刀具幾何角度

刀具幾何角度第一頁，共34頁。（1)前刀面

切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀面

與工件正在被切削加工的表面（過渡表面）相對的刀面。（3)副后刀面與工件已切削加工的表面相對的刀面。（一）刀具切削部分的基本定義第一頁第二頁，共34頁。第二頁第三頁，共34頁。2.刀刃（1）主切削刃

前刀面與主后刀面在空間的交線。（2）副切削刃

前刀面與副后刀面在空間的交線。

3．刀尖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。在實際應用中，為增加刀尖的強度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。第三頁第四頁，共34頁。刀具角度是刀具設計、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)。參考系：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準坐標面。參考系：刀具靜止參考系和刀具工作參考系。（二）定義刀具角度的參考系第四頁第五頁，共34頁。刀具靜止參考系或標注角度參考系：在設計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。1．刀具靜止參考系在該參考系中定義的角度稱為刀具的標注角度。靜止參考系中最常用的是正交平面參考系。第五頁第六頁，共34頁?！飿俗⒆鴺讼档募俣l件

1、假定沒有進給運動，只考慮主運動，并且限定主運動的方向垂直于水平面，方向向上。

2、二是假定刀具的刃磨和安裝基準面垂直于切削速度方向(或平行少基面)，對車刀來說，規(guī)定其刀尖安裝在工件的中心高度上，刀桿中心線垂直于工件的回轉軸線。第六頁第七頁，共34頁。2.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成。(1)基面pr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ps通過切削刃上選定點，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。(3)正交平面po

通過切削刃上選定點，同時與基面和切削平面垂直的平面。第七頁第八頁，共34頁。第八頁第九頁，共34頁。（三）刀具的標注角度（1）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr

主切削刃在基面上的投影與進給運動速度vf

方向之間的夾角。2）副偏角κr′

副切削刃在基面上的投影與進給運動速度vf反方向之間的夾角。第九頁第十頁，共34頁。（2）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角λs主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標注或測量，但有正負之分。當主切削刃與基面平行時λs=0°；當?shù)都恻c相對基面處于主切削刃上的最高點時λs＞0°；反之λs≤0°。第十頁第十一頁，共34頁。（3）正交平面中測量的刀具角度1)前角γO

前面與基面之間的夾角。2)后角αo

后面與切削平面之間的夾角。說明：以上標注角度是在刀尖與工件回轉軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進給方向，以及不考慮進給運動的影響等條件下確定的。第十一頁第十二頁，共34頁。第十二頁第十三頁，共34頁。（四）刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。

研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設計、改進、革新有重要的指導意義。1．刀具工作參考系的建立

與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點就在于它以合成切削運動υe或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre。

第十三頁第十四頁，共34頁。2．刀具工作角度的分析

在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。第十四頁第十五頁，共34頁。（1）刀具安裝位置對刀具工作角度的影響第十五頁第十六頁，共34頁。用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。若切削刃低于工件中心，則工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小1)刀尖安裝高低對工作前、后角的影響第十六頁第十七頁，共34頁。當?shù)稐U中心線與進給運動方向不垂直且逆時針轉動G角時，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響第十七頁第十八頁，共34頁。第十八頁第十九頁，共34頁。3、金屬切削過程的基本理論

1）、切削過程中的變形

金屬切削過程實質(zhì)是工件受到刀具的切割和推擠以后產(chǎn)生彈性和塑性變形，使切削層與工件分離的過程第十九頁第二十頁，共34頁。（1）、金屬切削過程中的變形規(guī)律

第一變形區(qū)：產(chǎn)生彈性變形，剪切應力達到材料的屈服極限，金屬內(nèi)部產(chǎn)生滑移，外部表現(xiàn)為塑性變形，塑性變形增大，韌性降低，強度和脆性增加，一直到滑移第二變形區(qū)：切削金屬層通過剪切平面OM后形成切屑，沿刀具前刀面流出過程中，受到前刀面擠壓使切屑層底部繼續(xù)產(chǎn)生滑移變形的區(qū)域，又稱摩擦區(qū)第三變形區(qū)：工件過渡表面和已加工表面受切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓，摩擦產(chǎn)生微量塑性變形的區(qū)域。特點：主要的變形區(qū)，產(chǎn)生大量的切削熱特點：摩擦引起刀和切屑界面的溫度驟然升高特點：工件出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象的根源第二十頁第二十一頁，共34頁。摩擦區(qū)Lf

摩擦區(qū)Lf分為粘接區(qū)Lf1和滑動區(qū)Lf2粘接區(qū)Lf1：切屑與前刀面壓力很大，加上高溫，材料塑性增加，底層的金屬與前刀面發(fā)生粘接現(xiàn)象，形成滯留層，發(fā)生內(nèi)部二次剪切滑移，當內(nèi)摩擦減小到零時，切屑橫截面的流動速度趨于一致。第二十一頁第二十二頁，共34頁。2）、積屑瘤與鱗刺

切削塑性金屬時，在刀具切削刃口附近粘接著一塊剖面呈三角狀或鼻狀的金屬塊，包圍著切削刃且覆蓋部分前刀面，這種堆積物叫積屑瘤第二十二頁第二十三頁，共34頁。有利方面保護刀具增加工作前角積屑瘤硬度很高可代替切削刃進行切屑，減少刀具的磨損積屑瘤的存在，使刀具的實際工作前角增大可減小切削變形和切削力，使切削輕快第二十三頁第二十四頁，共34頁。不利方面影響工件尺寸精度影響工件表面粗造度積屑瘤破裂后會劃傷表面，加快刀具磨損會形成硬點和毛刺，使工件表面粗造度值增大時大時小，時有時無，使切削力產(chǎn)生波動而引起振動積屑瘤的頂端突出于切削刃之外，使實際的切削深度不斷變化第二十四頁第二十五頁，共34頁。

3.積屑瘤的控制影響積屑瘤的因素工件材料切削用量刀具角度切削液等控制措施要避免在中溫、中速加工塑性材料增大前角可減小切削變形，降低切削溫度，減小積屑瘤的高度采用潤滑性能優(yōu)良的切削液可減少甚至消除積屑瘤第二十五頁第二十六頁，共34頁。（2）、鱗刺

鱗刺：在已加工表面上產(chǎn)生與切削速度方向垂直的橫向裂紋和呈鱗片狀的毛刺鱗刺的產(chǎn)生是由于少量金屬材料的粘接層積接，剪切應力的大小和方向不斷變化，當應力的大小達到材料的強度極限，導致切屑與母體發(fā)生撕裂。第二十六頁第二十七頁，共34頁。第二十七頁第二十八頁，共34頁。切屑的形成過程及切屑種類1.切屑形成過程切削層的金屬彈性變形塑性變形擠裂切離切屑切削層的金屬受到刀具前刀面的推擠后產(chǎn)生彈性變形隨著切應力、切應變逐漸增大，達到其屈服強度時，產(chǎn)生塑性變形而滑移刀具繼續(xù)切入時，材料內(nèi)部的應力、應變繼續(xù)增大，當切應力達到其斷裂強度時，金屬材料被擠裂沿刀具前刀面流出第二十八頁第二十九頁，共34頁。

2.切屑的種類切屑帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑第二十九頁第三十頁，共34頁。呈連綿不斷的帶狀或螺旋狀,與刀具接觸的底層光滑，背面呈毛絨在狀帶狀切屑一般加工塑性材料（鋼、鋁）、采用大的前角，小的切削厚度，最高切削速度，會形成此類切屑。切削過程平穩(wěn)，切削力變化小，工件表面光潔;必須采取斷屑措施擠裂切屑切屑背面呈較大的鋸齒狀，底面有不貫穿的裂紋一般加工中等硬度鋼材時，切削速度較低，切削深度和進給量較大時產(chǎn)生第三十頁第三十一頁，共34頁。單元切屑在節(jié)狀切屑的整個剪切面上，切應力超過了材料的破裂強度時，整個單元被切離形成粒狀切屑在加工塑性較差的材料時，采用較小的前角或負前角的刀具并以極低的切削速度、大的切削深度和進給量進行切削時形成的崩碎切屑切削層金屬發(fā)生彈性變形后，一般不經(jīng)過塑性變形就突然崩裂而形成形狀不規(guī)則的崩碎切屑工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和進給量越大，越易