第一章金屬切削的基本定義_何寧_機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)2006年3月1日 第一章第一章: :金屬切削的基本定義金屬切削的基本定義1.11.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.21.2刀具的角度與刀具的工作角度刀具的角度與刀具的工作角度1.31.3刀具角度的換算刀具角度的換算1.41.4切削層參數(shù)與切削方式切削層參數(shù)與切削方式1.51.5旋轉(zhuǎn)刀具的角度旋轉(zhuǎn)刀具的角度機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量 如外圓車削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具作縱向直線運(yùn)動(dòng)，形成了工件的外圓表面。在新的表面的形成過程中，工件上有三個(gè)依次變化的表面：待加工表面：即將被切去金屬層的表面加工表面：切削刃正在切削著的表面; 已加工表面：已

2、經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。 目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁 (2)(2)工件表面的成形方法工件表面的成形方法 機(jī)床上形成發(fā)生線的方法與所需的運(yùn)動(dòng)也不同，概括起來有以下四種： 1）軌跡法 2) 相切法 3) 成形法 4) 范成法目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1.1.2 1.1.2 切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但是，按切削時(shí)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的作用來分，可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（1）主運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)是切下金屬所必須的最主要的運(yùn)動(dòng)。通常它的速度最高，消耗機(jī)床功率最多。（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)，也可以是間歇運(yùn)

3、動(dòng)。目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1.1.4 切削用量 進(jìn)給量 :在主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量，單位是mm/r(用于車削、鏜削等)或mm/行程(用于刨削、磨削等)。 目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁 切削速度:刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的速度，單位為m/s。由于切削刃上各點(diǎn)的切削速度可能是不同，計(jì)算時(shí)常用最大切削速度代表刀具的切削速度。切削用量三要素(圖示)目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁背吃刀量（切削深度）ap : 在垂直于主運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)給方向的工作平面內(nèi)測量的刀具切削刃與工件切削表面的接觸長度。對(duì)于外圓車削，背吃刀量為工件上已加

4、工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。 ap=(dw-dm)/2其中：dw工件待加工表面的直徑(mm)； dm工件已加工表面的直徑，(mm)。 1.2刀具的角度與刀具的工作角度1.1.2.1 外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又稱刀頭）由前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所組成。其定義分別為：（1 1）前面）前面 刀具上與切屑接觸并相互作用的表面。（2 2）主后面）主后面 刀具上與工件過渡表面相對(duì)并相互作用的表面。（3 3）副后面）副后面 刀具上與已加工表面相對(duì)并相互作用的表面。（4 4）主切削刃）主切削刃 前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。（5 5

5、）副切削刃）副切削刃 前刀面與主后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。（6 6）刀尖）刀尖 主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃。它可以是小的直線段或圓弧。目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁(2) 刀具角度的靜止參考系假定運(yùn)動(dòng)條件： 首先給出刀具的假定主運(yùn)動(dòng)方向和假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向；其次假定進(jìn)給速度值很小，可以用主運(yùn)動(dòng)向量vc近似代替合成速度向量v ve；然后再用平行和垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的坐標(biāo)平面構(gòu)成參考系。 假定安裝條件： 假定標(biāo)注角度參考系的諸平面平行或垂直于刀具便于制造、刃磨和測量時(shí)定位與調(diào)整的平面或軸線（如車刀底面、車刀刀桿軸線、銑刀、鉆頭的軸線等）。反之也可以說

6、，假定刀具的安裝位置恰好使其底面或軸線與參考系的平面平行或垂直。 目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1)刀具標(biāo)注角度的正交參考系（1）基面P Pr 通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。通常，基面應(yīng)平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和測量的某一安裝定位平面或軸。例如，圖1-9所示為普通車刀、刨刀的基面P Pr ，它平行于刀具底面。(2)切削平面P Ps 通過切削刃選定點(diǎn)，與主切削刃相切，并垂直于基面P Pr的平面。也就是主切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面。(3)正交平面P Po目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁2）法平面參考系（4）法剖面Pn和法剖面參考系:主剖面P0是通過切削刃選定點(diǎn)

7、，同時(shí)垂直于P Pr和切削平面P Ps的平面。圖1.8表示由P Pr P Ps P P0組成的一個(gè)正交的主剖面參考系。 法剖面P Pn是通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。如圖1.8所示， 由 P Pr P Ps P Pn組成的一個(gè)法剖面參考系。目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁3)進(jìn)給剖面P Pf和背平面P Pp及其組成的進(jìn)給、背平面參考系進(jìn)給剖面P Pf通過切削刃選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向并垂直于基面P Pr的平面。通常，它也平行或垂直與刀具上便于制造、刃磨和測量的某一安裝定位平面或軸線。由P Pr P PfP Pp組成一個(gè)進(jìn)給、背平面參考系。 背平面P Pp通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直

8、于P Pr 和P Pf的平面。 目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1.2.2 刀具角度 刀具的標(biāo)注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具設(shè)計(jì)圖上予以標(biāo)注的角度。刀具的標(biāo)注角度主要有五個(gè)，以車刀為例，表示了幾個(gè)角度的定義。前前 角角oo 在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分，其符號(hào)規(guī)定如圖所示。 后后 角角oo 在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。主偏角主偏角rr 在基面內(nèi)測量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。主偏角一般為正值。副偏角副偏角rr 在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影

9、與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。副偏角一般為正值。目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1.2.3 刀具工作角度刀具標(biāo)注角度參考系，在定義基面時(shí)，都只考慮主運(yùn)動(dòng)，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即在假定運(yùn)動(dòng)條件下確定的參考系。但刀具在實(shí)際使用時(shí)，這樣的參考系所確定的刀具角度，往往不能確切地反映切削加工的真實(shí)情形。只有用合成切削運(yùn)動(dòng)方向v ve來確定參考系，才符合切削加工的實(shí)際。 同樣，刀具實(shí)際安裝位置也影響工作角度的大小。 刀具工作角度參考系同標(biāo)注角度參考系的唯一區(qū)別是用v ve取代v vc，用實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響(1)橫車 以切斷

10、車刀為例，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，車刀主切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓周，切削平面Ps為通過切削刃上該點(diǎn)切于圓周的平面，基面Pr的平面，0、0為標(biāo)注前角和后角。當(dāng)考慮橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之后，切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為一平面阿基米德螺旋線，切削平面變?yōu)橥ㄟ^切削刃切于螺旋面的平面Pse，基面也相應(yīng)傾斜為Pre，角度變化值為 。工作主剖面P0e仍為平面。 此時(shí)在工作參考系（ Pre、 Pse、 P0e）內(nèi)的工作角度0 e和0e為： 0e 0 +; 0e =0。目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響（2）縱車 同理，也是由于工作中基面和切削平面發(fā)生了變化，形成了一

11、個(gè)合成切削速度角，引起了工作角度的變化。如圖1.16所示，假定車刀s0，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削平面Ps垂直于刀桿底面，基面Pr平行于刀桿底面，標(biāo)注角度為0、0；考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后，工作切削平面P Pse為切于螺旋面的平面，刀具工作角度的參考系（ P Pse、 P Pre ）傾斜一個(gè)角，則工作進(jìn)給剖面（仍為原進(jìn)給剖面）內(nèi)的工作角度為：fef +fef目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1.4 切削層參數(shù)與切削形式切削層切削層 各種切削加工的切削層參數(shù)，可用典型的外圓縱車來說明。如下圖所示，車刀主切削刃上任意一點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)就軌跡是一條空間螺旋線。工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿工件軸線移動(dòng)一段距離

12、，即進(jìn)給量（f，mm/r）。由車刀正在切削著的這一層金屬，就叫切削層。切削層參數(shù)為： （1）切削層的公稱厚度 （2）切削層的公稱寬度 （3）切削層的公稱橫截面積目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1.4.2 切削方式（1）自由切削 只有直線形主切削刃參加切削工作，而副切削刃不參加切削工作，稱為自由切削。 （2）非自由切削曲線主切削刃或主、副切削刃都參加切削者，稱為非自由切削。 這是根據(jù)切削變形是二維問題或三維問題進(jìn)行區(qū)分的。為了簡化研究工作，通常采用自由切削變形區(qū)和觀察和研究目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁（2）正角切削與斜角切削 切削刃垂直于合成切削方式稱為正切削或直角切削。如果切削刃不垂直于切削方向則稱為斜切削或斜角切削。下圖所示為刨削時(shí)的正切削和斜切削。目錄目錄 上一頁上一頁 下一頁下一頁1.5旋轉(zhuǎn)刀具的角度銑刀是一種應(yīng)用廣泛的多刃回轉(zhuǎn)刀具，其種類很多。按用途分有：1）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀等；2）加工溝槽用的，如立銑刀、T形刀和角度銑刀等；3）加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它復(fù)雜成形表面用的銑刀。銑削的生產(chǎn)率一般較高，加工表面粗糙度值較大。目錄目錄