车刀的蕞佳角度

一、车刀切削部分的组成

车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成。▲ 三面二刃一刀尖

1）前刀面 刀具上切屑流过的外表。

2）主后刀面 刀具上与工件上的加工外表相对着而且彼此作用的外表，称为主后刀面。

3）副后刀面 刀具上与工件上的已加工外表相对着而且彼此作用的外表，称为副后刀面。

4）主切削刃 刀具的前刀面与主后刀面的交线称为主切削刃。

5）副切削刃 刀具的前刀面与副后刀面的交线称为副切削刃。

6）刀尖 主切削刃与副切削刃的交点称为刀尖。刀尖实践是一小段曲线或直线，称修圆刀尖和倒角刀尖。

二、测量车刀切削角度的辅佐平面

为了确定和测量车刀的几许角度，需求选取三个辅佐平面作为基准，这三个辅佐平面是切削平面、基面和正交平面。

1）切削平面――切于主切削刃某一选定点并笔直于刀杆底平面的平面。

2）基面――过主切削刃的某一选定点并平行于刀杆底面的平面。

3）正交平面――笔直于切削平面又笔直于基面的平面。

可见这三个坐标平面彼此笔直，构成一个空间直角坐标系。

三、车刀的主要几许角度及挑选

3.1前角(γ0 )挑选的准则

前角的巨细主要解决刀头的巩固性与锋利性的矛盾。因而首要要根据加工资料的硬度来挑选前角。加工资料的硬度高，硬质合金刀具价格，前角取小值，反之取大值。其次要根据加工性质来考虑前角的巨细，粗加工时前角要取小值，精加工时前角应取大值。前角一般在-5°～25°之间选取。

一般，制造车刀时并没有预先制出前角（γ0），而是靠在车刀上刃磨出排屑槽来取得前角的。排屑槽也叫断屑槽，它的作用大了去了折断切屑，不发生缠绕； 操控切屑的流出方向，保持已加工外表的精度；降低切削抗力，延常刀具寿命。

3.2 后角(α0 )挑选的准则

首要考虑加工性质。精加工时，后角取大值，粗加工时，后角取小值。其次考虑加工资料的硬度，加工资料硬度高，主后角取小值，以增强刀头的巩固性；反之，后角应取小值。后角不能为零度或负值，一般在6°～12°之间选取。

3.3 主偏角(Kr )的选用准则

首要考虑车床、夹具和刀具组成的车削 工艺系统的刚性，如系统刚性好，主偏角应取小值，这样有利于进步车刀使用寿命、改进散热条件及外表粗造度。其次要考虑加工工件的几许形状，当加工台阶时，主偏角应取90°，加工中心切入的工件，主偏角一般取60°。主偏角一般在30°～90°之间，常用的是45°、75 °、90°。

3.4 副偏角(Kr′)的挑选准则

首要考虑车刀、工件和夹具有满足的刚性，才能减小副偏角；反之，应取大值；其次，考虑加工性质，硬质合金刀具参数，精加工时，副偏角可取10°～15°，粗加工时，副偏角可取5°左右。

3.5 刃倾角(λS)的挑选准则

主要看加工性质，粗加工时，工件对车刀冲击大， 取λS ≤ 0°，精加工时，工件对车刀冲击力小， 取λS≥0°；一般取λS=0°。刃倾角一般在-10°～5°之间选取。

1.概述

通常，人们把含铬量＞12%或含镍量＞8%的合金钢称为不锈钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐腐蚀能力，并在较高温度（＞450℃）下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢，称为耐酸钢或耐酸不锈钢，通称为不锈钢。

含铬量达12%以上的钢在与氧化性介质接触时，由于电化学作用，表面形成一层富铬氧化膜，可保护金属内部不受腐蚀。但在非氧化性腐蚀介质中，不能形成坚固的钝化膜。为提高钢的耐腐蚀能力，通常选择增大铬的比例或添加可促进钝化的合金元素，如添加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W和Co等。这些合金元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织和物理力学性能。其在钢中的含量不同，对不锈钢性能产生的影响不同，有的有磁性，有的则无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能进行热处理。

不锈钢被越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品机械行业中。其所含的合金元素对切削加工性能影响较大，文中主要对不锈钢的切削加工进行了分析。

2.不锈钢的分类及性能

（1）按不锈钢主要成分，分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。

（2）按不锈钢金相组织分类：①马氏体不锈钢。其含铬量为12%～18%，含碳量为0.1%～0.5%（有时达1%）。其硬度为170～217HBW，抗拉强度σb为540～1 079MPa，伸长率δ为10%～25%，热导率к为25.12W/（m・K）。常见的牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV和30Cr13Mo等。马氏体不锈钢通过淬火，可获得较高的硬度、强度和耐磨性。然而，当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时易产生积屑瘤，且断屑困难，切削加工性较差。当含碳量达0.4%～0.5%时，切削加工性较好。②铁素体不锈钢。其含铬量为12%～13%。硬度为177～228HBW，抗拉强度σb为363～451MPa，伸长率δ为20%～22%，热导率к为16.7W/（m・K）。加热冷却时组织稳定，不发生相变，所以不能进行热处理强化，只能靠变形强化，切削加工性相对较好。常见的牌号有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRe、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti、1Cr28以及1Cr25Ti等。③奥氏体不锈钢。其含铬量为12%～25%，含镍量为7%～20%（或20%以上）。硬度为187～207HBW，抗拉强度σb为481～520MPa，伸长率δ为40%，热导率к为16.33W/（m・K）。典型牌号有1Cr18Ni9Ti，其他还有00Cr18Ni10、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4以及1Cr18Mn8Ni5N等。由于奥氏体不锈钢含有较多的镍或锰，加热时组织不变，故淬火不能使其强化，可通过冷加工硬化来大幅度提高强度和硬度，其硬化程度为基体硬度的1.4～2.2倍，给下一次切削带来很大困难。其具有优良的力学性能和良好的耐腐蚀能力，无磁性。④奥氏体-铁素体双相不锈钢。与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量铁素体，常见牌号有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N、Cr26Ni17Mo3CuSiN以及1Cr18Ni11Si4AlTi等。这类不锈钢有硬度极高的金属间化合物析出，强度比奥氏体不锈钢高，切削加工性能比奥氏体不锈钢更差。其硬度＜277HBW，抗拉强度σb为589～736MPa，伸长率δ为18%～30%。⑤沉淀硬化不锈钢。这类不锈钢因含有较高的铬、镍和极低的碳，还含有能起沉淀硬化作用的、铝、钛和钼等合金元素，其在回火时析出，产生沉淀硬化，具有很高的硬度和强度。其硬度为363～388HBW，抗拉强度σb为1 138～1 324MPa，伸长率δ为5%～10%，这类钢具有良好的耐腐蚀性能。常见牌号有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al等。

3.不锈钢的切削特点

不锈钢的切削加工性能比45钢差。若以45钢的相对切削加工性Kr为1，则奥氏体不锈钢的相对切削加工性Kr为0.4，铁素体不锈钢的Kr为0.48，马氏体不锈钢的Kr为0.55。其中以奥氏体和奥氏体-铁素体双相不锈钢的切削加工性差，给切削加工带来很大困难，其特点如下：

（1）切削加工硬化严重。以奥氏体和奥氏体 铁素体不锈钢的加工硬化现象为严重，硬化层的硬度比基体硬度高1.4～2.2倍，其抗拉强度σb为1 470～1 960MPa。这类不锈钢塑性大（δ＞35%），塑性变形时晶格扭曲，故强化系数大，且奥氏体不稳定，在切削力作用下，部分奥氏体转变为马氏体。

（2）切削力大。不锈钢的高温强度和硬度高且韧性大，涂层硬质合金刀具，故在切削时所消耗的能量大，即切削抗力大。以奥氏体不锈钢为例，上海硬质合金刀具，在切削过程中温度高达700℃时，其综合力学性能高于一般结构钢。加之其在切削过程中的塑性变形大、硬化现象严重，增大了切削力，所以不锈钢的单位切削力为45钢单位切削力的1.25倍。

（3）切削温度高。由于不锈钢在切削时的塑性变形大，切屑与刀具间的摩擦大，加之其热导率仅为45钢热导率的1/3～1/4，散热条件差，大量切削热集中在切削区，在相同切削条件下，切削温度比切削45钢时高200℃。

刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/ CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能。特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成成为可能。

现在，许多CAD/ CAM软件包括提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了分析。

一、数控加工常用刀具的种类及性能

数控加工刀具必须适应数控机床高速、和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：①整体式；②镶嵌式。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢 刃具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④陶瓷刃具等。从切削工艺上可分为：①铣削刀具；②钻削刀具；③镗削刀具；④车削刀具等。

刀具材料应具备的性能：

（1）高硬度刀具材料的硬度应高于工件的硬度

（2）足够的韧性承受切削力、振动和冲击；

（3）高耐磨性耐磨性是材料抵抗磨损的能力；

（4）高耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力；

（5）良好的工艺性

二、数控加工刀具的选择

刀具的选择应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选镶硬质合金刀片面铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和梯形铣刀等。在进行曲面加工时，应选用球头刀具，并且球头刀具半径应小于曲面的曲率半径。由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，而平头刃具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证精度的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平。

在数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先面后孔；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

三、数控加工切削用量的确定

合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主。半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床性能、切削用量手册，并结合经验面定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者相互适应，以形成切削用量。

（1）背吃刀量 在机床，工件和刀具的刚度允许的情况下，应尽可能使背吃刀量等于加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，应留少量精加工余量，一般留0.2 -0.5mm。

（2）切削宽度L一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。数控加工中，一般L的取值范围为：L= （0.6- 0.9）d。

（3）切削速度切削速度也是提高生产率的一个措施，但切削速度与刀具耐用度的关系比较密切。随着切削速度的增大，刀具耐用度急剧下降，故切削速度的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削45钢时，切削速度可采用26m/ mi左右：而用同样的立铣刀铣削铝合金时，切削速度可选129m/ mi以上。

（4）主轴转速n（r/mi）主轴转速一般根据切削速度来选定。计算公式为：n= 1000/ d，式中d为刀具直径（mm）。数控机床的控制面板上一般配有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行倍率调整。

（5）进给速度F进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。

确定进给速度的原则：

一、当工件的质量要求能够保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100 - 200mm/ mi范围内选取。

第二、在刀断、加工深孔或用高速钢具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20- 50mm/ mi范围内选取。

第三、当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20- 5Omm/ min范围内选取。

在数控加工过程中，进给速度也可通过机床控制面板上的进给倍率修调开关进行人工调整，但是进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

随着数控机床在生产实际中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点。

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