第一章 刀具几何角度及切削要素课件

1、教教 师：师： 冯和平冯和平信信 箱：箱：老子曰老子曰: :勇于敢者死勇于敢者死, ,勇于不敢者活勇于不敢者活. .观观察察自自己己在在做做什什么么第第1节节 切削运动与切削用量切削运动与切削用量第第2节节刀具刀具切削部分定义切削部分定义第第3节节刀具角度换算刀具角度换算第第4节刀具角度的一面二角分析法节刀具角度的一面二角分析法 第第5节刀具工作角度节刀具工作角度第第6节切削层与切削方式节切削层与切削方式本章主要介绍金属切削原理的几何问题，是学本章主要介绍金属切削原理的几何问题，是学习切削原理与刀具设计、使用、刃磨的基础。习切削原理与刀具设计、使用、刃磨的基础。一、切削运动与切削层一、切削运动

2、与切削层二、切削用量切削时间与材料切除率、切削用量切削时间与材料切除率三三、合成切削运动与合成切削速度、合成切削运动与合成切削速度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

3、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

4、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。主运动主运动刨刀的直线运动刨刀的直线运动 进给运动进给运动工件移动工件移动 进给运动进给运动车刀轴向运动车刀轴向运动主运动主运动砂轮旋转砂轮旋转 进给运动进给运动工件转动，砂轮轴向移动工件转动，砂轮轴向移动主运动主运动铣刀旋转铣刀旋转 进给运动进给运动工件移动工件移动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：

5、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（）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

6、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

7、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：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

8、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 apVfAlmtl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。 l重点掌握

9、切削用量的概念与计算公式重点掌握切削用量的概念与计算公式l学习内容：学习内容：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；辅助平面和三种参考系、六个独立的角度及其关辅助平面和三种参考系、六个独立的角度及其关系；工作角度与标注角度的区别、安装位置的影系；工作角度与标注角度的区别、安装位置的影响、进给运动的影响；切削层参数。响、进给运动的影响；切削层参数。l 重点：重点：刀具切削部分几何参数的基本定义；刀具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；的工作角度概念及影响因素；l难点：难点：刀具切削部分几何参数的基本定义和图示刀具切削部分几何参数的基本定义和图示

10、表达；刀具的工作角度概念及影响因素。表达；刀具的工作角度概念及影响因素。l考点：考点：刀具切削部分几何参数的基本定义与图示刀具切削部分几何参数的基本定义与图示表达；刀具的工作角度概念及影响因素表达；刀具的工作角度概念及影响因素；l金属切削刀具的种类很多，结构、性能各不相金属切削刀具的种类很多，结构、性能各不相同，但就其单个刀齿而言，可以看成是由外圆同，但就其单个刀齿而言，可以看成是由外圆车刀的切削部分演变而来的，下面以外圆车刀车刀的切削部分演变而来的，下面以外圆车刀为例，介绍刀具切削部分的基本定义。为例，介绍刀具切削部分的基本定义。l车刀组成车刀组成 刀柄（杆）：用于装夹刀柄（杆）：用于装夹

11、刀头：用于切削刀头：用于切削刀面刀面刀尖刀尖 刀刃刀刃l1.1.前面（前面（AA） 前面（前刀面）是刀具前面（前刀面）是刀具上切屑流过的表面。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）主后面（主后刀面）是 与工件上过渡表面相对的表面。与工件上过渡表面相对的表面。l3. 3. 副后面（副后面（AA）副后面（副后刀面）副后面（副后刀面）是与工件上已加工表面相对的表面。是与工件上已加工表面相对的表面。 l1.1.主切削刃（主切削刃（S S） 主切削刃是前刀面主切削刃是前刀面与主后面相交而得到的交线，用以形成与主后面相交而得到的交线，用以形成工件的过渡表面。它完成主要的金

12、属切工件的过渡表面。它完成主要的金属切除工作。除工作。 2.2.副切削刃（副切削刃（SS） 副切削刃是前刀副切削刃是前刀面与副后面相交而得到的交线。面与副后面相交而得到的交线。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

13、设计、制造、刃磨、测量刀具静止参考系：在刀具设计、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

14、度称为刀具的工作角度。l正交平面参考系正交平面参考系l法平面参考系法平面参考系l假定工作平面、背平面参考系假定工作平面、背平面参考系 l基面（基面（PrPr）：过切削刃选定点，平行或垂直于刀具在：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。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

15、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

16、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（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轴线的平面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 ：过切削刃过切削刃选定点平行于假定进给方向并垂直于基面的平选定点平行于假定进给方向并垂直于基面的平面。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过切削刃选定点既垂直于假

17、定工作平面又垂直于基面的平面。面又垂直于基面的平面。 l前角前角 o在正交平面中测量的前面与基面间的在正交平面中测量的前面与基面间的夹角。夹角。l后角后角 o在正交平面中测量的后面与切削平在正交平面中测量的后面与切削平面间的夹角。面间的夹角。l刃偏角刃偏角r在基面中测量的切削平面与假定工在基面中测量的切削平面与假定工作平面间夹角。分为主偏角作平面间夹角。分为主偏角r，副偏角副偏角r.l刃倾角刃倾角s s 在主切削平面中测量的主切削刃在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。与基面间的夹角。 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同时副切削刃及其相关的前、后面在空同时副切削刃及

18、其相关的前、后面在空间的定向也需要间的定向也需要4个角度，即副刃前角个角度，即副刃前角、副后角、副后角o副偏角副偏角r 、副刃倾角、副刃倾角s ，它们的定义与主切削刃四角类似。它们的定义与主切削刃四角类似。l常用的刀具派生角度有：前刀面与后刀常用的刀具派生角度有：前刀面与后刀面之间的夹角称为楔角面之间的夹角称为楔角o；主、副切削；主、副切削刃在基面上投影的夹角称为刀尖角刃在基面上投影的夹角称为刀尖角r。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

19、的标注角度其它参考系内的标注角度l前面与基面平行时前角为零；前面与切削平面前面与基面平行时前角为零；前面与切削平面间夹角小于间夹角小于90时，前角为正；大于时，前角为正；大于90时，前时，前角为负。角为负。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90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；当主切削刃成水平时，当主切削刃成水平时， s = 0 刀具角度正负的规定刀具角度正负的规定l刀具切削部分几何参数的基本定义必须概念清刀具切削部分几何参数的基本定义必须概念清楚，会画图表达；楚，会画图表达；l依据工件上

20、的表面确定三个参考系，在参考系依据工件上的表面确定三个参考系，在参考系内度量角度；内度量角度；l参考系是人为设置的、假想的；参考系是人为设置的、假想的；l不同的参考系内有本参考系的一套角度；不同的参考系内有本参考系的一套角度；l不同的参考系角度有共性，注意区分和总结；不同的参考系角度有共性，注意区分和总结； 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

21、面定向用： o、 r l副面定向用：副面定向用： r 、 ol刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系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概念：用于定义刀具工作时角度的参考系。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 工作假定工作平面、背平面参考系工作假定工作平面、背平面参考系 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

22、（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.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。lo e、 o e、 r e 、s elfe、 fe、lp pe、 p p e、1刀杆中心线不垂直进给方向时对刀杆中心线不垂直进给方向时对r e、 r e的影响的影响2刀具安装高低对工作角度的影响刀具安装