1第一章 刀具几何角度及切削要素

1、教教 师：师： 冯和平冯和平信信 箱：箱：观观察察自自己己本章主要介绍金属切削的几何参数，本章主要介绍金属切削的几何参数，是学习切削原理与刀具设计、使用、刃磨的基础。是学习切削原理与刀具设计、使用、刃磨的基础。图1-1 车削运动、形成的表面、切削层和车外圆切削时间的计算 1-待加工表面 2-过渡表面 3-已加工表面1.1.概念概念 切削运动：切削运动：在切削加工时，工件与在切削加工时，工件与刀具之间的相对运动。刀具之间的相对运动。2.2.分类分类 按所起的作用来划分，切削运动可按所起的作用来划分，切削运动可分为：分为： 1.1.主运动主运动 2.2.进给运动进给运动如图如图1-1 1-1 观察

2、切削过程观察切削过程参考系参考系l概念：刀具与工件之间最主要的相对运概念：刀具与工件之间最主要的相对运动。动。l形式：主运动可以是旋转运动（如车削、形式：主运动可以是旋转运动（如车削、镗削中主轴的运动），也可以是直线运镗削中主轴的运动），也可以是直线运动（如刨削、拉削中的刀具运动）。动（如刨削、拉削中的刀具运动）。l特点：消耗功率最多，速度最高。主运特点：消耗功率最多，速度最高。主运动通常只有且必须有一个。动通常只有且必须有一个。l概念：刀具与工件之间产生的附加相对运动，概念：刀具与工件之间产生的附加相对运动，配合主运动，不断将多余的金属投入切削，以配合主运动，不断将多余的金属投入切削，以保持

3、切削连续进行或反复进行的运动。保持切削连续进行或反复进行的运动。l完成者：进给运动可由刀具完成（如车削、钻完成者：进给运动可由刀具完成（如车削、钻削），也可由工件完成（如铣削）；削），也可由工件完成（如铣削）；l特点：进给运动不限于一个（如滚齿），个别特点：进给运动不限于一个（如滚齿），个别情况也可以没有进给运动（如拉削）。一般而情况也可以没有进给运动（如拉削）。一般而言，进给运动速度较低，消耗功率较少。言，进给运动速度较低，消耗功率较少。切削加工时工件上形成三个不断变化切削加工时工件上形成三个不断变化着的表面：着的表面：（）已加工表面（）已加工表面（）待加工表面（）待加工表面 （）过渡表面（

4、）过渡表面切削层是由切削部分切过工件一个单程切削层是由切削部分切过工件一个单程 所所 切除的工件材料层。切除的工件材料层。 公称横截面积公称横截面积S SABCDABCD 实际切削横截面积实际切削横截面积S SABCEABCE 残留横截面积残留横截面积S SAEDAED（）待已加工表面（）待已加工表面（2 2）过渡表面（）过渡表面（3 3）已加工表面）已加工表面切削用量切削用量1 1切削速度切削速度2 2进给量进给量3 3背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度） 用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工序成本、夹具设计等所必需的参数。序成本、夹具设计

5、等所必需的参数。l概念：切削刃选定点相对于工件主运动概念：切削刃选定点相对于工件主运动 的瞬时速度的瞬时速度 l符号：符号：v vc cl计算公式：计算公式：v vc c=dn/1000 (m/min)=dn/1000 (m/min) d: d:刀具选定点的旋转直径（刀具选定点的旋转直径（mmmm） n:n:工件或刀具转速工件或刀具转速(r/min)(r/min)l进给量进给量f f: :工件或刀具每转或行程，刀具在进给工件或刀具每转或行程，刀具在进给运动方向上相对与工件的位移量。运动方向上相对与工件的位移量。参看图参看图1-11-1 单位：单位： mm/rmm/r进给速度进给速度v vf f

6、：切削刃选定点相对与工件进给运：切削刃选定点相对与工件进给运 动的瞬时速度。动的瞬时速度。 单位：单位：mm/s; m/smm/s; m/s。l计算公式：计算公式：v vf f=n=n* *f fl背吃刀量背吃刀量a ap p: :垂直于进给运动方向测量的垂直于进给运动方向测量的切削层的最大尺寸切削层的最大尺寸. .（mmmm） 参看图参看图1-1 1-1 dw待加工表面直径 dm已加工表面直径2dmdwapl概念概念 : :直接改变工件尺寸、形状等工艺直接改变工件尺寸、形状等工艺 过程所需要的时间。（单位：过程所需要的时间。（单位：min)min)l计算公式：计算公式： l : :刀具行程长

7、度刀具行程长度 A A：半径方向加工余量：半径方向加工余量 参看下页图参看下页图1-2 1-2 apVfAlmt 如图所示用钻头钻孔，钻头定位于R点，从R点以进给速度作Z向进给，到孔底部后，应安排快速退到R点。长度A为切入距离，B为切出距离，A与B实际尺寸要视工件表面状态和加工性质而定。刀具切刀具切入入与切出的确定与切出的确定 合理确定切入与切出长度，有助于刀具顺利切入与切出零件,避免损坏刀具与碰伤零件。l概念：单位时间内切除掉的材料的体积。概念：单位时间内切除掉的材料的体积。l单位：单位：mm3/minl计算公式：计算公式： Q=1000 aQ=1000 ap pf f v vc cl合成切

8、削运动：主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。l合成切削速度：切削刃选定点相对于工件合合成切削速度：切削刃选定点相对于工件合 成切削运动的瞬时速度。成切削运动的瞬时速度。 任务任务1-1l切削运动的概念切削运动的概念l切削用量切削用量l 任务：车刀图示表达与分析任务：车刀图示表达与分析l 重点重点- -难点难点- -考点：考点： 刀具切削部分几何参数的基本定义；刀具切削部分几何参数的基本定义； 刀具的工作角度概念及影响因素；刀具的工作角度概念及影响因素；l车刀组成车刀组成 刀柄（杆）：用于装夹刀柄（杆）：用于装夹 刀头：用于切削刀头：用于切削刀面刀面刀尖刀尖 刀

9、刃刀刃l1.1.前面（前面（AA） 前面（前刀面）是刀具上切屑流过的表面。前面（前刀面）是刀具上切屑流过的表面。l2.2.主后面（主后面（AA） 主后面（主后刀面）是与工件上过渡表面相对主后面（主后刀面）是与工件上过渡表面相对的表面。的表面。l3. 3. 副后面（副后面（A A ） 副后面（副后刀面）是与工件上已加工表面相副后面（副后刀面）是与工件上已加工表面相对的表面。对的表面。 l1.1.主切削刃（主切削刃（S S） 主切削刃是前刀面与主后面相交而得到的主切削刃是前刀面与主后面相交而得到的交线，用以形成工件的过渡表面。它完交线，用以形成工件的过渡表面。它完成主要的金属切除工作。成主要的金属

10、切除工作。 2.2.副切削刃（副切削刃（S S） 副切削刃是前刀面与副后面相交而得到副切削刃是前刀面与副后面相交而得到的交线。的交线。l刀尖是指主切削刃与副切削刃的连接处相当少刀尖是指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。为了增加刀尖处的强度，改的一部分切削刃。为了增加刀尖处的强度，改善散热条件，通常在刀尖处磨有圆弧或直线过善散热条件，通常在刀尖处磨有圆弧或直线过渡刃。渡刃。 为提高刃口强度和满足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，为提高刃口强度和满足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，1.1.刀具静止参考系：刀具静止参考系：l刀具静止参考系：在刀具设计、制造、刃磨、测量刀具静止参考系：在刀

11、具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系。时用于定义刀具几何参数的参考系。l在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。l建立刀具标注角度参考系时不考虑进给运动的影响，建立刀具标注角度参考系时不考虑进给运动的影响，且假定车刀刀尖与工件中心等高，车刀刀杆中心线且假定车刀刀尖与工件中心等高，车刀刀杆中心线垂直于工件轴线。垂直于工件轴线。2.2.刀具工作参考系：刀具工作参考系： 用于定义刀具工作时角度的参考系。在该参考系用于定义刀具工作时角度的参考系。在该参考系 中定义的角度称为刀具的工作角度。中定义的角度称为刀具的工作角度。l正交平面参考系正交

12、平面参考系l法平面参考系法平面参考系l假定工作平面参考系假定工作平面参考系 l基面（基面（PrPr）：过切削刃选定点，车刀的基面平行于刀：过切削刃选定点，车刀的基面平行于刀体底面。体底面。l主切削平面（主切削平面（PsPs）： 通过主切削选定点，与主切削通过主切削选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。若主切削刃为直线，主刃相切并垂直于基面的平面。若主切削刃为直线，主切削平面则为主切削刃和主运动方向所构成的平面。切削平面则为主切削刃和主运动方向所构成的平面。l正交平面（正交平面（PoPo）：）： 通过主切削刃选定点并同时垂直通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和主切削面的平面。于基面和主切削面

13、的平面。p pr r、p ps s、p po o组成一个正交的正交平面参考系。组成一个正交的正交平面参考系。l基面（基面（PrPr）：）：过切削刃选定点，平行或垂直于过切削刃选定点，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或过回转轴线的平面。的一个平面或过回转轴线的平面。l主切削平面（主切削平面（PsPs）通过主切削选定点，与主切通过主切削选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。削刃相切并垂直于基面的平面。l法平面（法平面（PnPn）过切削刃选定点垂直于切削刃的过切削刃选定点垂直于切削刃的平面。平面。 l1.1.基面（基面（PrP

14、r） 过切削刃选定点，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时过切削刃选定点，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线的平面适合于安装或定位的一个平面或轴线的平面。l假定进给平面（假定工作平面）假定进给平面（假定工作平面）Pf ： 过切削刃选定点平行于假定进给方向并垂直于基面的平面。过切削刃选定点平行于假定进给方向并垂直于基面的平面。l背平面背平面Pp 过切削刃选定点既垂直于假定工作平面又垂直于基面的平面。过切削刃选定点既垂直于假定工作平面又垂直于基面的平面。 图图 车刀的静止参考系（图中车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动方向表示假定的主运动方向，vf表示假定的

15、进给运动方向）表示假定的进给运动方向）l前角前角 g g0 在正交平面中测量的前面与基面间的夹角。在正交平面中测量的前面与基面间的夹角。l后角后角 0 在正交平面中测量的后面与切削平面间的夹在正交平面中测量的后面与切削平面间的夹角。角。l刃偏角刃偏角在基面中测量的切削平面与假定工作平面在基面中测量的切削平面与假定工作平面间夹角。分为主偏角间夹角。分为主偏角，副偏角副偏角l刃倾角刃倾角l ls 在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。夹角。l 副后角：副后角： o在副正交平面中测量的副后面与副切在副正交平面中测量的副后面与副切削平面间的夹角。削平面间的夹

16、角。正交平面参考系内的标注角度正交平面参考系内的标注角度l表示空间任意平面方位的定向角度只需表示空间任意平面方位的定向角度只需要两个。要两个。l刀具需要标注的独立角度数量是刀面数刀具需要标注的独立角度数量是刀面数量的二倍。量的二倍。l前面定向用：前面定向用： o 、 sl后面定向用：后面定向用： o、 r l副面定向用：副面定向用： r 、 ol前面与基面平行时前角为零；前面与切削平面间前面与基面平行时前角为零；前面与切削平面间夹角小于夹角小于90时，前角为正；大于时，前角为正；大于90时，前角时，前角为负。为负。l后面与基面夹角小于后面与基面夹角小于90时，后角为正；大于时，后角为正；大于9

17、0时后角为负。时后角为负。l当刀尖处于主切削刃的最低点时，当刀尖处于主切削刃的最低点时， s 0；当主；当主切削刃成水平时，切削刃成水平时， s = 0 刀具角度正负的规定刀具角度正负的规定l法平面度量：法前角法平面度量：法前角n, 后角后角nl假定工作平面度量假定工作平面度量:侧前角侧前角f, 侧后角侧后角fl背平面背平面度量度量p：背前角背前角p, 背后角背后角p 其它参考系内的标注角度其它参考系内的标注角度l同时副切削刃及其相关的前、后面在空间的定同时副切削刃及其相关的前、后面在空间的定向也需要向也需要4个角度，即副前角个角度，即副前角、副后角、副后角o副偏角副偏角r 、副刃倾角、副刃倾

18、角s ，它们，它们的定义与主切削刃四角类似。的定义与主切削刃四角类似。（1）楔角 b： 楔角 b是在正交平面Po上测量的前面Ag 与后面Aa 之间的夹角。 b = 90-（ go + ao ） （2）刀尖角er ： 刀尖角er是在基面Pr上的测量切削平面Ps与副切削平面之间的夹角。 er = 180-（ kr + kr ） （3）余偏角：余偏角是在基面Pr上测量的切削平面Ps与背平面Pp之间的夹角。 = 90- kr车刀的标注（静态）角度车刀的标注（静态）角度右偏刀车端面的标注角度车槽刀的标注角度l自学自学l要求：了解公式换算的结果要求：了解公式换算的结果l刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系

19、l刀具安装对工作角度的影响刀具安装对工作角度的影响l进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响本节内容的学习对刀具的使用与加工质量分析有本节内容的学习对刀具的使用与加工质量分析有重要意义重要意义l概念：用于定义刀具工作时角度的参考系。概念：用于定义刀具工作时角度的参考系。l分类分类 工作正交平面参考系工作正交平面参考系 工作法平面参考系工作法平面参考系 工作平面参考系工作平面参考系 应用最多的是应用最多的是工作正交平面参考系工作正交平面参考系l1.1.工作基面（工作基面（PrPre e）过切削刃选定点，垂直于合）过切削刃选定点，垂直于合成切削速度方向的平面。成切削速度方向的平面。l2.2

20、.工作切削平面（工作切削平面（PsPse e） 通过主切削选定点通过主切削选定点, , 与与切削刃相切并垂直于工作基面的平面。切削刃相切并垂直于工作基面的平面。l3.3.工作正交平面（工作正交平面（PoPoe e） 通过主切削刃选定点并通过主切削刃选定点并同时垂直于工作基面和工作切削面的平面。同时垂直于工作基面和工作切削面的平面。 图 1-15 刀具工作参考系lo e、 o e、 r e 、s elfe、 fe、lp pe、 p p e、应用： 粗车外圆：刀尖高于工件中心，增大前角，降低切削力 精车外圆：刀尖低于工件中心，增大后角，减少后刀面磨损 车成形面：刀尖与工件中心等高，避免误差gpe

21、= g p + q p wdhp2sinqape = a p q p l成形车削或车螺纹、车锥面时，刀尖和成形车削或车螺纹、车锥面时，刀尖和工件的中心线一定要精确等高，以保证工件的中心线一定要精确等高，以保证加工表面的形状。切槽和切断时，也必加工表面的形状。切槽和切断时，也必须精确等高，以保证切削加工顺利进行须精确等高，以保证切削加工顺利进行。2.刀杆轴线不垂直进给方向时对刀杆轴线不垂直进给方向时对r e、 r e的影响的影响3.进给运动方向不平行工件旋转轴线时对进给运动方向不平行工件旋转轴线时对r e、r e影响l纵向进给运动对工作前后角纵向进给运动对工作前后角 的影响的影响 图 1-19

22、车削方牙螺纹时螺纹车刀的工作角度 a:车刀角度变化图；b:磨制静态前角c:将刀具倾斜安装角l一般车削加工时，进给量比工件直径小一般车削加工时，进给量比工件直径小的多，所以进给运动所形成的螺旋升角的多，所以进给运动所形成的螺旋升角也很小，对加工过程的影响常常可以忽也很小，对加工过程的影响常常可以忽略，但是在车削多头螺纹或大螺距螺纹略，但是在车削多头螺纹或大螺距螺纹使，因进给量值较大，则必须考虑由此使，因进给量值较大，则必须考虑由此引起的角度变化对加工过程的影响。引起的角度变化对加工过程的影响。将基面作为切削层参数的测量平面。将基面作为切削层参数的测量平面。 1. 切削层公称宽度切削层公称宽度 沿

23、过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的工作长度。 2. 切削层公称厚度切削层公称厚度 在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。 hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。 3. 切削层公称横截面积切削层公称横截面积 切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积 若车刀刀尖为主、副切削刃的实际交点，且若车刀刀尖为主、副切削刃的实际交点，且 s=0，r =0，则切，则切 削层公称横截面积为平行四边形。削层公称横截面积为平行四边形。 切削层各有关参数间的关系为：切削层各有关参数间的关系为： hD=fsinr bD=psinr AD=hDbD=pf 一、切削层参数一、切削层参数l正切屑正切屑:hDbD 生产中大多数情况下所得出的切屑都属于这一种生产中大多数情况下所得出的切屑都属于这一种l对等屑对等屑:hDbD l倒切屑倒切屑:hDbD;大进给大进给(大走刀大走刀)切削法切削法对于倒切屑来说，主要的切削工作已经由主切削刃转移对于倒切屑来说，主要的切削工作已经由主切削刃转移到副切削刃上了，在这种情况下，刀具的副前角到副切削刃上了，在这种情况下，刀具的副