機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)11版-01-基本定義16

焦益群

本課程分為兩大局部金屬切削原理局部機(jī)械制造工藝學(xué)局部第一局部金屬切削原理第一章根本定義 1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量 1.2刀具切削局部的根本定義 1.3切削層參數(shù)與切削方式學(xué)習(xí)要求：了解切削運(yùn)動(dòng)、加工外表及切削用量三要素，掌握刀具幾何角度概念，了解工作角度及其變化規(guī)律，熟悉切削層參數(shù)定義，并靈活運(yùn)用上述概念。復(fù)習(xí)思考題：1、刀具工作角度、切削層、切削層三參數(shù)？2、簡(jiǎn)述刀具標(biāo)注角度的三個(gè)假設(shè)條件。3、簡(jiǎn)述切削加工過(guò)程中工件上三個(gè)不斷變化的外表及其定義。4、簡(jiǎn)述切削用量三要素及其定義。5、刀具標(biāo)注角度有哪幾個(gè)參考系？6．解釋“三面兩刃一尖〞。 用刀具在機(jī)床上切除工件上多余的金屬，從而使工件的形狀、尺寸和外表質(zhì)量都到達(dá)圖紙上所要求的加工過(guò)程叫金屬切削過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)這一切削過(guò)程必須具備以下三個(gè)條件： ＃工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)：即切削運(yùn)動(dòng)； ＃刀具必須具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)：即切削角度； ＃刀具材料必須具有一定的切削性能。 本章的內(nèi)容主要就是說(shuō)明和切削運(yùn)動(dòng)及刀具切削角度有關(guān)的根本概念和定義，為在后續(xù)各章學(xué)習(xí)和研究切削過(guò)程根本理論及其應(yīng)用做準(zhǔn)備。 一、切削運(yùn)動(dòng) 金屬切削加工中運(yùn)動(dòng)種類很多，如外圓車削，平面刨削、銑削、鉆削、拉削等運(yùn)動(dòng)。而外圓車削和平面刨削是金屬切削加工中常用的方法，現(xiàn)以它們?yōu)槔齺?lái)分析工件與刀具間的切削運(yùn)動(dòng)。如圖為外圓車削時(shí)的情況，工件旋轉(zhuǎn)，車刀連續(xù)縱向直線進(jìn)給，于是形成工件的外圓柱外表。外圓車削的切削運(yùn)動(dòng)及工件外表 上圖是在牛頭刨床上刨平面時(shí)的情況，刀具作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件作間歇的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在其他各種切削加工方法中，刀具或工件必須完成一定的切削運(yùn)動(dòng)。通常，切削運(yùn)動(dòng)按其所起的作用可分為以下兩種： 切削運(yùn)動(dòng)分為 主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一〕主運(yùn)動(dòng)：使工件與刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最根本的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：速度高，消耗功率最大。二〕進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：使主運(yùn)動(dòng)能夠繼續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件外表所需的運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：速度低，功率小 任何加工方法中，必須要有一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由工件或刀具分別完成，也可以由刀具單獨(dú)完成。〔如在鉆床上鉆孔或鉸孔〕。 二、工件上的加工外表 在切削運(yùn)動(dòng)作用下，工件上的切削層不斷地被刀具切削并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而加工出所需的工件新外表。在這一外表形成的過(guò)程中，工件上有三個(gè)不斷變化著的外表。 待加工外表 已加工外表 加工外表一〕待加工外表：工件上即將被切去的外表，隨著切削過(guò)程的進(jìn)行，它將逐漸減小，直至全部切去。二〕已加工外表：刀具切削后在工件上形成的新的外表，并隨著切削的繼續(xù)進(jìn)行而逐漸擴(kuò)大。三〕過(guò)渡〔加工〕外表：刀刃正在切削著的外表，并且是切削過(guò)程中不斷改變著的外表，它總是處在待加工外表與已加工外表之間。

上述這些定義也適應(yīng)于其它類型的切削加工。其它切削加工的切削運(yùn)動(dòng)及工件外表 三、切削用量 切削用量三要素： 切削速度V 進(jìn)給量f 背吃刀量ap〔切削深度〕一〕切削速度V：切削加工時(shí)，刀刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)速度。對(duì)于刀刃上不同點(diǎn)，切削速度可能不同。 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀具或工件最大直徑處的切削速度由下式確定：d－完成主運(yùn)動(dòng)的刀具〔工件〕的最大直徑〔mm)n－主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速二〕進(jìn)給速度或進(jìn)給量 進(jìn)給速度Vf：刀刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度。 進(jìn)給量f：工件或刀具的主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)工件或刀具兩者在進(jìn)給方向上相對(duì)位移量。 在實(shí)際生產(chǎn)中也把進(jìn)給運(yùn)動(dòng)稱為走刀運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給量稱為走刀量。三〕背吃刀量ap〔切削深度〕：已加工外表和待加工外表的垂直距離。式中dw——工件待加工外表的直徑(mm)；dm——工件已加工外表的直徑(mm)。合成切削速度Ve=V+Vf合成切削速度1.2刀具切削局部的根本定義各種刀具切削局部的形狀 一、車刀的組成車刀由切削局部和刀桿局部構(gòu)成 一、車刀的組成車刀由切削局部和刀桿局部構(gòu)成一〕刀面 前刀面：切下的切屑沿其流出的外表， 主后刀面：與工件上過(guò)渡外表相互作用并相對(duì)的外表。 副后刀面：與工件上已加工外表相互作用并相對(duì)的外表。二〕刀刃 主刀刃：前刀面與主后刀面的相交部位。 副刀刃：前刀面與副后刀面的相交部位，它協(xié)助主刀刃完成金屬切除工作，最終形成已加工外表。 刀尖：主副刀刃的連接部位，又稱過(guò)渡刃。它是小的直線段或圓弧段。 從理論上講，主副刀刃都是直線，它們相交應(yīng)是個(gè)尖點(diǎn)，那么為什么是小的直線或圓弧段。即所謂的“三面、兩刃、一尖〞。車刀切削局部的組成

二、確定刀具角度的參考系 要使刀具能把工件上多余的金屬切除下來(lái)，就必須要有一定的切削角度。也就是刀具的刀刃和刀面要有一定的空間位置。

就像我們?cè)谌粘Ｉ钪杏眯〉断縻U筆一樣，總是使小刀傾斜一定的角度，才能把鉛筆削好。金屬切削也是一樣。必須使刀具保持一定的空間位置，也就是使刀具的刀面和刀刃相對(duì)于相對(duì)于某一平面有一定的夾角，因?yàn)榈毒呓嵌瓤偸窍鄬?duì)于某一平面來(lái)說(shuō)的，而這一系列平面所組成的平面系叫刀具角度參考系。參考系由 參考平面 測(cè)量平面組成一〕參考平面： 基面Pr：通過(guò)刀刃上選定點(diǎn)，而垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)向量的平面。 切削平面Ps：通過(guò)刀刃上選定點(diǎn)，而與工件加工外表相切的平面。它包含這點(diǎn)的合成切削運(yùn)動(dòng)向量。二〕測(cè)量平面：標(biāo)注和測(cè)量刀具前后刀面角度的平面。有了參考平面，為什么還要測(cè)量平面？ 主剖面〔正交平面〕Po：通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，并且同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面，它垂直于主刀刃在基面上的投影。 法剖面〔法平面〕Pn：通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，且垂直于主刀刃的平面。 切深剖面〔背平面〕Pp：通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，平行于刀桿軸線且垂直于基面的平面。它與進(jìn)給方向垂直。 進(jìn)給剖面〔假定工作平面〕Pf：通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，且同時(shí)垂直于刀桿軸線和基面的平面。它與進(jìn)給方向平行。切深〔背平面〕、進(jìn)給剖面〔假定工作平面〕

三、刀具標(biāo)注角度

刀具標(biāo)注角度：制造和刃磨時(shí)所需要的，并在刀具設(shè)計(jì)圖上標(biāo)注的角度。 由于是在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)注的角度，因此是靜態(tài)角度，而我們剛剛定義參考平面時(shí)，是在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下給出的，這樣我們就得有些假設(shè)條件，我們規(guī)定這些假設(shè)條件，目的是使上述的參考平面同刀具的刃磨和檢驗(yàn)基準(zhǔn)一致，以便于刀具的設(shè)計(jì)與制造，對(duì)于一把外圓車刀，我們規(guī)定了以下假設(shè)條件。一〕假設(shè)條件1.不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的大小，即Vf＝0；2.刀刃上選定點(diǎn)與工件軸線等高；3.刀桿軸線垂直于工件軸線。 在這些假設(shè)條件下，我們就可以建立刀具標(biāo)注角度的參考系二〕刀具標(biāo)注角度參考系 目前各國(guó)采用的標(biāo)注角度參考系都不統(tǒng)一，但一般可歸納為以下幾種： 主剖面〔正交平面〕參考系：由基面－切削平面－主剖面組成，過(guò)去我國(guó)多采用這種參考系，與歐洲國(guó)家相同。 法剖面〔法平面〕參考系：由基面－切削平面－法剖面組成，現(xiàn)在我國(guó)參照ISO標(biāo)準(zhǔn)，逐漸兼用主剖面、法剖面參考系。 切深進(jìn)給剖面〔背平面、假定工作平面〕參考系：由基面－切削平面－切深剖面－進(jìn)給剖面組成，這種參考系常見于美日文獻(xiàn)。 切深進(jìn)給剖面參考系由四個(gè)平面組成，而主剖面、法剖面參考系各由三個(gè)平面組成，為什么？車刀正交平面與法平面參考系車刀假定工作平Pf面與背平面Pp參考系

四、刀具標(biāo)注角度 刀具標(biāo)注角度 確定刀刃位置的角度 確定刀面位置的角度一〕確定刀刃位置的角度 主偏角κr：在基面上測(cè)量，主刀刃在基面上投影與進(jìn)給方向的夾角； 副偏角κr＇：在基面上測(cè)量，副刀刃在基面上投影與進(jìn)給方向的夾角；

刃傾角λs：在基面上測(cè)量，主刀刃與基面的夾角。外圓車刀正交平面參考系標(biāo)注角度二〕確定刀面位置的角度 前角γo：通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，在測(cè)量平面內(nèi)，前刀面與基面之間的夾角。它確定前刀面的位置。對(duì)于不同的測(cè)量平面，前角不同。 主剖面Po－主剖面前角γo 法剖面Pn－法剖面前角γn 切深剖面Pp－切深剖面前角γp 進(jìn)給剖面Pf－進(jìn)給剖面前角γf

后角αo

：通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)，在測(cè)量平面內(nèi)，后刀面與切削平面之間的夾角。它確定主后刀面的位置。對(duì)于不同的測(cè)量平面，后角不同。 主剖面Po－主剖面后角αo

法剖面Pn－法剖面后角αn

切深剖面Pp－切深剖面后角αp

進(jìn)給剖面Pf－進(jìn)給剖面后角αf

法剖面角度切深進(jìn)給剖面角度

刀具前后角及刃傾角的正負(fù) 當(dāng)?shù)都馕挥诘度械淖罡唿c(diǎn)，λs為正，當(dāng)?shù)都馕挥诘度械淖畹忘c(diǎn)，λs為負(fù)。這與過(guò)去有些參考書中尤其是俄文資料中所介紹的相反，過(guò)去是從刀刃強(qiáng)度出發(fā)來(lái)考慮，現(xiàn)在是從刀刃鋒利程度考慮。

副后角αo

＇：通過(guò)副刀刃上選定點(diǎn)，在測(cè)量平面內(nèi)，副后刀面與副切削平面之間的夾角。它確定副后刀面的位置。有時(shí)根據(jù)實(shí)際需要還可以標(biāo)注其它角度。

楔角βo：通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)的測(cè)量平面內(nèi)，前刀面與主后刀面的夾角。對(duì)于不同的測(cè)量平面，楔角不同。外圓車刀正交平面參考系標(biāo)注角度

主剖面－主剖面楔角，法剖面－法剖面楔角，切深剖面－切深剖面楔角，進(jìn)給剖面－進(jìn)給剖面楔角

刀尖角εr：在基面上，主副刀刃投影之間的夾角。

余偏角ψr：在基面上，主刀刃投影與進(jìn)給方向垂線之間的夾角 這樣我們就介紹了ISO標(biāo)準(zhǔn)中的所有17各角度。車刀在各參考系中的角度 小結(jié)：刀具角度參考系、參考平面和標(biāo)注角度雖然很多，看起來(lái)很復(fù)雜，其實(shí)是有條理和有規(guī)律的。 一個(gè)基面、一個(gè)切削平面，配上不同的測(cè)量平面〔即剖面〕就得到不同的參考系； 一條主刀刃和兩個(gè)刀面，完全定位只需四個(gè)角度；不同參考系內(nèi)的根本角度值不同，但不外乎是前角、后角、主偏角、刃傾角這四個(gè)根本角度； 再加幾個(gè)派生角度〔如楔角、刀尖角、余偏角〕和副偏角，就得到ISO標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的所有標(biāo)注角度。

五、刀具工作角度

刀具工作角度：刀具在工作條件下的角度。 上述講到的刀具標(biāo)注角度是在假設(shè)條件下的角度，沒有考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的大小和刀具參考系的影響，如把他們都考慮進(jìn)去，那么刀具角度將如何變化？一〕進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響：為考慮橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀具前角與后角的變化，顯然橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響

式中f—工件每轉(zhuǎn)一周時(shí)刀具的橫向進(jìn)給量

d—刀刃上選定點(diǎn)o在橫向進(jìn)給切削過(guò)程中相對(duì)于工件中心線所處的直徑，它是不斷變化的。因此，這個(gè)過(guò)程中，前角加大，后角減少，并且

f加大→μ加大→后角減少，故f不宜太大。

d減少→μ加大→后角減少，常在接近中心處用于進(jìn)給。

縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響：縱向進(jìn)給時(shí)，刀具角度的變化如下：在主剖面內(nèi)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響 式中d為工件直徑，f為螺紋導(dǎo)程〔進(jìn)給量〕，換算可得tanμ＝f·sinκr/πd二〕刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響 刀尖安裝上下對(duì)工作角度的影響，設(shè)λs＝0當(dāng)?shù)都飧哂谥行膆值時(shí)刀尖安裝上下對(duì)工作角度的影響

當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜ行臅r(shí)，情況相反。高→后角減少→接觸面積大→減振。故粗加工時(shí)，可以高點(diǎn)，精加工時(shí)低點(diǎn)。鏜內(nèi)空時(shí)，前角如何變化？ 刀桿軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)的影響如何影響？1.3切削層參數(shù)和切削方式 一、切削層參數(shù) 切削層：工件同刀具沿進(jìn)給方向每移動(dòng)f后，每一刀刃從工件待加工外表上切下的金屬層。 切削層參數(shù)：就是指這個(gè)切削層的截面尺寸，包括切削厚度ac，切削寬度aw，切削面積Ac。切削層切削層切削層 切削厚度：在主刀刃選定點(diǎn)的基面內(nèi)，垂直于已加工外表測(cè)量的切削層尺寸，即兩