2金切與機(jī)床-刀具幾何角度及切削要素課件

金屬切削原理與刀具教學(xué)單元2刀具基本定義2.1知識引入2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度2.4刀具的工作角度2.1知識引入怎樣加工以上階梯軸零件？采用哪些工藝過程？采用何種生產(chǎn)類型？需要何種成形運(yùn)動？包含多少道工序？等等。

這就是切削加工要解決的問題，我們需要掌握的知識。2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)一、切削運(yùn)動金屬切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層（加工余量），以獲得具有一定的尺寸、形狀、位置精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。刀具的切削作用是通過刀具與工件之間的相互作用和相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。刀具與工件間的相對運(yùn)動稱為切削運(yùn)動，即表面成形運(yùn)動。切削運(yùn)動可分解為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)一、切削運(yùn)動1、主運(yùn)動是切下切屑所需的最基本的運(yùn)動。在切削運(yùn)動中，主運(yùn)動的速度最高，消耗的功率最大。主運(yùn)動只有一個。2進(jìn)給運(yùn)動是多余材料不斷被投入切削，從而加工出完整表面所需的運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動可以有一個或幾個。已加工表面待加工表面過渡表面已加工表面過渡表面待加工表面2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)一、切削運(yùn)動3、加工表面在切削運(yùn)動作用下，工件上有三個不斷變化著的表面：待加工表面被切去金屬層的表面；過渡表面(加工表面)切削刃正在切削的表面；已加工表面已經(jīng)切去多余金屬而形成的新表面。2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)一、切削運(yùn)動4、切削運(yùn)動合成：切削加工時，具有一定形狀的刀具與工件之間作相對運(yùn)動，形成工件表面，不同的運(yùn)動組合，形成不同的工件表面。5、典型的運(yùn)動合成：車削、銑削、刨削、磨削、鉆削與鏜削、齒面加工。2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)車削2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)銑削2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)刨削2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)磨削2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)鉆削與鏜削2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)齒面加工圖1成形法加工齒輪

圖2滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理

2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)二、切削用量切削用量是切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量(切削深度)的總稱，也稱為切削用量三要素。切削用量是表示主運(yùn)動及進(jìn)給運(yùn)動大小的參數(shù)，主要用于調(diào)整機(jī)床、編制工藝路線等。切削用量直接影響加工質(zhì)量、刀具壽命、機(jī)床功率損耗及生產(chǎn)率等。2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)二、切削用量1、切削速度：切削速度是主運(yùn)動速度vc，是指切削刃選定點(diǎn)相對工件主運(yùn)動的瞬時速度，單位m/min切削速度由下式確定式中：d—工件直徑或刀具(砂輪)直徑，單位為mm；n—工件或刀具(砂輪)的轉(zhuǎn)速，單位為:r/min。2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)二、切削用量2、進(jìn)給量f是工件或刀具的主運(yùn)動每轉(zhuǎn)時，工件和刀具兩者在進(jìn)給運(yùn)動方向上的相對位移量，其單位是mm/r；每齒進(jìn)給fz是多刃切削刀具(如銑、鉸)轉(zhuǎn)一周，則有z個齒進(jìn)行切削，多刃切削刀具在每轉(zhuǎn)一齒角時，工件和刀具的相對位移量，單位是mm/z。3、背吃刀量ap是通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動方向的切削層尺寸平面中，垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向測量的切削層尺寸。單位為mmvf=fnvf=fz×n×z2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)三、切削層參數(shù)切削層是指工件上正被切削刃切削的一層金屬，亦即相鄰兩個加工表面之間的一層金屬。切削層的大小反映了切削刃所受載荷的大小，直接影響到加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具的磨損等。切削層尺寸是指在刀具基面中度量的切削層厚度與寬度，它與切削用量ap、f大小有關(guān)。2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)三、切削層參數(shù)1.切削厚度hD：指切削層兩相鄰過渡表面之間的垂直距離，單位為mm。hD=fsinkr式中：kr—車刀主偏角2.切削寬度bD：平行于過渡表面的切削層尺寸，單位為mm。3.切削層橫截面積AD：在切削層尺寸平面里度量的橫截面積。AD=hDbD=apf2.2切削運(yùn)動、切削用量與切削層參數(shù)三、切削層參數(shù)分析以上三式可知:切削厚度與切削寬度隨主偏角kr大小變化。切削面積與主偏角kr無關(guān)，但切削層橫截面的形狀則與主偏角、刀尖圓弧半徑大小有關(guān)。隨主偏角的減小，切削厚度將減小，而切削寬度將增大。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度一、刀具切削部分的組成刀具組成：刀具由切削部分和夾持部分(刀桿)兩大部分組成。切削部分由三個表面、兩條刀刃和一個刀尖組成。(1)前刀面與切屑接觸的表面，用Ar表示。(2)主后刀面與工件上過渡表面相對著的表面，用Aα表示。(3)副后刀面與工件上已加工表面相對著的表面，用A’α表示。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度一、刀具切削部分的組成(4)主切削刃前刀面與后刀面的交線，承擔(dān)主要切削工作，用S表示。(5)副切削刃前刀面與副后刀面的交線，其靠刀尖處起微量切削作用，具有修光性質(zhì)，用S’表示。(6)刀尖主切削刃和副切削刃的交點(diǎn)。通常以圓弧或短直線形出現(xiàn)，以提高刀具的使用壽命2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度刀柄安裝基準(zhǔn)面切削部分前刀面Ar副后刀面Aα′副切削刃S′主切削刃S主后刀面Aα刀尖車刀的組成2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度二、刀具角度的參考系刀具幾何角度是確定刀具切削部分幾何形狀和切削性能的重要參數(shù)，它是由刀面、切削刃與假定參考坐標(biāo)平面間的夾角所構(gòu)成的。用來確定刀具幾何角度的參考系有兩類:一類稱為刀具靜止參考系，是刀具設(shè)計(jì)時標(biāo)注、刃磨和測量的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱刀具標(biāo)注角度;另一類稱為刀具工作參考系，是確定刀具切削工作時角度的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱刀具工作角度。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度二、刀具角度的參考系1、基面

Pr：通過主切削刃選定點(diǎn)與主運(yùn)動方向垂直的平面。基面與刀具底面平行。2、切削平面

Ps：通過主切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3、主剖面

Po：通過主切削刃選定點(diǎn)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。又稱正交平面。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度主剖面Po切削平面Ps基面Pr主剖面Po切削平面Ps基面Pr2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度主剖面Po切削平面Ps基面Pr主剖面Po切削平面Ps基面Pr前角γo——在主剖面內(nèi)測量，是前刀面與基面的夾角。后角αo——在主剖面內(nèi)測量，是主后刀面與切削平面的夾角。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度主剖面Po切削平面Ps基面Pr主剖面Po切削平面Ps基面Pr刃傾角λs——切削平面內(nèi)測量，是主切削刃與基面的夾角。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度1、角度定義

：刀具角度定義如圖2-10所示。

圖2-10刀具幾何角度

2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度1、角度定義

：正交平面參考系刀具角度定義如表2-1，圖示見圖2-10。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度1）前角γo

：在主剖面內(nèi)測量，是前刀面與基面的夾角。通過選定點(diǎn)的基面位于刀頭實(shí)體之外時γo定為正值；位于刀頭實(shí)體之內(nèi)時γo定為負(fù)值。γo增大前角可使刀具鋒利，切削輕快。但前角過大，刀刃和刀尖強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，影響刀具壽命。Aκr′A向fγ0γ′0α′0α0κrεrλs

用硬質(zhì)合金車刀切削鋼件，γo取10～20°；切削灰鑄鐵，γo取5～15°；切削鋁及鋁臺金，γo取25～35°；切削高強(qiáng)度鋼，γo取-5～-10°。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度2）后角αo：在主剖面內(nèi)測量，是主后刀面與切削平面的夾角。后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工表面之間的摩擦以及主后刀面的磨損。但后角過大，刀刃強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，反而會加快主后刀面的磨損。Aκr′A向fγ0γ′0α′0α0κrεrλs粗加工和承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強(qiáng)度，后角可選小些，一般為4°～6°；精加工時切深較小，為保證加工的表面質(zhì)量，后角可選大一些，一般為8°～12°。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度3）主偏角κr

：在基面內(nèi)測量，是主切削刃在基面上投影與假定進(jìn)給方向的夾角。κr的大小影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削的長度增加，負(fù)荷減輕，同時加強(qiáng)了刀尖，刀具壽命提高。κr的大小還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大。Aκr′A向fγ0γ′0α′0α0κrεrλs

主偏角應(yīng)根據(jù)加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度4）副偏角κr′：在基面內(nèi)測量，是副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給反方向的夾角。κr′副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦，以防止切削時產(chǎn)生振動。Aκr′A向fγ0γ′0α′0α0κrεrλs在切深、進(jìn)給量和主偏角相同的情況下，減小副偏角可使殘留面積減小，表面粗糙度降低。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度刃傾角λs：切削平面內(nèi)測量，是主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c(diǎn)時,λs定為正值；反之為負(fù)。Aκr′A向fγ0γ′0α′0α0κrεrλsλs影響刀尖強(qiáng)度和切屑流動方向。粗加工時為增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，λs常取負(fù)值；精加工時為防止切屑劃傷已加工表面，λs常取正值或零。a）b）c）圖2-51刃傾角對排屑方向的影響2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度楔角β0：在主剖面中測量的前刀面和后刀面間之間的夾角。β0=90°-(γ0-α0)刀尖角εγ：基面投影中，主切削刃和副切削刃間的夾角。εγ=180°-(kγ+k’γ)2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度2、刀具角度正負(fù)的規(guī)定前角γ0：在主剖面中，前刀面與切削平面的夾角小于90°時為正；大于90°時為負(fù)；前刀面與基面平行時為0°。后角α0：后刀面與切削平面的夾角小于90°時為正；大于90°時為負(fù);當(dāng)后刀面與切削平面平行時，后角為0°。刃傾角λs：切削刃與基面平行時為0°;當(dāng)?shù)都庀鄬嫣幱谧罡唿c(diǎn)時為正;當(dāng)?shù)都庀嗷嫣幱谧畹忘c(diǎn)時為負(fù)。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度3、刀具幾何形狀的圖示方法第一種：投影作圖法；第二種：簡單畫法。(1)主視圖：通常采用刀具在基面(pr)中的投影作為主視圖。(2)向視圖：通常取刀具在切削平面(ps)中的投影作為向視圖。(3)剖面圖：包括主剖面(p0)和副剖面(p’0)。2.3刀具在靜止參考系內(nèi)的切削角度三、正交平面參考系刀具的標(biāo)注角度4、常見車刀幾何角度的繪制例1：90°外圓車刀的繪制(1)結(jié)構(gòu)分