状的变化，也能引起车刀前后角的变化，刃磨时应考虑这个角度的变化。以上这三个因素在选择刀具的几何参数时必须给予适当考虑。

总之，在选择车刀的几何参数时，应根据工件材料和车刀材料的机械物理性能、切削用量以及工件、车刀、夹具和机床的刚度等等因素，找出切削过程中的主要问题，把车刀的锋利放在第一位，以锋利为前提，适当考虑车刀的强度。由于车刀的锋利主要取决于前角的大小，所以在选择时首先要抓住切削过程中的主要问题，合理确定前角值，然后选择其它几何角度加以配合。

【参考文献】

[1]周如太.车刀几何角度的选择[J].机械制造，1996（03）.

[2]王梦白.车刀负倒棱的作用、分析及利用[J].金属加工（冷加工），1992，（09）.