第一章 刀具幾何角度及切削要素課件

1、教教 師：師： 馮和平馮和平信信 箱：箱：老子曰老子曰: :勇于敢者死勇于敢者死, ,勇于不敢者活勇于不敢者活. .觀觀察察自自己己在在做做什什么么第第1節(jié)節(jié) 切削運(yùn)動與切削用量切削運(yùn)動與切削用量第第2節(jié)節(jié)刀具刀具切削部分定義切削部分定義第第3節(jié)節(jié)刀具角度換算刀具角度換算第第4節(jié)刀具角度的一面二角分析法節(jié)刀具角度的一面二角分析法 第第5節(jié)刀具工作角度節(jié)刀具工作角度第第6節(jié)切削層與切削方式節(jié)切削層與切削方式本章主要介紹金屬切削原理的幾何問題，是學(xué)本章主要介紹金屬切削原理的幾何問題，是學(xué)習(xí)切削原理與刀具設(shè)計(jì)、使用、刃磨的基礎(chǔ)。習(xí)切削原理與刀具設(shè)計(jì)、使用、刃磨的基礎(chǔ)。一、切削運(yùn)動與切削層一、切削運(yùn)動

2、與切削層二、切削用量切削時(shí)間與材料切除率、切削用量切削時(shí)間與材料切除率三三、合成切削運(yùn)動與合成切削速度、合成切削運(yùn)動與合成切削速度1.1.概念概念 切削運(yùn)動：切削運(yùn)動：在切削加工時(shí)，工件與在切削加工時(shí)，工件與刀具之間的相對運(yùn)動。刀具之間的相對運(yùn)動。2.2.分類分類 按所起的作用來劃分，切削運(yùn)動可按所起的作用來劃分，切削運(yùn)動可分為：分為： 1.1.主運(yùn)動主運(yùn)動 2.2.進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動如圖如圖1-1 1-1 觀察切削過程觀察切削過程參考系參考系l概念：刀具與工件之間最主要的相對運(yùn)概念：刀具與工件之間最主要的相對運(yùn)動。動。l形式：主運(yùn)動可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（如車削、形式：主運(yùn)動可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（如車削、鏜

3、削中主軸的運(yùn)動），也可以是直線運(yùn)鏜削中主軸的運(yùn)動），也可以是直線運(yùn)動（如刨削、拉削中的刀具運(yùn)動）。動（如刨削、拉削中的刀具運(yùn)動）。l特點(diǎn)：消耗功率最多，速度最高。主運(yùn)特點(diǎn)：消耗功率最多，速度最高。主運(yùn)動通常只有且必須有一個(gè)。動通常只有且必須有一個(gè)。l概念：刀具與工件之間產(chǎn)生的附加相對運(yùn)動，概念：刀具與工件之間產(chǎn)生的附加相對運(yùn)動，配合主運(yùn)動，不斷將多余的金屬投入切削，以配合主運(yùn)動，不斷將多余的金屬投入切削，以保持切削連續(xù)進(jìn)行或反復(fù)進(jìn)行的運(yùn)動。保持切削連續(xù)進(jìn)行或反復(fù)進(jìn)行的運(yùn)動。l完成者：進(jìn)給運(yùn)動可由刀具完成（如車削、鉆完成者：進(jìn)給運(yùn)動可由刀具完成（如車削、鉆削），也可由工件完成（如銑削）；削），也

4、可由工件完成（如銑削）；l特點(diǎn)：進(jìn)給運(yùn)動不限于一個(gè)（如滾齒），個(gè)別特點(diǎn)：進(jìn)給運(yùn)動不限于一個(gè)（如滾齒），個(gè)別情況也可以沒有進(jìn)給運(yùn)動（如拉削）。一般而情況也可以沒有進(jìn)給運(yùn)動（如拉削）。一般而言，進(jìn)給運(yùn)動速度較低，消耗功率較少。言，進(jìn)給運(yùn)動速度較低，消耗功率較少。主運(yùn)動主運(yùn)動刨刀的直線運(yùn)動刨刀的直線運(yùn)動 進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動工件移動工件移動 進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動車刀軸向運(yùn)動車刀軸向運(yùn)動主運(yùn)動主運(yùn)動砂輪旋轉(zhuǎn)砂輪旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動工件轉(zhuǎn)動，砂輪軸向移動工件轉(zhuǎn)動，砂輪軸向移動主運(yùn)動主運(yùn)動銑刀旋轉(zhuǎn)銑刀旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動工件移動工件移動切削加工時(shí)工件上形成三個(gè)不斷變化切削加工時(shí)工件上形成三個(gè)不斷變化著的表面：

5、著的表面：（）已加工表面（）已加工表面（）待加工表面（）待加工表面 （）過渡表面（）過渡表面切削層是由切削部分切過工件一個(gè)單程切削層是由切削部分切過工件一個(gè)單程 所所 切除的工件材料層。切除的工件材料層。 公稱橫截面積公稱橫截面積S SABCDABCD 實(shí)際切削橫截面積實(shí)際切削橫截面積S SABCEABCE 殘留橫截面積殘留橫截面積S SAEDAED（）待已加工表面（）待已加工表面（2 2）過渡表面（）過渡表面（3 3）已加工表面）已加工表面切削用量切削用量1 1切削速度切削速度2 2進(jìn)給量進(jìn)給量3 3背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度） 用于調(diào)整機(jī)床、計(jì)算切削力、切削功率、核算工用于調(diào)整

6、機(jī)床、計(jì)算切削力、切削功率、核算工序成本、夾具設(shè)計(jì)等所必需的參數(shù)。序成本、夾具設(shè)計(jì)等所必需的參數(shù)。l概念：切削刃選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動概念：切削刃選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動 的瞬時(shí)速度的瞬時(shí)速度 l符號：符號：v vc cl計(jì)算公式：計(jì)算公式：v vc c=dn/1000 (m/min)=dn/1000 (m/min) d: d:刀具選定點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)直徑（刀具選定點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)直徑（mmmm） n:n:工件或刀具轉(zhuǎn)速工件或刀具轉(zhuǎn)速(r/min)(r/min)l進(jìn)給量進(jìn)給量f f: :工件或刀具每轉(zhuǎn)或行程，刀具在進(jìn)給工件或刀具每轉(zhuǎn)或行程，刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對與工件的位移量。運(yùn)動方向上相對與工件的位移量。參

7、看圖參看圖1-11-1 單位：單位： mm/rmm/r進(jìn)給速度進(jìn)給速度v vf f：切削刃選定點(diǎn)相對與工件進(jìn)給運(yùn)：切削刃選定點(diǎn)相對與工件進(jìn)給運(yùn) 動的瞬時(shí)速度。動的瞬時(shí)速度。 單位：單位：mm/s; m/smm/s; m/s。l計(jì)算公式：計(jì)算公式：v vf f=n=n* *f fl背吃刀量背吃刀量a ap p: :垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向測量的垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向測量的切削層的最大尺寸切削層的最大尺寸. .（mmmm） 參看圖參看圖1-1 1-1 dw待加工表面直徑 dm已加工表面直徑2dmdwapl概念概念 : :直接改變工件尺寸、形狀等工藝直接改變工件尺寸、形狀等工藝 過程所需要的時(shí)間。（單位：過程

8、所需要的時(shí)間。（單位：min)min)l計(jì)算公式：計(jì)算公式： l : :刀具行程長度刀具行程長度 A A：半徑方向加工余量：半徑方向加工余量 參看下頁圖參看下頁圖1-2 1-2 apVfAlmtl概念：單位時(shí)間內(nèi)切除掉的材料的體積。概念：單位時(shí)間內(nèi)切除掉的材料的體積。l單位：單位：mm3/minl計(jì)算公式：計(jì)算公式： Q=1000 aQ=1000 ap pf f v vc cl合成切削運(yùn)動：主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動。合成切削運(yùn)動：主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動。l合成切削速度：切削刃選定點(diǎn)相對于工件合合成切削速度：切削刃選定點(diǎn)相對于工件合 成切削運(yùn)動的瞬時(shí)速度。成切削運(yùn)動的瞬時(shí)速度。 l重點(diǎn)掌握

9、切削用量的概念與計(jì)算公式重點(diǎn)掌握切削用量的概念與計(jì)算公式l學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)內(nèi)容：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義；刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義；輔助平面和三種參考系、六個(gè)獨(dú)立的角度及其關(guān)輔助平面和三種參考系、六個(gè)獨(dú)立的角度及其關(guān)系；工作角度與標(biāo)注角度的區(qū)別、安裝位置的影系；工作角度與標(biāo)注角度的區(qū)別、安裝位置的影響、進(jìn)給運(yùn)動的影響；切削層參數(shù)。響、進(jìn)給運(yùn)動的影響；切削層參數(shù)。l 重點(diǎn)：重點(diǎn)：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義；刀具刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義；刀具的工作角度概念及影響因素；的工作角度概念及影響因素；l難點(diǎn)：難點(diǎn)：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義和圖示刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義和圖示

10、表達(dá)；刀具的工作角度概念及影響因素。表達(dá)；刀具的工作角度概念及影響因素。l考點(diǎn)：考點(diǎn)：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義與圖示刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義與圖示表達(dá)；刀具的工作角度概念及影響因素表達(dá)；刀具的工作角度概念及影響因素；l金屬切削刀具的種類很多，結(jié)構(gòu)、性能各不相金屬切削刀具的種類很多，結(jié)構(gòu)、性能各不相同，但就其單個(gè)刀齒而言，可以看成是由外圓同，但就其單個(gè)刀齒而言，可以看成是由外圓車刀的切削部分演變而來的，下面以外圓車刀車刀的切削部分演變而來的，下面以外圓車刀為例，介紹刀具切削部分的基本定義。為例，介紹刀具切削部分的基本定義。l車刀組成車刀組成 刀柄（桿）：用于裝夾刀柄（桿）：用于裝夾

11、刀頭：用于切削刀頭：用于切削刀面刀面刀尖刀尖 刀刃刀刃l(wèi)1.1.前面（前面（AA） 前面（前刀面）是刀具前面（前刀面）是刀具上切屑流過的表面。上切屑流過的表面。l2.2.主后面（主后面（AA）主后面（主后刀面）是）主后面（主后刀面）是 與工件上過渡表面相對的表面。與工件上過渡表面相對的表面。l3. 3. 副后面（副后面（AA）副后面（副后刀面）副后面（副后刀面）是與工件上已加工表面相對的表面。是與工件上已加工表面相對的表面。 l1.1.主切削刃（主切削刃（S S） 主切削刃是前刀面主切削刃是前刀面與主后面相交而得到的交線，用以形成與主后面相交而得到的交線，用以形成工件的過渡表面。它完成主要的金

12、屬切工件的過渡表面。它完成主要的金屬切除工作。除工作。 2.2.副切削刃（副切削刃（SS） 副切削刃是前刀副切削刃是前刀面與副后面相交而得到的交線。面與副后面相交而得到的交線。l刀尖是指主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少刀尖是指主切削刃與副切削刃的連接處相當(dāng)少的一部分切削刃。為了增加刀尖處的強(qiáng)度，改的一部分切削刃。為了增加刀尖處的強(qiáng)度，改善散熱條件，通常在刀尖處磨有圓弧或直線過善散熱條件，通常在刀尖處磨有圓弧或直線過渡刃。渡刃。 為提高刃口強(qiáng)度和滿足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，為提高刃口強(qiáng)度和滿足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，1.1.刀具靜止參考系：刀具靜止參考系：l刀具靜止參考系：在刀具

13、設(shè)計(jì)、制造、刃磨、測量刀具靜止參考系：在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨、測量時(shí)用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。時(shí)用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。l在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。l建立刀具標(biāo)注角度參考系時(shí)不考慮進(jìn)給運(yùn)動的影響，建立刀具標(biāo)注角度參考系時(shí)不考慮進(jìn)給運(yùn)動的影響，且假定車刀刀尖與工件中心等高，車刀刀桿中心線且假定車刀刀尖與工件中心等高，車刀刀桿中心線垂直于工件軸線。垂直于工件軸線。2.2.刀具工作參考系：刀具工作參考系： 用于定義刀具工作時(shí)角度的參考系。在該參考系用于定義刀具工作時(shí)角度的參考系。在該參考系 中定義的角度稱為刀具的工作角度。中定義的角

14、度稱為刀具的工作角度。l正交平面參考系正交平面參考系l法平面參考系法平面參考系l假定工作平面、背平面參考系假定工作平面、背平面參考系 l基面（基面（PrPr）：過切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于刀具在：過切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或制造、刃磨及測量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或過回轉(zhuǎn)軸線的平面。過回轉(zhuǎn)軸線的平面。l主切削平面（主切削平面（PsPs）： 通過主切削選定點(diǎn)，與主切削通過主切削選定點(diǎn)，與主切削刃相切并垂直于基面的平面。若主切削刃為直線，主刃相切并垂直于基面的平面。若主切削刃為直線，主切削平面則為主切削刃和主運(yùn)動方向所構(gòu)成的平面。切削平面則為

15、主切削刃和主運(yùn)動方向所構(gòu)成的平面。l正交平面（正交平面（PoPo）：）： 通過主切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直通過主切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和主切削面的平面。于基面和主切削面的平面。p pr r、p ps s、p po o組成一個(gè)正交的正交平面參考系。組成一個(gè)正交的正交平面參考系。l基面（基面（PrPr）：）：過切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于過切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測量時(shí)適合于安裝或定位刀具在制造、刃磨及測量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或過回轉(zhuǎn)軸線的平面。的一個(gè)平面或過回轉(zhuǎn)軸線的平面。l主切削平面（主切削平面（PsPs）通過主切削選定點(diǎn)，與主切通過主切削選定點(diǎn)，與主切削刃相切并垂

16、直于基面的平面。削刃相切并垂直于基面的平面。l法平面（法平面（PnPn）過切削刃選定點(diǎn)垂直于切削刃的過切削刃選定點(diǎn)垂直于切削刃的平面。平面。 l1.1.基面（基面（PrPr）過切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于過切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測量時(shí)適合于安裝或定位刀具在制造、刃磨及測量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或軸線的平面的一個(gè)平面或軸線的平面。l假定進(jìn)給平面（假定工作平面）假定進(jìn)給平面（假定工作平面）Pf ：過切削刃過切削刃選定點(diǎn)平行于假定進(jìn)給方向并垂直于基面的平選定點(diǎn)平行于假定進(jìn)給方向并垂直于基面的平面。面。l背平面背平面Pp過切削刃選定點(diǎn)既垂直于假定工作平過切削刃選定點(diǎn)既垂直于假

17、定工作平面又垂直于基面的平面。面又垂直于基面的平面。 l前角前角 o在正交平面中測量的前面與基面間的在正交平面中測量的前面與基面間的夾角。夾角。l后角后角 o在正交平面中測量的后面與切削平在正交平面中測量的后面與切削平面間的夾角。面間的夾角。l刃偏角刃偏角r在基面中測量的切削平面與假定工在基面中測量的切削平面與假定工作平面間夾角。分為主偏角作平面間夾角。分為主偏角r，副偏角副偏角r.l刃傾角刃傾角s s 在主切削平面中測量的主切削刃在主切削平面中測量的主切削刃與基面間的夾角。與基面間的夾角。 正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度l同時(shí)副切削刃及其相關(guān)的前、后面在空同時(shí)副切削刃及

18、其相關(guān)的前、后面在空間的定向也需要間的定向也需要4個(gè)角度，即副刃前角個(gè)角度，即副刃前角、副后角、副后角o副偏角副偏角r 、副刃傾角、副刃傾角s ，它們的定義與主切削刃四角類似。它們的定義與主切削刃四角類似。l常用的刀具派生角度有：前刀面與后刀常用的刀具派生角度有：前刀面與后刀面之間的夾角稱為楔角面之間的夾角稱為楔角o；主、副切削；主、副切削刃在基面上投影的夾角稱為刀尖角刃在基面上投影的夾角稱為刀尖角r。l法平面度量：法前角法平面度量：法前角n, 后角后角nl假定工作平面度量假定工作平面度量:側(cè)前角側(cè)前角f, 側(cè)后角側(cè)后角fl背平面背平面度量度量p：背前角背前角p, 背后角背后角p 其它參考系內(nèi)

19、的標(biāo)注角度其它參考系內(nèi)的標(biāo)注角度l前面與基面平行時(shí)前角為零；前面與切削平面前面與基面平行時(shí)前角為零；前面與切削平面間夾角小于間夾角小于90時(shí)，前角為正；大于時(shí)，前角為正；大于90時(shí)，前時(shí)，前角為負(fù)。角為負(fù)。l后面與基面夾角小于后面與基面夾角小于90時(shí)，后角為正；大于時(shí)，后角為正；大于90時(shí)后角為負(fù)。時(shí)后角為負(fù)。l當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅械淖畹忘c(diǎn)時(shí)，當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅械淖畹忘c(diǎn)時(shí)， s 0；當(dāng)主切削刃成水平時(shí)，當(dāng)主切削刃成水平時(shí)， s = 0 刀具角度正負(fù)的規(guī)定刀具角度正負(fù)的規(guī)定l刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義必須概念清刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義必須概念清楚，會畫圖表達(dá)；楚，會畫圖表達(dá)；l依據(jù)工件上

20、的表面確定三個(gè)參考系，在參考系依據(jù)工件上的表面確定三個(gè)參考系，在參考系內(nèi)度量角度；內(nèi)度量角度；l參考系是人為設(shè)置的、假想的；參考系是人為設(shè)置的、假想的；l不同的參考系內(nèi)有本參考系的一套角度；不同的參考系內(nèi)有本參考系的一套角度；l不同的參考系角度有共性，注意區(qū)分和總結(jié)；不同的參考系角度有共性，注意區(qū)分和總結(jié)； l自學(xué)自學(xué)l要求：了解公式換算的結(jié)果要求：了解公式換算的結(jié)果l表示空間任意平面方位的定向角度只需表示空間任意平面方位的定向角度只需要兩個(gè)。要兩個(gè)。l刀具需要標(biāo)注的獨(dú)立角度數(shù)量是刀面數(shù)刀具需要標(biāo)注的獨(dú)立角度數(shù)量是刀面數(shù)量的二倍。量的二倍。l前面定向用：前面定向用： o 、 sl后面定向用：后

21、面定向用： o、 r l副面定向用：副面定向用： r 、 ol刀具工作角度參考系刀具工作角度參考系l刀具安裝對工作角度的影響刀具安裝對工作角度的影響l進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)對刀具的使用與加工質(zhì)量分析有本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)對刀具的使用與加工質(zhì)量分析有重要意義重要意義l概念：用于定義刀具工作時(shí)角度的參考概念：用于定義刀具工作時(shí)角度的參考系。系。l分類分類 工作正交平面參考系工作正交平面參考系 工作法平面參考系工作法平面參考系 工作假定工作平面、背平面參考系工作假定工作平面、背平面參考系 應(yīng)用最多的是應(yīng)用最多的是工作正交平面參考系工作正交平面參考系l1.1.工作基面

22、（工作基面（PrPre e）過切削刃選定點(diǎn)，垂直于合）過切削刃選定點(diǎn)，垂直于合成切削速度方向的平面。成切削速度方向的平面。l2.2.工作切削平面（工作切削平面（PsPse e） 通過主切削選定點(diǎn)通過主切削選定點(diǎn), , 與與切削刃相切并垂直于工作基面的平面。切削刃相切并垂直于工作基面的平面。l3.3.工作正交平面（工作正交平面（PoPoe e） 通過主切削刃選定點(diǎn)并通過主切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于工作基面和工作切削面的平面。同時(shí)垂直于工作基面和工作切削面的平面。lo e、 o e、 r e 、s elfe、 fe、lp pe、 p p e、1刀桿中心線不垂直進(jìn)給方向時(shí)對刀桿中心線不垂直進(jìn)給方向時(shí)對r e、 r e的影響的影響2刀具安裝高低對工作角度的影響刀具安裝