论车刀切削部分的几何角度对车削加工的影响

一、引言

车削加工是机械加工中最基本的方法之一，车刀作为车削加工的关键工具，其切削部分的几何角度直接影响着切削过程的顺利进行以及加工质量和效率。合理的车刀几何角度能够降低切削力，减少切削热，提高刀具耐用度，获得良好的加工表面质量；反之，则可能导致切削过程不稳定，加工质量下降，刀具磨损加剧。因此，深入研究车刀的几何角度具有重要的现实意义 。

二、车刀切削部分几何角度的定义与构成

根据教材的内容介绍，车刀切削部分主要由“三面两刃一尖”构成，即前刀面、主后刀面、副后刀面，主切削刃、副切削刃和刀尖。基于此，形成了一系列重要的几何角度，主要包括前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。

（一）前角

前角是前刀面与基面之间的夹角，在正交平面内测量。前角的大小影响着切削刃的锋利程度和强度。较大的前角能够使切削刃更加锋利，减小切屑变形，降低切削力和切削热，提高切削效率；但前角过大，会削弱切削刃强度，降低刀具耐用度 。

（二）后角

后角是主后刀面与切削平面之间的夹角，同样在正交平面内测量。后角的作用是减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦。适当增大后角可以减少摩擦和磨损，提高加工表面质量；然而，后角过大，会使刀刃强度降低，散热条件变差。

（三）主偏角

主偏角是主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。主偏角的大小影响切削宽度、切削厚度以及切削力的分配。减小主偏角，可使切削宽度增加，切削厚度减小，改善散热条件，提高刀具耐用度；但同时会使径向切削力增大，易引起工件变形和振动。

（四）副偏角

副偏角是副切削刃在基面上的投影与进给反方向之间的夹角。副偏角主要影响已加工表面的粗糙度。较小的副偏角可以减少副切削刃与已加工表面的摩擦，降低表面粗糙度值，但会增大径向切削力。

（五）刃倾角

刃倾角是主切削刃与基面之间的夹角，在切削平面内测量。刃倾角主要影响切屑的流向和刀具的强度。正值刃倾角使切屑流向待加工表面，可保护已加工表面；负值刃倾角能增强刀刃强度，适用于粗加工和断续切削 。

三、车刀几何角度对车削加工的影响

（一）对切削力的影响

1. 前角：前角增大时，切削变形减小，切削力降低。例如，在加工塑性材料时，适当增大前角可显著减小切削力，降低切削功率消耗，提高加工效率。但前角过大，会导致切削刃强度不足，反而可能使切削力波动增大。

2. 主偏角：主偏角增大，径向切削力减小，轴向切削力增大。在车削细长轴时，为了减少工件的弯曲变形，常采用较大的主偏角（如 90^∘ ），以减小径向切削力 。

3. 刃倾角：刃倾角对切削力的影响主要体现在切向力和径向力上。正值刃倾角会使切向力减小，径向力增大；负值刃倾角则相反。

（二）对切削热的影响

1. 前角：前角增大，切削变形减小，切削过程中产生的热量减少。同时，较大的前角有利于切屑的排出，加快热量的传递，降低切削温度，提高刀具耐用度。

2. 主偏角：减小主偏角，切削宽度增加，切削厚度减小，单位切削面积上的切削热减小，有利于散热，降低切削温度。

（三）对加工表面质量的影响

1. 后角：合适的后角可以减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦，降低表面粗糙度。但后角过大，会使刀具磨损加剧，影响加工表面质量的稳定性。

2. 副偏角：副偏角直接影响残留面积高度，进而影响已加工表面的粗糙度。减小副偏角，可有效降低表面粗糙度值，获得更好的表面质量。

3. 刃倾角：刃倾角影响切屑的流向，正值刃倾角使切屑流向待加工表面，避免切屑划伤已加工表面，有利于提高表面质量 。

（四）对刀具耐用度的影响

1. 前角：前角过大，切削刃强度降低，刀具容易磨损甚至破损；前角过小，切削力和切削热增大，也会加速刀具磨损。因此，选择合适的前角对提高刀具耐用度至关重要。

2. 后角：后角过小，刀具与工件之间的摩擦增大，磨损加剧；后角过大，刀刃强度下降，刀具耐用度降低。合理的后角能够在减少摩擦的同时，保证刀刃的强度，延长刀具使用寿命。

3. 主偏角：减小主偏角，切削宽度增加，切削厚度减小，刀具单位长度上的负荷减轻，散热条件改善，有利于提高刀具耐用度 。

四、车刀几何角度的合理选择

（一）根据加工材料选择

1. 塑性材料：加工塑性材料时，为了减小切屑变形，降低切削力和切削热，可选用较大的前角（一般为15° - 25°）和较大的后角（一般为 8° - 12°） 。

2. 脆性材料：加工脆性材料时，由于切屑呈崩碎状，切削力集中在切削刃附近，为保证切削刃强度，应选用较小的前角（一般为 5^∘-15^∘ ）和较小的后角（一般为5° - 8°） 。

（二）根据加工性质选择

1. 粗加工：粗加工时，切削余量较大，切削力大，为保证刀具强度，应选用较小的前角和后角，较大的主偏角（如 75^∘-90^∘ ），负值刃倾角（如 - 5- - 15°）。

2. 精加工：精加工时，应选用较大的前角和后角，较小的主偏角和副偏角，正值刃倾角，以减小切削力和表面粗糙度 。

五、结论

车刀切削部分的几何角度对车削加工有着多方面的重要影响，包括切削力、切削热、加工表面质量和刀具耐用度等。不同的几何角度相互关联、相互影响，在实际车削加工中，必须根据加工材料的性质、加工要求和加工条件等因素，综合考虑并合理选择车刀的几何角度，以达到提高加工效率、保证加工质量、降低生产成本的目的。随着机械制造技术的不断发展，对车刀几何角度的研究和优化也将不断深入，为车削加工技术的进步提供持续的理论支持和实践指导。通过对车刀几何角度的深入理解和合理应用，能够更好地发挥车削加工在现代制造业中的重要作用 。

未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，车刀几何角度的研究将面临新的挑战和机遇。进一步探索如何根据新型材料的特性优化车刀几何角度，以及如何结合先进的加工技术和设备，实现车刀几何角度的智能化、自适应选择，将是车削加工领域重要的研究方向 。