刀具幾何角度1

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、 切削刀具結構切削刀具結構. . 由工作部分和非工作部分構成由工作部分和非工作部分構成. .。 車刀車刀( (turning toolsturning tools) )的工作部分比較簡單，的工作部分比較簡單，只由切削部分構成，非工作部分就是車刀只由切削部分構成，非工作部分就是車刀的柄部的柄部( (或刀桿或刀桿) )。. .不論刀具結構如何復雜，就其單刀齒切削部不論刀具結構如何復雜，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

2、介紹其幾何參數(shù)。數(shù)。. .（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）相對的刀面。（過渡表面）相對的刀面。 （3)3)副后刀面副后刀面 與工件已切削加工的表面相對與工件已切削加工的表面相對 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

3、尖刀尖 三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃三個刀面在空間的交點，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。 在實際應用中，為增加刀尖的強度與耐磨性，在實際應用中，為增加刀尖的強度與耐磨性，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。 刀具角度是刀具設計、制造、刃磨和測量刀具角度是刀具設計、制造、刃磨和測量時所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削時所使用的幾何參數(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

4、規(guī)定刀具角度的各基準坐標面。準坐標面。 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注角度參考系：在設計、制刀具靜止參考系或標注角度參考系：在設計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系?？枷?。. .1 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注角度。在該參考系中定義的角度稱為刀具的標注角度。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

5、在空間由以下三個在空間相互垂直的參考平相互垂直的參考平面構成。面構成。(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，垂直于該點切點，垂直于該點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，垂直上選定點，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，同時與基面和切削點，同時與基面和切削平面垂直的平面。平面垂直的平面。（三）刀具的標注角度（三）刀具的標注角

6、度（1 1）基面中測量的刀具角度）基面中測量的刀具角度1 1）主偏角）主偏角r r 主切削刃在基面上的投影與進給主切削刃在基面上的投影與進給運動速度運動速度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給副切削刃在基面上的投影與進給運動速度運動速度v vf f反方向之間的夾角反方向之間的夾角。（2 2）切削平面中測量的刀具角度）切削平面中測量的刀具角度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。它在切削平面內標注或它在切削平面內標注或測量，但有正負之分。測量，但有正負之分。當主切削刃與基面平行當主切削刃與基

7、面平行時時s s=0=0；當?shù)都恻c相對基面處于當?shù)都恻c相對基面處于主切削刃上的最高點時主切削刃上的最高點時s s 0 0；反之反之s s 00。 （3 3）正交平面中測量的刀具角度）正交平面中測量的刀具角度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：以上標注角度是在刀尖與工件回轉軸線等說明：以上標注角度是在刀尖與工件回轉軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進給方向，以及不考慮高、刀桿縱向軸線垂直于進給方向，以及不考慮進給運動的影響等條件下確定的。進給運動的影響等條件下確定的。（四）刀具工作角度（四

8、）刀具工作角度刀具在工作參考刀具在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，對刀具化趨勢，對刀具的設計、改進、的設計、改進、革新有重要的指革新有重要的指導意義。導意義。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，不同點就在于它以合成切削運動和程序相似，不同點就在于它以合成切削運動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

9、削在車削( (切斷、車螺紋、車絲杠切斷、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，對工件已加工表具工作角度的變化，對工件已加工表面質量或切削性能造成不利影響。面質量或切削性能造成不利影響。（1 1）刀具安裝位置對刀具工作角度的影響）刀具安裝位置對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，由于車車刀車削外圓時，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，

10、而工作后角工作后角oeoe減小減小1)1)刀尖安裝高低對工作前、后角的影響刀尖安裝高低對工作前、后角的影響v當?shù)稐U中心線與進給運動方向不垂直且逆時當?shù)稐U中心線與進給運動方向不垂直且逆時針轉動針轉動G G角時，工作主偏角將增大，工作副偏角角時，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。將減小。2 2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響金屬切削過程實質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，剪切應力達到材料的屈服極限，金屬內部產(chǎn)生滑移，外部表現(xiàn)為塑性變形，塑性變形增大，韌性降低，強度和脆性增加，一直

11、到滑移第二變形區(qū)第二變形區(qū)：切削金屬層通過剪切平面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：特點：主要的變形區(qū)，產(chǎn)生大量的切削熱特點：特點：摩擦引起刀和切屑界面的溫度驟然升高特點：特點：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和和滑動區(qū)滑動區(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)生內部二次剪切滑移，當內摩擦減小到零時，切

12、屑橫截面的流動速度趨于一致。切削塑性金屬時，在刀具切削切削塑性金屬時，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刀具保護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行切屑，減進行切屑，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，使刀具的實際工使刀具的實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

13、件尺寸精度寸精度影響工件表影響工件表面粗造度面粗造度積屑瘤破裂后會劃傷表面，加積屑瘤破裂后會劃傷表面，加快刀具磨損快刀具磨損會形成硬點和毛刺，使工件表面粗會形成硬點和毛刺，使工件表面粗造度值增大造度值增大時大時小，時有時無，使切削時大時小，時有時無，使切削力產(chǎn)生波動而引起振動力產(chǎn)生波動而引起振動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，使實際的切削深度不斷變化使實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，

14、降低切削增大前角可減小切削變形，降低切削溫度，減小積屑瘤的高度溫度，減小積屑瘤的高度采用潤滑性能優(yōu)良的切削液可減少采用潤滑性能優(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，剪切應力的剪切應力的大小和方向不斷變化，大小和方向不斷變化，當應力當應力的大小達到材料的強度極限，的大小達到材料的強度極限，導致切屑與母體發(fā)生撕裂。導致切屑與母體發(fā)生撕裂。1. 切屑形成過程切屑形成過程切削層

15、切削層的金屬的金屬彈性變形彈性變形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力、切應變隨著切應力、切應變逐漸增大，達到其屈逐漸增大，達到其屈服強度時，產(chǎn)生塑性服強度時，產(chǎn)生塑性變形而滑移變形而滑移刀具繼續(xù)切入時，材刀具繼續(xù)切入時，材料內部的應力、應變料內部的應力、應變繼續(xù)增大，當切應力繼續(xù)增大，當切應力達到其斷裂強度時，達到其斷裂強度時，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

16、斷的帶狀或螺旋狀狀,與刀具接觸的底層光滑，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，會形成此類切削速度，會形成此類切屑。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，切削速度鋼材時，切削速度較低，切削深度和較低，切削深度和進給量較

17、大時產(chǎn)生進給量較大時產(chǎn)生單元單元切屑切屑在節(jié)狀切屑的整個剪切面在節(jié)狀切屑的整個剪切面上，切應力超過了材料的上，切應力超過了材料的破裂強度時，整個單元被破裂強度時，整個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，采用的材料時，采用較小的前角或負較小的前角或負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給量進行切削進給量進行切削時形成的時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