1第一章-刀具幾何角度及切削要素解析

金屬切削原理與刀具教師：馮和平信箱：pcoqrs@163.com觀察自己………第一章基本定義第一章基本定義本章主要介紹金屬切削的幾何參數(shù)，是學(xué)習(xí)切削原理與刀具設(shè)計、使用、刃磨的基礎(chǔ)。第1節(jié)車削運動第1節(jié)車削運動圖1-1車削運動、形成的表面、切削層和車外圓切削時間的計算

1-待加工表面2-過渡表面3-已加工表面一、切削運動1.概念切削運動：在切削加工時，工件與刀具之間的相對運動。2.分類按所起的作用來劃分，切削運動可分為：

1.主運動

2.進(jìn)給運動如圖1-1觀察切削過程參考系1.主運動概念：刀具與工件之間最主要的相對運動。形式：主運動可以是旋轉(zhuǎn)運動（如車削、鏜削中主軸的運動），也可以是直線運動（如刨削、拉削中的刀具運動）。特點：消耗功率最多，速度最高。主運動通常只有且必須有一個。2．進(jìn)給運動概念：刀具與工件之間產(chǎn)生的附加相對運動，配合主運動，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)行的運動。完成者：進(jìn)給運動可由刀具完成（如車削、鉆削），也可由工件完成（如銑削）；特點：進(jìn)給運動不限于一個（如滾齒），個別情況也可以沒有進(jìn)給運動（如拉削）。一般而言，進(jìn)給運動速度較低，消耗功率較少。

一、切削運動工件上形成的表面切削加工時工件上形成三個不斷變化著的表面：（１）已加工表面（２）待加工表面（３）過渡表面三.切削層切削層是由切削部分切過工件一個單程所切除的工件材料層。公稱橫截面積SABCD

實際切削橫截面積SABCE

殘留橫截面積SAED圖1-1切削運動、切削層與成形表面

（１）待已加工表面（2）過渡表面（3）已加工表面四、切削用量切削用量1．切削速度 2．進(jìn)給量3．背吃刀量（切削深度）

用于調(diào)整機(jī)床、計算切削力、切削功率、核算工序成本、夾具設(shè)計等所必需的參數(shù)。1．切削速度 概念：切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度符號：vc計算公式：vc=πdn/1000(m/min)d:刀具選定點的旋轉(zhuǎn)直徑（mm）

n:工件或刀具轉(zhuǎn)速(r/min)2.進(jìn)給量進(jìn)給量f:工件或刀具每轉(zhuǎn)或行程，刀具在進(jìn)給運動方向上相對與工件的位移量。參看圖1-1

單位：mm/r進(jìn)給速度vf：切削刃選定點相對與工件進(jìn)給運動的瞬時速度。單位：mm/s;m/s。計算公式：vf=n*f3.背吃刀量（切削深度）背吃刀量ap:垂直于進(jìn)給運動方向測量的切削層的最大尺寸.（mm）

參看圖1-1dw――待加工表面直徑dm――已加工表面直徑六.切削時間和材料切除率1.切削時間tm概念:直接改變工件尺寸、形狀等工藝過程所需要的時間。（單位：min)計算公式：

l:刀具行程長度

A：半徑方向加工余量參看下頁圖1-2圖1-2車外圓切削時間計算圖

如圖所示用鉆頭鉆孔，鉆頭定位于R點，從R點以進(jìn)給速度作Z向進(jìn)給，到孔底部后，應(yīng)安排快速退到R點。長度A為切入距離，B為切出距離，A與B實際尺寸要視工件表面狀態(tài)和加工性質(zhì)而定。刀具切入與切出的確定

合理確定切入與切出長度，有助于刀具順利切入與切出零件,避免損壞刀具與碰傷零件。2.材料切除率Q概念：單位時間內(nèi)切除掉的材料的體積。單位：mm3/min計算公式：Q=1000apf

vc三、合成切削運動與合成切削速度合成切削運動：主運動和進(jìn)給運動合成的運動。合成切削速度：切削刃選定點相對于工件合成切削運動的瞬時速度。

課堂任務(wù)任務(wù)1-1總結(jié)切削運動的概念切削用量第二節(jié)車刀角度任務(wù)：車刀圖示表達(dá)與分析

重點-難點-考點：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；一、刀具的組成一、刀具的組成車刀組成

——刀柄（桿）：用于裝夾

——刀頭：用于切削{刀面刀尖

刀刃1.刀面1.前面（Aγ）前面（前刀面）是刀具上切屑流過的表面。2.主后面（Aα）主后面（主后刀面）是與工件上過渡表面相對的表面。3.副后面（A’α）副后面（副后刀面）是與工件上已加工表面相對的表面。

2.切削刃1.主切削刃（S）主切削刃是前刀面與主后面相交而得到的交線，用以形成工件的過渡表面。它完成主要的金屬切除工作。

2.副切削刃（S’）副切削刃是前刀面與副后面相交而得到的交線。3.刀尖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，改善散熱條件，通常在刀尖處磨有圓弧或直線過渡刃。

4.刀楔為提高刃口強(qiáng)度和滿足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，二、刀具角度參考系1.刀具靜止參考系：刀具靜止參考系：在刀具設(shè)計、制造、刃磨、測量時用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。建立刀具標(biāo)注角度參考系時不考慮進(jìn)給運動的影響，且假定車刀刀尖與工件中心等高，車刀刀桿中心線垂直于工件軸線。2.刀具工作參考系：用于定義刀具工作時角度的參考系。在該參考系中定義的角度稱為刀具的工作角度。靜止參考系分類正交平面參考系法平面參考系假定工作平面參考系

（一）正交平面參考系基面（Pr）：過切削刃選定點，車刀的基面平行于刀體底面。主切削平面（Ps）：通過主切削選定點，與主切削刃相切并垂直于基面的平面。若主切削刃為直線，主切削平面則為主切削刃和主運動方向所構(gòu)成的平面。正交平面（Po）：通過主切削刃選定點并同時垂直于基面和主切削面的平面。pr、ps、po組成一個正交的正交平面參考系。（一）正交平面參考系圖圖1-6正交平面參考系主、副切削刃上的坐標(biāo)平面

（二）法平面參考系基面（Pr）：過切削刃選定點，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測量時適合于安裝或定位的一個平面或過回轉(zhuǎn)軸線的平面。主切削平面（Ps）通過主切削選定點，與主切削刃相切并垂直于基面的平面。法平面（Pn）過切削刃選定點垂直于切削刃的平面。

圖1-7法平面參考系和正交平面參考系（三）假定工作平面參考系1.基面（Pr）過切削刃選定點，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測量時適合于安裝或定位的一個平面或軸線的平面。假定進(jìn)給平面（假定工作平面）Pf

：過切削刃選定點平行于假定進(jìn)給方向并垂直于基面的平面。背平面Pp過切削刃選定點既垂直于假定工作平面又垂直于基面的平面。

假定工作平面參考系建立過程圖1-8假定工作平面參考系的坐標(biāo)平面圖車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進(jìn)給運動方向）三、刀具角度前角

g0

在正交平面中測量的前面與基面間的夾角。后角α0

在正交平面中測量的后面與切削平面間的夾角。刃偏角Кｒ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Кｒ，副偏角Кｒ‘刃傾角ls

在主切削平面中測量的主切削刃與基面間的夾角。副后角：α‘o在副正交平面中測量的副后面與副切削平面間的夾角。正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度圖1-9正交平面參考系中的車刀標(biāo)注角度三、刀具角度立體圖三、刀具角度投影圖刀具角度的一面二角分析法表示空間任意平面方位的定向角度只需要兩個。刀具需要標(biāo)注的獨立角度數(shù)量是刀面數(shù)量的二倍。前面定向用：γo

、

λs后面定向用：αo、

κr

'副面定向用：κr

'、

α'o三、刀具角度前面與基面平行時前角為零；前面與切削平面間夾角小于90°時，前角為正；大于90時，前角為負(fù)。后面與基面夾角小于90°時，后角為正；大于90°時后角為負(fù)。當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅械淖畹忘c時，λs<0°，當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅械淖罡唿c時，λs>0°；當(dāng)主切削刃成水平時，λs=0°

刀具角度正負(fù)的規(guī)定刀具角度正負(fù)的規(guī)定圖三、其他參考系角度法平面度量：法前角γn,后角αn假定工作平面度量:側(cè)前角γf,側(cè)后角αf背平面度量p：背前角γp,背后角αp

其它參考系內(nèi)的標(biāo)注角度（二）假定工作平面參考系圖（三）法平面參考系示圖三、刀具角度同時副切削刃及其相關(guān)的前、后面在空間的定向也需要4個角度，即副前角γｏˊ、副后角αoˊ副偏角κ′r

、副刃傾角λ′s

，它們的定義與主切削刃四角類似。常用的刀具派生角度（1）楔角bο：

楔角bο是在正交平面Po上測量的前面Ag與后面Aa

之間的夾角。bο=

90°--（go+ao

）（2）刀尖角er

：刀尖角er是在基面Pr上的測量切削平面Ps與副切削平面之間的夾角。

er

=

180°--（

kr

+kr’）

（3）余偏角

λ：余偏角

λ是在基面Pr上測量的切削平面Ps與背平面Pp之間的夾角。

λ=

90°--

kr車刀的標(biāo)注（靜態(tài)）角度右偏刀車端面的標(biāo)注角度車槽刀的標(biāo)注角度1.45?彎頭車刀2.

切

斷

刀四.五刀具角度的換算自學(xué)要求：了解公式換算的結(jié)果六刀具的工作角度刀具工作角度參考系刀具安裝對工作角度的影響進(jìn)給運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)量分析有重要意義(一)刀具工作角度參考系概念：用于定義刀具工作時角度的參考系。分類

工作正交平面參考系工作法平面參考系工作平面參考系應(yīng)用最多的是工作正交平面參考系工作正交平面參考系1.工作基面（Pre）過切削刃選定點，垂直于合成切削速度方向的平面。2.工作切削平面（Pse）通過主切削選定點,與切削刃相切并垂直于工作基面的平面。3.工作正交平面（Poe）通過主切削刃選定點并同時垂直于工作基面和工作切削面的平面。

圖1-15刀具工作參考系刀具工作角度γo

e、

αo

e、

κr

e

、λs

eγfe、

αfe、γpe、

αp

e、(二)刀具安裝對工作角度的影響應(yīng)用：粗車外圓：刀尖高于工件中心，增大前角，降低切削力精車外圓：刀尖低于工件中心，增大后角，減少后刀面磨損車成形面：刀尖與工件中心等高，避免誤差

gpe

==g

p+qp

ape

==a

p

―

qp

成形車削或車螺紋、車錐面時，刀尖和工件的中心線一定要精確等高，以保證加工表面的形狀。切槽和切斷時，也必須精確等高，以保證切削加工順利進(jìn)行。(二)刀具安裝對工作角度的影響2.刀桿軸線不垂直進(jìn)給方向時對κr

e、κr

ˊ

e的影響(三)進(jìn)給運動對工作角度的影響3.進(jìn)給運動方向不平行工件旋轉(zhuǎn)軸線時對κr

e、κr

ˊ

e影響4.橫向進(jìn)給運動對工作角度的影響(三)進(jìn)給運動對工作角度的影響縱向進(jìn)給運動對工作前后角的影響圖1-19車削方牙螺紋時螺紋車刀的工作角度a:車刀角度變化圖；b:磨制靜態(tài)前角c:將刀具傾斜安裝角縱向進(jìn)給運動對工作前后角的影響一般車削加工時，進(jìn)給量比工件直徑小的多，所以進(jìn)給運動所形成的螺旋升角也很小，對加工過程的影響常?？梢院雎?，但是在車削多頭螺紋或大螺距螺紋使，因進(jìn)給量值較大，則必須考慮由此引起的角度變化對加工過程的影響。第3節(jié)切削層與切削方式將基面作為切削層參數(shù)的測量平面。

1.切削層公稱寬度沿過渡表面測量的切削層尺寸。bD反映了切削刃參加切削的工作長度。

2.切削層公稱厚度在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的距離。

hD反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷。

3.

切削層公稱橫截面積切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積若車刀刀尖為主、副切削刃的實際交點，且λs=0°，κ′r=0°，則切削層公稱橫截面積為平行四邊形。切削層各有關(guān)參數(shù)間的關(guān)系為：

hD=fsinκr

bD=αp／sinκrAD=hDbD=αpf

一、切削層參數(shù)一、切削層