第1章 刀具幾何角度及切削要素最新版本課件

1、一、 切削運(yùn)動(dòng)和加工表面,金屬切削刀具除工件上多余的（或預(yù)留的）金屬，從而使工件的形態(tài),尺寸精度表面質(zhì)量都合乎預(yù)定要求，這樣的加工稱為金屬切削加工。,第一節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)與切削用量,為了切除工件上多余的金屬,刀-工之間必須要有,1.切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng),2.加工表面,（1）待加工表面： 加工時(shí)即將被切割的工件表面。,（2） 已加工表面： 已被切去的多余金屬而形成符合要求的工件新表面。,（3）過(guò)渡表面（或稱切削表面）： 加工時(shí)由切削刃在工件上正在形成的那個(gè)表面；它是待加工表面和已加工表面之間的表面。,加工表面:,3.切削層：,待加工表面,加工表面 （過(guò)渡表面）,已加工表面,平行四邊形ABCD-

2、切削層,后面詳細(xì)介紹,各種切削加工的切削運(yùn)動(dòng)和加工表面,A.車削：,B.孔加工：,麻花鉆,锪鉆,擴(kuò)孔鉆,鏜孔刀,鉸刀,拉削,C.銑削,D.齒輪加工：,二、切削用量、切削時(shí)間與材料切除率,1. 切削速度Vc,Vc=dn/1000 (m/s或m/min),d - 工件或刀具上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑 (mm) n - 工件或刀具的轉(zhuǎn)速 (r/s 或 r/min),2. 進(jìn)給量 f 進(jìn)給速度 vf 和每齒進(jìn)給量 fz 進(jìn)給運(yùn)動(dòng),使新的金屬層不斷投入切削,以便切完工件表面上全部余量的運(yùn)動(dòng).,f - 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 (mm/r) Vf - 每秒進(jìn)給量 (mm/s) fz - 每齒進(jìn)給量 (mm/z),三者之間的關(guān)系

3、: Vf = fn = fzzn (mm/s 或 mm/min),外圓柱表面車削時(shí)的切削深度可用下式計(jì)算 ap = (dw-dm)/2 (mm) dm-已加工表面直徑，mm; dw-待加工表面直徑，mm.,對(duì)于鉆削： ap = dm/2 (mm) （孔的半徑）,3. 切削深度 ap:,已加工表面與待加工表面的垂直距離(mm),以上三點(diǎn)就是切削用量三要素,4.切削時(shí)間 (機(jī)動(dòng)時(shí)間):,5.材料切除率Q :,單位時(shí)間內(nèi)所切除的材料體積 mm3/min,三、合成切削運(yùn)動(dòng)與合成切削速度,第二節(jié) 刀具切削部分的基本定義,一. 刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素,1.前刀面A: 切屑流過(guò)的表面,2.后刀面A: 與過(guò)渡

4、表面相對(duì)的刀具表面,3.切削刃 S: 前刀面與后刀面相交線,4.刀尖: 主切削刃與副切削刃相交點(diǎn),副后刀面 A,副切削刃 S,a) 刀契及刀契剖面形狀,b) 刀尖形狀,刀尖:,刀尖圓弧半徑 r,鈍圓半徑 rn,刀契剖面：,二. 刀具角度的參考平面和參考系,1.刀具角度參考平面,基面 P 過(guò)切削刃某點(diǎn),垂直與主運(yùn)動(dòng)方向的平面.,切削平面 Ps 過(guò)切削刃某點(diǎn),與切削刃相切,垂直與基面的平面.,主剖面 Po 過(guò)切削刃某點(diǎn),垂直與基面和切削平面的平面.,法剖面 Pn 過(guò)切削刃某點(diǎn),垂直與切削刃的平面.,進(jìn)給剖面 Pf 和切深剖面 Pp,PrVc,PsPr,2.刀具的標(biāo)注角度參考系,1） 主剖面參考系

5、： Pr-Ps-Po,2） 法剖面參考系 ： Pr-Ps-Pn,3.進(jìn)給、切深剖面參考系 ： Pr-Pp-Pf,刀具標(biāo)注角度的三個(gè)參考系,PrPsP0,PrPsPn,PrPpPf,1.主剖面參考系里的標(biāo)注角度 (Pr-Ps-Po),三. 刀具的標(biāo)注角度, 前角。 前刀面與基面的夾角. (+/-), 后角。 后刀面與切削平面的夾角. (0), 主偏角 切削平面與進(jìn)給方向的夾角., 副偏角副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角., 刃傾角s 在切削平面內(nèi)測(cè)量主切削刃S與基面的夾角.(+/-),2.法剖面參考系里的標(biāo)注角度 ( Pr-Ps-Pn ), 法前角n, 法后角n,3.進(jìn)給,切深剖面參考系里的標(biāo)注角度

6、 (Pr-Pp-Pf), f f, p p,P0-P0,Ps,ISO 外圓車刀的標(biāo)注角度,例：作圖表示端面車刀的幾何角度,P0-P0,r,r,pr,ps,例：作圖表示切斷車刀的幾何角度,r,0,Po-Po,Po-Po,0,圓柱形銑刀幾何角度,s,面銑刀的幾何角度,第三節(jié) 刀具角度的換算,一. 主剖面與法剖面內(nèi)的角度換算,s,在直角三角形oac中：,主剖面前角0與法剖面前角n,在直角三角形abc中：,在直角三角形oab中：,主剖面后角0與法剖面后角n,s,在直角 odf 中：,在直角 oef 中：,在直角 oed中：,s,0,當(dāng)=0時(shí)，=s,當(dāng)=90時(shí)，= 0,二. 主剖面與其他剖面內(nèi)的角度換算

7、,當(dāng)=90-r時(shí)，=p,當(dāng)=180-r時(shí)，=f,第四節(jié) 刀具的工作角度,考慮合成運(yùn)動(dòng)和實(shí)際安裝情況時(shí),刀具的實(shí)際角度-刀具工作角度,一. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響,二. 刀刃上選定點(diǎn)安裝高低對(duì)工作角度的影響,三. 刀柄中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)工作角度的變形,第五節(jié) 切削層與切削方式,在各種切削加工中,刀具相對(duì)于工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向每移動(dòng) f (mm/r) 之后,一個(gè)刀齒正在切削的金屬層。,垂直于過(guò)渡表面來(lái)測(cè)量的切削層尺寸。(mm) 當(dāng)縱車外圓時(shí), s = 0 hD = fsinr,沿過(guò)渡表面來(lái)測(cè)量的切削層尺寸。(mm) 當(dāng)縱車外圓時(shí), s = 0 bD = ap/sinr,切削層在基面內(nèi)的面積.

8、 (mm2) AD = hDbD 對(duì)于車削 AD = hDbD = fap,1.切削層,2.切削厚度 hD,3.切削寬度 bD,4.切削面積 AD,AD,5.正切削與斜切削,正切削: 切削刃垂直于合成切削方向的切削方式.(直角切削),斜切削: 切削刃不垂直于合成切削方向的切削方式.(斜角切削),正切屑: fsinrap/sinr (=:對(duì)等屑),自由切削:只有直線形切削刃參加切削工作,副切削刃不參加切削工作的切削. 非自由切削:曲線形切削刃或主,副切削刃參加切削工作的切削.,7.正切屑和倒切屑,6. 自由切削與非自由切削,8.實(shí)際前角,流屑角：,習(xí)題一：,1. 車削直徑80mm，長(zhǎng)200mm棒

9、料外圓，若選用ap=4mm, f=0.5mm/r, n=240r/min,試計(jì)算切削速度vc、切削機(jī)動(dòng)時(shí)間tm、材料切除率Q為多少？,2.刀具主剖面參考系平面中pr, p0, ps及其刀具角度0 、0 、r、 s 如何定義？用圖表示之。,習(xí)題二：,2.確定前刀面空間幾何位置的角度有哪些？確定后刀面空間幾何位置的角度有哪些？,3. 作圖表示鏜孔刀、切槽刀的幾何參數(shù)。,習(xí)題三：,2.車削直徑80mm，長(zhǎng)200mm棒料外圓，若選用ap=4mm, f=0.5mm/r, n=240r/min, r=75試計(jì)算切削厚度hD、切削寬度bD和切削層公稱截面積AD。,1. 已知用r=90r=20=5 0=12s

10、=0的切斷刀切斷直徑50mm棒料。若切削刃安裝時(shí)高于中心0.2mm,試計(jì)算（不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響）切斷后工件端面留下的剪斷心柱直徑。（提示）,課堂練習(xí)：,思考題：,作圖表示AB兩點(diǎn)的工作前角re和工作后角re 。,0e,課堂練習(xí)解答1,課堂練習(xí)解答2,又一個(gè),一 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素,（一）切削運(yùn)動(dòng),1.主運(yùn)動(dòng),刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料 使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而形成工件的新表面?切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)速度最高，消耗功率最大 主運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向 切削速度vc切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度,2進(jìn)給運(yùn)動(dòng),刀具與

11、工件之間附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 配合主運(yùn)動(dòng)依次地或連續(xù)不斷地切除切屑 可由刀具完成車削、工件完成銑削 可以是間歇的刨削、連續(xù)的車削 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)進(jìn)給方向。 進(jìn)給速度vf切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度,刨削：主運(yùn)動(dòng)刨刀的直線運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件移動(dòng) 鉆削：主運(yùn)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鉆頭軸向移動(dòng) 插齒：主運(yùn)動(dòng)插齒刀上下運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件分度運(yùn)動(dòng)等 車外圓：主運(yùn)動(dòng)工件高速旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)車刀軸向運(yùn)動(dòng),磨外圓：主運(yùn)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪軸向移動(dòng) 銑平面：主運(yùn)動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件移動(dòng) 鏜孔：主運(yùn)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)（繞工件軸線） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刀具徑向移動(dòng),3合成切削運(yùn)動(dòng)

12、主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。,（二）、切削加工過(guò)程中的工件表面,車削加工是一種最常見(jiàn)的、典型的切削加工方法 以它為例，車削加工過(guò)程中工件上有三個(gè)不斷變化著的表面。,(1)待加工表面工件上有待切除的表面 (2)已加工表面經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面 (3)過(guò)渡表面(或稱切削表面) 切削刃正在切削的表面 它是待加工表面和已加工表面之間的過(guò)渡表面,（三）、切削要素,切削過(guò)程的切削用量要素和在切削過(guò)程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。,切削層,1.切削用量要素 切削速度 進(jìn)給量 背吃刀量,(1).切削速度 VC,m/min 指主運(yùn)動(dòng)的線速度，以車削為例： n工件或刀具的轉(zhuǎn)速，n為rmin d工

13、件或刀具觀察點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)直徑，d為mm 一般取dw,（m/min),(2).進(jìn)給量 f,指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量 主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mmr 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm雙行程或mm單行程 對(duì)于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量fz，單位為mmz或mm齒，它與進(jìn)給量f的關(guān)系為 f=zfz,進(jìn)給量是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的單位量。車削時(shí)進(jìn)給量f是取工件每旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，工件與刀具相對(duì)位移量,（mm/min),vf進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度 多齒刀具有每齒進(jìn)給量,(3

14、).背吃刀量ap,工件待加工表面與加工表面之間的垂直距離 在通過(guò)切削刃基點(diǎn)并垂直于工作平面方向上測(cè) 量的吃刀量 一般稱為切削深度，單位為mm； dw待加工表面直徑 dm已加工表面直徑,(4).切削時(shí)間tm,切削時(shí)間是反映切削效率高低的一種指標(biāo) 車外圓時(shí)切削時(shí)間tm可由下式計(jì)算 L刀具行程長(zhǎng)度 A半長(zhǎng)方向加工余量,提高切削用理ap、f、Vf中任何一個(gè)要素，都可縮短切削時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。,(5).金屬切除率QZ,在金屬切削過(guò)程中，切削用量三要素選配的大小，將影響切削效率的高低，通常用三要素的乘積作為衡量指標(biāo)，稱為材料切除率 每分鐘切下工件材料的體積 是衡量切削效率高低的另一種指標(biāo),（mm3/mi

15、n）,2切削層參數(shù),切削層是指工件上正被刀具切削刃切削著的一層金屬 切削層參數(shù)基面中測(cè)量的切削層長(zhǎng)度、寬度和面積。 它們與切削用量f、ap 有關(guān),(1)切削層公稱厚度hD垂直于正在加工的表面(過(guò)渡表面)度量的切削層參數(shù)。 (2)切削層公稱寬度bD平行于正在加工的表面(過(guò)渡表面)度量的切削層參數(shù)。 (3)切削層公稱橫截面積A D在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。,二、刀具切削部分的幾何參數(shù),(一)刀具的組成 部分,刀面 刀頭-切削部分 刀刃 刀尖 刀桿-用于裝夾,1.刀 面,前刀面Ar 切屑流出時(shí)經(jīng)過(guò)的刀面 后刀面Aa 與加工表面相對(duì)的刀面 副后刀面Aa 與已加工表面相對(duì)的刀面,2。切削刃,主切

16、削刃S Ar與Aa的交線 副切削刃S Ar與Aa的交線,3 刀尖,主、副切削刃匯交的一小段切削刃稱刀尖,實(shí)際使用的刀具切削部分放大形狀,（二）、刀具角度,標(biāo)注坐標(biāo)系-靜態(tài)參考系-刀具角度 它是刀具設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖標(biāo)注、刃磨測(cè)量角度時(shí)基準(zhǔn)。 工作坐標(biāo)系-動(dòng)態(tài)參考系-工作角度 它是確定刀具切削運(yùn)動(dòng)中角度的基準(zhǔn)。,1。主剖面標(biāo)注系坐標(biāo)平面,刀具標(biāo)注系坐標(biāo)平面是以刀具結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以刀具的安裝定位面及假定的切削運(yùn)動(dòng)方向建立起來(lái)的坐標(biāo)平面。,1.基面Pr 刃磨測(cè)量的定位基準(zhǔn) 通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，平行于車刀底面的平面。或?yàn)橥ㄟ^(guò)切削刃某選定點(diǎn)，包含刀具軸線的平面。 2.切削平面PS 通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，與切削刃

17、相切，且垂直于基面的平面。 3.主剖面PO 主剖面是通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面與切削平面的平面。,四個(gè)基本角度,主偏角 ：基面中測(cè)量的主切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間夾角。 刃傾角 ：切削平面中測(cè)量的切削刃與基面間夾角。 前角 ：主剖面中測(cè)量的前刀面與切削平面間的夾角。 后角 ：主剖面中測(cè)量的后刀面與切削平面間的夾角。,（二）刀具角度定義,三個(gè)刀面、兩條刀刃、六個(gè)獨(dú)立角度,副偏角 、副刃后角,派生角度：由以上角度推算 副刃傾角 ，副刃前角 楔角 刀尖角,（三）前角、后角、刃傾角正負(fù)的規(guī)定,又一個(gè),1 金屬切削原理,本講提要 基本定義 切削運(yùn)動(dòng)和切削用量 刀具幾何參數(shù) 切削層參數(shù) 本講重點(diǎn) 刀具

18、標(biāo)注角度 作業(yè),1.1基本定義,金屬切削過(guò)程 工件與刀具相互作用的過(guò)程 金屬切削加工 用刀具從工件表面上切除多余的材料，以獲得自幾何形狀，尺寸精度，表面粗糙度及表面層質(zhì)量等各個(gè)方面符合要求的加工方法，要求高質(zhì)量，高效率，低成本。,1.1基本定義,實(shí)現(xiàn)切削過(guò)程的三個(gè)條件 切削運(yùn)動(dòng) 工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 切削性能 刀具材料必須具備一定的切削性能 切削角度 刀具必須具有合理的幾何參數(shù),1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量,1.1.1.1工件加工表面 在切削過(guò)程中，工件上通常存在著三個(gè)不斷變化的表面。 待加工表面工件上即將切除的表面 已加工表面工件上已經(jīng)切除而形成的新表面 過(guò)渡表面(切削表面)工件上正在

19、切削的表面，介于已加工表面和待加工表面之間。,外圓車削的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面,平面刨削的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面,討論,車斷切削時(shí)的加工表面,1.1.1.2 切削運(yùn)動(dòng),切削運(yùn)動(dòng) 刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（即表面成形運(yùn)動(dòng)） 切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的向量和稱為合成切削運(yùn)動(dòng),(1)主運(yùn)動(dòng),【主運(yùn)動(dòng)】由機(jī)床提供的刀具與工件間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使刀具切削刃切入工件材料的運(yùn)動(dòng) 【主要特征】速度高、消耗功率大、通常只有一個(gè) 【形式】直線或旋轉(zhuǎn) 【狀態(tài)】連續(xù)或間歇 【主運(yùn)動(dòng)方向】不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的條件下，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向 【切削速度vc】切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬

20、時(shí)速度,(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng),【進(jìn)給運(yùn)動(dòng)】使主運(yùn)動(dòng)能夠連續(xù)進(jìn)行，切除工件上多余材料, 形成滿足一定要求的已加工表面的運(yùn)動(dòng) 【主要特征】速度低、消耗功率小、可以有多個(gè) 【形式】直線或旋轉(zhuǎn)，或他們的組合 【狀態(tài)】連續(xù)或間歇 【進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向】不考慮主運(yùn)動(dòng)的條件下，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向。 【進(jìn)給速度vf 】切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。,(3)合成切削運(yùn)動(dòng),合成切削運(yùn)動(dòng)： 由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng) 合成切削運(yùn)動(dòng)方向：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng)的方向 合成切削運(yùn)動(dòng)速度ve： 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的合成運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度 合成切削運(yùn)動(dòng)速度角： 主運(yùn)動(dòng)方向與合

21、成切削運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角,切削運(yùn)動(dòng)分析方法,確定加工過(guò)程中總共有哪些運(yùn)動(dòng) 選定其中一個(gè)運(yùn)動(dòng) 假定沒(méi)有其他運(yùn)動(dòng)，看其產(chǎn)生的結(jié)果 根據(jù)定義進(jìn)行判斷,(4)切削用量三要素,切削速度vc 進(jìn)給量f 背吃刀量（切削深度）ap,切削速度vc,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。 車削外圓時(shí)的切削速度計(jì)算公式：V=dwn/1000其中: dw工件待加工表面的直徑(mm)； n工件的轉(zhuǎn)速(r/s)。,進(jìn)給量f,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

22、等)或mm/d.str(毫米/雙行程，double stroke) (用于刨削、磨削等)。 進(jìn)給量表示進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度還可以用進(jìn)給速度Vf（單位mm/s)或每齒進(jìn)給量fz(用于銑刀、鉸刀等多刃刀具，單位是mm/齒)表示：Vf=nf=nzfz其中： n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速(mm/s)； z刀齒齒數(shù)。,背吃刀量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(cè)量的刀具切削刃與工件切削表面的接觸長(zhǎng)度。 注：它是主切削刃的工作長(zhǎng)度在包含主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的平面的垂線上的投影長(zhǎng)度。 對(duì)于外圓車削，背吃刀量為工件上已加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

23、工件待加工表面的直徑(mm)；dm工件已加工表面的直徑(mm)。,討論,確定下列加工方法的切削運(yùn)動(dòng) 鉆孔 外圓磨削 滾齒 確定下列加工方法的切削用量 外圓車削時(shí)的背吃刀量ap 平面刨削,1.1.2刀具幾何參數(shù),刀具切削部分的組成要素 確定刀具角度的參考平面 刀具的標(biāo)注角度 刀具的工作角度,1.1.2.1刀具切削部分的組成要素,刀具切削部分的組成 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）組成可用一句話總結(jié)： “三面兩刃一尖” 前面 主后面 副后面 主切削刃 副切削刃 刀尖,1.1.2.1刀具切削部分的組成要素,前面A：刀具上與切屑接觸并相互作用的表面。 主后面A：刀具上與工件過(guò)

24、渡表面相對(duì)并相互作用的表面。 副后面A：刀具上與已加工表面相對(duì)并相互作用的表面。 主切削刃S：前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。 副切削刃S：前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。 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，折線段，或圓弧。,刀具組成示意圖,1.1.2.2確定刀具切削刃角度的參考平面,要確定和測(cè)量刀具角度，必須引入三個(gè)參考平面：（1）基面Pr 通過(guò)主切削刃上某一點(diǎn)并與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面。（2）切削平面Ps 通過(guò)主切削刃上某一點(diǎn)并與工件加工表面相切的平面。 （3）正交平面Po 通過(guò)主切削刃上某一點(diǎn)并與主

25、切削刃在基面上的投影相垂直的平面。PrPsPo 切削平面、基面和正交平面共同組成標(biāo)注刀具角度的平面參考系。常用的標(biāo)注刀具角度的參考系還有法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系。,1.1.2.3刀具標(biāo)注角度的參考系,正交平面參考系中的標(biāo)注角度,1.1.2.4刀具的標(biāo)注角度,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)（共18個(gè)），以車刀為例，表示了幾個(gè)角度的定義。 前角0：在正交平面內(nèi)測(cè)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。 后角0：在正交平面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表

26、示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。,刀具的標(biāo)注角度,主偏角r在基面內(nèi)測(cè)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r在基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。副偏角一般為正值。 刃傾角s在切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角.當(dāng)主切削刃呈水平時(shí),s=0;刀尖為主切削刃最低點(diǎn)時(shí)，s0;刀尖為主切削刃上最高點(diǎn)是，s0.,1.1.2.5刀具的工作角度,在實(shí)際的切削加工中，由于刀具安裝位置和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，上述標(biāo)注角度會(huì)發(fā)生一定的變化。角度變化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變。以切削過(guò)程中實(shí)際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的

27、刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實(shí)際角度。,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)刀具工作角度的影響,橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響,縱向進(jìn)給的影響,刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響,刀具安裝高低的影響,刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)的影響,1.1.3切削層參數(shù),在切削過(guò)程中，刀具的切削刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層，稱為切削層。 切削層公稱厚度ac 切削層公稱寬度aw 切削層公稱橫截面積Ac,切削層公稱厚度ac,在過(guò)渡表面法線方向測(cè)量的切削層尺寸，即相鄰兩過(guò)渡表面之間的距離。ac反映了切削刃單位長(zhǎng)度上的切削負(fù)荷。 ac=f*sinkr其中：ac切削層公稱厚度(mm)； f進(jìn)給量(mm/r）； kr車刀主偏角(。)。,切削

28、層公稱寬度aw,沿過(guò)渡表面測(cè)量的切削層尺寸。aw反映了切削刃參加切削的工作長(zhǎng)度。 aw=ap/sinkr其中：aw切削層公稱寬度(mm)。,切削層公稱橫截面積Ac,切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積。 Ac=acaw=fsinkrap/sinkr=fap 其中: Ac切削層公稱橫截面積(mm2)。,背吃刀量,外圓車削時(shí)的背吃刀量,又一個(gè),刀具的基本定義及車刀簡(jiǎn)介 刀具材料及切削機(jī)理 孔加工刀具 銑刀 刀具合理幾何參數(shù)的選擇 切削用量的選擇 刀具的磨損和耐用度 成形刀具及其它刀具介紹 刀具的一般設(shè)計(jì)過(guò)程 數(shù)控加工刀具簡(jiǎn)介,授 課 計(jì) 劃,第一講刀具的基本定義及車刀簡(jiǎn)介,一.金屬切削加工的基本知

29、識(shí),金屬切削加工利用刀具切除被加工零件多余的材料，形成已加工表面。 金屬切削加工的目的 使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)與使用要求。 兩個(gè)基本條件 切削運(yùn)動(dòng) 刀具 是機(jī)械制造工業(yè)中最基本的加工方法，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。,1. 切削運(yùn)動(dòng) 為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,主運(yùn)動(dòng),刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而形成工件的新表面?切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)速度最高，消耗功率最大。 主運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。 切削速度vc

30、切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。,進(jìn)給運(yùn)動(dòng),刀具與工件之間附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 配合主運(yùn)動(dòng)依次地或連續(xù)不斷地切除切屑。 可由刀具完成車削、工件完成銑削 可以是間歇的刨削、連續(xù)的車削 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)進(jìn)給方向。 進(jìn)給速度vf切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。,合成切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。,各種切削加工的切削運(yùn)動(dòng),2. 切削加工過(guò)程中的工件表面,切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程, 就是表面形成過(guò)程。 在這個(gè)過(guò)程中, 切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。 有兩個(gè)要素，一是切削刃, 二是切削運(yùn)動(dòng)。 不同的切

31、削運(yùn)動(dòng)的組合,即可形成各種工件表面。 車削加工是一種最常見(jiàn)的、典型的切削加工方法，以它為例，車削加工過(guò)程中工件上有三個(gè)不斷變化著的表面。,(1) 待加工表面工件上有待切除的表面。 (2) 已加工表面經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。 (3) 過(guò)渡表面(或稱切削表面) 切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之間的過(guò)渡表面。,各種切削加工的工件表面,3. 切削要素,切削過(guò)程的切削用量和在切削過(guò)程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。,衡量切削運(yùn)動(dòng)量的大小。 包括三要素 切削速度Vc 進(jìn)給量f(或進(jìn)給速度Vf) 背吃刀量ap,切削用量,m/min 指主運(yùn)動(dòng)的線速度，以車削為例：,（m/min),切削速度V

32、C,n工件或刀具的轉(zhuǎn)速，n為rmin d工件或刀具觀察點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)直徑，d為mm一般取dw,進(jìn)給量f,主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mmr 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm雙行程或mm單行程 對(duì)于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量fz，單位為mmz或mm齒，它與進(jìn)給量f的關(guān)系為 f=zfz,指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量,進(jìn)給量f,進(jìn)給量是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的單位量。車削時(shí)進(jìn)給量f是取工件每旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，工件與刀具相對(duì)位移量,(mm/min),Vf 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度

33、多齒刀具有每齒進(jìn)給量,背吃刀量ap,dw待加工表面直徑 dm已加工表面直徑,工件待加工表面與加工表面之間的垂直距離 在通過(guò)切削刃基點(diǎn)并垂直于工作平面方向上測(cè)量的吃刀量 一般稱為切削深度，單位為mm；,各種切削加工的切削用量,切削層參數(shù),切削層是指工件上正被刀具切削刃切削著的一層金屬。 切削層參數(shù)基面中測(cè)量的切削層長(zhǎng)度、寬度和面積。 它們與切削用量f、ap 有關(guān)。,切削層參數(shù),(1)切削層公稱厚度hD垂直于正在加工的表面(過(guò)渡表面)度量的切削層參數(shù)。它反映了切削刃單位長(zhǎng)度上的切削負(fù)荷。,(2)切削層公稱寬度bD平行于正在加工的表面(過(guò)渡表面)度量的切削層參數(shù)。它反映了切削刃參加切削的工作長(zhǎng)度。,

34、(3)切削層公稱橫截面積AD在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。,各種切削加工的切削層參數(shù),二、刀具角度,1.刀具的構(gòu)成,金屬切削刀具的種類很多，其形狀、結(jié)構(gòu)各不相同，但是它們的基本功用都是在切削過(guò)程中，用刀刃從工件毛坯上切下多余的金屬。在結(jié)構(gòu)上它們都具有共同的特征，尤其是它們的切削部分。,由工作部分和非工作部分構(gòu)成。,車刀的工作部分比較簡(jiǎn)單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。,不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來(lái)，本節(jié)以外圓車刀為例來(lái)介紹其幾何參數(shù)。,刀 面,前刀面 切屑流過(guò)的表面，以A表示。,主后刀面 與工件上過(guò)渡表面相對(duì)的表面

35、，以A表示。,副后刀面 與工件上已加工表面相對(duì)的表面，以A表示。,切削刃,主切削刃 前刀面與主后刀面的交線，記為S。 它承擔(dān)主要的切削工作。,副切削刃 前刀面與副后刀面的交線，記為S。 它協(xié)同主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。,刀 尖,三個(gè)刀面在空間的交點(diǎn)，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。,在實(shí)際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過(guò)渡刃。,其他各類刀具，如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可以看成是車刀的演變和組合。,2. 刀具標(biāo)注角度,刀具要從工件上切下金屬，必須具有一定的角度，也正是由于切削角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。要確定和測(cè)量

36、刀具角度，必須引入一個(gè)空間坐標(biāo)參考系。,工作坐標(biāo)系-動(dòng)態(tài)參考系-工作角度 它是確定刀具切削運(yùn)動(dòng)中角度的基準(zhǔn)。 標(biāo)注坐標(biāo)系-靜態(tài)參考系標(biāo)注角度 它是刀具設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖標(biāo)注、刃磨測(cè)量角度時(shí)基準(zhǔn)。它是在假定條件下的工作角度。,(1)假定運(yùn)動(dòng)條件：給出刀具假定主運(yùn)動(dòng)方向和假定進(jìn)給方向，而不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的大小。 (2)假定安裝條件：刀具安裝基準(zhǔn)面垂直于主運(yùn)動(dòng)方向，刀桿的中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向垂直，刀具刀尖高與工件中心軸線等高。,確定刀具標(biāo)注角度參考系時(shí)做的二個(gè)假定,基面r 通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。,切削平面s 通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切，且垂直于該點(diǎn)基面的平面。,正交

37、平面o 通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面和切削平面的平面。,刀具標(biāo)注角度的參考系平面,正交平面參考系Pr-Ps-Po 最常用的刀具標(biāo)注角度參考系,法平面n 通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。,法平面參考系Pr-Ps-Pn,假定工作平面f、Pp Pf：通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向，并垂直于該點(diǎn)基面的平面。 Pp：通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)同時(shí)垂直于Pr和Pf的平面。,假定工作平面參考系Pr-Pf-Pp,刀具標(biāo)注角度,1）基面中測(cè)量的刀具角度,主偏角r 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r 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。 副偏角一

38、般為正值。,主切削刃和副切削刃之間的過(guò)渡刃參數(shù)將改變刀尖的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑r描述，當(dāng)r=0時(shí)為尖角過(guò)渡，r0時(shí)為圓角過(guò)渡，直線過(guò)渡時(shí)用 和b參數(shù)描述。,刀尖角r 主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，它是派生角度。 r180-(r r) r是標(biāo)注角度是否正確的驗(yàn)證公式之一。,刀具標(biāo)注角度,2）切削平面中測(cè)量的刀具角度,刃傾角有正負(fù)之分： 當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)，s0； 刀尖為主切刃上最高點(diǎn)時(shí)，s0； 刀尖為主切刃上最低點(diǎn)時(shí)，s0。,刃傾角s主切削刃與基面間的夾角。,刀具標(biāo)注角度,3）正交平面中測(cè)量的刀具角度,前角o 在正交平面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面間的夾角。 根據(jù)前刀面和基面的相對(duì)位置不同分

39、別規(guī)定正前角、零度前角和負(fù)前角。,后角o 在正交平面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面的夾角。 后角一般為正值。,刀具標(biāo)注角度,說(shuō)明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響等條件下確定的。,楔角o 前面與后面之間的夾角，它是個(gè)派生角。 o90(Oo) o也是判斷標(biāo)注是否正確的驗(yàn)證式之一。,刀具標(biāo)注角度,法平面參考系刀具標(biāo)注角度,法平面參考系刀具標(biāo)注角度，在基面Pr和切削平面Ps內(nèi)表示的角度r、r、r和s與正交平面參考系是相同的。 將O 、o、o改為在法平面Pn內(nèi)的法向前角n、法向后角n 、和法向楔角n 。,假定工作平面參考系刀具標(biāo)注角度,假定工作平面參考系刀具標(biāo)注角度，只有在基面Pr內(nèi)表示的角度r、r、r與正交平面參考系是相同的。 Pf中標(biāo)注：進(jìn)給前角f、進(jìn)給后角f 、進(jìn)給楔角f 。 Pp中標(biāo)注：切深前角p、切深后角p 、切深楔角p 。,3.刀具角度的換算,在設(shè)計(jì)和制造刀具時(shí)，需要對(duì)不同參考系的標(biāo)注角度進(jìn)行換算也就是正交平面、法平面、假定工作平面之間的角度換算。,例如：在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和檢驗(yàn)中，常常需要知道主刀刃在法平面內(nèi)的角度；