刀具几何角度及切削要素

1、第一章刀具几何角度及切削要素三高一专的三高一专的先进刀具先进刀具高精度高精度高效率高效率高可靠性高可靠性专业化专业化先进的专用可转位刀具先进的专用可转位刀具4第一节第一节 切削运动与切削用量切削运动与切削用量一. 切削运动与切削层利用刀具切除被加工零件多余的材利用刀具切除被加工零件多余的材料料，形成已加工表面。，形成已加工表面。金属切削加工的金属切削加工的目的目的 使被加工零件的尺寸精度、使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。切削加工必备三个条件：切削加工必备三个条件： 刀具材料具有一定的切削性能刀具材料具有一定的切削性

2、能 刀具与工件之间要有相对运动刀具与工件之间要有相对运动 刀具具有适当的几何参数，即切削角度刀具具有适当的几何参数，即切削角度 (1) 待加工表面待加工表面工件上工件上有待切除的表面。有待切除的表面。(2) 已加工表面已加工表面经刀具经刀具切削后产生的新表面。切削后产生的新表面。(3) 过渡表面过渡表面(或称切削表或称切削表面、加工面面、加工面) 切削刃正切削刃正在切削的表面。它是待加工在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之间的过表面和已加工表面之间的过渡表面。渡表面。各种切削加工的工件表面各种切削加工的工件表面切削加工过程中的工件表面切削加工过程中的工件表面切削运动切削运动 为了切除多余

3、的金属，为了切除多余的金属，刀具和工件之间必须有相刀具和工件之间必须有相对运动，即对运动，即切削运动切削运动。切。切削运动可分为削运动可分为主运动和进主运动和进给运动。给运动。车削外圆三种运动1. 主运动主运动v刀具与工件之间主要的相对运动。刀具与工件之间主要的相对运动。v切削运动中，切削运动中，主运动速度最高，消耗功率最大主运动速度最高，消耗功率最大。v使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料使被切削层转变为切屑，从而形成工件的新表面。使被切削层转变为切屑，从而形成工件的新表面。v主运动方向主运动方向切削刃上选定点相对于工件的瞬切削刃上选定点相对于

4、工件的瞬时主运动方向。时主运动方向。v切削速度切削速度vc切削刃上选定点相对于工件的切削刃上选定点相对于工件的主主运动运动的瞬时速度。的瞬时速度。 有且只有一个有且只有一个2. 进给运动进给运动v刀具与工件之间附加的相对运动。刀具与工件之间附加的相对运动。v不断把工件表面送入切削不断把工件表面送入切削v配合主运动依次地或连续不断地切除切屑。配合主运动依次地或连续不断地切除切屑。v可由刀具完成可由刀具完成车削、工件完成车削、工件完成铣削铣削v可以是间歇的可以是间歇的刨削、连续的刨削、连续的车削车削v进给运动方向进给运动方向切削刃上选定点相对于工件的切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。瞬时进给

5、方向。v进给速度进给速度v vf f切削刃上选定点相对于工件的切削刃上选定点相对于工件的进进给运动给运动的瞬时速度。的瞬时速度。3. 切削层切削层v切削层是指工件上正被刀切削层是指工件上正被刀具切削刃切削着的一层金具切削刃切削着的一层金属。属。v切削层参数切削层参数基面中测基面中测量的切削层长度、宽度和量的切削层长度、宽度和面积。面积。v它们与切削用量它们与切削用量f、ap 有关。有关。切削层参数切削层参数(1)(1)切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D垂直于正在加工的表面垂直于正在加工的表面( (过过渡表面渡表面) )度量的切削层参数。它反映了切削刃单位度量的切削层参数。它反映了切削刃单

6、位长度上的切削负荷。长度上的切削负荷。(2)(2)切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D平行于正在加工的表面平行于正在加工的表面( (过过渡表面渡表面) )度量的切削层参数。它反映了切削刃参加度量的切削层参数。它反映了切削刃参加切削的工作长度。切削的工作长度。 (3)(3)切削层公称横截面积切削层公称横截面积A AD D在切削层参数平面内度在切削层参数平面内度量的横截面积。量的横截面积。fabhApDDDrpDKabsin/rDKfhsin各种切削加工的切削层参数各种切削加工的切削层参数二、二、 切削用量、切削时间切削用量、切削时间与材料切除率与材料切除率切削过程的切削用量和在切削过程中由余

7、量切削过程的切削用量和在切削过程中由余量变成切屑的切削层参数。变成切屑的切削层参数。衡量切削运动量的大小。衡量切削运动量的大小。包括包括三要素三要素切削速度切削速度Vc进给量进给量f(或进给速度或进给速度Vf)背吃刀量背吃刀量ap切削用量切削用量vm/minv指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度时速度v指主运动的线速度，以车削为例：指主运动的线速度，以车削为例：1000ndVC（m/min)1. 切削速度切削速度VCn工件或刀具的转速，工件或刀具的转速，n为为rmind工件或刀具观察点的旋转直径，工件或刀具观察点的旋转直径，d为为mm一般取一般取d

8、w2. 进给量进给量fv主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mmrv当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为量，单位为mm双行程或双行程或mm单行程单行程v对于多齿的旋转刀具对于多齿的旋转刀具( (如铣刀、切齿刀如铣刀、切齿刀) )，常用每，常用每齿进给量齿进给量fzfz，单位为，单位为mmz或或mm齿，它与进给齿，它与进给量量

9、f f的关系为的关系为 f=zfz指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量进给量进给量f 进给量是进给运动的单位量。车削时进给进给量是进给运动的单位量。车削时进给量量f f是取工件每旋转一周的时间内，工件与刀是取工件每旋转一周的时间内，工件与刀具相对位移量具相对位移量 单位为单位为mmrfnVf(mm/min)Vf 进给运动速度进给运动速度多齿刀具有每齿进给量多齿刀具有每齿进给量3. 背吃刀量背吃刀量apdw待加工表面直径待加工表面直径 dm已加工表面直径已加工表面直径2dmdwapv工件待加工表面与加工表面之间的垂直距离工件待加工表面与加工表面之间的垂直距

10、离v在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的吃刀量测量的吃刀量v一般称为切削深度，单位为一般称为切削深度，单位为mmmm；各种切削加工的切削用量各种切削加工的切削用量切削用量切削用量4. 切削时间切削时间tmv切削时间切削时间tm是指切削时直接改变工件尺寸、是指切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需要的时间。形状等工艺过程所需要的时间。单位单位 minn在切削过程中，单位时间内切除材料的体积称为材料切除率，单位为mm3/min。由下式计算： Q=1000apf Vcn材料切除率 是衡量切削效率的重要指标，切削用量的大小对其有直接影响。5.材料切除率

11、材料切除率Q三、三、合成切削运动合成切削运动与合成切削速度与合成切削速度主运动和进给运动合成的运动称为合成主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。切削运动。各种切削加工的切削运动各种切削加工的切削运动合成切削速度合成切削速度: :指指切削刃上选定点相切削刃上选定点相对于工件的对于工件的合成切合成切削运动削运动的瞬时速度。的瞬时速度。第二节第二节 刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的基本定义一、刀具的组成刀具的组成刀具的构成：刀具的构成： 金属切削刀具的种类很多，其形状、结构各金属切削刀具的种类很多，其形状、结构各不相同，但是它们的基本功用都是在切削过程中，不相同，但是它们的基本功用都是在切

12、削过程中，用刀刃从工件毛坯上切下多余的金属。在结构上用刀刃从工件毛坯上切下多余的金属。在结构上它们都具有共同的特征，尤其是它们的切削部分。它们都具有共同的特征，尤其是它们的切削部分。由工作部分和非工作部分构成。由工作部分和非工作部分构成。 车刀的工作部分比较简单，车刀的工作部分比较简单，只由切削部分构成，非工作部只由切削部分构成，非工作部分就是车刀的柄部分就是车刀的柄部( (或刀杆或刀杆) )。 不论刀具结构如何复杂，就不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的成由外圆车刀的切削部分切削部分演变演变而来，本节以外圆车刀为例来而来，本节以外圆车刀为

13、例来介绍其几何参数。介绍其几何参数。刀刀 面面前刀面前刀面切屑流过的表面，以切屑流过的表面，以A A表示。表示。主后刀面主后刀面与工件上过渡表面相对的表面，以与工件上过渡表面相对的表面，以A A表示表示。副后刀面副后刀面与工件上已加工表面相对的表面，以与工件上已加工表面相对的表面，以A A 表示。表示。刀具切削部分由三面二刃一尖组成。刀具切削部分由三面二刃一尖组成。切削刃切削刃主切削刃主切削刃前刀面与主后刀面的交线，记为前刀面与主后刀面的交线，记为S S。它承担主要的切削工作。它承担主要的切削工作。副切削刃副切削刃前刀面与副后刀面的交线，记为前刀面与副后刀面的交线，记为S S 。它协同主切削刃

14、完成切削工作，并最终形成已加工它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。表面。刀刀 尖尖三个刀面在空间的交点，也可理解为主、三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。的过渡刃。前刀面前刀面A：切屑沿其流出的刀面。：切屑沿其流出的刀面。控制切屑流向控制切屑流向主后面主后面A：刀具上同前：刀具上同前刀面相交形成主切削刃刀面相交形成主切削刃的表面，与工件过渡表的表面，与工件过渡表面相

15、对。面相对。副后面副后面A ：刀具上同前面相交形成副切削刃的表面，：刀具上同前面相交形成副切削刃的表面，与工件已加工表面相对。与工件已加工表面相对。主切削刃主切削刃S： 前刀面与主后前刀面与主后面的交线。承面的交线。承担主要切削工担主要切削工作。作。副切削刃副切削刃S ： 前刀面与副后面的交线。担负少量切削工作前刀面与副后面的交线。担负少量切削工作 刀尖：刀尖： 主、主、副切削刃交汇副切削刃交汇处。一小段直处。一小段直线或圆弧。线或圆弧。 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r r倒角刀尖长度倒角刀尖长度b b刀尖倒角偏角刀尖倒角偏角K Kr修圆刀尖或倒角刀尖修圆刀尖或倒角刀尖:车刀的刃磨视频车刀的刃磨视

16、频倒棱面倒棱面A1、A1其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看成是车刀的演变和刀等，都可以看成是车刀的演变和组合。组合。 刀具要从工件上切下金属，必须具有刀具要从工件上切下金属，必须具有一定的角度，也正是由于切削角度才决定一定的角度，也正是由于切削角度才决定了刀具切削部分各表面的空间位置。要确了刀具切削部分各表面的空间位置。要确定和测量刀具角度，必须引入一个空间坐定和测量刀具角度，必须引入一个空间坐标参考系。标参考系。二、刀具角度参考系刀具角度参考系v 工作工作参考参考系系-动态参考系动态参考系-工作角度工作角度 它是确定刀具切削运动中角度的基准。它是确定刀

17、具切削运动中角度的基准。v 标注标注参考参考系系-静态参考系静态参考系标注角度标注角度 它是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测它是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测量角度时基准。它是在假定条件下的工作量角度时基准。它是在假定条件下的工作角度。角度。标注参考系标注参考系: 正交平面参考系正交平面参考系 法平面参考系法平面参考系 假定工作平面参考系假定工作平面参考系(1)(1)假定运动条件：给出刀具假定主运动方向和假定运动条件：给出刀具假定主运动方向和假定进给方向，而不考虑进给运动的大小。假定进给方向，而不考虑进给运动的大小。(2)(2)假定安装条件：刀具安装基准面垂直于主运假定安装条件：刀具安装基准面垂

18、直于主运动方向，刀杆的中心线与进给运动方向垂直，刀动方向，刀杆的中心线与进给运动方向垂直，刀具刀尖高与工件中心轴线等高。具刀尖高与工件中心轴线等高。确定刀具确定刀具标注角度标注角度参考系时做的二个假定参考系时做的二个假定基面基面r r通过主切削刃上选定点，垂直于该点切通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。（平行于刀具底面）削速度方向的平面。（平行于刀具底面）切削平面切削平面s s通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于该点基面的平面。直于该点基面的平面。正交平面正交平面o(o(主剖面）主剖面）通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平

19、通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面的平面。面的平面。刀具标注角度的参考系平面刀具标注角度的参考系平面正交平面参考系正交平面参考系Pr-Ps-Po 最常用的刀具标注角度最常用的刀具标注角度参考系参考系参考系平面及角度视频参考系平面及角度视频法平面法平面n n通过主切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。通过主切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。法平面参考系法平面参考系Pr-Ps-Pn假定工作平面假定工作平面f f、P Pp pPfPf：通过主切削刃上选定点，平行于假定进给运动方：通过主切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于该点基面的平面。向，并垂直于该点基面的平面。PpPp：通过切

20、削刃上选定点同时垂直于：通过切削刃上选定点同时垂直于PrPr和和PfPf的平面。的平面。假定工作平面参考系假定工作平面参考系Pr-Pf-Pp Pr、Ps 坐标平面坐标平面 PO、Pn、Pf、Pp 测量平面测量平面刀具标注角度刀具标注角度1）基面中测量的刀具角度）基面中测量的刀具角度主偏角主偏角r r主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角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。主偏角一般为正值。副偏角副偏角 r r副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。夹角。副偏角一般为正值。副偏角一般为正值。在基面在基面Pr内测量的主切削平

21、面内测量的主切削平面PS与假与假定工作平面定工作平面Pf 间的夹角间的夹角r小，参加切削的刃长增加，单位长小，参加切削的刃长增加，单位长度负荷小，刀尖强度大，散热面积大，度负荷小，刀尖强度大，散热面积大，刀具寿命长。但吃刀抗力增大，工件刀具寿命长。但吃刀抗力增大，工件刚性弱时，易变形和振动。刚性弱时，易变形和振动。车刀常用车刀常用主偏角有主偏角有45、60、75、90在基面在基面Pr内测量的内测量的副切削平面与假定副切削平面与假定工作平面工作平面Pf 的夹角。的夹角。作用：减小副切削作用：减小副切削刃与工件已加工面刃与工件已加工面间的摩擦及振动。间的摩擦及振动。副偏角大，刀尖强副偏角大，刀尖强

22、度弱，已加工表面度弱，已加工表面残留面积大，粗糙残留面积大，粗糙度值大。度值大。 主切削刃和副切削刃之间的主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数过渡刃参数将改变将改变刀尖的几何形状刀尖的几何形状, ,用刀尖圆弧半径用刀尖圆弧半径r r 描述，当描述，当r r =0=0时时为尖角过渡，为尖角过渡，r r 0 0时为圆角过渡，直线过渡时用时为圆角过渡，直线过渡时用 和和b b 参数描述参数描述。刀尖角刀尖角r r 主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。它是派生角度。 r r180180-(-(r r r r) r r是标注角度是否正确的验证公式之一。

23、是标注角度是否正确的验证公式之一。刀具标注角度刀具标注角度2）切削平面中测量的刀具角度）切削平面中测量的刀具角度 刃倾角有正负之分刃倾角有正负之分：v当主切削刃呈水平时，当主切削刃呈水平时，s s0 0；v刀尖为主切刃上最高点时，刀尖为主切刃上最高点时，s s0 0；v刀尖为主切刃上最低点时，刀尖为主切刃上最低点时，s s0 0。刃倾角刃倾角s s主切削刃与基面间的夹角。主切削刃与基面间的夹角。刀具标注角度刀具标注角度3）正交平面中测量的刀具角度）正交平面中测量的刀具角度前角前角o o在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。根据前刀面和基面的相对位置不同

24、分别规定根据前刀面和基面的相对位置不同分别规定正正前角、零度前角和负前角前角、零度前角和负前角。后角后角o o在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角。在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角。后角一般为正值。后角一般为正值。刀具标注角度刀具标注角度实体减小时为正。作用：减小实体减小时为正。作用：减小主后刀面与工件加工表面间的主后刀面与工件加工表面间的摩擦、主后刀面的磨损。过大，摩擦、主后刀面的磨损。过大，刀刃强度下降，导热体积减小，刀刃强度下降，导热体积减小，主后刀面磨损加快。粗加工和主后刀面磨损加快。粗加工和承受冲击载荷时，选小值承受冲击载荷时，选小值46，保证强度；，保证强度；精加工

25、时，选大值精加工时，选大值812，保证表面质量。保证表面质量。副后角副后角实体减小时为正。实体减小时为正。前角增大，刀具锋前角增大，刀具锋利，切削轻快。但利，切削轻快。但过大，刀具强度下过大，刀具强度下降，导热体积减小降，导热体积减小，刀具寿命短。，刀具寿命短。 说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。进给运动的影响等条件下确定的。楔角楔角o o 前面与后面之间的夹角，它是个派生角。前面与后面之间的夹角，它是个派生角。 o o9090(O

26、 Oo o) )o o也是判断标注是否正确的验证式之一。也是判断标注是否正确的验证式之一。刀具标注角度刀具标注角度参考系平面及角度视频参考系平面及角度视频P11 图图1-9 b) 直头外圆车刀直头外圆车刀车刀切削部分的六个基本角度车刀切削部分的六个基本角度1.主偏角主偏角2.副偏角副偏角3.前角前角4.后角后角5.刃倾角刃倾角6.副后角副后角刀具标注角度刀具标注角度车刀切削部分的四个派生角度车刀切削部分的四个派生角度1.1.刀尖角刀尖角r r 2.2.楔角楔角oo 3.3.副前角副前角o4.4.副刃倾角副刃倾角s 法平面法平面n n通过主切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。通过主切削刃上选定点

27、，垂直于切削刃的平面。法平面参考系法平面参考系Pr-Ps-Pn假定工作平面假定工作平面f f、P Pp pPfPf：通过主切削刃上选定点，平行于假定进给运动方：通过主切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于该点基面的平面。向，并垂直于该点基面的平面。PpPp：通过切削刃上选定点同时垂直于：通过切削刃上选定点同时垂直于PrPr和和PfPf的平面。的平面。假定工作平面参考系假定工作平面参考系Pr-Pf-Pp Pr、Ps 坐标平面坐标平面 PO、Pn、Pf、Pp 测量平面测量平面法平面参考系刀具标注角度法平面参考系刀具标注角度v法平面参考系刀具标注角度，在基面法平面参考系刀具标注角度，在基面

28、PrPr和和切削平面切削平面PsPs内表示的角度内表示的角度r r、r r、r r和和s s与正交平面参考系是相同的。与正交平面参考系是相同的。v将将O O 、o o、o o改为在法平面改为在法平面PnPn内的法向内的法向前角前角n n、法向后角法向后角n n 、和法向、和法向楔角楔角n n 。假定工作平面参考系刀具标注角度假定工作平面参考系刀具标注角度v假定工作平面参考系刀具标注角度，只有在假定工作平面参考系刀具标注角度，只有在基面基面PrPr内表示的角度内表示的角度r r、r r、r r与正交与正交平面参考系是相同的。平面参考系是相同的。vP Pf f中标注：侧（进给）前角中标注：侧（进给

29、）前角f f、侧（进给）侧（进给）后角后角f f 、进给、进给楔角楔角f f 。vP Pp p中标注：（背）切深前角中标注：（背）切深前角p p、 （背）（背）切切深后角深后角p p 、切深、切深楔角楔角p p 。 在设计和制造刀具时，需要对不同参考系的在设计和制造刀具时，需要对不同参考系的标注角度进行换算也就是正交平面、法平面、标注角度进行换算也就是正交平面、法平面、假定工作平面之间的角度换算。假定工作平面之间的角度换算。例如：在刀具设计、制造、刃磨和检验中，常例如：在刀具设计、制造、刃磨和检验中，常常需要知道主刀刃在法平面内的角度；许多斜常需要知道主刀刃在法平面内的角度；许多斜角切削刀具，

30、特别是大刃倾角刀具，必须标注角切削刀具，特别是大刃倾角刀具，必须标注法平面角度。法平面角度。第三节第三节 刀具刀具角度的换算角度的换算法向前角法向前角Maactgn法向后角法向后角图图1-11一、法向前角一、法向前角n n、法向后角法向后角n n的计算的计算2 2）垂直于基面任意剖面）垂直于基面任意剖面P P 内前角内前角 、后角后角 的计算的计算sstgABDFtgABAEABtgDFtgAEABDCEFABDCBDABBCtg00cossin0stgtgtgcossin0stgtgtgrsrprKtgKtgtgKsincos900时，切深前角当rsrfrKtgKtgtgKcossin180

31、0时，进给前角当pfstgtgtgtgtg22202maxstgtgtg0max求极值得最求极值得最大前角：大前角：最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之间的夹角：最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之间的夹角：cossin0stgctgctgrsrprKtgKctgctgKsincos900时，当rsrfrKtgKctgctgKcossin1800时，当pfstgctgtgctgtg22202min11求极值得最求极值得最小后角：小后角：同理求出任意剖面同理求出任意剖面P P 内的后角内的后角 )sin()cos()(9000rrrKKtgKKtgtgKKrsrr时，当)cos()sin

32、()(1800rrSrKKtgKKtgtgKKrsrr时，当当主副切削刃在同一平面型公共前刀面上时，副当主副切削刃在同一平面型公共前刀面上时，副前角前角 和副切削刃刃倾角和副切削刃刃倾角0S刀具刀具一面需要一面需要标注两个角度标注两个角度第四节第四节 刀具刀具角度的一面角度的一面两角分析法两角分析法直头外圆车刀直头外圆车刀45弯头车刀弯头车刀切断刀切断刀fnPsPrPo0 r已加工面 r刀具工作角度的参考系平面刀具工作角度的参考系平面 与静态系统中与静态系统中正交平面参考系正交平面参考系建立的定建立的定义和程序相似，不同点就在于它以义和程序相似，不同点就在于它以合成切合成切削运动削运动e e或

33、或刀具安装位置条件刀具安装位置条件来确定工作来确定工作参考系的基面参考系的基面p prere。 由于工作基面的变化，将带来切削平面由于工作基面的变化，将带来切削平面p psese的变化，从而导致工作前角的变化，从而导致工作前角oeoe、工作、工作后角后角oeoe 的变化。的变化。第五节第五节 刀具刀具的工作角度的工作角度工作基面工作基面rere通过主切削刃上选定点，垂直于该点合成切削速通过主切削刃上选定点，垂直于该点合成切削速度方向的平面。度方向的平面。工作切削平面工作切削平面sese通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于该点工作基面的平面。直

34、于该点工作基面的平面。工作正交平面工作正交平面oeoe通过主切削刃上选定点，垂直于工作基面和工通过主切削刃上选定点，垂直于工作基面和工作切削平面的平面。作切削平面的平面。 为保证刀具有合理的切削条件，这时应根据为保证刀具有合理的切削条件，这时应根据刀具的工作角度来换算出刀具的标注角度。刀具的工作角度来换算出刀具的标注角度。1 1）刀杆中心线偏斜对工作角度的影响）刀杆中心线偏斜对工作角度的影响 当车刀刀杆的中心线与进给方向不垂直时，当车刀刀杆的中心线与进给方向不垂直时，车刀的主偏角车刀的主偏角和副偏角和副偏角 将发生变化。将发生变化。2 2）刀具安装高低对工作角度的影响）刀具安装高低对工作角度的

35、影响 车削外圆时，车刀的刀尖一般与工件轴心是等高的。如车削外圆时，车刀的刀尖一般与工件轴心是等高的。如果刀尖高于或低于工件轴线，则此时的切削速度方向发生变果刀尖高于或低于工件轴线，则此时的切削速度方向发生变化，引起基面和切削平面的位置改变，从而使车刀的实际切化，引起基面和切削平面的位置改变，从而使车刀的实际切削角度发生变化。削角度发生变化。22)2/(coshdhtgKtgtgwprpooeooe刀尖高于工件轴线时前角增大，刀尖高于工件轴线时前角增大，后角减小后角减小进给量越大，工件直径进给量越大，工件直径越小越小，则工作角度值的变化就越大。，则工作角度值的变化就越大。在车削大螺距螺纹或蜗杆时

36、，进在车削大螺距螺纹或蜗杆时，进给量很大，故给量很大，故 0 0值较大，此时值较大，此时就必须考虑它对刀具工作角度的就必须考虑它对刀具工作角度的影响。影响。3 3）轴向进给运动对工作角度的影响）轴向进给运动对工作角度的影响wrooeooedftgKtgtgsin0004 4）进给运动方向不平行工件轴线对主）进给运动方向不平行工件轴线对主、副偏角的影响、副偏角的影响第六节第六节 切削层与切削方切削层与切削方式式v切削层是指工件上正被刀具切削层是指工件上正被刀具切削刃切削着的一层金属。切削刃切削着的一层金属。v切削层参数切削层参数基面中测量基面中测量的切削层长度、宽度和面积。的切削层长度、宽度和面

37、积。v它们与切削用量它们与切削用量f、ap 有关。有关。vADEADE是残留面积，影响表是残留面积，影响表面粗糙度面粗糙度一、一、切削层参数切削层参数(1)(1)切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D垂直于正在加工的表面垂直于正在加工的表面( (过过渡表面渡表面) )度量的切削层参数。它反映了切削刃单位度量的切削层参数。它反映了切削刃单位长度上的切削负荷。长度上的切削负荷。(2)(2)切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D平行于正在加工的表面平行于正在加工的表面( (过过渡表面渡表面) )度量的切削层参数。它反映了切削刃参加度量的切削层参数。它反映了切削刃参加切削的工作长度。切削的工作长度

38、。 (3)(3)切削层公称横截面积切削层公称横截面积A AD D在切削层参数平面内度在切削层参数平面内度量的横截面积。量的横截面积。fabhApDDDrpDKabsin/rDKfhsin各种切削加工的切削层参数各种切削加工的切削层参数二、切削方式二、切削方式1.自由切削与非自由切削自由切削与非自由切削自由切削：只有一条切削刃参加切削。自由切削：只有一条切削刃参加切削。非自由切削：主、副切削刃同时参加切削。非自由切削：主、副切削刃同时参加切削。2.直角直角(正交）切削与斜角正交）切削与斜角( (非正交）非正交）切削切削直角切削：直角切削：s0，切削刃与切削速度垂直，切削刃与切削速度垂直斜角切削：

39、斜角切削：s0，切削刃与切削速度不垂直。，切削刃与切削速度不垂直。(a) 直角切削 (b) 斜角切削图 宽刃刨刀刨削工件小小 结结n任何一种切削加工都必须满足一定的条件，即：刀具和工件间要有形成零件结构要素所需的相对运动；刀具必须具有一定的空间几何结构；刀具材料的性能能够满足切削加工的需要。n1.在切削加工中的运动包括切削运动和辅助运动两类。切削运动包括主运动和进给运动主运动和进给运动。主运动和进给运动可分别用切削速度、进给量、背吃刀量切削速度、进给量、背吃刀量（称为切削用量三要素）来定量描述。n2.车刀是结构最简单，车刀由刀杆和切削部分组成，车刀的主要几何要素可归纳为：“三面、两刃、一三面、

40、两刃、一尖、六角尖、六角”。“一尖”指刀尖，“两刃“指主、副切削刃，“三面”指前面和主、副后面，“六角”指前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角。要准确掌握这些几何要素的概念，并能够熟练地标注。n3.描述和标注刀具切削部分各级和要素在空间上位置的参考坐标系有两类，即静态参考系（或称标注标注参考系）参考系）和动态参考系（或称为工作参考系工作参考系），两者的区别在于前者是在一定的假设条件下建立的，而后者是根据生产中的实际状况建立的。n4. 进给运动将导致纵向车削和横向车削时刀具的前角增大、前角增大、后角减小后角减小，尤其是在加工多头螺纹、切断工件时，影响更大。刀具安装位置偏高（或低）将导致外表

41、面车削时刀具的工作前角加大，后角减小（或前角减小，后角加大）；刀具安装位置对内表面车削时的工作角度的影响与外表面车削时刚好相反。刀具安装基面与主运动方向不垂直或刀杆中心线与假定进给运动方向不垂直等将引起车刀的多个角度发生变化。n5. 切削层公称宽度、切削层公称厚度和切削层公称横截面积是描述切削层的基本参数，与进给量、背吃刀量、主偏角有关系。n6.了解自由切削和非自由切削、直角切削和斜角切削概念。 作业nP20n1-1 车80至60n1-5n1-6n1-9n1-10 作图表示直头外圆车刀、45车刀、90 车刀、切断刀的六个基本角度。 车刀是金属切削加工中应用最广泛的一种车刀是金属切削加工中应用最

42、广泛的一种刀具，是研究其他刀具的基础。刀具，是研究其他刀具的基础。 车刀可用于各种车床上，可用来加工外圆、车刀可用于各种车床上，可用来加工外圆、内孔、端面、螺纹及各种内、外回转体成形表内孔、端面、螺纹及各种内、外回转体成形表面，也可用于切断和切槽等，因此车刀类型很面，也可用于切断和切槽等，因此车刀类型很多，形状、结构、尺寸也各异（多，形状、结构、尺寸也各异（见图所示见图所示）。）。 车刀的结构形式有整体式、焊接式、机夹车刀的结构形式有整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式等。重磨式和机夹可转位式等。三. 车刀 焊接式车刀焊接式车刀就是在碳钢（一般用就是在碳钢（一般用4545钢）刀杆钢）刀杆上

43、按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选定的几何角质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选定的几何角度刃磨后使用的车刀。度刃磨后使用的车刀。 焊接式车刀结构简单、刚性好、适应性强焊接式车刀结构简单、刚性好、适应性强，可以根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的，可以根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度。几何角度。1.1.硬质合金焊接式车刀硬质合金焊接式车刀缺点：缺点：1 1）切削性能主要取决于工人刃磨的技术水平。）切削性能主要取决于工人刃磨的技术水平。2 2）经过高温焊接，硬质合金刀片易产生热应力，）经过高温焊接，硬质合金刀

44、片易产生热应力，严重时会出现裂纹，使硬质合金的切削性能严重时会出现裂纹，使硬质合金的切削性能下降，对提高生产率不利。下降，对提高生产率不利。3 3）刀杆不能重复使用，当刀片用完或崩坏后刀）刀杆不能重复使用，当刀片用完或崩坏后刀杆也随之报废，造成很大浪费。杆也随之报废，造成很大浪费。优点：优点： 结构简单、刚性好、适应性强，可以根据结构简单、刚性好、适应性强，可以根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度。选用：选用：1 1）硬质合金刀片型号）硬质合金刀片型号( (表示形状和尺寸表示形状和尺寸) )已经标已经标准化，可根据需要选用。准化，可根据需要选用。

45、2 2）刀杆的截面形状有正方形、矩形和圆形，一）刀杆的截面形状有正方形、矩形和圆形，一般是根据机床的中心高和切削力的大小来选般是根据机床的中心高和切削力的大小来选择其截面尺寸和长度。择其截面尺寸和长度。2.2.硬质合金机夹重磨式车刀硬质合金机夹重磨式车刀 用机械的方法将用机械的方法将硬质合金刀片夹固在硬质合金刀片夹固在刀杆上的车刀。刀片刀杆上的车刀。刀片磨损后，可卸下重磨，磨损后，可卸下重磨，然后再安装使用。然后再安装使用。 可避免焊接引起的缺陷，刀杆可多次重复使用。可避免焊接引起的缺陷，刀杆可多次重复使用。结构较复杂，刀片重磨时仍有可能产生应力和裂纹。结构较复杂，刀片重磨时仍有可能产生应力和

46、裂纹。3.3.机夹可转位式车刀机夹可转位式车刀 将预先加工好的有一定几何将预先加工好的有一定几何角度的多角硬质合金刀片，用机角度的多角硬质合金刀片，用机械的方法装夹在特制的刀杆上的械的方法装夹在特制的刀杆上的车刀。车刀。 由于刀具的几何角度是由刀片形状及其在刀由于刀具的几何角度是由刀片形状及其在刀杆槽中的安装位置来确定的，故不需要刃磨。杆槽中的安装位置来确定的，故不需要刃磨。 当一个切削刃磨钝后，只要松开刀片夹紧元当一个切削刃磨钝后，只要松开刀片夹紧元件，将刀片转位，改用另一新切削刃，重新夹紧件，将刀片转位，改用另一新切削刃，重新夹紧后即可继续切削。待全部刀刃都磨钝后，再装上后即可继续切削。待

47、全部刀刃都磨钝后，再装上新刀片又可继续使用新刀片又可继续使用1)1)车刀几何参数完全由刀片和刀槽保证，不受工人技术水车刀几何参数完全由刀片和刀槽保证，不受工人技术水平的影响，因此其切削性能稳定，适于大批大量生产。平的影响，因此其切削性能稳定，适于大批大量生产。2)2)由于刀片上制有各种类型的断屑槽，而且几何形状尺寸由于刀片上制有各种类型的断屑槽，而且几何形状尺寸一致性好，只要合理选择刀片的型号就可达到稳定卷屑一致性好，只要合理选择刀片的型号就可达到稳定卷屑和断屑的目的，不致因断屑不稳定而停机。和断屑的目的，不致因断屑不稳定而停机。3)3)大大减少了刀杆的制造量，节省了刀具制造和管理费用，大大减

48、少了刀杆的制造量，节省了刀具制造和管理费用，也缩短了工人装刀、卸刀及刃磨等所需的辅助时间。也缩短了工人装刀、卸刀及刃磨等所需的辅助时间。4)4)刀杆可以多次使用，大大降低了刀杆材料的消耗量。刀杆可以多次使用，大大降低了刀杆材料的消耗量。5)5)新型刀具材料新型刀具材料( (新型硬质合金，涂层硬质合金，新型陶瓷新型硬质合金，涂层硬质合金，新型陶瓷等等) ) 的耐用度较高，适宜制成可转位刀片。的耐用度较高，适宜制成可转位刀片。6)6)可转位刀片的刀片、刀杆标准化程度高，可简化工具的可转位刀片的刀片、刀杆标准化程度高，可简化工具的管理工作。管理工作。优点：优点：硬质合金可转位刀片已国家标准化。刀片的

49、常用形状为：硬质合金可转位刀片已国家标准化。刀片的常用形状为：硬质合金可转位刀片硬质合金可转位刀片可转位刀片的选用可转位刀片的选用 选择选择刀片的形状刀片的形状时，主要是考虑加工工序时，主要是考虑加工工序的性质、工件的形状、刀具的寿命和刀片的利的性质、工件的形状、刀具的寿命和刀片的利用率等因素。用率等因素。 选择选择刀片的尺寸刀片的尺寸时，主要是考虑切削刃工时，主要是考虑切削刃工作长度、刀片的强度、加工表面质量及工艺系作长度、刀片的强度、加工表面质量及工艺系统剐性等因素。统剐性等因素。v定位准确定位准确：刀片转位或更换刀片后，刀尖：刀片转位或更换刀片后，刀尖位置的变化应在工件精度允许的范围内。位置的变化应在工件精度允许的范围内。v操作方便操作方便：刀片转位或更换刀片时，操作：刀片转位或更换刀片时，操作应简便迅速。应简便迅速。v动作可靠动作可靠。夹紧元件的动作幅度应保证在。夹紧元件的动作幅度应保证在刀片和刀槽公差范围内将刀片夹紧。刀片和刀槽公差范围内将刀片夹紧。v结构合理结构合理：夹紧元件不应防碍切屑的流出。：夹紧元件不应防碍切屑的流出。可转