如何选择适宜的刀具角度？

刀具几何参数可分为两类：一类是刀具角度参数，另一类是刀具刃型尺寸参数。各参数之间存在着相互依赖、相互制约的作用，因此应综合考虑各种参数，以便进行合理地选择。虽然刀具材料的优选对于切削过程的优化具有关键作用，但刀具几何参数的选择不合理也会使刀具材料的切削性能得不到充分的发挥。

在保证加工质量的前提下，能够满足刀具使用寿命长、生产效率高、加工成本低的几何参数，称为刀具的合理几何参数。

1）选择刀具几何参数应考虑的因素

①工件材料：要考虑工件材料的化学成分、制造方法、热处理状态、物理和机械性能（包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系数等），还有工件毛坯表层情况、工件的形状、尺寸、精度和表面质量要求等。

②刀具材料和刀具结构：除了要考虑刀具材料的化学成分、物理和机械性能（包括硬度、抗弯强度、冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数）外，还要考虑刀具的结构形式与安装方式。

③具体的加工条件：比如要综合考虑机床、夹具的情况，工艺系统刚性及机床功率大小，切削用量和切削液性能等。一般地说，粗加工时，着重考虑保证最大的生产率；精加工时，主要考虑保证加工精度和已加工表面的质量要求；对于自动线生产用的刀具，主要考虑刀具工作的稳定性，有时还要考虑自动断屑与排屑问题；机床刚性和动力不足时，刀具应力求锋利，以减小切削力和振动。

2）刀具角度的选择

（1）前角及前刀面的选择

图3.25　刀具的合理前角

前角γ0影响切削过程中的变形和摩擦，同时还影响刀具的强度。

增大前角能使刀刃变得锋利，使切削轻快，可减小切削力和切削热，对刀具寿命有利。前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。增大前角还可以抑制积屑瘤的产生，改善已加工表面的质量。

但是，增大前角会使刀具楔角β减小，使切削刃强度降低，容易造成崩刃；同时会降低散热效应，使切削温度升高，对刀具寿命不利。因此刀具前角存在一个最佳值γopt，通常称γopt为刀具的合理前角，如图3.25所示。

在刀具强度许可条件下，尽可能选用大的前角。刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之应选得小些（如硬质合金）。精加工时，前角可选得大些；粗加工时应选得小些。工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之应选得小些（如有色金属加工时，选前角较大）。硬质合金类车刀车削不同材料时常使用的合理前角见表3.5。

表3.5　硬质合金车刀常见的合理前角　单位：（°）

（2）后角（副后角）选择

后角αo的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和降低后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。后角同时也会影响刀具的强度。(https://www.xing528.com)

增大后角（副后角），可减轻刀具后面与过渡表面之间的摩擦，使刀具磨损减小，寿命提高，故后角不能取负值。增大后角，还可使切削刃更锋利，有利于改善加工表面质量。但后角过大，刀具的楔角会太小导致切削刃强度降低，散热效果减小，刀具耐用度反而降低。因此，后角也存在一个合理值。粗加工以确保刀具强度为主，可在4°~6°内选取；精加工以确保加工表面质量为主，常取8°~12°。

一般情况下，切削厚度越大，刀具后角越小；工件材料越软，塑性越大，后角越大；工艺系统刚性较差时，应适当减小后角（切削时起支承作用，增加系统刚性并起消振作用）；工件的尺寸精度要求较高时，后角宜取小值。表3.6为硬质合金车刀后角的合理值。

表3.6　硬质合金车刀常见的合理后角　单位：（°）

（3）主偏角κr、副偏角κ′r的选择

主偏角和副偏角的主要功用有以下几个方面：

①影响已加工表面的残留面积高度。减小主偏角和副偏角，可以减小已加工表面粗糙度，特别是副偏角对已加工表面粗糙度的影响更大。

②影响切削层形状。主偏角直接影响切削层公称宽度和单位长度切削刃上的切削负荷。在背吃刀量ap和进给量f一定的情况下，增大主偏角，切削层公称宽度bD减小，切削层公称厚度hD增大，切削刃单位长度上的负荷随之增大。因此，主偏角将直接影响刀具的磨损和使用寿命。

③影响切削分力的大小和比例关系。增大主偏角可减小背向力Fp，增大进给力Ff，但同时也增大了副偏角，从而有利于减小工艺系统的弹性变形和振动。

④影响刀尖角的大小。主偏角和副偏角共同决定了刀尖角ε，故直接影响刀尖强度。

⑤影响断屑效果和排屑方向。增大主偏角，切屑变厚变窄，容易折断。

在工艺系统刚性很好时，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工表面的粗糙度，所以κr宜取小值；在工件刚性较差时，为避免工件的变形和振动，应选用较大的主偏角。

一般加工条件下，应选取较小的副偏角，以减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦和防止切削振动。

（4）刃倾角λs的选择

刃倾角的主要作用是影响刀头的强度和切屑流动的方向，如图3.26所示。

图3.26　不同刃倾角下切屑的流向

粗加工时，为提高刀具强度，λs取负值；精加工时，为不使切屑划伤已加工表面，λs常取正值或0。