金 屬 切 削 原 理 與 刀 具第1章

1、 職業(yè)教育機(jī)電類技能人才培養(yǎng)規(guī)劃教材 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列 金 屬 切 削 原 理 與 刀 具人民郵電出版社 1.1 切削運(yùn)動及形成的表面 1.1.1 切削運(yùn)動 在金屬切削加工過程中，工具與工件之間必須有相對運(yùn)動，這種相對運(yùn)動稱為切削運(yùn)動，如圖1.1所示。1主運(yùn)動 是形成機(jī)床切削速度或消耗主要動力的工作運(yùn)動。2進(jìn)給運(yùn)動 是使工件多余的材料不斷被去除的工作運(yùn)動。 第一章 刀具基本定義 第一章 刀具基本定義圖1.1 常見機(jī)械加工方法的切削運(yùn)動 第一章 刀具基本定義3合成切削運(yùn)動 是由主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動。1.1.2 工件上的加工表面 1待加工表面 工件上有待切除的表面。2已加工表面 工件上經(jīng)

2、刀具切削后形成的表面。3過渡表面 工件上被切削刃正在切削著的表面，它總是處在待加工表面與已加工表面之間，也稱切削表面或加工表面。 第一章 刀具基本定義圖1.2 切削運(yùn)動與加工表面第一章 刀具基本定義1.2 刀具切削部分的幾何角度 1.2.1 刀具切削部分的組成 普通外圓車刀的構(gòu)造如圖1.3所示。1三面 三面即前刀面、主后刀面和副后刀面。（1）前刀面Ar。是指刀具上切屑流過的表面。（2）主后刀面Aa。是指與工件上過渡表面相對的表面。（3）副后刀面。是指與工件上已加工表面相對的表面。2二刃 第一章 刀具基本定義（1）主切削刃S。主切削刃是指前刀面與后刀面的交線，又稱主刀刃。它完成主要的切削工作。（

3、2）副切削刃S。副切削刃是指前刀面與副后刀面的交線，又稱副刀刃。它配合主切削刃完成切削工作，最終形成工件的已加工表面。3一尖 一尖即刀尖，是指主、副切削刃的交點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常刀尖用短直線或圓弧取代，介于主、副切削刃之間，這段切削刃稱為過渡刃。如圖1.4所示，刀尖有3種不同的類型：銳刀尖、修圓刀尖和倒角刀尖。 第一章 刀具基本定義 圖1.3 車刀的組成 圖1.4 刀尖形狀第一章 刀具基本定義1.2.2 刀具靜止角度的參考系和刀具的標(biāo)注角度1刀具靜止角度參考系 要確定刀具切削部分各個表面和刀刃在空間的位置，就需要人為地建立平面參考系，用來定義刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量的幾何參數(shù)，由于這些參數(shù)

4、都是在非切削狀態(tài)下進(jìn)行的，故其所在的平面參考系稱為靜止參考系，如圖1.5所示。靜止參考系由以下平面組成。（1）基面Pr?；媸侵竿ㄟ^切削刃上的選定點(diǎn)并垂直于假定主運(yùn)動方向的平面。第一章 刀具基本定義（2）切削平面Ps 切削平面是指通過切削刃上的選定點(diǎn)，與該切削刃相切并垂直于基面的平面。因刀具的切削刃有主切削刃和副切削刃之分，所以切削平面也分為主切削平面和副切削平面。（3）正交平面Po 正交平面是指通過主切削刃上的選定點(diǎn)并同時垂直于基面和主切削平面的平面。此外，通過副切削刃上的選定點(diǎn)并同時垂直于基面和副切削平面的平面，稱為副切削刃的正交平面，即副正交平面。第一章 刀具基本定義圖1.5 刀具的靜止

5、參考系第一章 刀具基本定義2刀具的標(biāo)注角度 刀具的幾何角度分為標(biāo)注角度和工作角度。標(biāo)注角度是指在刀具圖樣上標(biāo)注的角度，是在刀具角度的參考系中確定的；工作角度是指按照切削工作的實(shí)際情況而確定的角度。 普通車刀的6個主要標(biāo)注角度是指前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角和副后角。它們是在正交平面參考系中的標(biāo)注角度，如圖1.6所示。正交平面參考系是由基面Pr、切削平面Ps、正交平面Po組成的空間直角坐標(biāo)系 第一章 刀具基本定義在正交平面內(nèi)測量的角度如下。（1）前角0。是指前刀面與基面之間的夾角，前角有正、負(fù)和零度之分：若基面在前刀面之上為正值，稱為正前角；若基面在前刀面之下為負(fù)值，稱為負(fù)前角；若基面與前

6、刀面重合為零度前角。（2）后角0。是指主后刀面與切削平面之間的夾角。后角也有正、負(fù)和零度之分：當(dāng)后刀面與切削平面重合時為零度后角；當(dāng)后刀面與基面之間的夾角小于90時，后角為正值；當(dāng)后刀面與基面之間的夾角大于90時，后角為負(fù)值。在基面內(nèi)測量的角度如下。第一章 刀具基本定義（3）主偏角r。是指主切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給方向之間的夾角。（4）副偏角r。是指副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給反方向之間的夾角。在主切削平面內(nèi)測量的角度如下。（5）刃傾角s。是指主切削刃與基面之間的夾角。刃傾角有正、負(fù)和零度之分：當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅猩献罡唿c(diǎn)時為正值；當(dāng)?shù)都馓幱谥髑邢魅猩献畹忘c(diǎn)時為負(fù)值；當(dāng)主切削刃與基面重

7、合時為零度刃傾角。在副正交平面內(nèi)測量的角度如下。（6）副后角。是指副后刀面與副切削平面之間的夾角。 第一章 刀具基本定義圖1.6 車刀的主要標(biāo)注角度第一章 刀具基本定義 1.2.3 刀具工作角度的參考系和刀具的工作角度1刀具工作角度參考系平面 刀具工作參考系與基準(zhǔn)平面，是依據(jù)合成切削運(yùn)動方向來確定的，如圖1.7所示。（1）工作基面Pre。是指通過切削刃上的選定點(diǎn)并與合成切削速度方向相垂直的平面。（2）工作切削平面Pse。是指通過切削刃上選定點(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。是指通過切削刃上的選定點(diǎn)并同時與工作基面和工作切削平面相垂直的平面。 第一章 刀具基本定義圖

8、1.7 刀具工作參考系平面第一章 刀具基本定義2進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響 以車外圓為例，如圖1.8所示。車削時工件作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動，車刀作縱向進(jìn)給運(yùn)動，由這兩個運(yùn)動的合成運(yùn)動所形成的加工表面實(shí)際上是阿基米德螺旋面。合成運(yùn)動方向相對于主運(yùn)動方向轉(zhuǎn)動了一個螺旋升角，因此工作基面Pre和工作切削平面Pse都要傾斜一個螺旋升角，致使車刀工作時的工作前角0e增大了一個角，工作后角0e減小一個角。所以在車削大導(dǎo)程的絲杠或多頭螺紋時，要將車刀的左側(cè)刃后角磨大些，右側(cè)刃后角磨小些（如車右旋螺紋時），使左、右側(cè)刀刃獲得相同的工作后角。 第一章 刀具基本定義圖1.8 進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響第一章 刀具基本定義3刀具

9、安裝位置對工作角度的影響 在安裝車刀時，若刀尖與工件中心等高，則切削平面Ps與車刀底面垂直，基面與底面平行，刀具工作前、后角與標(biāo)注前、后角相等；若將刀尖安裝得高于工件中心，則工作基面和工作切削平面的位置相對于靜止參考系發(fā)生傾斜，使刀具的工作前角增大、工作后角減??；若將刀尖安裝得低于工件中心，則刀具的工作前角減小、工作后角增大，如圖1.9所示。在實(shí)際生產(chǎn)中，粗車外圓時常將刀尖裝高一個值，為dw（150）/100；精車外圓時常將刀尖裝低一個值，為dw（150）/100。 第一章 刀具基本定義圖1.9 刀具安裝高度對工作角度的影響第一章 刀具基本定義1.2.4 刀具標(biāo)注角度的換算 在制造和使用刀具時

10、，常需要對不同平面系內(nèi)的靜止角度進(jìn)行換算。1正交平面、法平面間的角度換算 正交平面系能較好地反映刀具的切削性能，是設(shè)計刀具時使用最多的一種平面系。法平面系能較好地反映螺旋切削刃、大刃傾角刀具的切削性能，因此，常需要知道主切削刃在法平面內(nèi)的角度。圖1.10所示為正交平面、法平面中的前角0和n及其幾何關(guān)系，圖中刃傾角s為正值。 第一章 刀具基本定義（1-2）圖1.10 0與n角的關(guān)系第一章 刀具基本定義 當(dāng)s=0時，正交平面與法平面重合，0=n；當(dāng)s0時，0n。將式（1-2）中的0、n換成n和0的余角函數(shù)，即得到法后角與后角的關(guān)系： 2正交平面與假定工作平面和背平面之間的角度換算 在刃磨刀具時，或

11、加工刀槽調(diào)整計算時，常利用三向坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)磨刀夾具進(jìn)行工作，因此，需要知道P0與Pf、Pp之間的關(guān)系，如圖1.11所示。經(jīng)推導(dǎo)，計算公式如下 第一章 刀具基本定義 將側(cè)前角f和背前角p換成側(cè)后角f和背后角p的余角函數(shù)，即得f、p的計算公式： 第一章 刀具基本定義第一章 刀具基本定義圖1.11 正交平面與假定工作平面、背平面的角度換算3車刀幾何角度的刃磨（1）刃磨后面 將車刀裝在平口虎鉗中，原始位置如圖1.12（b）所示 繞y軸轉(zhuǎn)動r角，使車刀Ps面與砂輪工作面相平行； 繞x軸轉(zhuǎn)動s角，使主切削刃平行于夾具z軸； 繞z軸轉(zhuǎn)動n角（tann=tan0/coss），使后面與砂輪工作面平行； 沿x軸方向吃

12、刀，沿z軸方向進(jìn)給，進(jìn)行刃磨。此調(diào)整原理同樣適用于刃磨副后面。 第一章 刀具基本定義第一章 刀具基本定義1平口虎鉗 290彎角 3底座圖1.12 車刀刃磨夾具及刃磨后面時的調(diào)整（2）刃磨前面。 將車刀按圖1.13所示位置裝在平口虎鉗中，使車刀的f方向垂直向上，此時的y軸坐標(biāo)平行于車刀的假定工作平面pf，x軸則平行于車刀的背平面pp； 繞y軸轉(zhuǎn)動p角； 繞x軸轉(zhuǎn)動f角； 吃刀、進(jìn)給，進(jìn)行刃磨。 圖1.13 車刀刃磨前面時夾具的調(diào)整第一章 刀具基本定義1.3 切削要素與切削方式1.3.1 切削用量 1切削速度vc 切削速度是指主運(yùn)動的線速度。2進(jìn)給量f 進(jìn)給量是指主運(yùn)動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具沿進(jìn)給運(yùn)動方向

13、相對于工件的位移量。鉆削、銑削時還可用每齒進(jìn)給量fz表示。進(jìn)給運(yùn)動有時還用進(jìn)給速度f來表示，它們的關(guān)系是：第一章 刀具基本定義3背吃刀量ap 背吃刀量是指工件上已加工表面至待加工表面間的垂直距離。對于外圓車削，如圖1.14所示，背吃刀量可按下式計算: 第一章 刀具基本定義1.3.2 切削層參數(shù)與金屬切除率1切削層參數(shù) 切削層是指切削時，切削刃在一次進(jìn)給中從工件的待加工表面上切除的那一層金屬。（1）切削層公稱厚度hD。是指在切削層橫截面內(nèi)，垂直于過渡表面度量的切削層尺寸。 （2）切削層公稱寬度bD。是指在切削層橫截面內(nèi)，平行于過渡表面度量的切削層尺寸。 第一章 刀具基本定義 （3）切削層公稱橫截

14、面積AD。切削層公稱橫截面積是指切削層橫截面的實(shí)際面積。2金屬切除率 金屬切除率是指單位時間里刀具所切除的工件材料的體積，其單位為mm3/min，用符號ZW表示。其計算公式如下： 第一章 刀具基本定義1.3.3 切削方式1自由切削和非自由切削 刀具在切削過程中，如果只有一條切削刃參加切削，這種切削稱為自由切削。它的主要特征是刀刃上各點(diǎn)切屑流出方向大致相同，被切金屬的變形基本發(fā)生在二維平面內(nèi)。如圖1.15所示為自由切削的例子。 若刀具上的切削刃為曲線或折線，或有幾條切削刃同時參加切削，并同時完成整個切削過程，這種切削稱為非自由切削。主要特征是各切削刃匯交處切下的金屬互相影響和干涉，金屬變形更為復(fù)雜，且發(fā)生在三維空間內(nèi)。第一章 刀具基本定義圖1.15 自由切削第一章 刀具基本定義2直角切削和斜角