第1章 刀具幾何角度218

1、第第1 1章章 刀具幾何角度及切削要素刀具幾何角度及切削要素第一章第一章 刀具幾何角度及切削要素刀具幾何角度及切削要素1.1切削運動、工件表面與切削用量切削運動、工件表面與切削用量 金屬切削加工是機械制造工業(yè)中的一種基本加工方法金屬切削加工是機械制造工業(yè)中的一種基本加工方法 。利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層（加工余量），以利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層（加工余量），以獲得具有一定的表面精度（形狀、尺寸和位置精度）和表獲得具有一定的表面精度（形狀、尺寸和位置精度）和表面質量。面質量。 切削加工必備三個條件：切削加工必備三個條件： 刀具與工件之間要有相對運動刀具與工件之間要有相對運動 刀具

2、具有適當的幾何參數，即切削角度刀具具有適當的幾何參數，即切削角度 刀具材料具有一定的切削性能刀具材料具有一定的切削性能1 1）主運動）主運動 是刀具與工件之間最主要的相對運動，消耗功率最大，速是刀具與工件之間最主要的相對運動，消耗功率最大，速度最高。有且僅有一個。度最高。有且僅有一個。運動形式：旋轉運動（車削、鏜削的主軸運動）運動形式：旋轉運動（車削、鏜削的主軸運動） 直線運動（刨削、拉削的刀具運動）直線運動（刨削、拉削的刀具運動）運動主體：工件（車削）；刀具（銑削）。運動主體：工件（車削）；刀具（銑削）。1. 切削運動切削運動 為了切除多余的金屬，為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須有相對

3、運刀具和工件之間必須有相對運動，即動，即切削運動切削運動。切削運動可。切削運動可分分為主運動為主運動和和進給運動進給運動。切削運動 2 2）進給運動）進給運動 使新切削層不斷投入切削，使切削工作得以繼續(xù)下去使新切削層不斷投入切削，使切削工作得以繼續(xù)下去的運動。的運動。 進給運動的速度一般較低，功率也較少。其數量可進給運動的速度一般較低，功率也較少。其數量可以是一個，也可以是多個?？梢允沁B續(xù)進行的，也可以是斷續(xù)以是一個，也可以是多個?？梢允沁B續(xù)進行的，也可以是斷續(xù)進行的?？梢允枪ぜ瓿傻?，也可以是刀具完成的。進行的?？梢允枪ぜ瓿傻?，也可以是刀具完成的。 運動形式運動形式： 連續(xù)運動：如車削；連

4、續(xù)運動：如車削； 間歇運動：如刨削。間歇運動：如刨削。 一個運動，如鉆削；一個運動，如鉆削； 多個運動，如車削時的縱向與橫向進給運動；多個運動，如車削時的縱向與橫向進給運動； 沒有進給運動，如拉削。沒有進給運動，如拉削。運動主體運動主體： 工件，如銑削、磨削；工件，如銑削、磨削； 刀具，如車削、鉆削。刀具，如車削、鉆削。3）合成切削速度）合成切削速度Ve按平行四邊形法則求。按平行四邊形法則求。2.2.工件表面工件表面 切削過程中，工件上有三個不斷變化的表面切削過程中，工件上有三個不斷變化的表面 1) 1)待加工表面：工件上即將被切除的表面。待加工表面：工件上即將被切除的表面。 2) 2)過渡表

5、面：正被切削的表面。下一切削行程將被切除。過渡表面：正被切削的表面。下一切削行程將被切除。 3) 3)己加工表面：切削后形成的新表面。己加工表面：切削后形成的新表面。 3.3.切削用量切削用量 V Vc c、f f、a ap p車削運動和加工表面車削運動和加工表面1-待加工表面待加工表面 2-過渡表面過渡表面 3-已加工表面已加工表面衡量切削運動量的大小。衡量切削運動量的大小。包括包括三要素三要素 切削速度切削速度Vc 進給量進給量f( (或進給速度或進給速度Vf) ) 背吃刀量背吃刀量ap切削用量切削用量vm/minv指主運動的線速度，以車削為例：指主運動的線速度，以車削為例：1000ndV

6、C（m/min)切削速度切削速度VCn工件或刀具的轉速，工件或刀具的轉速，n為為rmind工件或刀具觀察點的旋轉直徑，工件或刀具觀察點的旋轉直徑，d為為mm進給量進給量f 進給量是進給運動的單位量。車削時進給量進給量是進給運動的單位量。車削時進給量f f是是取工件每旋轉一周的時間內，工件與刀具相對位移取工件每旋轉一周的時間內，工件與刀具相對位移量量fnVf(mm/min)Vf 進給運動速度進給運動速度進給量進給量f fv主運動是回轉運動時，進給量指工件或刀具每回主運動是回轉運動時，進給量指工件或刀具每回轉一周，兩者沿進給方向的相對位移量，單位為轉一周，兩者沿進給方向的相對位移量，單位為mmrv

7、當主運動是直線運動時，進給量指刀具或工件每當主運動是直線運動時，進給量指刀具或工件每往復直線運動一次，兩者沿進給方向的相對位移往復直線運動一次，兩者沿進給方向的相對位移量，單位為量，單位為mm雙行程或雙行程或mm單行程單行程v對于多齒的旋轉刀具對于多齒的旋轉刀具( (如銑刀、切齒刀如銑刀、切齒刀) )，常用每，常用每齒進給量齒進給量fzfz，單位為，單位為mmz或或mm齒，它與進給量齒，它與進給量f f的關系為的關系為 f=zfz指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量背吃刀量背吃刀量apdw待加工表面直徑待加工表面直徑 dm已加工表面直徑已加工表面直徑2d

8、mdwapv工件待加工表面與加工表面之間的垂直距離工件待加工表面與加工表面之間的垂直距離. .車外圓時：車外圓時： ap=(dwap=(dwdm)/2dm)/2鉆孔時：鉆孔時： ap=dw/2ap=dw/2金屬切除率金屬切除率Q Q1000Vcfap1000Vcfap即單位時間內切除金屬的體積，衡量切削效即單位時間內切除金屬的體積，衡量切削效率。率。2.2 刀具幾何角度 教學重點：教學重點：掌握刀具各部分的名稱；掌握刀具各部分的名稱；掌握刀具參考平面和參考系的建立方法；掌握刀具參考平面和參考系的建立方法；掌握刀具標注角度和工作角度。掌握刀具標注角度和工作角度。 教學難點：教學難點：刀具各種標注

9、角度；刀具各種標注角度；刀具工作時的角度。刀具工作時的角度。一、刀具切削部分的構成要素一、刀具切削部分的構成要素 車刀由刀頭、刀桿兩部分組成。車刀由刀頭、刀桿兩部分組成。 刀頭用于切削，由刀面、切削刃構成刀頭用于切削，由刀面、切削刃構成 刀桿用于裝夾刀桿用于裝夾14141.1.刀面刀面 1.1.前面（前刀面）前面（前刀面）r r：刀具上切屑流出的表面；：刀具上切屑流出的表面； 2.2.后面（后刀面）后面（后刀面）A A：刀具上與工件新形成的：刀具上與工件新形成的 過渡表面相對的刀面；過渡表面相對的刀面； 3.3.副后面（副后刀面）副后面（副后刀面）A A：刀具上與工件已加工表面刀具上與工件已加

10、工表面相對的刀面；相對的刀面； 已加工表面已加工表面待加工表面待加工表面過渡表面過渡表面15 2.2.切削刃切削刃 1.1.主切削刃主切削刃：前面與后面形成的交線，在切：前面與后面形成的交線，在切削削 中承擔主要的切削任務；中承擔主要的切削任務； 2.2.副切削刃副切削刃：前面與副后面形成的交線，：前面與副后面形成的交線，它它 參與部分的切削任務；參與部分的切削任務； 3.3.刀尖刀尖 主切削刃與副切削刃匯交的交點或一小主切削刃與副切削刃匯交的交點或一小 段切段切削刃。削刃。18二、刀具角度參考系二、刀具角度參考系1. 1. 刀具角度參考平面刀具角度參考平面 圖圖1-5 刀具角度的參考平面刀具

11、角度的參考平面19 基面基面P Pr r： 過切削刃選定點，垂直于主運動方向的平面。通常，過切削刃選定點，垂直于主運動方向的平面。通常，它平行（或垂直）于刀具上的安裝面（或軸線）的平它平行（或垂直）于刀具上的安裝面（或軸線）的平面。面。 切削平面切削平面PsPs： 過切削刃選定點，與切削刃相切，并垂直于基面過切削刃選定點，與切削刃相切，并垂直于基面P Pr r的平面。它也是切削刃與切削速度方向構成的平面。的平面。它也是切削刃與切削速度方向構成的平面。 正交平面正交平面PoPo： 過切削刃選定點，同時垂直于基面過切削刃選定點，同時垂直于基面P Pr r與切削平面與切削平面P Ps s的平面。的平

12、面。正交平面參考系：正交平面參考系： 由基面由基面P Pr r、切、切削平面削平面P Ps s和正平和正平面面P Po o構成的空間構成的空間三面投影體系稱三面投影體系稱為正交平面參考為正交平面參考系。系。三、刀具的標注角度三、刀具的標注角度1.1.正交平面參考系中的刀具標注角度正交平面參考系中的刀具標注角度 (1) (1) 在基面在基面P Pr r上刀具標注角度有：上刀具標注角度有： 主偏角主偏角k kr r在過主切削刃選定點的基面內，在過主切削刃選定點的基面內，主切削刃與進給方向間的夾角；主切削刃與進給方向間的夾角； 副偏角副偏角k kr r在過副切削刃選定點的基面內，在過副切削刃選定點的

13、基面內，副切削刃和進給方向間所夾的銳角；副切削刃和進給方向間所夾的銳角；24在基面在基面P Pr r上刀具標注角度有：上刀具標注角度有： 主偏角主偏角k kr r 副偏角副偏角k kr r(2) (2) 在正平面在正平面P Po o上刀具標注角度有：上刀具標注角度有： 前角前角前面前面r r與基面與基面PrPr間的夾角。前間的夾角。前角角有正負，前角在基面之下為負，前角在基有正負，前角在基面之下為負，前角在基面這上為正；面這上為正； 后角后角OO后面與切削平面間的夾角。后面與切削平面間的夾角。26(3)(3)在切削平面在切削平面P Ps s上刀具標注角度有：上刀具標注角度有： 刃傾角刃傾角s

14、s主切削刃與基面間的夾角。主切削刃與基面間的夾角。刃傾角刃傾角ss有正負之分，當刀尖處于切削刃最高點有正負之分，當刀尖處于切削刃最高點時為正，反之為負。時為正，反之為負。 (2) 切削平面PS內的角度 s：在切削平面PS內測量的主切削刃S與基面Pr間的夾角稱刃傾角； s有正負之分，刀尖位于切割刃的最高點時定為（“+”）、反之為負（“-”），它影響切屑流向和刀尖強度；粗加工時，取負值，增大刀尖強度；精加工時，取正值或零，避免切屑劃傷已加工表面。a）b）c）刃傾角對排屑方向的影響 派生角度：派生角度： 刀尖角：刀尖角：在基面在基面PrPr內測量的主切削平面與副切內測量的主切削平面與副切削平面間的夾

15、角，記為削平面間的夾角，記為r r， r r=180=180- -（ ）；）； 余偏角：余偏角：在基面在基面PrPr內測量的主切削平面內測量的主切削平面P PS S與背與背平面平面P PP P間的夾角，記為間的夾角，記為rr， r=90r=90- - ； 楔角：楔角：在正交平面在正交平面PoPo內測量的前刀面內測量的前刀面A A與后刀與后刀面間的夾角，記為面間的夾角，記為o o， o o =90 =90- -（o oo o）。）。rrr刀尖角刀尖角余偏角余偏角楔角楔角 2. 2. 法平面參考系中的刀具標注角度法平面參考系中的刀具標注角度 按照刀具角度定義，同理可標注出法平面參考按照刀具角度定義

16、，同理可標注出法平面參考系中的五個基本角度：系中的五個基本角度：r r、s s、n n、n n和和r r 。也有派生角度：。也有派生角度：r r、r r、n n和計算角和計算角度度n n、s s、n n。 3. 3. 假定工作平面參考系中的刀具標注角度假定工作平面參考系中的刀具標注角度 這個參考系中的刀具標注角度這個參考系中的刀具標注角度r r、 p p、f f、p p、f f、 r r 同理可標出，也可求出派生同理可標出，也可求出派生角度：角度：r r、r r、p p、f fr1-3 1-3 刀具角度換算刀具角度換算一、一、1、00nn0n直角三角形：oacoababcsosnoaaboaa

17、ccostan/costanon2、oo 900nA將A則nn 90同理soncos90tan90tan00onsoncos/tantan二、垂直于基面的任一剖面與正交面的前、二、垂直于基面的任一剖面與正交面的前、后角換算后角換算1、前角換算iiOEEGsoicostansintantan0i直角三角形：OABOEGBFG（1）當sisippi, 0（2）當oioippi,900（3）當fifirppi,1800rsrofcostansintantan（4）當pipirppi,900rsropsintancostantan圖1-122、后角換算ii 900i圖1-12后面前面oo 90代入上式

18、iisoicostansincotcot（1）當fifirppi,1800rsrofcostansincotcot（2）當pipirppi,900rsropsintancoscotcot1-4 1-4 刀具角度標注方法刀具角度標注方法 一面二角分析法一面二角分析法說明：以正交平面系為參考系說明：以正交平面系為參考系主視圖：主視圖：rp向視圖：向視圖：sp投影投影SS,剖視圖：剖視圖：上作上作oopp,剖視剖視派生角度及獨立尺寸不注，按制圖要求繪制派生角度及獨立尺寸不注，按制圖要求繪制1 1、標注角度數量的確定方法、標注角度數量的確定方法一面二角：角度數量=2倍刀面數量2、分析方法主、副切削刃確

19、定方向fv刀面數（前、后面）標注角度數示示 例例 直頭外圓車刀，直頭外圓車刀， 圖圖1-91-9刀面：前、后、副后面刀面：前、后、副后面標注角度數量：標注角度數量：3 32=62=6As,0Ar,0Ar,0SS,示示 例例 45450 0彎頭車刀，彎頭車刀， 圖圖1-131-13刀面：刀面：1 1前、前、1 1后、后、2 2副后面共副后面共4 4個個標注角度數量：標注角度數量：4 42=82=8As,0Ar,0Ar,0切削刃：主刃切削刃：主刃1212，副刃，副刃2323，1414三條三條（主刃（主刃1212）（主刃（主刃1212）（副刃（副刃2323）Ar,0（副刃（副刃1414）prosor

20、rpspspopopopopopopopoovf例例2：45端面車刀正交平面參考系標注角度端面車刀正交平面參考系標注角度示示 例例 切斷刀，切斷刀， 圖圖1-141-14刀面：前、后、副后面刀面：前、后、副后面4 4個個標注角度數量：標注角度數量：4 42=82=8切削刃：主刃切削刃：主刃1 1個，副刃個，副刃2 2個，共個，共3 3條條A切斷刀：左、右兩把刀組成，且兩把刀為同一切斷刀：左、右兩把刀組成，且兩把刀為同一S S和和進給方向：橫向進給方向：橫向sLsRrLrR0180sLrL,習慣標注：習慣標注：sRrR,為派生為派生Prosorrpspspopopopopopopopoovf例例

21、1：90外圓車刀正交平面參考系標注角度外圓車刀正交平面參考系標注角度 1 1進給運動的影響進給運動的影響 （橫切）（橫切） 切斷刀切斷工件時，若不考慮進給運動，切削刃上選定切斷刀切斷工件時，若不考慮進給運動，切削刃上選定A A的運動軌跡是一圓，因此該點的基面是過的運動軌跡是一圓，因此該點的基面是過A A點的工作徑向點的工作徑向平面平面PP，切削平面為過，切削平面為過A A點與點與PP垂直的切平面垂直的切平面PsPs，其前，其前后角后角oo、oo。當考慮進給運動后，切削刃上。當考慮進給運動后，切削刃上A A點的運動點的運動軌跡已是一阿基米德螺旋線，這時的切削平面軌跡已是一阿基米德螺旋線，這時的切

22、削平面PsePse已是過已是過A A點螺線的切線，基面點螺線的切線，基面PrePre已是已是A A點的與點的與PsePse垂直的平面，垂直的平面，在這個測量坐標平面內的前角在這個測量坐標平面內的前角oeoe、后角也不是原來的、后角也不是原來的標注角度標注角度oo、oo，此時：，此時： 橫向進給運動對工作角度的影響；橫向進給運動對工作角度的影響； f f刀具相對工件的橫向進給量，刀具相對工件的橫向進給量，mm/rmm/r； d d切削刃上選定點切削刃上選定點A A處的工作直徑，處的工作直徑，mmmm。1.2.4刀具工作角度0000eetanWfD切削刃越接近工作中心，切削刃越接近工作中心，d值越

23、小，值越小，值較大，值較大，oe越大，而越大，而oe越小，越小，甚至變?yōu)榱慊蜇撝?，對刀甚至變?yōu)榱慊蜇撝?，對刀具的切削就越不利。具的切削就越不利?2 2進給運動的影響進給運動的影響 （縱切）（縱切） 安裝刀具時，刀尖不一定在機床中心高度上。如刀尖高于安裝刀具時，刀尖不一定在機床中心高度上。如刀尖高于機床中心高度，此時選定點機床中心高度，此時選定點A A的基面和切削平面已變?yōu)檫^的基面和切削平面已變?yōu)檫^A A點的徑向平面點的徑向平面P Pee和與之垂直的切削平面和與之垂直的切削平面P Psese，其工作前角，其工作前角和后角分別為和后角分別為PePe、PePe。刀具工作前角。刀具工作前角pepe比

24、標注前角比標注前角P P增大了，工作后角增大了，工作后角PePe比標注后角比標注后角P P減小了，可寫成：減小了，可寫成： pepe=p p+p p pepe=p p-p p pp刀尖位置變化引起前后角的變化值（弧度）。刀尖位置變化引起前后角的變化值（弧度）。 h h刀尖高于機床中心的數值，刀尖高于機床中心的數值，mmmm。 dw dw工件直徑，工件直徑，mmmm。222arctanhdwhp1.3.11.3.1切削層參數切削層參數 刀具切削刃在一次進給（走刀）中，從工件待加工表面上切下的金屬層刀具切削刃在一次進給（走刀）中，從工件待加工表面上切下的金屬層稱切削層。稱切削層。1 1切削金屬公稱厚度切削金屬公稱厚度h hD D 切削層公稱厚度是在基面內測量的切削刃兩瞬時位置過