刀具分类、结构与几何参数全解析

刀具分类、结构与几何参数全解析

在机械加工领域，刀具是极为关键的工具，其种类丰富多样，结构复杂且各有特点，而切削部分的几何参数更是对加工效果有着重大影响。

一、刀具的分类

1、按工件加工表面形式分类：

加工外表面刀具：包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等。车刀在车床加工中广泛应用，可对回转体零件的外圆、端面等进行切削；刨刀常用于刨床，实现平面的加工；铣刀种类繁多，如圆柱铣刀、面铣刀等，能高效地加工各种平面、台阶面及轮廓等。

孔加工刀具：有钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等。钻头用于在实体材料上钻孔；扩孔钻可扩大已有的孔径；镗刀能够对孔进行精确的镗削加工，提高孔的尺寸精度和表面质量；铰刀则用于对孔进行最后的精加工，使孔壁光滑。

螺纹加工刀具：包含丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等。丝锥用于在孔内加工内螺纹；板牙则用于加工外螺纹；螺纹车刀可在车床上车削螺纹；螺纹铣刀能通过铣削方式加工螺纹，具有较高的加工精度和效率。

齿轮加工刀具：包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等。滚刀通过滚齿原理加工齿轮齿面；插齿刀可用于加工内、外齿轮；剃齿刀用于对齿轮齿面进行剃削精加工，提高齿轮的精度和表面质量；锥齿轮加工刀具则专门针对锥齿轮的加工而设计。

切断刀具：像镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。这些刀具主要用于将工件或材料切断，在棒料切断、板材切割等加工中发挥重要作用。此外，还有组合刀具，它是将多种刀具功能组合在一起，可在一次加工中完成多个工序，提高加工效率。

2、按切削运动方式及相应刀刃形状分类：

通用刀具：如车刀、刨刀、铣刀（不包括成形的车车刀、成形刨刀和成形铣刀）、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等。这类刀具具有较为广泛的通用性，能适应多种不同的加工需求，但在加工特定形状工件时可能需要配合其他刀具或进行多次加工。

成形刀具：其刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等。成形刀具可一次加工出特定形状的工件表面，加工精度较高，但刀具的设计和制造相对复杂，成本也较高，适用于批量生产中形状固定的工件加工。

展成刀具：是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。展成刀具利用刀具与工件之间的相对运动关系，通过连续的切削运动逐步形成工件的齿面或其他形状，能够加工出高精度的齿轮等复杂形状工件，在齿轮制造等领域应用广泛。

二、刀具的结构

1、装夹部分与工作部分：各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分（刀齿或刀片）则镶装在刀体上。

2、装夹部分类型：刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成，这种结构既能保证刀具工作部分的硬度和耐磨性，又能使柄部具有足够的强度和韧性。

3、工作部分构成：刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构，不同的结构形式适用于不同的刀具材料和加工需求，各有其优缺点。

三、刀具切削部分的几何参数

刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质（粗、精加工）等。例如，加工塑性材料时，为了减小切削力和切屑变形，可适当增大前角；而加工脆性材料时，前角应相对小一些，以增强切削刃的强度。对于刀具材料硬度高、耐磨性好的刀具，可适当增大前角；而在粗加工时，为了保证刀具的强度和耐用度，前角应比精加工时小。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度，在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。所以在刀具的设计、制造和使用过程中，都需要综合考虑这些因素，合理选择刀具的几何参数，以达到最佳的加工效果，提高加工效率和加工质量，降低生产成本，延长刀具的使用寿命。