金屬切削第一章刀具幾何角度及切削要素.ppt

1、第一章 刀具幾何角度及切削要素,第一節(jié) 切削運動與切削用量,第二節(jié) 刀具切削部分的基本定義,第四節(jié) 刀具角度的一面二角分析法,第三節(jié) 刀具標注角度的換算,第五節(jié) 刀具的工作角度,第六節(jié) 切削層參數(shù)與切削方式,一、切削運動與切削層,切削運動 直接完成切除加工余量任務，形成所需零件表面的運動，稱為切削運動。包括主運動和進給運動。 1、主運動。直接切除工件上的多余材料，使之轉變?yōu)榍行?，從而形成工件新表面的運動。主運動通常只有一個，且速度和消耗功率較大。 例如，車床上工件的旋轉運動；龍門刨床刨削時，工件的直線往復運動；牛頭刨床刨刀的直線往復運動等。,第一節(jié) 切削運動與切削用量,2、進給運動 將工件上的

2、多余材料不斷投入切削區(qū)進行切削以逐漸切削出零件所需整個表面的運動。進給運動一般有一個，也可多于一個，且速度和消耗功率較小。 例如：車外圓時車刀縱向連續(xù)的直線運動，在牛頭刨床上刨平面時工件橫向間斷的直線移動等。,切削加工過程中，隨著切削層（加工余量）不斷被刀具切除，工件上有3個處于變動中的表面。,（1）待加工表面 工件上行將被切除的表面。 （2）已加工表面 工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。,（3）過渡表面 工件上由切削刃正在切削著的表面，位于待加工表面和已加工表面之間，也稱作加工表面或切削表面。,圖1-1車削運動、切削層及形成表面 1待加工表面2過渡表面3已加工表面,無論是主運動還是進給運動，其

3、基本運動形式均是連續(xù)的或間歇的直線運動或回轉運動，由兩者通過不同形式的組合，則可構成多種符合需要的切削運動； 主運動和進給運動可由刀具和工件分別完成（如車削和刨削），也可由刀具單獨完成（如鉆孔），但很少由工件單獨完成； 主運動和進給運動可以同時進行（如車削、鉆削），也可以交替進行（如刨平面、插鍵槽）；,3.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。,1切削速度 （ms或mmin） 切削刃相對于工件的主運動速度稱為切削速度。,切削用量是指切削速度 、進給量f（或進給速度）和背吃刀量 。三者又稱為切削用量三要素。,二、切削用量、切削時間與材料切除率,計算切削速度時，應選取刀刃上速度

4、最高的點進行計算。主運動為旋轉運動時，切削速度由下式確定,式中： d - 工件或刀具的最大直（mm） n - 工件或刀具的轉速(r/s或r/min),工件或刀具轉一周（或每往復一次），兩者在進給運動方向上的相對位移量稱為進給量，其單位是mmr（或mm雙行程）。,2進給量f,式中： 為進給速度； 為每齒進給量,3背吃刀量 （mm）,式中： -工件上待加工表面直徑（mm） -工件上已加工表面直徑（mm）,4.切削時間 tm,切削時間tm（機動時間）指切削時直接改變工件尺寸、形狀等工藝過程所需的時間，單位為min。,圖1-2車外圓時切削時間計算圖,Q=1000apfvc,5.材料切除率Q 單位時間內(nèi)

5、所切除材料的體積，是衡量切削效率高低的另一個指標，單位為mm3/min。,三、合成切削運動與合成切削速度,1、合成切削運動：主運動與進給運動合成的運動。 2、合成切削速度ve：切削刃選定點相對工件合成切削運動的瞬時速度。,合成切削運動示意圖,在主運動和進給運動同時進行的切削加工中，如車外圓、鉆孔、銑平面等，常在選定點將兩者按矢量加法合成，稱為合成切削運動。,第二節(jié) 刀具切削部分的基本定義,一、刀具的組成 車刀由切削部分（刀頭）和夾持部分（刀柄）兩大部分組成。 車刀切削部分的結構要素：包括三個切削刀面、兩條切削刃和一個刀尖。,圖1-4車刀切削部分的構成,1、刀面 （1）前面 ，又稱前刀面，即切屑

6、流過的表面。 （2） 后面 ，又稱后刀面，即與工件上經(jīng)切削產(chǎn)生的表面相對的表面。 后刀面分為主后面 和副后面 。習慣上所說的后面是指主后面。,2、切削刃 （1）主切削刃 S：前面與后面的交線，承擔主要切削工作，它在工件上切出過渡表面。 （2）副切削刃 ：前面與副后面的交線，配合主切削刃切除余量并形成已加工表面。,3、刀尖,（1）刀尖圓弧半徑r，它是在基面上測量的刀尖倒圓的公稱半徑。（2）倒角刀尖長度b。（3）刀尖倒角偏角。,圖1-5刀楔、刀尖形狀參數(shù)a)刀楔及刀楔斷面形狀 b)刀尖形狀,建立靜止參考系的條件,二、刀具角度參考系,1、正交平面參考系（靜止參考系） 構成靜止參考系的參考坐標平面有以

7、下幾種： （1）基面（ ）：為過切削刃選定點，而且和該點假定主運動方向垂直的平面。 （2）切削平面 （ ）：為過切削刃上選定點與切削刃相切并垂直于基面的平面。 （3）正交平面 （ ）：又稱正交剖面或主剖面，過切削刃上選定點并同時垂直于基面和切削平面的平面（或過切削刃選定點并垂直于切削刃在基面上的投影的平面）。 選定點在主切削刃上者為主正交平面 ，選定點在副切削刃上者為副正交平面 。,圖1-6 正交平面參考系,（4）法平面 ：又稱法剖面，過切削刃上選定點且垂直于切削刃（若切削刃為曲線，則垂直于切削刃在該點的切線）的平面。 （5）假定工作平面 ：又稱橫向平（剖）面，它是過切削刃上選定點，垂直于基面

8、且與假定進給運動方向平行的平面。 （6）背平面 ：又稱縱向剖面，它是過切削刃上選定點而同時垂直于基面和假定工作平面的平面。,2、法平面參考系,法平面參考系由Pr、Ps、Pn三個平面組成。其中，法平面（Pn)是過切削刃某選定點垂直于切削刃的平面。,圖1-7 法平面參考系及刀具角度,3、假定工作平面參考系,假定進給平面Pf過切削刃選定點平行于假定進給運動方向并垂直于基面的平面。 假定切深平面（背平面）Pp過切削刃選定點既垂直假定工作平面又垂直于基面的平面。,圖1-8 假定進給平面參考系及刀具角度,（a）正交平面與法平面參考系 （b）假定工作平面、背平面參考系,各參考坐標平面的位置及相互關系,正交平

9、面、法平面、假定工作平面和背平面又統(tǒng)稱為測量平面。 用不同的測量平面分別與基面、切削平面組合就形成不同的參考坐標系，包括正交平面參考系、法平面參考系、假定工作平面和背平面參考系。,1.正交平面參考系（pr-ps-po）,圖1-9 正交平面系及其角度,2.法平面參考系（pr-ps-pn）,圖1-7 法平面系及其角度,3.假定工作（進給）平面、背（切深）平面參考系（pr-（ps）-pf-pp）,圖1-8 假定工作(進給)平面、背(切深)平面參考系及其角度,三、刀具角度,標注角度必須指明切削刃上的選定點，凡未經(jīng)特殊注明的，均指切削刃上與刀尖毗連的那一點的角度。 刀具角度是指在刀具靜止參考系中度量標注

10、的角度。,（1）主偏角 。主切削平面 與假定工作平面間 的夾角（或是主切削刃在基面 內(nèi)的投影與假定進給運動方向的夾角），在基面 中度量標注。 （2）副偏角 。副切削平面 與假定工作平面 間的夾角（或是副切削刃在基面 內(nèi)的投影與假定進給運動副方向的夾角），在基面 中度量標注。,（3）刃傾角 。主切削刃 與基面 間的夾角，在主切削平面 中度量標注。以過刀尖處的 為基準，當 位于 之上時(其時刀尖位置最低)，規(guī)定 0；當 位于 之下時(其時刀尖位置最高)，規(guī)定 0；當 位于 內(nèi)，則 =0?？珊営洖椤疤ь^為正，低頭為負”。 （4）前角 。前面 與基面 間的夾角，在正交平面 中度量標注。在正交平面 中，

11、當 在 之上時規(guī)定 0；當 在 之下時規(guī)定 0；當 和 重合時則 =0。,（5）后角 。后面 與切削平面 間的夾角，在正交平面 中度量標注。副后面 與副切削平面 間的夾角稱副后角，記作 ，在副正交平面 中度量標注。以主(副)切削平面為界，當主(副)后面位于 ( )和工的過渡表面(已加工表面)相對的一側時，規(guī)定后角(或副后角)為正，反之為負。后角均應取正值，因副后角刀具無法工作。 （6）法前角 。前面 與基面 間的夾角，在法平面 中度量標注。 的正、負規(guī)定與 相同。,（7）法后角 后面 與切削平面 之間的夾角，在法平面 中度量標注。 的正、負規(guī)定與 相同。 （8）側前角 又稱進給前角，它是前面

12、與基面 間的夾角，在假定工作平面 中度量標注，其正、負規(guī)定與 相同。 （9）側后角 又稱進給后角，它是后面 與切削平面間 的夾角，在假定工作平面 中度量標注。 的正、負規(guī)定與 相同。 （10）背前角 又稱切深前角，它是前面 與基面 間的夾角，在背平面 中度量標注，其正、負規(guī)定與 相同。,（11）背后角 又稱切深后角，它是后面 與切削平面 之間的夾角，在背平面 中度量。其正、負規(guī)定與 相同。 （12）楔角 是前、后面間的夾角，在正交平面 中度量標注。由于 ，故有 。 （13）刀尖角 。主、副切削平面間的夾角，在 中度量標注，顯然： 。 國際標準化組織（ISO3002-1）已對車刀的標注作了規(guī)定。

13、,刀具基本角度標注,第三節(jié) 刀具標注角度換算,刀具的角度標注通常采用正交平面參考系和法平面參考系，但在設計、制造、刃磨和檢測中，常需知道主切削刃在其他測量面中的角度。 在已知正交平面參考系的刃傾角、前角、后角、和主偏角、副偏角的情況下，計算其他參考坐標平面中的角度。 由于切削刃上選定點確定后，在度量標注角度的不同參考系中，都有同一的基面和切削平面，所以在不同的參考系中主偏角、副偏角和刃傾角的數(shù)值都不變。 因此，不同參考系間的刀具角度換算，就是確定同一選定點沿不同的測量面測量所得的前、后角數(shù)值之間的關系。,一、正交平面、法平面系前、后角換算,圖1-11 正交平面、法平面系前、后角換算,如圖1-1

14、1所示，刀具正交平面內(nèi)的前角為 ，法平面內(nèi)的前角為 ，刃傾角為 ，平面ABC切削平面 ，不難證明：BAC= 。 而 所以 (1-12) 從數(shù)學觀點看，前面和后面無本質(zhì)區(qū)別，都是空間上一平面。前角是該平面與基面的夾角，后角是該平面與切削平面的夾角，兩者互為余角，在式(1-12)中分別用(90 、(90 代替 和 ，可得,當 （正交平面與法平面重合）時 當 時 ， ,即 (1-13),正交平面與法平面角度關系,二、垂直于基面的任一斷面與正交平面的前、后角換算,圖1-12垂直于基面的任意斷面前角,所謂任意剖面是指通過切削刃上選定點，垂直于基面并與切削平面夾角 的平面（用符號 表示） 。 如圖1-12

15、所示，MGBE為通過切削刃上選定點M的基面，MEF為正交平面，MBC為任意剖面 ，MHCF為前刀面。平面BCFE切削平面，EF基面，BC基面。 由圖1-12幾何關系不難證明： (1-14) 同理，從數(shù)學觀點看，前面和后面無本質(zhì)區(qū)別。在式（1-14）中分別用(90 、(90 代替 和 ，可得 (1-15),當 取不同特定的值時，可以得到一些特殊測量參考面內(nèi)的前角、后角與正交平面內(nèi)前角、后角的角度關系。 （1）當 ，任意剖面與背平面重合，所以 （2）當 ，任意剖面與假定工作平面重合，所以 （3）當 ，任意剖面與副正交平面重合，所以,（4）當 ，任意剖面與副切削平面重合，所以 （5）當 ,任意剖面與

16、切削平面或正交平面重合，這時 或 因此，可以說切削平面、副切削平面或正交平面是任意剖面的一種特殊位置。,第四節(jié)刀具角度的一面二角分析法,確定任意一個平面的方位只需兩個定向角度即可。所以，判斷刀具切削部分需要標注的獨立角度的數(shù)量，可用一面二角分析法確定。,1.直頭外圓車刀,需要標注6個獨立角度,2. 45彎頭車刀,需要標注8個獨立角度。,圖1-1345彎頭車刀a)車外圓b)車端面c)鏜孔d)倒角,3.切斷刀,需要標注8個獨立角度。,圖1-14切斷刀幾何角度,4.倒角刀尖、倒棱的參數(shù),圖1-15倒角刀尖與倒棱前面的定向角,第五節(jié) 刀具的工作角度,刀具的標注角度是在忽略進給速度的影響，且刀具安裝在理

17、想工作位置的情況下確定的。 當?shù)毒哌M入工作狀態(tài)后，選定點的實際切削速度的方向以及刀具的實際安裝位置相對于假定的理想狀態(tài)發(fā)生了變化；而建立的工作參考系（動態(tài)參考系）相對于標注參考系（靜態(tài)參考系）在空間位置上也相應改變； 因此，刀具的實際切削角度（即刀具的工作角度）和標注角度不一樣。,一、刀具工作參考系及工作角度,圖1-16刀具工作參考系,（1）工作基面pre通過切削刃選定點垂直于合成切削速度方向的平面。 （2）工作切削平面pse通過切削刃選定點與切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。 （3）工作正交平面poe通過切削刃選定點，同時垂直于工作切削平面與工作基面的平面。,二、刀具安裝對工作角度的影響,

18、1.刀柄偏斜對工作主、副偏角的影響,圖1-17刀柄偏斜對工作主、副偏角影響,2.切削刃安裝高低對工作前、后角的影響,圖1-18切斷時切削刃高于工件中心對工作前、后角的影響,刀具安裝偏高對工作角度的影響,車外圓：Ve方向變化Pre變?nèi)舻都飧哂诠ぜ行? 如上圖,則：工作角度oe增大，oe減小 即：oeoo ooo,三、進給運動對工作角度的影響,1.進給運動方向不平行工件旋轉軸線時對工作主、副偏角的影響,圖1-19進給運動方向對工作主、副偏角的影響,2.縱向進給運動對工作前、后角的影響,圖1-20縱車外圓時的工作前、后角,圖1-21梯形螺紋車刀工作前、后角a)工作角度分析 b)可轉動刀架示意圖,圖1.20 縱向進給運動對工作角度的影響,橫向進給影響,圓周切線方向,阿基米德螺旋線的切線方向,第六節(jié) 切削層和切削方式,切削層：在各種切削加工中，刀具相對工件沿進給運動方向每移動一個進給量或移動一個每齒進給量，一個刀齒正在切削的金屬層稱為切削層，也就是相鄰兩個過渡表面之間所夾著的一層金屬。 切削層的形狀和尺寸直接決定了刀具切削部分所承受的載荷大小及切屑的形狀和尺寸，所以必須研究切削