第一章刀具幾何角度及切削要素

金屬切削原理與刀具教師：馮和平信箱：pcoqrs@163.com老子曰:勇于敢者死,勇于不敢者活.觀察自己在做什么第一章刀具角度與切削要素第一章刀具角度與切削要素第1節(jié)

切削運(yùn)動(dòng)與切削用量第2節(jié)刀具切削部分定義第3節(jié)刀具角度換算第4節(jié)刀具角度的一面二角分析法

第5節(jié)刀具工作角度第6節(jié)切削層與切削方式本章主要介紹金屬切削原理的幾何問(wèn)題，是學(xué)習(xí)切削原理與刀具設(shè)計(jì)、使用、刃磨的基礎(chǔ)。第1節(jié)切削運(yùn)動(dòng)與切削用量一、切削運(yùn)動(dòng)與切削層二、切削用量切削時(shí)間與材料切除率三、合成切削運(yùn)動(dòng)與合成切削速度一、切削運(yùn)動(dòng)與切削層1.概念切削運(yùn)動(dòng)：在切削加工時(shí)，工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2.分類按所起的作用來(lái)劃分，切削運(yùn)動(dòng)可分為：

1.主運(yùn)動(dòng)

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

切削運(yùn)動(dòng)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)３．工件上的表面切削加工時(shí)工件上形成三個(gè)不斷變化著的表面：（１）已加工表面（２）待加工表面（３）過(guò)渡表面３．工件上的表面4.切削層切削層是由切削部分切過(guò)工件一個(gè)單程所切除的工件材料層。公稱橫截面積SABCD

實(shí)際切削橫截面積SABCE

殘留橫截面積SAED圖1-1切削運(yùn)動(dòng)、切削層與成形表面

（１）待已加工表面（2）過(guò)渡表面（3）已加工表面二、切削用量切削時(shí)間與材料切除率切削用量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(jì)算切削力、切削功率、核算工序成本、夾具設(shè)計(jì)等所必需的參數(shù)。1．切削速度 概念：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度符號(hào)：vc計(jì)算公式：vc=πdn/1000(m/min)d:刀具選定點(diǎn)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(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)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(diǎn)相對(duì)與工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。單位：mm/s;m/s。計(jì)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(yùn)動(dòng)方向測(cè)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4.切削時(shí)間tm概念:直接改變工件尺寸、形狀等工藝過(guò)程所需要的時(shí)間。（單位：min)計(jì)算公式：

l:刀具行程長(zhǎng)度

A：半徑方向加工余量參看下頁(yè)圖1-2圖1-2車外圓切削時(shí)間計(jì)算圖5材料切除率Q概念：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)切除掉的材料的體積。單位：mm3/min計(jì)算公式：Q=1000apf

vc三、合成切削運(yùn)動(dòng)與合成切削速度合成切削運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。合成切削速度：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件合成切削運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。

小結(jié)重點(diǎn)掌握切削用量的概念與計(jì)算公式第二節(jié)刀具切削部分基本定義學(xué)習(xí)內(nèi)容：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義；輔助平面和三種參考系、六個(gè)獨(dú)立的角度及其關(guān)系；工作角度與標(biāo)注角度的區(qū)別、安裝位置的影響、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響；切削層參數(shù)。

重點(diǎn)：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；難點(diǎn)：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義和圖示表達(dá)；刀具的工作角度概念及影響因素?？键c(diǎn)：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義與圖示表達(dá)；刀具的工作角度概念及影響因素；一、刀具的組成一、刀具的組成金屬切削刀具的種類很多，結(jié)構(gòu)、性能各不相同，但就其單個(gè)刀齒而言，可以看成是由外圓車刀的切削部分演變而來(lái)的，下面以外圓車刀為例，介紹刀具切削部分的基本定義。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(guò)的表面。2.主后面（Aα）主后面（主后刀面）是與工件上過(guò)渡表面相對(duì)的表面。3.副后面（A’γ）副后面（副后刀面）是與工件上已加工表面相對(duì)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(guò)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(guò)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(jì)、制造、刃磨、測(cè)量時(shí)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(shí)不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(shí)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、背平面參考系

（一）正交平面參考系基面（Pr）：過(guò)切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測(cè)量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或過(guò)回轉(zhuǎn)軸線的平面。主切削平面（Ps）：通過(guò)主切削選定點(diǎn)，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(yùn)動(dòng)方向所構(gòu)成的平面。正交平面（Po）：

通過(guò)主切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和主切削面的平面。pr、ps、po組成一個(gè)正交的正交平面參考系。（一）正交平面參考系圖（二）法平面參考系基面（Pr）：過(guò)切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測(cè)量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或過(guò)回轉(zhuǎn)軸線的平面。主切削平面（Ps）通過(guò)主切削選定點(diǎn)，與主切削刃相切并垂直于基面的平面。法平面（Pn）過(guò)切削刃選定點(diǎn)垂直于切削刃的平面。

（二）法平面參考系示圖（三）假定工作平面參考系1.基面（Pr）過(guò)切削刃選定點(diǎn)，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測(cè)量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或軸線的平面。假定進(jìn)給平面（假定工作平面）Pf

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

（三）假定工作平面參考系圖三、刀具角度前角

γo

在正交平面中測(cè)量的前面與基面間的夾角。后角αo

在正交平面中測(cè)量的后面與切削平面間的夾角。刃偏角κr

在基面中測(cè)量的切削平面與假定工作平面間夾角。分為主偏角κr，副偏角κr'.刃傾角λs在主切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度三、刀具角度立體圖三、刀具角度投影圖三、刀具角度同時(shí)副切削刃及其相關(guān)的前、后面在空間的定向也需要4個(gè)角度，即副刃前角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有：前刀面與后刀面之間的夾角稱為楔角βo；主、副切削刃在基面上投影的夾角稱為刀尖角εr。三、刀具角度法平面度量：法前角γn,后角αn假定工作平面度量:側(cè)前角γf,側(cè)后角f背平面度量p：背前角γp,背后角αp

其它參考系內(nèi)的標(biāo)注角度三、刀具角度前面與基面平行時(shí)前角為零；前面與切削平面間夾角小于90°時(shí)，前角為正；大于90時(shí)，前角為負(fù)。后面與基面夾角小于90°時(shí)，后角為正；大于90°時(shí)后角為負(fù)。當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅械淖畹忘c(diǎn)時(shí)，λs<0°，當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅械淖罡唿c(diǎn)時(shí)，λs>0°；當(dāng)主切削刃成水平時(shí)，λs=0°

刀具角度正負(fù)的規(guī)定刀具角度正負(fù)的規(guī)定圖小結(jié)刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義必須概念清楚，會(huì)畫(huà)圖表達(dá)；依據(jù)工件上的表面確定三個(gè)參考系，在參考系內(nèi)度量角度；參考系是人為設(shè)置的、假想的；不同的參考系內(nèi)有本參考系的一套角度；不同的參考系角度有共性，注意區(qū)分和總結(jié)；

第三節(jié)刀具角度的換算自學(xué)要求：了解公式換算的結(jié)果第四節(jié)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(gè)。刀具需要標(biāo)注的獨(dú)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'o1.45?彎頭車刀2.切斷刀3.倒角刀尖、倒棱的參數(shù)第五節(jié)刀具的工作角度刀具工作角度參考系刀具安裝對(duì)工作角度的影響進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)對(duì)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(shí)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假定工作平面、背平面參考系應(yīng)用最多的是工作正交平面參考系（一）工作正交平面參考系1.工作基面（Pre）過(guò)切削刃選定點(diǎn)，垂直于合成切削速度方向的平面。2.工作切削平面（Pse）通過(guò)主切削選定點(diǎn),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(guò)主切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于工作基面和工作切削面的平面。（二）刀具工作角度γoe、

αoe、

κr

e

、λs

eγfe、

αfe、γpe、

αp

e、二、刀具安裝對(duì)工作角度的影響1刀桿中心線不垂直進(jìn)給方向時(shí)對(duì)κr

e、κr

ˊ

e的影響二、刀具安裝對(duì)工作角度的影響2．刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響三、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不平行工件旋轉(zhuǎn)軸線時(shí)對(duì)κr

e、κr

ˊ

e影響三、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作前后角的影響舉例：可轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋刀刀架設(shè)計(jì)原理第6節(jié)切削層與切削方式將基面作為切削層參數(shù)的測(cè)量平面。

1.切削層公稱寬度沿過(guò)渡表面測(cè)量的切削層尺寸。bD反映了切削刃參加切削的工作長(zhǎng)度。

2.切削層公稱厚度在過(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。

hD反映了切削刃單位長(zhǎng)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(shí)際交點(diǎn)，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=