《金屬切削原理與刀具》課件 1基本定義

第一節(jié)

切削運(yùn)動及切削參數(shù)

按工件與刀具相對運(yùn)動所起作用不同來分，切削運(yùn)動可分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。1、主運(yùn)動

車床主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)切下切屑所必需的運(yùn)動。（切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的瞬時運(yùn)動）主運(yùn)動切削速度最高，消耗能量最大；可由工件完成，也可由刀具完成；一、切削運(yùn)動機(jī)床通常只有一個主運(yùn)動；可以是直線運(yùn)動，也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動；切削速度v，主運(yùn)動方向2、進(jìn)給運(yùn)動

為保持繼續(xù)切削所需的工件與刀具的相對運(yùn)動。運(yùn)動速度低，消耗功率小；可由工件完成，也可由刀具完成；進(jìn)給運(yùn)動可以有幾個，可以是連續(xù)運(yùn)動，也可以是間歇運(yùn)動；可以是直線運(yùn)動，也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動，或者是兩者的組合；進(jìn)給速度vf，進(jìn)給運(yùn)動方向。圖1-1車削運(yùn)動、形成的表面、切削層和車外圓切削時間的計(jì)算

1-待加工表面2-過渡表面3-已加工表面

合成切削運(yùn)動

當(dāng)主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動同時進(jìn)行時，刀具切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的運(yùn)動稱為合成切削運(yùn)動。其大小和方向用合成速度向量Ve表示，Ve=V+Vf

進(jìn)給運(yùn)動角Ψ：某一瞬時主運(yùn)動方向與進(jìn)給運(yùn)動方向之間的夾角。合成切削速度角η：主運(yùn)動方向與合成切削方向的夾角。二、車削中所形成表面

切削加工過程是一個動態(tài)過程，在切削過程中，工件上通常存在著三個不斷變化的切削表面。即：

1、待加工表面：工件上即將被切削的表面。2、過渡表面（加工表面）：工件上由車刀切削刃正在形成的表面。介于已加工表面和待加工表面之間。3、已加工表面：車刀切削后在工件上形成的表面。三、切削用量

用來表示切削運(yùn)動的參量。1、切削速度（vc）切削刃上選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動的瞬時速度稱為切削速度。

由于切削刃上各點(diǎn)的切削速度可能是不同，計(jì)算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度。

當(dāng)主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時：

m/s或m/min式中d—完成主運(yùn)動的工件或刀具的最大直徑，mm；

n—主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min。2、進(jìn)給量（f）刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向相對工件的位移量(工件每轉(zhuǎn)刀具位移量)，mm/r

進(jìn)給速度vf表示也可,切削刃上選定點(diǎn)相對于進(jìn)給運(yùn)動的瞬時速度。

vf=n·f

(mm/s或mm/min)3、背吃刀量（ap）垂直于進(jìn)給速度方向的切削層最大尺寸。(基面上測量)外圓車削

式中dw--工件待加工表面直徑，mm。

dm--工件已加工表面直徑，mm。

車刀切削時，每一個單程所切除的工件材料層。（刀具的刀刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層。）

刀具從位置Ⅰ移到位置Ⅱ切下的工件材料層。

四邊形ABCD→切削層公稱橫截面積四邊形ABCE→切削層實(shí)際橫截面積△AED→殘留在已加工表面上的橫截面積

AABCD-A△AED=AABCE四、切削層圖1-1車削運(yùn)動、形成的表面、切削層和車外圓切削時間的計(jì)算

1-待加工表面2-過渡表面3-已加工表面（1）切削層公稱厚度hD

在主切削刃選定點(diǎn)的基面內(nèi)，垂直于工件過渡表面測量的切削層橫斷面尺寸。

hD

＝fsinκr

五、切削層參數(shù)（影響切屑變形、切削力）（2）切削層公稱寬度bD

在主切削刃選定點(diǎn)的基面內(nèi)，平行于工件過渡表面測量的切削層橫斷面尺寸。

bD

＝ap/sinκr

（3）切削層公稱橫截面積AD

在主切削刃選定點(diǎn)的基面內(nèi)度量的切削層的橫截面面積。

AD＝hD

bD＝fapAD只與ap、f有關(guān)

反映切削效率高低常用的兩指標(biāo)。1、切削時間tm切削時直接改變工件尺寸、形狀等所需時間。車外圓時tm可由下式求出：

提高切削用量三要素vc、f、ap中任何一個，都可縮短切削時間，提高生產(chǎn)效率。2、材料切除率單位時間內(nèi)所切除材料的體積。第2節(jié)

刀具定義及理論角度一、刀具的組成外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，由切削部分（又稱刀頭）和刀柄組成。

其它各類刀具，如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可以看作是車刀的演變和組合。

我們主要研究切削部分的幾何參數(shù)。切削部分由刀面A、切削刃S和刀尖組成。1、刀面（1）前面：刀具上切屑流過的表面。（2）后面：與工件上過渡表面相對并相互作用的刀具表面。

注：為了提高刃口強(qiáng)度以滿足不同加工要求，在前、后面前端可磨出倒棱和刃帶。（3）副后面

：與工件上已加工表面相對并相互作用的刀具表面。

前面和后面之間所包含的刀具實(shí)體部分→刀楔。2、切削刃（1）主切削刃S：前面與后面的交線。它完成主要的切削工作。（2）副切削刃

：除主切削刃以外的切削刃。（前面與副后面的交線。）它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。切削刃不可能刃磨得很鋒利，前面和后面之間總有一些刃口圓弧存在。切削刃口鋒利程度可用刃口圓弧半徑rn表示。高速鋼刀具，rn=0.01～0.02mm；硬質(zhì)合金刀具，rn=0.02～0.04mm。

圖1-3刃口圓弧半徑rn3、刀尖主切削刃與副切削刃連接處的一段刀刃。有時為了提高刀具的壽命，在刀尖處磨有圓角或倒角。

圖1-4車刀的刀尖

為保證切削加工順利進(jìn)行，刀具切削部分必須具有合理的幾何角度（表示切削刃和各個刀面的方位角度），必須建立由三個坐標(biāo)平面組成的參考系。

參考系即定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)平面，有兩類：刀具靜止（標(biāo)注角度）參考系－是刀具設(shè)計(jì)時標(biāo)注、刃磨和測量的基準(zhǔn)。刀具工作參考系－是確定刀具切削工作時角度的基準(zhǔn)。二、刀具角度參考系刀具靜止（標(biāo)注角度）參考系

1、假定條件1）假定運(yùn)動條件：忽略進(jìn)給運(yùn)動的影響，用刀具主運(yùn)動代替合成運(yùn)動。2）假定安裝條件：刀具的底面平行于水平面；刀桿中心線垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向。（外圓車刀：刀尖與工件中心等高。）2、常用參考系常用的刀具標(biāo)注角度參考系有三種：（1）正交平面參考系－刀具設(shè)計(jì)時標(biāo)注、刃磨、測量角度最常用

基面Pr、

切削平面Ps、

正交平面Po組成；（2）法平面參考系－標(biāo)注可轉(zhuǎn)位刀具或大刃傾角刀具時常用

Pr、

Ps、法平面Pn組成；（3）假定工作平面參考系－銑削刀槽、刃磨刀面時常用

Pr、假定工作平面Pf、背平面Pp

組成；3、刀具標(biāo)注角度參考系參考平面

1)基面Pr：通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度的平面。2)切削平面Ps：通過切削刃上選定點(diǎn)，與切削刃相切且與基面Pr垂直的平面。3)正交平面Po：通過切削刃上選定點(diǎn)，同時垂直于該點(diǎn)的基面Pr和切削平面Ps的平面。4)法平面Pn：通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。5)假定工作平面Pf：通過切削刃上選定點(diǎn)，平行于假定進(jìn)給運(yùn)動方向并垂直于基面Pr的平面。6)背平面Pp：通過切削刃上選定點(diǎn)，同時垂直于假定工作平面Pf與基面Pr的平面。圖1-5基面、切削平面和正交平面

圖1-6正交平面參考系主、副切削刃上的坐標(biāo)平面

圖1-7法平面參考系和正交平面參考系

圖1-8假定工作平面參考系的坐標(biāo)平面刀具的標(biāo)注角度是刀具設(shè)計(jì)圖樣上標(biāo)注出的角度，是刀具制造、刃磨和測量的依據(jù)。確定刀具上刀刃位置的角度；確定前面與后面位置的角度。在各類參考系中最基本的刀具角度只有4種類型，即前、后、偏、傾四角。三、正交平面參考系車刀的標(biāo)注角度1、前角在正交平面中測量的前面與基面之間的夾角。前角表示前面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分。2、后角在正交平面中測量的后面與切削平面之間的夾角。后角表示后面的傾斜程度，一般為正值。

楔角

：前刀面與后刀面的夾角3、主偏角

在基面中測量的切削平面與假定工作平面之間的夾角。（主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動方向之間的夾角。）

主偏角一般為正值。4、刃傾角

在切削平面中測量的主切削刃與基面之間的夾角。

圖1-9正交平面參考系中的車刀標(biāo)注角度

圖1-10車刀前、后角和刃傾角正、負(fù)的規(guī)定

a）前、后角b）刃傾角小結(jié)

以上四個角度確定了車刀主切削刃及其前面、后面在空間的位置。

確定前面方位確定后面方位“一刃兩面四角”確定主切削刃方位

要確定副切削刃及其相關(guān)前面、副后面的方位也需要四個角度：副前角γo′、副后角

o′、副偏角kr′和副刃傾角λs′。由于車刀主切削刃和副切削刃共處于同一前面上，當(dāng)標(biāo)注了γo、λs兩角，前面的方位就確定了，副切削刃前面的定向角γo′、λs′就屬于派生角度，不必再標(biāo)注。（可由角度換算得出）副切削刃上的獨(dú)立角度只有副偏角kr′和副后角

o′。5、副偏角在基面中測量的副切削平面與假定工作平面之間的夾角。副偏角一般為正值。6、副后角

在副正交平面中測量的副后面與副切削平面之間的夾角。小結(jié)

一把外圓車刀當(dāng)主、副切削刃共處一個平面時，若要確定刀具主、副切削刃和前面、主后刀面以及副后面在空間的位置，必須標(biāo)注6個角度：

“兩刃四面六角”

（直頭外圓車刀、偏頭外圓車刀等）

（注：切斷刀→“三刃四面八角”）

圖1-11車外圓時偏刀的標(biāo)注角度

圖1-12切斷刀的標(biāo)注角度

作業(yè)1-1、1-2、1-3畫圖表示車削端面時正交平面參考系的標(biāo)注角度。1.4切削方式1、自由切削只有一條主切削刃參加切削工作的情況。切削刃上各點(diǎn)切屑流出的方向相同。切削變形過程較簡單，是進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)常用的方法。2、非自由切削主、副切削刃同時參加切削的情況。主副切削刃交匯處金屬變形相互干涉，從而使變形較復(fù)雜。實(shí)際切削通常都是非自由切削。一、自由切削與非自由切削

圖1-20正切削和倒切削

a）正切削b）倒切削1、正切削ap遠(yuǎn)大于f的切削方式。切屑沿著接近正