金屬切削原理與刀具-1

第2章金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具切削原理

金屬切削的基本概念、過程切削刀具金屬切削刀具的幾何角度、材料重點掌握各種常用刀具的基本結(jié)構(gòu)和基本應用,并按要求會選用。第一節(jié)金屬切削加工的基本概念教學內(nèi)容：以車削和車刀為代表闡述刀具切削部分幾何要素的基本定義和切削層參數(shù)的幾何特征。教學重點：刀具基本角度的掌握教學要求：本章難度較大,要求學生具備一定的畫圖、識圖能力

切削運動和切削用量一、切削運動思考：何為金屬切削加工

金屬切削加工是用金屬切削刀具切除工件上多余的或預留的金屬，使工件的形狀、尺寸及表面質(zhì)量都達到預定要求的加工。按作用分：切削運動可分為主運動和進給運動

主運動進給運動刀具和工件之間相對運動的主要運動切削速度最高，消耗功率最大由刀具或工件完成主運動只有一個使新的金屬不斷的投入切削的運動間歇運動或連續(xù)運動消耗的功率較少進給運動可以是一個、兩個或兩個以上，也可沒有

合成切削運動如圖的外圓的車削運動。υc為切削刃某點切削速度，υf為同一點的進給運動速度，υe為兩個運動的合成速度。外圓車削的切削運動與加工表面二、工件上形成的表面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)刀具切削后形成的新表面。3．過渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面。

當用單刃刀具切削時，它將在工件或刀具的下一轉(zhuǎn)或者下一次切削行程中被切除（如車削、刨削），而用多刃刀具切削時，它將被隨后的一個切削刃切除（如銑削）。三、切削用量

切削用量是表示主運動及進給運動大小的參數(shù)。它包括切削速度、進給量和背吃刀量的三要素。切削用量直接影響工件加工質(zhì)量、刀具壽命、機床的動力消耗及生產(chǎn)率等，因此必須合理地選擇切削用量。1．切削速度切削速度指切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度，如圖所示。它是衡量主運動大小的參數(shù)。單位為m/min2．進給量f、進給速度vf

進給量f(fz)是刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量，如圖所示?？捎玫毒呋蚬ぜ哭D(zhuǎn)（或每行程）的位移量來表示，單位為mm/r或mm/行程（mm/齒，mm/雙行程）。

進給速度vf指切削刃選定點相對工件進給運動的瞬時速度，單位mm/s。車削時進給運動速度

3．背吃刀量背吃刀量是垂直于進給速度方向測量的切削層最大尺寸，單位mm。如圖

所示。車外圓時背吃刀量一般指工件已加工表面和待加工表面間的垂直距離，反映了切削符合的大小。

—工件待加工表面直徑（mm）—工件已加工表面直徑（mm）四、切削層參數(shù)在切削過程中，刀具的切削刃在一次走刀中從待加工表面切下的金屬層，稱為切削層1．車削切削層參數(shù)（1）切削層公稱厚度hD

：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。切削層截面的切削厚度為：hD

＝fsinκr

（2）切削層公稱寬度bD切削層公稱寬度bD

：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切削層截面的公稱切削寬度為：

bD

＝ap/sinκr切削層公稱橫截面積AD

：在主切削刃選定點的基面內(nèi)，切削層的截面面積。車削切削層公稱橫截面為：

AD＝hDbD＝fap（3）切削層公稱橫截面積AD

2．銑削切削層參數(shù)（1）切削層公稱厚度hD

：在基面內(nèi)度量的相鄰刀齒主切削刃運動軌跡間的距離切削層厚度為：

hD＝ab=acsinΦ＝fzsinΦ（2）切削層公稱寬度bD：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(近似值)。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bD

＝ap（3）切削層公稱橫截面積AD：切削厚度與背吃刀量的積：AD

＝

hD

bD

第二節(jié)刀具的幾何角度與材料

金屬切削刀具的種類雖然很多，但它們的切削部分的幾何形狀與參數(shù)都有共性，即無論刀具結(jié)構(gòu)如何復雜，它們的切削部分總是近似地以外圓車刀的切削部分為基本形態(tài)。以下以普通外圓車刀為代表來確定切削部分的基本定義。

本節(jié)內(nèi)容不僅是本章的重點，而且是一難點，要求學生掌握刀具的幾何角度，此內(nèi)容要求不僅要看懂圖，而且要會畫刀具的基本角度，為刀具的刃磨做好基礎。車刀切削部分的組成

如圖所示為常見的外圓車刀，它由刀頭（或刀片）和刀柄兩部分組成。刀頭承擔切削工作，又叫切削部分；刀柄用來裝夾車刀。

刀具切削部分由若干刀面和切削刃構(gòu)成。本章重點介紹刀具的切削部分。一、刀具切削部分的構(gòu)成圖2-1車刀切削部分的組成要素刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖一、刀具切削部分的構(gòu)成圖3-2刀尖的類型二、刀具的幾何角度確定刀具角度的坐標參考系：實際合成切削運動方向工作參考系刀具實際安裝位置二、刀具的靜態(tài)角度確定刀具角度的坐標參考系：主運動方向靜止參考系進給運動方向刀具安裝位置二、刀具的靜態(tài)角度確定刀具角度的坐標參考系：

工作參考系工作角度

靜止參考系靜態(tài)角度1.刀具靜止參考系刀具靜止參考系是在下列假定條件下建立的：1）假定運動條件：

各類刀具的的標注角度均不考慮進給運動的大小，即用主運動速度向量Vc代替合成運動速度向量Ve；2）假定安裝條件：

刀具的刃磨或安裝基準面垂直與主運動方向，即垂直于切削平面或平行于基面，刀柄的中心線垂直于進給運動方向，刀具刀尖與工件中心線等高。圖3-3車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）1.刀具靜止參考系構(gòu)成刀具靜止參考系的基準平面：（1）

基面Pr

：通過切削刃選定點，垂直于假定主運動方向的平面。

車刀的基面平行于刀體底面。圖3-3車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）1.刀具靜止參考系

(2)

切削平面Ps

：通過切削刃選定點，與切削刃相切，并垂直于基面的平面。1.刀具靜止參考系(3)

正交平面Po

：通過切削刃選定點，同時垂直于基面和切削平面的平面。1.刀具靜止參考系(3)

正交平面Po

：

正交平面為垂直于切削刃在基面上的投影的平面。

由基準平面Pr

—

Ps

—

Po組成的靜止參考系稱為刀具的正交平面參考系。圖3-3車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）1.刀具靜止參考系（4）法平面Pn

：通過切削刃選定點并垂直于切削刃的平面。

1.刀具靜止參考系（4）法平面Pn

：通過切削刃選定點并垂直于切削刃的平面。由基準平面Pr

—

Ps

—

Pn組成的靜止參考系稱為刀具的法平面參考系。

圖3-3車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）1.刀具靜止參考系（5）假定工作平面Pf

：通過切削刃上選定點，垂直于基面，且平行于假定進給運動方向的平面。

1.刀具靜止參考系（6）背平面Pp：通過切削刃上選定點，同時垂直于基面和假定工作平面的平面。

1.刀具靜止參考系（6）背平面Pp：通過切削刃上選定點，同時垂直于基面和假定工作平面的平面。

由基準平面Pr

—

Pf

—

Pp組成的靜止參考系稱為刀具的假定工作平面—背平面參考系。

圖3-3車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）2.刀具的靜態(tài)角度刀具在正交平面參考系中定義的靜態(tài)角度有：（1）前角

go：在正交平面Po上測量的刀具前面Ar

與基面Pr之間的夾角。圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（2）后角ao：在正交平面Po上測量的刀具后面Ar

與切削平面Ps之間的夾角。圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（3）主偏角kr：在基面Pr上測量的主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角，一般為正。圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（4）刃傾角ls：在切削平面Ps上測量的刀具主切削刃與基面Pr間的夾角。

刃傾角總為銳角，其正、負值的確定原則為：當?shù)都馕挥谥髑邢魅械淖罡唿c時，刃傾角為正值；反之為負值。切削刃的選定點、刃傾角和主偏角這三個參數(shù)，確定了主切削刃在參考系中的位置。

圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（5）副偏角

kr’

：副偏角

kr’是在基面Pr上測量的副切削刃在基面上的投影與進給運動相反方向之間的夾角。

副偏角

kr’一般為銳角。圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（6）副后角ao’

：副后角ao’

是在副正交平面Po’上測量的副后面Aa’與副切削平面Ps’

之間的夾角。

圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度上述六個角度（go、ao、kr、ls、kr’、ao’）是在正交平面參考系中，確定車刀三個刀面（前面Ag、后面Aa、副后面Aa’）、兩個刀刃（主切削刃S、副切削刃S’）的位置所必需的六個獨立的刀具角度。

圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（7）楔角bο：楔角bο是在正交平面Po上測量的前面Ag與后面Aa之間的夾角。bο=

90°--（go

+ao

）

圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（8）刀尖角er

：刀尖角er是在基面Pr上的測量切削平面Ps與副切削平面之間的夾角。

er

=

180°--（

kr

+kr’）圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度（9）余偏角

λ：余偏角

λ是在基面Pr上測量的切削平面Ps與背平面Pp之間的夾角。

λ=

90°--

kr圖3-4車刀的靜態(tài)角度2.刀具的靜態(tài)角度刀具在法平面參考系中定義的靜態(tài)角度也有六個：即：法前角gn法后角an主偏角kr刃傾角ls副偏角kr’

副法后角an’其中主偏角kr、刃傾角ls、副偏角kr’

同正交平面參考系中的角度完全相同，其余三個角度，即法前角gn、法后角an、副法后角an’的定義不一樣。2.刀具的靜態(tài)角度正交平面參考系與法平面參考系之間的角度換算公式：

2.刀具的靜態(tài)角度刀具在假定工作平面

—

背平面參考系中定義的刀具角度也有六個：即：側(cè)前角gf

側(cè)后角af

背前角gp

背后角ap副側(cè)后角af’副背后角ap’2.

刀具的靜態(tài)角度正交平面參考系與假定工作平面、背平面參考系之間的角度換算公式：

三、刀具的工作角度[例1]基面Pr與工作基面Pre的比較：基面Pr是通過切削刃上選定點且垂直于假定主運動方向的平面；而工作基面Pre是通過切削刃上選定點，垂直于合成切削運動方向的平面。二者的不同點在于前者的主運動方向是假定的，而后者的合成切削運動方向是實際存在的。三、刀具的工作角度[例二]前角go與工作前角goe的比較：前角go是在正交平面Po上測量的前刀面Ag

與基面Pr之間的夾角；而工作前角goe

是在工作正交平面Poe中測量的前面Ag

與工作基面Pre之間的夾角。二者的差異在于定義刀具角度參考系的三個基準平面都不同，原因還在于靜止參考系的基準軸線是假定的，而工作參考系的基準是實際存在的合成切削運動與進給運動。

三、刀具的工作角度1.進給運動對刀具工作角度的影響圖3-5橫向進給對工作角度的影響三、刀具的工作角度進給運動對刀具工作角度的影響

橫向進給的影響圖3-5橫向進給對工作角度的影響goe

==go

+η

aoe

==

ao

—η

進給運動對刀具工作角度的影響

縱進給的影響

三、刀具的工作角度2.刀具安裝位置對工作角度的影響

1)刀具安裝高低對工作角度的影響

gpe

==g

p+qp

ape

==a

p

―

qp

三、刀具的工作角度2.刀具安裝位置對工作角度的影響

2)刀桿軸線與進給方向不垂直的影響

kre==

kre±

Gr

kre’==

kre’-（±

Gr）

小結(jié)：

三面、兩刃、一尖1、前刀面：刀具上切屑流過的表面

2．后刀面：切削過程中與過渡表面相對的刀具表面。6．刀尖：是主切削刃與副切削刃交匯處相當少的一部分切削刃，它可以是一小段直線或圓弧。5．副切削刃：配合主切削刃完成少量切削任務的切削刃，它是前刀面與副后刀面相交的部位。4．主切削刃（S）：承擔主要切削任務的切削刃，它是前刀面與后刀面相交的部位。3．副后刀面：切削過程中與工件上已加工表面相對著的刀具表面。刀具角度的參考系

為了確定刀具切削部分的幾何形狀，即確定刀具前刀面、后刀面及切削刃在空間的相對位置，需要用一定的幾何角度表示。刀具角度需要設定在一定的參考系中。

用來定義刀具角度的參考系有兩大類：一類是靜止參考系，是用于定義刀具在設計、制造、刃磨和測量時刀具幾何參數(shù)的參考系，它由主運動方向確定。

另一類是刀具工作參考系，用來規(guī)定刀具實際切削加工時幾何角度的參考系，該參考系考慮了切削運動和實際安裝情況對刀具幾何參數(shù)的影響，它由合成切削運動確定。

假定條件

在建立刀具靜止參考系時，需要規(guī)定刀具的假定主運動方向及進給運動方向。（1）假定主運動方向

假定刀具切削刃上選定點位于工件中心高處，此時切削刃上選定點的主運動方向即為假定主運動方向。車刀假定主運動方向垂直于車刀刀柄的安裝面。（2）假定進給運動方向

假定進給運動垂直（外圓車刀）或平行于（內(nèi)孔車刀、切斷刀等）刀柄軸線，此時切削刃選定點的進給運動方向稱為假定進給運動方向。1．正交平面參考系

基面：過切削刃選定點垂直于假定主運動方向的平面。車刀的基面平行于刀柄的安裝面。正交平面參考系

正交平面：過切削刃選定點同時垂直于基面和切削平面的平面。

主切削平面：過主切削刃選定點與主切削刃相切并垂直于基面的平面，也就是主切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面。對應于副切削刃的切削平面稱為副切削平面。2．法平面參考系

法平面參考系由基面、切削平面、法平面三個平面組成。

法平面：過切削刃選定點并垂直于切削刃的平面3．假定工作平面參考系

假定工作平面：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。三、刀具角度的基本定義

刀具在設計、制造、刀磨和測量時，用刀具靜止參考系中的角度來標明切削刃和刀面在空間的位置，這樣的角度稱為刀具的靜態(tài)角度或標注角度。

由于刀具的參考系在切削刃上各點是變化