金屬切削與原理

1、 職業(yè)教育機電類技能人才培養(yǎng)規(guī)劃教材職業(yè)教育機電類技能人才培養(yǎng)規(guī)劃教材 數(shù)控技術(shù)應用專業(yè)系列數(shù)控技術(shù)應用專業(yè)系列 金金 屬屬 切切 削削 原原 理理 與與 刀刀 具具人民郵電出版社人民郵電出版社 1.1 切削運動及形成的表面切削運動及形成的表面 1.1.1 切削運動切削運動 在金屬切削加工過程中，工具與工件之間必須有相在金屬切削加工過程中，工具與工件之間必須有相對運動，這種相對運動稱為切削運動，如圖對運動，這種相對運動稱為切削運動，如圖1.1所示。所示。1主運動主運動 是形成機床切削速度或消耗主要動力的工作運動。是形成機床切削速度或消耗主要動力的工作運動。2進給運動進給運動 是使工件多余的材料

2、不斷被去除的工作運動。是使工件多余的材料不斷被去除的工作運動。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義圖1.1 常見機械加工方法的切削運動 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義3合成切削運動合成切削運動 是由主運動和進給運動合成的運動。是由主運動和進給運動合成的運動。1.1.2 工件上的加工表面工件上的加工表面 1待加工表面待加工表面 工件上有待切除的表面。工件上有待切除的表面。2已加工表面已加工表面 工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面。3過渡表面過渡表面 工件上被切削刃正在切削著的表面，它總是處在待工件上被切削刃正在切削著的表

3、面，它總是處在待加工表面與已加工表面之間，也稱切削表面或加工表面。加工表面與已加工表面之間，也稱切削表面或加工表面。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義圖1.2 切削運動與加工表面第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義1.2 刀具切削部分的幾何角度刀具切削部分的幾何角度 1.2.1 刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 普通外圓車刀的構(gòu)造如圖普通外圓車刀的構(gòu)造如圖1.3所示。所示。1三面三面 三面即前刀面、主后刀面和副后刀面。三面即前刀面、主后刀面和副后刀面。（1）前刀面）前刀面Ar。是指刀具上切屑流過的表面。是指刀具上切屑流過的表面。（2）主后刀面）主后刀面Aa。是指與工件上過渡表面相對

4、的表面。是指與工件上過渡表面相對的表面。（3）副后刀面。是指與工件上已加工表面相對的表面。）副后刀面。是指與工件上已加工表面相對的表面。2二刃二刃 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義（1）主切削刃）主切削刃S。主切削刃是指前刀面與后刀面的交。主切削刃是指前刀面與后刀面的交線，又稱主刀刃。它完成主要的切削工作。線，又稱主刀刃。它完成主要的切削工作。（2）副切削刃）副切削刃S 。副切削刃是指前刀面與副后刀面的交。副切削刃是指前刀面與副后刀面的交線，又稱副刀刃。它配合主切削刃完成切削工作，最終線，又稱副刀刃。它配合主切削刃完成切削工作，最終形成工件的已加工表面。形成工件的已加工表面。3一尖一尖

5、一尖即刀尖，是指主、副切削刃的交點。在實際應一尖即刀尖，是指主、副切削刃的交點。在實際應用中，通常刀尖用短直線或圓弧取代，介于主、副切削用中，通常刀尖用短直線或圓弧取代，介于主、副切削刃之間，這段切削刃稱為過渡刃。如圖刃之間，這段切削刃稱為過渡刃。如圖1.4所示，刀尖有所示，刀尖有3種不同的類型：銳刀尖、修圓刀尖和倒角刀尖。種不同的類型：銳刀尖、修圓刀尖和倒角刀尖。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義 圖1.3 車刀的組成 圖1.4 刀尖形狀第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義1.2.2 刀具靜止角度的參考系和刀具的標注角度刀具靜止角度的參考系和刀具的標注角度1刀具靜止角度參考系刀具靜止

6、角度參考系 要確定刀具切削部分各個表面和刀刃在空間的位置，要確定刀具切削部分各個表面和刀刃在空間的位置，就需要人為地建立平面參考系，用來定義刀具設計、制就需要人為地建立平面參考系，用來定義刀具設計、制造、刃磨和測量的幾何參數(shù)，由于這些參數(shù)都是在非切削造、刃磨和測量的幾何參數(shù)，由于這些參數(shù)都是在非切削狀態(tài)下進行的，故其所在的平面參考系稱為靜止參考系，狀態(tài)下進行的，故其所在的平面參考系稱為靜止參考系，如圖如圖1.5所示。靜止參考系由以下平面組成。所示。靜止參考系由以下平面組成。（1）基面）基面Pr?；媸侵竿ㄟ^切削刃上的選定點并垂直于?；媸侵竿ㄟ^切削刃上的選定點并垂直于假定主運動方向的平面。假定

7、主運動方向的平面。第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義（2）切削平面）切削平面Ps 切削平面是指通過切削刃上的選定點，與該切削刃切削平面是指通過切削刃上的選定點，與該切削刃相切并垂直于基面的平面。因刀具的切削刃有主切削刃相切并垂直于基面的平面。因刀具的切削刃有主切削刃和副切削刃之分，所以切削平面也分為主切削平面和副和副切削刃之分，所以切削平面也分為主切削平面和副切削平面。切削平面。（3）正交平面）正交平面Po 正交平面是指通過主切削刃上的選定點并同時垂直正交平面是指通過主切削刃上的選定點并同時垂直于基面和主切削平面的平面。此外，通過副切削刃上的于基面和主切削平面的平面。此外，通過副切削刃上的

8、選定點并同時垂直于基面和副切削平面的平面，稱為副選定點并同時垂直于基面和副切削平面的平面，稱為副切削刃的正交平面，即副正交平面。切削刃的正交平面，即副正交平面。第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義圖1.5 刀具的靜止參考系第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義2刀具的標注角度刀具的標注角度 刀具的幾何角度分為標注角度和工作角度。標注角刀具的幾何角度分為標注角度和工作角度。標注角度是指在刀具圖樣上標注的角度，是在刀具角度的參考度是指在刀具圖樣上標注的角度，是在刀具角度的參考系中確定的；工作角度是指按照切削工作的實際情況而系中確定的；工作角度是指按照切削工作的實際情況而確定的角度。確定的角度。

9、普通車刀的普通車刀的6個主要標注角度是指前角、后角、主偏個主要標注角度是指前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角和副后角。它們是在正交平面參考角、副偏角、刃傾角和副后角。它們是在正交平面參考系中的標注角度，如圖系中的標注角度，如圖1.6所示。正交平面參考系是由基所示。正交平面參考系是由基面面Pr、切削平面、切削平面Ps、正交平面、正交平面Po組成的空間直角坐標系組成的空間直角坐標系 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義在正交平面內(nèi)測量的角度如下。在正交平面內(nèi)測量的角度如下。（1）前角）前角 0。是指前刀面與基面之間的夾角，前角有。是指前刀面與基面之間的夾角，前角有正、負和零度之分：若基面在前刀面

10、之上為正值，稱為正、負和零度之分：若基面在前刀面之上為正值，稱為正前角；若基面在前刀面之下為負值，稱為負前角；若正前角；若基面在前刀面之下為負值，稱為負前角；若基面與前刀面重合為零度前角?；媾c前刀面重合為零度前角。（2）后角）后角 0。是指主后刀面與切削平面之間的夾角。是指主后刀面與切削平面之間的夾角。后角也有正、負和零度之分：當后刀面與切削平面重合后角也有正、負和零度之分：當后刀面與切削平面重合時為零度后角；當后刀面與基面之間的夾角小于時為零度后角；當后刀面與基面之間的夾角小于90時，后角為正值；當后刀面與基面之間的夾角大于時，后角為正值；當后刀面與基面之間的夾角大于90時，后角為負值。時

11、，后角為負值。在基面內(nèi)測量的角度如下。在基面內(nèi)測量的角度如下。第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義（3）主偏角）主偏角 r。是指主切削刃在基面上的投影與假定進。是指主切削刃在基面上的投影與假定進給方向之間的夾角。給方向之間的夾角。（4）副偏角）副偏角 r。是指副切削刃在基面上的投影與假定進。是指副切削刃在基面上的投影與假定進給反方向之間的夾角。給反方向之間的夾角。在主切削平面內(nèi)測量的角度如下。在主切削平面內(nèi)測量的角度如下。（5）刃傾角）刃傾角 s。是指主切削刃與基面之間的夾角。刃傾。是指主切削刃與基面之間的夾角。刃傾角有正、負和零度之分：當?shù)都馓幱谥髑邢魅猩献罡唿c時角有正、負和零度之分：當?shù)?/p>

12、尖處于主切削刃上最高點時為正值；當?shù)都馓幱谥髑邢魅猩献畹忘c時為負值；當主切為正值；當?shù)都馓幱谥髑邢魅猩献畹忘c時為負值；當主切削刃與基面重合時為零度刃傾角。削刃與基面重合時為零度刃傾角。在副正交平面內(nèi)測量的角度如下。在副正交平面內(nèi)測量的角度如下。（6）副后角。是指副后刀面與副切削平面之間的夾角。）副后角。是指副后刀面與副切削平面之間的夾角。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義圖1.6 車刀的主要標注角度第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義 1.2.3 刀具工作角度的參考系和刀具的工作角度刀具工作角度的參考系和刀具的工作角度1刀具工作角度參考系平面刀具工作角度參考系平面 刀具工作參考系與基準

13、平面，是依據(jù)合成切削運動方刀具工作參考系與基準平面，是依據(jù)合成切削運動方向來確定的，如圖向來確定的，如圖1.7所示。所示。（1）工作基面）工作基面Pre。是指通過切削刃上的選定點并與合。是指通過切削刃上的選定點并與合成切削速度方向相垂直的平面。成切削速度方向相垂直的平面。（2）工作切削平面）工作切削平面Pse。是指通過切削刃上選定點與切。是指通過切削刃上選定點與切削刃相切并垂直于工作基面的平面。削刃相切并垂直于工作基面的平面。（3）工作正交平面）工作正交平面Poe。是指通過切削刃上的選定點并。是指通過切削刃上的選定點并同時與工作基面和工作切削平面相垂直的平面。同時與工作基面和工作切削平面相垂直

14、的平面。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義圖1.7 刀具工作參考系平面第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義2進給運動對工作角度的影響進給運動對工作角度的影響 以車外圓為例，如圖以車外圓為例，如圖1.8所示。車削時工件作旋轉(zhuǎn)主運所示。車削時工件作旋轉(zhuǎn)主運動，車刀作縱向進給運動，由這兩個運動的合成運動所形動，車刀作縱向進給運動，由這兩個運動的合成運動所形成的加工表面實際上是阿基米德螺旋面。合成運動方向相成的加工表面實際上是阿基米德螺旋面。合成運動方向相對于主運動方向轉(zhuǎn)動了一個螺旋升角對于主運動方向轉(zhuǎn)動了一個螺旋升角 ，因此工作基面，因此工作基面Pre和工作切削平面和工作切削平面Pse都要傾

15、斜一個螺旋升角都要傾斜一個螺旋升角 ，致使車刀工，致使車刀工作時的工作前角作時的工作前角 0e增大了一個增大了一個 角，工作后角角，工作后角 0e減小一減小一個個 角。所以在車削大導程的絲杠或多頭螺紋時，要將車角。所以在車削大導程的絲杠或多頭螺紋時，要將車刀的左側(cè)刃后角磨大些，右側(cè)刃后角磨小些（如車右旋螺刀的左側(cè)刃后角磨大些，右側(cè)刃后角磨小些（如車右旋螺紋時），使左、右側(cè)刀刃獲得相同的工作后角。紋時），使左、右側(cè)刀刃獲得相同的工作后角。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義圖1.8 進給運動對工作角度的影響第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義3刀具安裝位置對工作角度的影響刀具安裝位置對工作

16、角度的影響 在安裝車刀時，若刀尖與工件中心等高，則切削平面在安裝車刀時，若刀尖與工件中心等高，則切削平面Ps與車刀底面垂直，基面與底面平行，刀具工作前、后角與車刀底面垂直，基面與底面平行，刀具工作前、后角與標注前、后角相等；若將刀尖安裝得高于工件中心，則與標注前、后角相等；若將刀尖安裝得高于工件中心，則工作基面和工作切削平面的位置相對于靜止參考系發(fā)生傾工作基面和工作切削平面的位置相對于靜止參考系發(fā)生傾斜，使刀具的工作前角增大、工作后角減?。蝗魧⒌都獍残?，使刀具的工作前角增大、工作后角減??；若將刀尖安裝得低于工件中心，則刀具的工作前角減小、工作后角增裝得低于工件中心，則刀具的工作前角減小、工作后

17、角增大，如圖大，如圖1.9所示。在實際生產(chǎn)中，粗車外圓時常將刀尖裝所示。在實際生產(chǎn)中，粗車外圓時常將刀尖裝高一個值，為高一個值，為dw（150）/100；精車外圓時常將刀尖；精車外圓時常將刀尖裝低一個值，為裝低一個值，為dw（150）/100。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義圖1.9 刀具安裝高度對工作角度的影響第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義1.2.4 刀具標注角度的換算刀具標注角度的換算 在制造和使用刀具時，常需要對不同平面系內(nèi)的靜止在制造和使用刀具時，常需要對不同平面系內(nèi)的靜止角度進行換算。角度進行換算。1正交平面、法平面間的角度換算正交平面、法平面間的角度換算 正交平面系

18、能較好地反映刀具的切削性能，是設計刀正交平面系能較好地反映刀具的切削性能，是設計刀具時使用最多的一種平面系。法平面系能較好地反映螺旋具時使用最多的一種平面系。法平面系能較好地反映螺旋切削刃、大刃傾角刀具的切削性能，因此，常需要知道主切削刃、大刃傾角刀具的切削性能，因此，常需要知道主切削刃在法平面內(nèi)的角度。圖切削刃在法平面內(nèi)的角度。圖1.10所示為正交平面、法平所示為正交平面、法平面中的前角面中的前角 0和和 n及其幾何關(guān)系，圖中刃傾角及其幾何關(guān)系，圖中刃傾角 s為正值。為正值。 n0stantancos第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義（1-2）圖1.10 0與n角的關(guān)系第一章第一章 刀具

19、基本定義刀具基本定義 當當 s=0時，正交平面與法平面重合，時，正交平面與法平面重合， 0= n；當；當 s0時，時， 0 n。將式（。將式（1-2）中的）中的 0、 n換成換成 n和和 0的余角函數(shù)，即得到法后角與后角的關(guān)系：的余角函數(shù)，即得到法后角與后角的關(guān)系： 2正交平面與假定工作平面和背平面之間的角度換算正交平面與假定工作平面和背平面之間的角度換算 在刃磨刀具時，或加工刀槽調(diào)整計算時，常利用三向在刃磨刀具時，或加工刀槽調(diào)整計算時，常利用三向坐標旋轉(zhuǎn)磨刀夾具進行工作，因此，需要知道坐標旋轉(zhuǎn)磨刀夾具進行工作，因此，需要知道P0與與Pf、Pp之間的關(guān)系，如圖之間的關(guān)系，如圖1.11所示。經(jīng)推

20、導，計算公式如下所示。經(jīng)推導，計算公式如下 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義n0scotcotcos f0rsrtantansintancosp0rsrtantancostansin 將側(cè)前角將側(cè)前角 f和背前角和背前角 p換成側(cè)后角換成側(cè)后角 f和背后角和背后角 p的余的余角函數(shù)，即得角函數(shù)，即得 f、 p的計算公式：的計算公式： 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義s0rrsrrtantansin()tancos()00rrrrtantancos()tansin()sf0rsrcotcotsintancosp0rsrcotcotcostansin第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定

21、義圖1.11 正交平面與假定工作平面、背平面的角度換算3車刀幾何角度的刃磨車刀幾何角度的刃磨（1）刃磨后面）刃磨后面 將車刀裝在平口虎鉗中，原始位置如圖將車刀裝在平口虎鉗中，原始位置如圖1.12（b）所示）所示 繞繞y軸轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動 r角，使車刀角，使車刀Ps面與砂輪工作面相平行；面與砂輪工作面相平行； 繞繞x軸轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動 s角，使主切削刃平行于夾具角，使主切削刃平行于夾具z軸；軸； 繞繞z軸轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動 n角（角（tan n=tan 0/cos s），使后面與砂），使后面與砂輪工作面平行；輪工作面平行； 沿沿x軸方向吃刀，沿軸方向吃刀，沿z軸方向進給，進行刃磨。軸方向進給，進行刃磨。此調(diào)整原理同

22、樣適用于刃磨副后面。此調(diào)整原理同樣適用于刃磨副后面。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義1平口虎鉗 290彎角 3底座圖1.12 車刀刃磨夾具及刃磨后面時的調(diào)整（2）刃磨前面。）刃磨前面。 將車刀按圖將車刀按圖1.13所示位置裝在平口虎鉗中，使車刀的所示位置裝在平口虎鉗中，使車刀的 f方向垂直向上，此時的方向垂直向上，此時的y軸坐標平行于車刀的假定工作軸坐標平行于車刀的假定工作平面平面pf，x軸則平行于車刀的背平面軸則平行于車刀的背平面pp； 繞繞y軸轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動 p角；角； 繞繞x軸轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動 f角；角； 吃刀、進給，吃刀、進給，進行刃磨。進行刃磨。

23、圖1.13 車刀刃磨前面時夾具的調(diào)整第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義1.3 切削要素與切削方式切削要素與切削方式1.3.1 切削用量切削用量 1切削速度切削速度vc 切削速度是指主運動的線速度。切削速度是指主運動的線速度。2進給量進給量f 進給量是指主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具沿進給運動方向進給量是指主運動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具沿進給運動方向相對于工件的位移量。鉆削、銑削時還可用每齒進給量相對于工件的位移量。鉆削、銑削時還可用每齒進給量fz表示。進給運動有時還用進給速度表示。進給運動有時還用進給速度 f來表示，它們的來表示，它們的關(guān)系是：關(guān)系是：第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義c1000 60dn

24、v fzvfnf zn3背吃刀量背吃刀量ap 背吃刀量是指工件上已加工表面至待加工表面間的背吃刀量是指工件上已加工表面至待加工表面間的垂直距離。對于外圓車削，如圖垂直距離。對于外圓車削，如圖1.14所示，背吃刀量可按所示，背吃刀量可按下式計算下式計算: 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義wmp2dda1.3.2 切削層參數(shù)與金屬切除率切削層參數(shù)與金屬切除率1切削層參數(shù)切削層參數(shù) 切削層是指切削時，切削刃在一次進給中從工件的切削層是指切削時，切削刃在一次進給中從工件的待加工表面上切除的那一層金屬。待加工表面上切除的那一層金屬。（1）切削層公稱厚度）切削層公稱厚度hD。是指在切削層橫截面內(nèi)，垂

25、直。是指在切削層橫截面內(nèi)，垂直于過渡表面度量的切削層尺寸。于過渡表面度量的切削層尺寸。 （2）切削層公稱寬度）切削層公稱寬度bD。是指在切削層橫截面內(nèi)，平行。是指在切削層橫截面內(nèi)，平行于過渡表面度量的切削層尺寸。于過渡表面度量的切削層尺寸。 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義DrsinhfDpr/sinba （3）切削層公稱橫截面積）切削層公稱橫截面積AD。切削層公稱橫截面積是。切削層公稱橫截面積是指切削層橫截面的實際面積。指切削層橫截面的實際面積。2金屬切除率金屬切除率 金屬切除率是指單位時間里刀具所切除的工件材料的金屬切除率是指單位時間里刀具所切除的工件材料的體積，其單位為體積，其單位為mm3/min，用符號，用符號ZW表示。其計算公式表示。其計算公式如下：如下： 第一章第一章 刀具基本定義刀具基本定義DDDpAh bfaWP1000Zva f1.3.3 切削方式切削方式1自由切削和非自由切削自由切削和非自由切削 刀具在