1、第一部分,金属切削原理与刀具,第一章 基本定义,1.1 切削运动 1.2 刀具切削部分组成要素 1.3 刀具角度 1.4 切削层要素 1.5 刀具角度的换算,1.1 切削运动,切削运动：金属切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金属 层(加工余量)，以获得具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量的机械加工方法。,工件上的表面,切削运动,在金属切削中，为了要从工件上切去一部分金属，刀具和工件间必须完成一定的切削运动。切削运动包括：主运动和进给运动。,刨削加工,切削运动,主运动 ：使工件与刀具产生相对运动而进行切削的最主要的运动。主运动特点是运动速度最高，消耗功率最大。主运动一般只有一个。 进给运
2、动：保证金属的切削能连续进行的运动。进给运动的特点是运动速度低，消耗功率小。进给运动可以有几个，可以是连续运动，也可以是间歇运动。,切削速度的计算,主运动为旋转运动，计算公式为： dw工件待加工表面或刀具的最大直径 n工件或刀具每分钟转数主运动为往复直线运动，计算公式为： L往复直线运动的行程长度 nr主运动每分钟的往复次数,工件上的表面,在切削加工过程中，工件上有三个不断变化着 的表面。 待加工表面 工件上有待切除的表面。 已加工表面 工件上经刀具切削后产生的新 表面。 过渡表面 切削刃正在切削的表面。该表面 的位置始终在待加工表面与已加工表面之间不断变 化。,切削用量,切削用量 切削速度、
3、进给量、背吃刀量 (1)切削速度VC(m/s或m/min)(2) 进给量f Vf=fn (mm/s) f 车刀每转进给量（mm/r) n 工件转速（r/s),主运动和进给运动的合成,和成切削运动 ： 是由主运动和进给运动合成的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称合成切削速度,1.2 刀具切削部分组成要素,车刀由刀柄和刀头组成，切削部分包括以下几个部分： 前 面 Ar(face) ： 前面是刀具上切屑流过的表面。 主后面Aa (flank) ：刀上同前面相交形成主切削刃的后面，即与工件上过渡表面相对的表面。 副后面Aa ： 与已加工表面相对的表面，刀具上
4、同前面相交形成副刃的后面。,刀具组成,切削刃： 刀具上两个面相交形成切削刃 主切削刃S：前刀面与 主后刀面相交形成的切削刃，它担任主切削工作。 副切削刃S：前刀面和副后刀面相交形成的切削刃。 刀尖： 刀尖是指主切削刃与副切削刃的交点。,刀具结构,其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。,1.3 刀具角度,刀具的切削角度，是刀具和工件在切削运动的状态下确定的角度。所以刀具的切削角度的坐标应该用合成切削速度向量Ve来说明。 由于实际生产中大多数加工表面都是空间曲面，不便于直接用来做为坐标平面，因此需通过切削刃上某一选定点，做工件加工表面的切削平面和法平面。 刀具静止参考系（
5、标注参考系）：不考虑进给运动，并在特定的安装条件下的参考系。 刀具工作参考系（动态参考系）：是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。考虑了进给运动及安装情况的影响。,一、刀具切削角度的坐标平面,二、刀具标注角度的坐标,为了便于刀具设计者在设计刀具时的标注，有一些理想状态的假定： 1）装刀时，刀尖恰在工件的中心线上； 2）刀杆中心线垂直工件轴线； 3）没有进给运动； 4）工件已加工表面的形状是圆柱表面。,外圆刀具标注角度,前角,后角,楔角,主偏角,副偏角,刀尖角,刃倾角,刀具的结构,刀具的标注角度(1)前角：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角，前角表示前刀面的倾斜程度； (2)后角：在正
6、交平面内测量的主后刀面与 切削平面之间的夹角，后角表示主后刀面的倾斜程度； (3)楔角：前刀面与后刀面之间的夹角。,刀具的结构,在基面内 (1)主偏角：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，主偏角一般为正值； (2)副偏角： 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角，副偏角一般为正值。 (3)刀尖角：在基面内测量的主切削刃与副切削刃之间的夹角。,三、刀具的实际切削角度,1.产生原因:在实际的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。 2.定义:以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。3
7、.影响：刀具安装位置对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响。,a)刀具安装位置对工作角度的影响 当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，刀具的工作前角和工作后角的变化情况： 当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的变化情况： b)进给运动对工作角度的影响： c)非圆柱表面的工件形状的影响：,刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度,当刀尖高于工件轴线时： 工作前角变大，工作后角减小。,切断刀安装高低对刀具工作角度的影响,图b，将刀尖安装高于工作中心，则工作基面 P re 平面和工作切削平面 P se 与静止参考系中的基面 P r 和切削平面 P s 发生倾斜，使工作
8、前角 oe 增大，工作后角 oe 减小； 图c是将刀尖安装得低于工作中心，则工作前角 oe 减小，工作后角 oe 增大。,车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时的变化,当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起工作主偏角kre和工作副偏角kre的变化,进给运动对工作角度的影响,纵向进给运动对工作角度的影响： 实际的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角，使车刀的工作前角增大，工作后角减小。一般车削时，进给量比工件直径小很多，故螺旋升角很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。,进给运动对工作角度的影响,横向进给运动对工作角度的影响：实际的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角，使车刀
9、的工作前角增大，工作后角减小。在车端面、切断和车外圆进给量(或加工螺纹的导程)较大时，则应考虑螺旋升角的影响。,非圆柱表面的工件形状对工作角度的影响,加工凸轮类零件时，由于加工表面为非圆柱表面，所以必然引起切削时切削平面、基面的变化，从而引起切削时实际前、后角的变化。,非圆柱表面的工件形状对工作角度的影响,1.4 切削层要素,切削层:工件上正被切削刃切削的一层金属，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属。,一、切削层参数,切削层参数共有三个，它们通常都在垂直于切削速度v的平面内度量。 切削宽度：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。 车削外圆时切削宽度：,切削层参数,切削厚度：两相邻加工表面间的垂直距离
10、。 车外圆时，切削厚度：,切削层参数,切削深度：在基面上垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸。 车削加工时的切削深度：,dw，dm分别为待加工表面和已加工表面的直径。,切削层参数,切削面积：切削层垂直与切削速度截面内的面积。 车外圆时：,二、自由切削和非自由切削,自由切削是指只有一个直线切削刃的切削。 非自由切削是指切削刃为折线形，即有主切削刃和副切削刃；或曲线形的切削。,三、残留面积及其高度,由于切削运动和刀具的几何形状的关系，使加工后仍有一部分金属未被切除，而残留在已加工表面上，构成已加工表面的横向不平度（粗糙度），既所谓残留面积。 当刀尖没有圆弧半径 残留面积有直线构成其高 为：,残留面积
11、及其高度,实际上 必不可少，当f较小，残留面积纯粹由两段圆弧构成，即不含有副切削刃的直线部分时残留面积高度 为,因 ， 可略去不记，上式简化为：,1.5 刀具角度的换算,刀具几何形状除用 正交平面参考系 表示外 ， 根据设计 、 工艺的需要 ， 还可选用以下其它标注角度 参考系来标注刀具几何角度 。 一、法剖面（Pn）： 过切削刃上选定点与切削刃（或该点的切线）相垂直的平面。 法平面中测量的角度有：法前角 法后角 。,法平面参考系 （r Ps Pn ）,法剖面内的角度,法前角 ： 法平面中测量的基面与前刀面之间的夹角。 法后角 ： 法平面中测量的切削平面与后刀面之间的夹角。,法剖面内的角度,法
12、剖面与主剖面之间的夹角为刃倾角，所以可以由几何关系导出：,刀具角度的换算,二、切深、进给剖面坐标系,刀具角度的换算,切深剖面（Pp）：通过切削刃某选定点，切深方向和主运动假定方向所组成的平面。 进给剖面（Pf）：通过切削刃某选定点，进给运动方向和主运动假定方向所组成的平面。 切深剖面和进给剖面是相互垂直的平面，,刀具角度换算,在切深剖面中可得切深方向前角 、切深方向后角 ；在进给方向可得进给方向前角 、进给方向后角 。,刀具角度换算,刀具上标注角度的准确获得，要靠三向转盘磨刀夹具，刃磨时，车刀仅可绕该夹具的横轴线OX、纵轴线OY、垂直轴线OZ转动，既车刀刃磨时所需的角度坐标系和设计时的角度坐标系不同，刃磨时应进行坐标系间的角度换算。,刃磨前刀面时所需的 、 为：,刃磨主后刀面时所需的 、 为：,刃磨副后刀面时所需的 、 为：,刀具角度换算,三、ISO车刀的标注角度,
