刀具幾何角度-課件PPT

1、第二節(jié)第二節(jié) 切削刀具及其材料切削刀具及其材料一、一、 切削刀具結(jié)構(gòu)切削刀具結(jié)構(gòu) 由工作部分和非工作部分構(gòu)成。由工作部分和非工作部分構(gòu)成。 車刀車刀( (turning toolsturning tools) )的工作部分比較簡(jiǎn)單，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只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部的柄部( (或刀桿或刀桿) )。不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部不論刀具結(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分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。數(shù)。（

2、1)1)前刀面前刀面 切屑流過的刀面。切屑流過的刀面。 1. 1.刀刀 面面（2)2)主后刀面主后刀面 與工件正在被切削加工的表面與工件正在被切削加工的表面 （過渡表面）相對(duì)的刀面。（過渡表面）相對(duì)的刀面。 （3)3)副后刀面副后刀面 與工件已切削加工的表面相對(duì)與工件已切削加工的表面相對(duì) 的刀面。的刀面。（一）刀具切削部分的基本定義（一）刀具切削部分的基本定義 2. 2.刀刃刀刃（1 1）主切削刃）主切削刃 前刀面與主后刀面在空間的交線。前刀面與主后刀面在空間的交線。（2 2）副切削刃）副切削刃 前刀面與副后刀面在空間的交線。前刀面與副后刀面在空間的交線。 3 3刀尖刀尖 三個(gè)刀面在空間的交點(diǎn)

3、，也可理解為主、副切削刃三個(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。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，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渡刃。一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。 刀具角度是刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量刀具角度是刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削時(shí)所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。數(shù)。 參考系：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基參考系：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面。

4、準(zhǔn)坐標(biāo)面。 參考系：參考系：刀具靜止參考系刀具靜止參考系和和刀具工作參考刀具工作參考系系。 （二）定義刀具角度的參考系（二）定義刀具角度的參考系刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系：在設(shè)計(jì)、制刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系：在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)，用于定義刀具幾何參數(shù)的參造、刃磨和測(cè)量時(shí)，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系?？枷怠? 1刀具靜止參考系刀具靜止參考系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。靜止參考系中最常用的是靜止參考系中最常用的是正交平面參考系正交平面參考系。 2. 2.正交平面參考系正交平面參考系由以下三個(gè)在空間由以下三個(gè)在空間相互垂直的參

5、考平相互垂直的參考平面構(gòu)成。面構(gòu)成。(1)(1)基面基面p pr r通過切削刃上選定通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。削速度方向的平面。通常平行于車刀的通常平行于車刀的安裝面（底面）。安裝面（底面）。(2)(2)切削平面切削平面p ps s 通過切削刃通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直上選定點(diǎn)，垂直于基面并與主切于基面并與主切削刃相切的平面。削刃相切的平面。(3)(3)正交平面正交平面p po o 通過切削刃上選定通過切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)與基面和切削點(diǎn)，同時(shí)與基面和切削平面垂直的平面。平面垂直的平面。（三）刀具的標(biāo)注角度（三）刀具的標(biāo)注角度（1 1）基面中測(cè)量的刀具角度）

6、基面中測(cè)量的刀具角度1 1）主偏角）主偏角r r 主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度v vf f 方向之間的夾角方向之間的夾角。2 2）副偏角）副偏角r r 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度v vf f反方向之間的夾角反方向之間的夾角。（2 2）切削平面中測(cè)量的刀具角度）切削平面中測(cè)量的刀具角度1 1）刃傾角刃傾角s s 主切削刃與基面之間的夾角主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或測(cè)量，但有正負(fù)之分。測(cè)量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行當(dāng)主切削刃與基面平行時(shí)時(shí)s s=0=0；當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)

7、相對(duì)基面處于當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對(duì)基面處于主切削刃上的最高點(diǎn)時(shí)主切削刃上的最高點(diǎn)時(shí)s s 0 0；反之反之s s 00。 （3 3）正交平面中測(cè)量的刀具角度）正交平面中測(cè)量的刀具角度1)1)前角前角O O 前面與基面之間的夾角。前面與基面之間的夾角。2)2)后角后角o o 后面與切削平面之間的夾角。后面與切削平面之間的夾角。說明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等說明：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。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響等條件下確定的。（四）刀具工作角度（四）刀具工作角度刀具在工作參考刀具在

8、工作參考系中確定的角度系中確定的角度稱為刀具工作角稱為刀具工作角度。度。 研究刀研究刀具工作角度的變具工作角度的變化趨勢(shì)，對(duì)刀具化趨勢(shì)，對(duì)刀具的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、革新有重要的指革新有重要的指導(dǎo)意義。導(dǎo)意義。1 1刀具工作參考系的建立刀具工作參考系的建立 與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng)和程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng)e e或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面面p prere。 2 2刀具工作角度的分析刀具工作角度的分析 在車削在車削( (切斷、車螺紋、車絲杠

9、切斷、車螺紋、車絲杠) )、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對(duì)工件已加工表具工作角度的變化，對(duì)工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。（1 1）刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響）刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響v用刃傾角用刃傾角s s=0=0車刀車削外圓時(shí)，由于車車刀車削外圓時(shí)，由于車刀的刀尖高于工件中心，刀的刀尖高于工件中心，工作前角工作前角oeoe增大增大，而而工作后角工作后角oeoe減小減小。v若切削刃低于工件中心，則若切削刃低于工件中心，則工作前角工作前角oeoe增增大大，而，而工作后角工作后角oeoe減小減小

10、1)1)刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響v當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直且逆時(shí)當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直且逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)針轉(zhuǎn)動(dòng)G G角時(shí)，工作主偏角將增大，工作副偏角角時(shí)，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。將減小。2 2）刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響）刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響金屬切削過程實(shí)質(zhì)是工件受到刀具的切割和推擠以后產(chǎn)生彈性和塑性變形，使切削層與工件分離的過程第一變形區(qū)第一變形區(qū)：產(chǎn)生彈性變形，剪切應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，金屬內(nèi)部產(chǎn)生滑移，外部表現(xiàn)為塑性變形，塑性變形增大，韌性降低，強(qiáng)度和脆性增加，一直到滑移第二變形區(qū)第二變形區(qū)：切削金

11、屬層通過剪切平面OM后形成切屑，沿刀具前刀面流出過程中，受到前刀面擠壓使切屑層底部繼續(xù)產(chǎn)生滑移變形的區(qū)域，又稱摩擦區(qū)第三變形區(qū)第三變形區(qū)：工件過渡表面和已加工表面受切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓，摩擦產(chǎn)生微量塑性變形的區(qū)域。特點(diǎn)：特點(diǎn)：主要的變形區(qū)，產(chǎn)生大量的切削熱特點(diǎn)：特點(diǎn)：摩擦引起刀和切屑界面的溫度驟然升高特點(diǎn)：特點(diǎn)：工件出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象的根源摩擦區(qū)摩擦區(qū)Lf分為分為粘接區(qū)粘接區(qū)Lf1和和滑動(dòng)區(qū)滑動(dòng)區(qū)Lf2粘接區(qū)粘接區(qū)Lf1：切屑與前刀面壓力很大，加上高溫，材料塑性增加，底層的金屬與前刀面發(fā)生粘接現(xiàn)象，形成滯留層，發(fā)生內(nèi)部二次剪切滑移，當(dāng)內(nèi)摩擦減小到零時(shí)，切屑橫截面的流動(dòng)速度趨于一致。切削塑

12、性金屬時(shí)，在刀具切削切削塑性金屬時(shí)，在刀具切削刃口附近粘接著一塊剖面呈三刃口附近粘接著一塊剖面呈三角狀或鼻狀的金屬塊，包圍著角狀或鼻狀的金屬塊，包圍著切削刃且覆蓋部分前刀面，這切削刃且覆蓋部分前刀面，這種堆積物種堆積物叫積屑瘤叫積屑瘤有利方面有利方面保護(hù)刀具保護(hù)刀具增加工增加工作前角作前角積屑瘤硬積屑瘤硬度很高度很高可代替切削刃可代替切削刃進(jìn)行切屑，減進(jìn)行切屑，減少刀具的磨損少刀具的磨損積屑瘤的存在，積屑瘤的存在，使刀具的實(shí)際工使刀具的實(shí)際工作前角增大作前角增大可減小切削變可減小切削變形和切削力，形和切削力，使切削輕快使切削輕快不利方面不利方面影響工件尺影響工件尺寸精度寸精度影響工件表影響工件

13、表面粗造度面粗造度積屑瘤破裂后會(huì)劃傷表面，加積屑瘤破裂后會(huì)劃傷表面，加快刀具磨損快刀具磨損會(huì)形成硬點(diǎn)和毛刺，使工件表面粗會(huì)形成硬點(diǎn)和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無，使切削時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無，使切削力產(chǎn)生波動(dòng)而引起振動(dòng)力產(chǎn)生波動(dòng)而引起振動(dòng)積屑瘤的頂端突出于切削刃之外，積屑瘤的頂端突出于切削刃之外，使實(shí)際的切削深度不斷變化使實(shí)際的切削深度不斷變化影響積屑瘤影響積屑瘤的因素的因素工件材料工件材料切削用量切削用量刀具角度刀具角度切削液等切削液等控制措施控制措施要避免在中溫、中速加工塑性材料要避免在中溫、中速加工塑性材料增大前角可減小切削變形，降低切削增大前角可減小切削變形，降

14、低切削溫度，減小積屑瘤的高度溫度，減小積屑瘤的高度采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的切削液可減少采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的切削液可減少甚至消除積屑瘤甚至消除積屑瘤鱗刺：鱗刺：在已加工表面上產(chǎn)生與在已加工表面上產(chǎn)生與切削速度方向垂直的橫向裂紋切削速度方向垂直的橫向裂紋和呈鱗片狀的毛刺和呈鱗片狀的毛刺鱗刺的產(chǎn)生是由于少量金屬材鱗刺的產(chǎn)生是由于少量金屬材料的粘接層積接，料的粘接層積接，剪切應(yīng)力的剪切應(yīng)力的大小和方向不斷變化，大小和方向不斷變化，當(dāng)應(yīng)力當(dāng)應(yīng)力的大小達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，的大小達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，導(dǎo)致切屑與母體發(fā)生撕裂。導(dǎo)致切屑與母體發(fā)生撕裂。1. 切屑形成過程切屑形成過程切削層切削層的金屬的金屬?gòu)椥宰冃螐椥宰冃?/p>

15、塑性變形塑性變形擠裂擠裂切離切離切切屑屑切削層的金切削層的金屬受到刀具屬受到刀具前刀面的推前刀面的推擠后產(chǎn)生彈擠后產(chǎn)生彈性變形性變形隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變逐漸增大，達(dá)到其屈逐漸增大，達(dá)到其屈服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性變形而滑移變形而滑移刀具繼續(xù)切入時(shí)，材刀具繼續(xù)切入時(shí)，材料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時(shí)，達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時(shí)，金屬材料被擠裂金屬材料被擠裂沿刀沿刀具前具前刀面刀面流出流出切屑切屑帶狀切屑帶狀切屑擠裂切屑擠裂切屑單元切屑單元切屑崩碎切屑崩碎切屑呈連綿不斷的帶狀或螺旋呈連綿不斷的帶狀或螺旋狀狀,與刀具接觸的底

16、層光滑，與刀具接觸的底層光滑，背面呈毛絨在狀背面呈毛絨在狀帶狀帶狀切屑切屑一般加工塑性材料（鋼、一般加工塑性材料（鋼、鋁）、采用大的前角，鋁）、采用大的前角，小的切削厚度，最高切小的切削厚度，最高切削速度，會(huì)形成此類切削速度，會(huì)形成此類切屑。切削過程平穩(wěn)，切屑。切削過程平穩(wěn)，切削力變化小，工件表面削力變化小，工件表面光潔光潔; 必須采取斷屑措必須采取斷屑措施施擠裂擠裂切屑切屑切屑背面呈較大的鋸齒狀，切屑背面呈較大的鋸齒狀，底面有不貫穿的裂紋底面有不貫穿的裂紋一般加工中等硬度一般加工中等硬度鋼材時(shí)，切削速度鋼材時(shí)，切削速度較低，切削深度和較低，切削深度和進(jìn)給量較大時(shí)產(chǎn)生進(jìn)給量較大時(shí)產(chǎn)生單元單元切

17、屑切屑在節(jié)狀切屑的整個(gè)剪切面在節(jié)狀切屑的整個(gè)剪切面上，切應(yīng)力超過了材料的上，切應(yīng)力超過了材料的破裂強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)單元被破裂強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)單元被切離形成粒狀切屑切離形成粒狀切屑在加工塑性較差在加工塑性較差的材料時(shí)，采用的材料時(shí)，采用較小的前角或負(fù)較小的前角或負(fù)前角的刀具并以前角的刀具并以極低的切削速度、極低的切削速度、大的切削深度和大的切削深度和進(jìn)給量進(jìn)行切削進(jìn)給量進(jìn)行切削時(shí)形成的時(shí)形成的崩碎崩碎切屑切屑切削層金屬發(fā)生彈性變形切削層金屬發(fā)生彈性變形后，一般不經(jīng)過塑性變形后，一般不經(jīng)過塑性變形就突然崩裂而形成形狀不就突然崩裂而形成形狀不規(guī)則的崩碎切屑規(guī)則的崩碎切屑工件材料脆性越大，工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削刀具前角越小，切削深度和進(jìn)給量越大，深度和進(jìn)給量越大，越易產(chǎn)生此