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摘 要：刀具几何参数主要包括刀具的主切削刃的前角、后角、主偏角、刃倾角和副切削刃的副后角、副偏角、刀尖圆弧半径等；本文介绍了刀具的几何参数的种类、功用及对切削过程的影响。
关键词：刀具；几何参数
1.前角
前角γ0变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。前角的主要功用包括：
（1）影响切削区域的变形程度。若增大刀具前角，可减小前刀面剂压切削层时的塑性变形，减小切削流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。这是增大前角的有利方面。
（2）影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件。增大刀具前角，会使切削刃与刀头强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小；过份加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力，造成崩刃。这些都是增大前角的不利方面。
（3）影响切削形态和断屑效果。若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。
（4）影响加工表面质量。减小前角或者采用负前角时，会使切削过程中振动振幅增大，影响表面质量。对于不同的刀具材料，各有其对应着最大耐用度的前角，称为合理前角。通过试验可以得出合理前角的选择原则和参考值：一般来讲，工件材料强度硬度低，可取较大甚至很大的前角；工件材料强度、硬度高，应取较小的前角；加工特别硬的工件时，前角很小甚至取负值；加工塑性材料时，应取较大前角；加工脆性材料时，应取较小前角等。
表1.1 前角参考值
2.后角
后角α0的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。后角的大小还影响作用在后刀面上的力，后刀面与工件的接触长度以及后刀面的磨损强度，因而对刀具使用寿命和加工表面质量有很大的影响。适当增加后角可减小工件已加工表面弹性恢复层与刀具后刀面的接触长度，因而减小了后刀面的摩擦与磨损。但后角太大时，刀具楔角显著减小，将削弱切削刃的强度。而且因刀具楔角减小会使刀具散热体积减少使散热条件恶化，从而使刀具使用寿命降低。在一定的切削条件下，刀具的后角有一个合理数值，对应着最大耐用度，称为合理后角。通常合理后角的选择原则为：承受冲击载荷的刀具要求切削刃有足够强固，应取较小的后角；精加工时，增大后角可提高刀具耐用度和加工表面质量；工件材料强度硬度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小后角；工件材料较软或易加工硬化时，后刀面的摩擦对加工表面质量及刀具磨损影响较大，应适当加大后角：加工脆性材料，切削力集中在刃区附近，宜取较小后角：但加工特别硬而脆的材料（如铸造碳化钨、淬硬钢等），在采用负前角的情况下，必须加大后角才能造成切削刃切入的条件等。硬质合金合理后角参考值见表2.1。
表2.1 后角α0参考值
3.刃倾角
刃倾角λs的主要功用是影响切屑的流出方向，刃倾角的大小和正负确定了流屑角的大小和正负，合理选择刃倾角和前刀面型式，可以控制切屑的排出方向。同样刃倾角还影响切削刃的锋利性、影响刀尖强度和刀尖导热和容热条件、影响切入切出的平稳性、影响切削刃的工作长度、影响切削分力之间的比值。刃倾角并不是越大越好，而是在一定的条件下有一定的合理数值，是有一定的选择原则的。其选择原则及参考值如下：
（1）加工一般的钢料和灰铸铁。粗车时，取0～-5°；精车时取0～+5°；有冲击负荷时，取-5～-15°；冲击特别大时，可取至-30～-45°。
（2）金刚石或立方氮化硼车刀，取0～-5°。
（3）微量精加工采用大刃倾角刀具，取45～75°。车刀合理刃倾角的参考值如表3.1所示。
表3.1 刃倾角参考值
4.主副偏角
不论是主偏角κr，还是副偏角κr’，他们的共同功用是使刀具的各条切削刃有合理的分工、联结与配合，保证合理的刃形和切削层形状，同时保证刃尖部位具有一定的强度、导热面积和容热体积。选择合理的主偏角、副偏角和其他切削角度，可以提高加工表面质量，提高刀具使用寿命和生产率。主偏角、副偏角的功用：影响切削加工残留面积高度，放这个因素看来，减小主偏角和副偏角，可以减少加工表面粗糙度，特别是副偏角对加工表面粗糙度的影响更大。
表4.1 主偏角κr、副偏角κr’，参考值
主偏角还影响断屑效果和排屑方向。此外主偏角会影响三个切削力的大小和比例关系。主偏角和副偏角的选用原则为：
（1）粗加工和半精加工，一般选用较大主偏角，以利于减少振动、提高刀具耐用度和采用较大的切削深度；
（2）加工很硬的材料，为减轻单位长度切削刃上的负荷，改善刀头导热和容热条件，提高刀具耐用度，宣取较小主偏角等。车刀合理主偏角、副偏角参考值见表5-4。各种切削刀具的刀尖是工作条件最困难的部位。刀尖强度较差，散热情况不好，刀尖处的切削力、切削热比较集中，并且许多刀具刀尖往往是切削刃上切削速度最高的地方，很容易磨损，因此，这些刀具的耐用度，直接取决于刀尖处磨损的情况。因此，强化刀尖可显著提高刀具耐用度。此外刀尖对已加工表面质量也有直接影响。由于上述原因，在选择适宣的刀尖形状及参数时，必须从具体的加工条件出发，考虑刀具耐用度和已加工表面质量两方面的要求。
5.刀尖圆弧
刀尖圆弧半径rε是刀尖形状的主要参数，它的大小直接影响已加工表面残留面积高度，影响切削层的形状、尺寸（平均切削厚度和切削宽度），影响切削温度和刀具耐用度。研究表明，不同的刀尖圆弧半径rε都对应着各自的最佳切削速度和切削湿度。当rε增大时，可以改善刀尖处的散热条件，使切削温度降低，接近最佳切削温度以提高刀具耐用度；但当切削温度低于最佳切削温度时，刀具耐用度反而会降低，因此切削温度不是越低越好，刀尖圆弧半径也不宜过大，且过大的刀尖圆弧半径会使某些方向的切削力加大导致振动的发生。试验表明，可以根据最佳切削温度研究合理的刀尖圆弧半径。一般情况下，常用的车刀刃尖圆弧半径rε参考值如表5.1所示。
表5.1 刀尖圆弧半径参考值
结论
在制造工业中，金属切削加工工艺占有首要地位。金属切削加工是依靠刀具和工件的相对运动，从毛坯上切去加王余量，从而得到一定形状、尺寸和表面粗糙度的金属零件的加工方法。对于不同的金属材料，除了选用不同的刀具（材料）、几何角度、润滑条件等外，其切削用量根据材料的可切削性能进行选择。金属材料的可切削性是一个综合指标，通常指材料在被切削加工时的生产率、刀具使用寿命、切削力、切屑形状以及切削加工眉的零件表面粗糙度等，可切削性与材料物理机械性能：硬度、导热性、抗拉强度、伸长率、冲击韧性等因素有关。
参考文献
[1]邓建新，艾兴.陶瓷刀具切削加工时的磨损与润滑及其加工对象的甄配研究.机械工程学报，2002，38（4）：40-45
[2] 赵军，邓建新.数控刀具材料选用手册.北京：机械工业出版社，2005，135—225
关键词：刀具；几何参数
1.前角
前角γ0变化对切削过程中的切削力、切屑变形等有很大的影响，其中前角对切削力的影响最大。前角的主要功用包括：
（1）影响切削区域的变形程度。若增大刀具前角，可减小前刀面剂压切削层时的塑性变形，减小切削流经前刀面的摩擦阻力，从而减小了切削力、切削热和功率。这是增大前角的有利方面。
（2）影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件。增大刀具前角，会使切削刃与刀头强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小；过份加大前角，有可能导致切削刃处出现弯曲应力，造成崩刃。这些都是增大前角的不利方面。
（3）影响切削形态和断屑效果。若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆化断裂。
（4）影响加工表面质量。减小前角或者采用负前角时，会使切削过程中振动振幅增大，影响表面质量。对于不同的刀具材料，各有其对应着最大耐用度的前角，称为合理前角。通过试验可以得出合理前角的选择原则和参考值：一般来讲，工件材料强度硬度低，可取较大甚至很大的前角；工件材料强度、硬度高，应取较小的前角；加工特别硬的工件时，前角很小甚至取负值；加工塑性材料时，应取较大前角；加工脆性材料时，应取较小前角等。
表1.1 前角参考值
2.后角
后角α0的主要功用是减小切削过程中刀具后刀面与加工表面之间的摩擦。后角的大小还影响作用在后刀面上的力，后刀面与工件的接触长度以及后刀面的磨损强度，因而对刀具使用寿命和加工表面质量有很大的影响。适当增加后角可减小工件已加工表面弹性恢复层与刀具后刀面的接触长度，因而减小了后刀面的摩擦与磨损。但后角太大时，刀具楔角显著减小，将削弱切削刃的强度。而且因刀具楔角减小会使刀具散热体积减少使散热条件恶化，从而使刀具使用寿命降低。在一定的切削条件下，刀具的后角有一个合理数值，对应着最大耐用度，称为合理后角。通常合理后角的选择原则为：承受冲击载荷的刀具要求切削刃有足够强固，应取较小的后角；精加工时，增大后角可提高刀具耐用度和加工表面质量；工件材料强度硬度较高时，为保证切削刃强度，宜取较小后角；工件材料较软或易加工硬化时，后刀面的摩擦对加工表面质量及刀具磨损影响较大，应适当加大后角：加工脆性材料，切削力集中在刃区附近，宜取较小后角：但加工特别硬而脆的材料（如铸造碳化钨、淬硬钢等），在采用负前角的情况下，必须加大后角才能造成切削刃切入的条件等。硬质合金合理后角参考值见表2.1。
表2.1 后角α0参考值
3.刃倾角
刃倾角λs的主要功用是影响切屑的流出方向，刃倾角的大小和正负确定了流屑角的大小和正负，合理选择刃倾角和前刀面型式，可以控制切屑的排出方向。同样刃倾角还影响切削刃的锋利性、影响刀尖强度和刀尖导热和容热条件、影响切入切出的平稳性、影响切削刃的工作长度、影响切削分力之间的比值。刃倾角并不是越大越好，而是在一定的条件下有一定的合理数值，是有一定的选择原则的。其选择原则及参考值如下：
（1）加工一般的钢料和灰铸铁。粗车时，取0～-5°；精车时取0～+5°；有冲击负荷时，取-5～-15°；冲击特别大时，可取至-30～-45°。
（2）金刚石或立方氮化硼车刀，取0～-5°。
（3）微量精加工采用大刃倾角刀具，取45～75°。车刀合理刃倾角的参考值如表3.1所示。
表3.1 刃倾角参考值
4.主副偏角
不论是主偏角κr，还是副偏角κr’，他们的共同功用是使刀具的各条切削刃有合理的分工、联结与配合，保证合理的刃形和切削层形状，同时保证刃尖部位具有一定的强度、导热面积和容热体积。选择合理的主偏角、副偏角和其他切削角度，可以提高加工表面质量，提高刀具使用寿命和生产率。主偏角、副偏角的功用：影响切削加工残留面积高度，放这个因素看来，减小主偏角和副偏角，可以减少加工表面粗糙度，特别是副偏角对加工表面粗糙度的影响更大。
表4.1 主偏角κr、副偏角κr’，参考值
主偏角还影响断屑效果和排屑方向。此外主偏角会影响三个切削力的大小和比例关系。主偏角和副偏角的选用原则为：
（1）粗加工和半精加工，一般选用较大主偏角，以利于减少振动、提高刀具耐用度和采用较大的切削深度；
（2）加工很硬的材料，为减轻单位长度切削刃上的负荷，改善刀头导热和容热条件，提高刀具耐用度，宣取较小主偏角等。车刀合理主偏角、副偏角参考值见表5-4。各种切削刀具的刀尖是工作条件最困难的部位。刀尖强度较差，散热情况不好，刀尖处的切削力、切削热比较集中，并且许多刀具刀尖往往是切削刃上切削速度最高的地方，很容易磨损，因此，这些刀具的耐用度，直接取决于刀尖处磨损的情况。因此，强化刀尖可显著提高刀具耐用度。此外刀尖对已加工表面质量也有直接影响。由于上述原因，在选择适宣的刀尖形状及参数时，必须从具体的加工条件出发，考虑刀具耐用度和已加工表面质量两方面的要求。
5.刀尖圆弧
刀尖圆弧半径rε是刀尖形状的主要参数，它的大小直接影响已加工表面残留面积高度，影响切削层的形状、尺寸（平均切削厚度和切削宽度），影响切削温度和刀具耐用度。研究表明，不同的刀尖圆弧半径rε都对应着各自的最佳切削速度和切削湿度。当rε增大时，可以改善刀尖处的散热条件，使切削温度降低，接近最佳切削温度以提高刀具耐用度；但当切削温度低于最佳切削温度时，刀具耐用度反而会降低，因此切削温度不是越低越好，刀尖圆弧半径也不宜过大，且过大的刀尖圆弧半径会使某些方向的切削力加大导致振动的发生。试验表明，可以根据最佳切削温度研究合理的刀尖圆弧半径。一般情况下，常用的车刀刃尖圆弧半径rε参考值如表5.1所示。
表5.1 刀尖圆弧半径参考值
结论
在制造工业中，金属切削加工工艺占有首要地位。金属切削加工是依靠刀具和工件的相对运动，从毛坯上切去加王余量，从而得到一定形状、尺寸和表面粗糙度的金属零件的加工方法。对于不同的金属材料，除了选用不同的刀具（材料）、几何角度、润滑条件等外，其切削用量根据材料的可切削性能进行选择。金属材料的可切削性是一个综合指标，通常指材料在被切削加工时的生产率、刀具使用寿命、切削力、切屑形状以及切削加工眉的零件表面粗糙度等，可切削性与材料物理机械性能：硬度、导热性、抗拉强度、伸长率、冲击韧性等因素有关。
参考文献
[1]邓建新，艾兴.陶瓷刀具切削加工时的磨损与润滑及其加工对象的甄配研究.机械工程学报，2002，38（4）：40-45
[2] 赵军，邓建新.数控刀具材料选用手册.北京：机械工业出版社，2005，135—225