金屬切削原理與機床第一章刀具的幾何角度及切削要素

1、第一章 刀具的幾何角度及切削要素教學目的與要求: 通過本章的學習,掌握切削運動、切削用量和刀具幾何角度的組成；刀具有工作參考系和刀具的工作角度。教學內(nèi)容摘要: 切削運動、工件的加工表面與切削用量；刀具的幾何參數(shù)；刀具的工作參考系和工作角度。教學重點與難點: 刀具的參考系和刀具的角度。第一節(jié)第一節(jié) 切削運動與工件的加工表面切削運動與工件的加工表面 通過刀具與工件之間的相對運動，從毛坯上通過刀具與工件之間的相對運動，從毛坯上切除多余的金屬，從而獲得合格零件的加工方法。切除多余的金屬，從而獲得合格零件的加工方法。 切削加工的基本形式有車削、銑削、鉆削、刨切削加工的基本形式有車削、銑削、鉆削、刨削、鉗

2、工等。削、鉗工等。 一般情況下，通過鑄造、鍛造、焊接和各種一般情況下，通過鑄造、鍛造、焊接和各種軋制的型材毛坯精度低和表面粗糙度大，不能滿足軋制的型材毛坯精度低和表面粗糙度大，不能滿足零件要求，必須進行切削加工才能成為零件。金屬零件要求，必須進行切削加工才能成為零件。金屬切削加工擔負著幾乎所有零件的加工任務(wù)，在機械切削加工擔負著幾乎所有零件的加工任務(wù)，在機械制造過程中，處于十分重要的地位。制造過程中，處于十分重要的地位。切削運動與工件的加工表面 一、切削運動與切削要素一、切削運動與切削要素 切削運動切削運動 切削運動切削運動是為了形成工件表面所必需的、刀是為了形成工件表面所必需的、刀具與工件之

3、間的相對運動。切削運動分為主運動具與工件之間的相對運動。切削運動分為主運動和進給運動。和進給運動。 主運動主運動是切除工件多余金屬所需要的最基本是切除工件多余金屬所需要的最基本的運動，主運動速度高、消耗功率大。的運動，主運動速度高、消耗功率大。 進給運動進給運動是使金屬層連續(xù)投入切削，從而加是使金屬層連續(xù)投入切削，從而加工出完整表面的運動。工出完整表面的運動。 切削過程中，主運動、進給運動合理的組合，切削過程中，主運動、進給運動合理的組合，便可以加工各種不同的工件表面。便可以加工各種不同的工件表面。切削過程中，工件上形成三個表面，如圖切削過程中，工件上形成三個表面，如圖1-2所示所示 1）待加

4、工表面）待加工表面將被切除的表面；將被切除的表面； 2）過渡表面）過渡表面正在切削的表面；正在切削的表面； 3）已加工表面）已加工表面切除多余金屬后形成的表面。切除多余金屬后形成的表面。 切削過程中，為了切削過程中，為了提高生產(chǎn)效率，機床提高生產(chǎn)效率，機床除切削運動外，還需除切削運動外，還需要有輔助運動，如切要有輔助運動，如切入運動、分度轉(zhuǎn)位運入運動、分度轉(zhuǎn)位運動、空程運動及送夾動、空程運動及送夾料運動等。料運動等。圖圖1-2 車削加工工件上的表面車削加工工件上的表面 切削要素切削要素 切削要素包括切削用量和切削層參數(shù)。切削要素包括切削用量和切削層參數(shù)。 1. 切削用量三要素切削用量三要素 1

5、）切削速度：）切削速度：切削刃的選定點相對于工件主切削刃的選定點相對于工件主運動的瞬時速度。主運動是旋轉(zhuǎn)運動時，切削運動的瞬時速度。主運動是旋轉(zhuǎn)運動時，切削速度計算公式如下：速度計算公式如下：1000dnc式中式中 d工件加工表面或刀具某一點的回轉(zhuǎn)直徑（工件加工表面或刀具某一點的回轉(zhuǎn)直徑（mm）；）； n工件或刀具的轉(zhuǎn)速（工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或或r/min）。）。2）進給量）進給量 ： 在工件或刀具的每一轉(zhuǎn)或每一往復(fù)行程的時間在工件或刀具的每一轉(zhuǎn)或每一往復(fù)行程的時間內(nèi)，刀具與工件之間沿進給運動方向的相對位移。通常用內(nèi)，刀具與工件之間沿進給運動方向的相對位移。通常用 表示，單位為表示，單位為

6、mm/r或或mm行程。行程。nzfnfzf3）背吃刀量）背吃刀量：背吃刀量是在通過切削刃基點并垂背吃刀量是在通過切削刃基點并垂直于工作平面方向上測量的吃刀量，單位為直于工作平面方向上測量的吃刀量，單位為mm，也就是工件待加工表面與已加工表面之間的垂直距也就是工件待加工表面與已加工表面之間的垂直距離，習慣上也將背吃刀量稱為切削深度。離，習慣上也將背吃刀量稱為切削深度。 外圓車削時外圓車削時 2pdDa式中式中 D工件待加工表面的直徑工件待加工表面的直徑(mm)； d 工件已加工表面的直徑工件已加工表面的直徑(mm)。刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 刀桿刀桿：起夾持作用：起夾持作用 刀頭刀頭

7、:(三面三面) 前刀面：刀具上切屑流過的表面前刀面：刀具上切屑流過的表面 主后刀面：刀具上與過渡表面相主后刀面：刀具上與過渡表面相對的表面對的表面 副后刀面：刀具上與已加工表面副后刀面：刀具上與已加工表面相對的表面相對的表面 (兩刃兩刃) 主切削刃：刀具上前刀面與主后主切削刃：刀具上前刀面與主后刀面的交線刀面的交線 副切削刃：刀具上前刀面與副后副切削刃：刀具上前刀面與副后刀面的交線刀面的交線 (一尖一尖) 主切削刃與副切削刃的交點主切削刃與副切削刃的交點 ,通通常磨成圓角常磨成圓角(修圓刀尖修圓刀尖)或短平刃或短平刃(倒倒角刀尖角刀尖)刀具切削部分的幾何形狀刀具切削部分的幾何形狀 各種刀具都是

8、由切削部分各種刀具都是由切削部分(刀頭刀頭)和被夾持部分和被夾持部分(刀體或刀柄刀體或刀柄)兩部分組成。兩部分組成。 二者既可以是一體的，二者既可以是一體的，也可以是由不同材料連接起來。也可以是由不同材料連接起來。第二節(jié)第二節(jié) 刀具的幾何參數(shù)刀具的幾何參數(shù) 普通車刀切削部分的組成普通車刀切削部分的組成2. 參考系參考系基基 面面切削平面切削平面正交平面正交平面通過主切削刃上的某通過主切削刃上的某一點，與主運動方向一點，與主運動方向相垂直的平面。相垂直的平面。通過主切削刃上的某一通過主切削刃上的某一點，于加工表面相切并點，于加工表面相切并垂直于基面的平面。垂直于基面的平面。通過主切削刃上的某一點

9、，并通過主切削刃上的某一點，并同時垂直于基面和切削平面的同時垂直于基面和切削平面的平面。平面。作用：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準坐標平面，只是假定參作用：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準坐標平面，只是假定參考，事實看不見，摸不著。考，事實看不見，摸不著。3.3.刀具切削部分的主要的角度刀具切削部分的主要的角度 正交平面內(nèi)正交平面內(nèi)前角后角主偏角副偏角主切削刃與進給方向主切削刃與進給方向間的夾角間的夾角前刀面與基面間的夾角前刀面與基面間的夾角主后刀面與切削平面主后刀面與切削平面間的夾角間的夾角負切削刃與進給方向負切削刃與進給方向的夾角的夾角切削平面內(nèi)切削平面內(nèi)刃傾角主切削刃與基面間的夾角主切削刃

10、與基面間的夾角基面內(nèi)基面內(nèi)前角前角0前刀面與基面間的前刀面與基面間的夾角。夾角。 前角大，刃口鋒利，切屑變前角大，刃口鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。但小，切削力小，切削輕快。但易產(chǎn)生崩刃。易產(chǎn)生崩刃。后角后角0主后刀面與切削平主后刀面與切削平面間的夾角。面間的夾角。 增大后角可減少摩擦，提高工增大后角可減少摩擦，提高工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并使切削刃鋒利。使切削刃鋒利。 角度正負的規(guī)定：角度正負的規(guī)定： 前面與基面平行時前角為零；前面與切削平面間夾角小于90時，前角為正；大于90時，前角為負。后面與基面間夾角小于90時，后角為正；大于90時，后角為負。 刀尖處

11、于切削刃最高點時刃傾角為正，刀尖處于切削刃最低點時刃傾角為負，切削刃與基面相重合時刃傾角為零。主偏角與負偏角的大小介于090之間。 前面與基面平行時前角為零；前面與切削平面間夾角小于90時，前角為正；大于90時，前角為負。后面與基面間夾角小于90時，后角為正；大于90時，后角為負。 刀尖處于切削刃最高點時刃傾角為正，刀尖處于切削刃最低點時刃傾角為負，切削刃與基面相重合時刃傾角為零。主偏角與負偏角的大小介于090之間。 PoPrPso0 r已 加 工 面加 工 面待 加 工 面r 主偏角主偏角r主切削刃與進給方向主切削刃與進給方向間的夾角。間的夾角。 影響切削層的形狀，切削刃的工影響切削層的形狀

12、，切削刃的工作長度和單位切削刃上的負荷。減少作長度和單位切削刃上的負荷。減少r，主切削刃單位長度上的負荷減少，主切削刃單位長度上的負荷減少，刀具磨損小，耐用。刀具磨損小，耐用。 副偏角副偏角r 副切削刃與進給方副切削刃與進給方向間的夾角向間的夾角 影響已加工表面的粗糙度和刀尖強影響已加工表面的粗糙度和刀尖強度，減少度，減少r ，減少表面的粗糙度的數(shù)，減少表面的粗糙度的數(shù)值，還可提高刀具強度。過小，會使值，還可提高刀具強度。過小，會使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動，降低表面質(zhì)量。起震動，降低表面質(zhì)量。PoPrPso0 r已加工面加工面待加工面rfnPsPr

13、Po0 r已加工面 r注意：車外圓與車端注意：車外圓與車端面主、副偏角的變化面主、副偏角的變化第三節(jié)第三節(jié) 刀具工作參考系及工作角度刀具工作參考系及工作角度橫向進給對刀具工作角度的影響oefeoooefeoo 縱向進給對刀具工作角度的影響fefffeffoeoooeoo一、刀尖對準工件的中心安裝一、刀尖對準工件的中心安裝刀具安裝高于或低于工件中心時刀具安裝高于或低于工件中心時 二、切削層參數(shù)與切削方式二、切削層參數(shù)與切削方式（一）切削層參數(shù)（一）切削層參數(shù)（1） 切削層切削層公稱厚度公稱厚度hD ：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，垂：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，垂直于過渡表面的切削層尺寸直于過渡表面的

14、切削層尺寸 ；切削層截面的切削厚度為：；切削層截面的切削厚度為： hD f sinr2） 切削層切削層公稱寬度公稱寬度bD 切削層切削層公稱寬度公稱寬度bD ：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，沿過渡層表面度量的切削層尺寸沿過渡層表面度量的切削層尺寸 切削層截面的切削層截面的公稱切削寬度為公稱切削寬度為： bD ap/sinr銑削切削層參數(shù)銑削切削層參數(shù) （1）切削層公稱厚度）切削層公稱厚度hD ：在基面內(nèi)度量：在基面內(nèi)度量的相鄰刀齒主切削刃運動軌跡間的距離的相鄰刀齒主切削刃運動軌跡間的距離 切削層厚度為：切削層厚度為： hD ab = acsin fzsin（2）切削層公

15、稱寬度）切削層公稱寬度bD：銑削的切削層公稱：銑削的切削層公稱寬度是指主切削刃與工件切削面的接觸長度寬度是指主切削刃與工件切削面的接觸長度（近似值）。（近似值）。 銑削的背吃刀量：平行于銑刀銑削的背吃刀量：平行于銑刀軸線方向度量的被切削層尺寸軸線方向度量的被切削層尺寸 bD ap （3）切削層）切削層公稱橫截面積公稱橫截面積AD：切削厚：切削厚度與背吃刀量的積：度與背吃刀量的積： AD hD bD （二）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。 2. 直角切削和斜角切削 直角切削是指刀具主切削刃的刃傾角S=0時的切削，此時切削速度垂直于主切削刃，故又稱為正交切削。其切屑沿切削刃的法向方向流出。如圖1-14所示。圖1-14 直角切削與斜角切削材料切除率Q 他是單位時間內(nèi)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。 Q=1000 Vf f角 度 定 義 測量平面 作 用 前角0 前面和基面間的夾角正交平面 1、使切削刃鋒利2、切削省力3、便于排屑后角0 后面與切削平面間的夾角正交平面 改變車刀主后刀面與工件間的摩擦狀況主偏角r主切削刃與進給方向之間的夾角基 面改變主切削刃與刀頭的受力和散