第一章刀具幾何角度與切削要素

1、第一章第一章 刀具幾何角度及切削要素刀具幾何角度及切削要素 本章主要介紹國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有關(guān)“金屬切削與工具”的術(shù)語、符號及定義。其主要內(nèi)容是以車刀為代表,它在切削時具有的運(yùn)動，瞬時切下金屬層的形狀及測定的尺寸，刀頭形狀及具有的角度。 本章難點是車刀刀頭上不同剖面角度間的關(guān)系；刀具工作角度的變化規(guī)律。第一節(jié)第一節(jié) 切削運(yùn)動與切削用量切削運(yùn)動與切削用量 一一. 切削運(yùn)動與切削層切削運(yùn)動與切削層 切削運(yùn)動切削運(yùn)動指切削加工時，切削工具和工件之間指切削加工時，切削工具和工件之間的相對運(yùn)動。的相對運(yùn)動。 1、 主運(yùn)動主運(yùn)動由機(jī)床或人力提供的刀具與工件之間主要的相對運(yùn)動, 它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面

2、切入工件材料，使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行? 從而形成工件的新表面。在切削運(yùn)動中，主運(yùn)動速度最高、耗功最大，是切下切屑所必須的基本運(yùn)動。主運(yùn)動方向主運(yùn)動方向切削刃上選定點相對于工件的瞬時主運(yùn)動方向。切削速度切削速度vc切削刃上選定點相對于工件的主運(yùn)動的瞬時速度。 刀具與工件之間附加的相對運(yùn)動, 它配合主運(yùn)動依次地或連續(xù)不斷地切除切屑, 從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。 進(jìn)給運(yùn)動可由刀具完成(如車削)，也可由工件完成(如銑削)，可以是間歇的（如刨削）, 也可以是連續(xù)的（如車削）。 2、 進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動方向進(jìn)給運(yùn)動方向切削刃上選定點相對于工件的瞬時進(jìn)給方向。進(jìn)給速度進(jìn)給速度vf 切削刃上選

3、定點相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動的瞬時速度。 3、切削層切削層 切削時刀具切過工件的一個單程所切除的工件材料層。其中，四邊形ABCD稱為切削層公稱橫截面積。切削層實際橫截面積是四邊形ABCE，AED為殘留在已加工表面上的橫截面積。切削刃相對于工件的運(yùn)動過程切削刃相對于工件的運(yùn)動過程, , 就是表面形成過程。就是表面形成過程。在這個過程中在這個過程中, , 切削刃相對于工切削刃相對于工 件的運(yùn)動軌跡面就是工件上的加工表件的運(yùn)動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。面和已加工表面。有兩個要素，一是切削刃有兩個要素，一是切削刃, , 二是二是切削運(yùn)動。切削運(yùn)動。不同的切削運(yùn)動的組合不同的切削運(yùn)動的組合,

4、,即可形成即可形成各種工件表面。各種工件表面。切削加工過程中的工件表面切削加工過程中的工件表面 車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。車削加工過程中工件上有三個不斷變化著的表面 。（1）待加工表面待加工表面工件上待切除的表面。（2）已）已加工表面加工表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。（3）過渡表面）過渡表面工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之間的過渡表面。二、切削用量、切削時間與材料切除率二、切削用量、切削時間與材料切除率1、切削速度切削速度指切削刃選定點相對于工件主運(yùn)動的瞬時速度。外圓車削的切削速度為vc =dn/10002、進(jìn)給量、進(jìn)給量是指刀具或工件在進(jìn)給運(yùn)動

5、方向上相對工件或刀具的位移量。 當(dāng)主運(yùn)動是回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/r； 當(dāng)主運(yùn)動是直線運(yùn)動時，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/str或mm/單行程； 切削用量是切削加工過程中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量的總稱。車削時，進(jìn)給運(yùn)動速度： Vf=nf 3、背吃刀量背吃刀量a ap p在基面上垂直于進(jìn)給運(yùn)動方向測量的切削層最大尺寸,外圓車削: ap(dw-dm)/2 三要素的乘積作為衡量指標(biāo)，單位為mm3/min， Q=1000vcfap 4、切削時間切削時間t tm m切削時直接改變工件尺寸、形狀等

6、工藝過程所需的時間，單位為mintm=LA/vcap 5、材料切除率材料切除率Q Q三、合成切削速度與合成切削運(yùn)動三、合成切削速度與合成切削運(yùn)動 合成切削運(yùn)動是主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動。切削刃選定點相對工件合成切削運(yùn)動的瞬時速度稱合成切削速度。 Ve=Vc+Vf 第二節(jié)第二節(jié) 刀切削部分的基本定義刀切削部分的基本定義一、刀具的構(gòu)成一、刀具的構(gòu)成 由工作部分和非工作部分構(gòu)成。由工作部分和非工作部分構(gòu)成。 車刀的工作部分比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)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而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參

7、數(shù)。（1)1)前刀面前刀面A A 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A Aa a 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A Aa a 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。圖圖24圖圖24 車車 刀刀 的的 構(gòu)構(gòu) 成成 2. 2.刀刃刀刃（1 1）主切削刃）主切削刃S S 前面與主后面在空間的交線。前面與主后面在空間的交線。（2 2）副切削刃）副切削刃SS 前面與副后面在空間的交線。前面與副后面在空間的交線。 3 3刀尖刀尖

8、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(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，在實際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)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。 為了改善刀尖的切削性能，常將刀尖做成為了改善刀尖的切削性能，常將刀尖做成修圓刀尖或倒角刀尖。修圓刀尖或倒角刀尖。 刀具角度是為刀具設(shè)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部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。 用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面稱為參考系; 參考系可分為

9、刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類。 （二）刀具角度參考系（二）刀具角度參考系在設(shè)計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系稱為刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系。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(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是正交平正交平面參考系面參考系,其它參考系有法平面參考系、假定工作平面參考系等。 1.正交平面參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。(1)基面基面p pr r通過切削刃上選定點，垂直于該點切削速度方向的平面。通常平行于車刀的安裝面（底面）。(2)切削平面切削平面p ps s 通過切削刃上選定點，垂直于基面并與主切

10、削刃相切的平面。(3)正交平面正交平面p po o 通過切削刃上選定點，同時與基面和切削平面垂直的平面。正交平面參考系 2. 法平面參考系法平面參考系 1)法平面 通過切削刃上選定點并垂直于切削刃的平面2)法平面參考系 pr、ps、pn組成的參考系。3.3.假定工作參考系假定工作參考系1)假定工作平面 通過切削刃上選定點并垂直于該點基面以及其方位平行于假定進(jìn)給運(yùn)動方向的平面。2)假定工作平面參考系 pr、pf、pp組成的參考系。假定工作平面參考系的坐標(biāo)平面假定工作平面參考系的坐標(biāo)平面（1 1）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)前角O 前面與基面之間的夾角。2)后角o 后面與

11、切削平面之間的夾角。3)楔角o 前面與后面之間的夾角，它是個派生角。 它與前角、后角有如下的關(guān)系：o90(Oo)o也是判斷標(biāo)注是否正確的驗證式之一。說明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀說明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運(yùn)動的影桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運(yùn)動的影響等條件下確定的。響等條件下確定的。（三）刀具的標(biāo)注角度（三）刀具的標(biāo)注角度正交平面參考系中的車刀標(biāo)注角度正交平面參考系中的車刀標(biāo)注角度（2 2）基面中測量的刀具角度）基面中測量的刀具角度1）主偏角r 主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動速度vf 方向之間的夾角。

12、2）副偏角r 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動速度vf反方向之間的夾角。3）刀尖角r 主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，它是派生角度。r=180-(r r)r是標(biāo)注角度是否正確的驗證公式之一。4）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數(shù)將改變刀尖的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑r描述，當(dāng)r=0時為尖角過渡，r0時為圓角過渡，直線過渡時用 和 b參數(shù)描述(圖1-6)p10。（3）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）刃傾角s 主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或測量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行時s=0；當(dāng)?shù)都恻c相對基面處于主切削刃上的最高點時s 0;反之s 0。 車刀前

13、、后角和刃傾角正、負(fù)的規(guī)定車刀前、后角和刃傾角正、負(fù)的規(guī)定 a） 前、后角前、后角 b）刃傾角）刃傾角第五節(jié)第五節(jié) 刀具的工作角度刀具的工作角度刀具工作參考系切斷刀安裝高低對工作角度的影響車刀刀桿軸線與進(jìn)給方向不垂直對工作角度的影響一、切削層參數(shù)一、切削層參數(shù) 切削層是指在切削過程中，由刀具在切削部分的一個單一動作（或指切削部分切過工件的一個單程，或指只產(chǎn)生一圈過渡表面的動作）所切除的工件材料層。1.切削層公稱厚度切削層公稱厚度h hD D 垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。 h hD Df fsinKsinKr r2.切削層公稱寬度切削層公稱寬度b bD D平行于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。bDapsinKr第六節(jié)第六節(jié) 切削層與切削