第一章刀具几何角度及切削要素

金属切削原理与刀具教师：冯和平信箱：pcoqrs@163.com老子曰:勇于敢者死,勇于不敢者活.观察自己在做什么第一章刀具角度与切削要素第一章刀具角度与切削要素第1节

切削运动与切削用量第2节刀具切削部分定义第3节刀具角度换算第4节刀具角度的一面二角分析法

第5节刀具工作角度第6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，是学习切削原理与刀具设计、使用、刃磨的基础。第1节切削运动与切削用量一、切削运动与切削层二、切削用量切削时间与材料切除率三、合成切削运动与合成切削速度一、切削运动与切削层1.概念切削运动：在切削加工时，工件与刀具之间的相对运动。2.分类按所起的作用来划分，切削运动可分为：

1.主运动

2.进给运动如图1-1观察切削过程参考系1.主运动概念：刀具与工件之间最主要的相对运动。形式：主运动可以是旋转运动（如车削、镗削中主轴的运动），也可以是直线运动（如刨削、拉削中的刀具运动）。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。2．进给运动概念：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，以保持切削连续进行或反复进行的运动。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）；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）。一般而言，进给运动速度较低，消耗功率较少。

切削运动刨削：主运动——刨刀的直线运动进给运动——工件移动钻削：主运动——钻头旋转进给运动——钻头轴向移动插齿：主运动——插齿刀上下运动进给运动——工件分度运动等车外圆：主运动——工件高速旋转进给运动——车刀轴向运动磨外圆：主运动——砂轮旋转进给运动——工件转动，砂轮轴向移动铣平面：主运动——铣刀旋转进给运动——工件移动３．工件上的表面切削加工时工件上形成三个不断变化着的表面：（１）已加工表面（２）待加工表面（３）过渡表面３．工件上的表面4.切削层切削层是由切削部分切过工件一个单程所切除的工件材料层。公称横截面积SABCD

实际切削横截面积SABCE

残留横截面积SAED图1-1切削运动、切削层与成形表面

（１）待已加工表面（2）过渡表面（3）已加工表面二、切削用量切削时间与材料切除率切削用量1．切削速度 2．进给量3．背吃刀量（切削深度）

用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工序成本、夹具设计等所必需的参数。1．切削速度 概念：切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度符号：vc计算公式：vc=πdn/1000(m/min)d:刀具选定点的旋转直径（mm）

n:工件或刀具转速(r/min)2.进给量进给量f: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。参看图1-1

单位：mm/r进给速度vf：切削刃选定点相对与工件进给运动的瞬时速度。单位：mm/s;m/s。计算公式：vf=n*f3.背吃刀量（切削深度）背吃刀量ap:垂直于进给运动方向测量的切削层的最大尺寸.（mm）

参看图1-1dw――待加工表面直径dm――已加工表面直径4.切削时间tm概念:直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需要的时间。（单位：min)计算公式：

l:刀具行程长度

A：半径方向加工余量参看下页图1-2图1-2车外圆切削时间计算图5材料切除率Q概念：单位时间内切除掉的材料的体积。单位：mm3/min计算公式：Q=1000apf

vc三、合成切削运动与合成切削速度合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。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。

小结重点掌握切削用量的概念与计算公式第二节刀具切削部分基本定义学习内容：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。

重点：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；难点：刀具切削部分几何参数的基本定义和图示表达；刀具的工作角度概念及影响因素。考点：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；一、刀具的组成一、刀具的组成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。车刀组成

——刀柄（杆）：用于装夹

——刀头：用于切削{刀面刀尖刀刃1.刀面1.前面（Aγ）前面（前刀面）是刀具上切屑流过的表面。2.主后面（Aα）主后面（主后刀面）是与工件上过渡表面相对的表面。3.副后面（A’γ）副后面（副后刀面）是与工件上已加工表面相对的表面。

2.切削刃1.主切削刃（S）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。它完成主要的金属切除工作。

2.副切削刃（S’）副切削刃是前刀面与副后面相交而得到的交线。3.刀尖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，改善散热条件，通常在刀尖处磨有圆弧或直线过渡刃。

4.刀楔为提高刃口强度和满足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，二、刀具角度参考系1.刀具静止参考系：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。在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。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，车刀刀杆中心线垂直于工件轴线。2.刀具工作参考系：用于定义刀具工作时角度的参考系。在该参考系中定义的角度称为刀具的工作角度。静止参考系分类正交平面参考系法平面参考系假定工作平面、背平面参考系

（一）正交平面参考系基面（Pr）：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过回转轴线的平面。主切削平面（Ps）：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，主切削平面则为主切削刃和主运动方向所构成的平面。正交平面（Po）：

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。pr、ps、po组成一个正交的正交平面参考系。（一）正交平面参考系图（二）法平面参考系基面（Pr）：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过回转轴线的平面。主切削平面（Ps）通过主切削选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。法平面（Pn）过切削刃选定点垂直于切削刃的平面。

（二）法平面参考系示图（三）假定工作平面参考系1.基面（Pr）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。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。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。

（三）假定工作平面参考系图三、刀具角度前角

γo

在正交平面中测量的前面与基面间的夹角。后角αo

在正交平面中测量的后面与切削平面间的夹角。刃偏角κr

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κr，副偏角κr'.刃倾角λs在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。正交平面参考系内的标注角度三、刀具角度立体图三、刀具角度投影图三、刀具角度同时副切削刃及其相关的前、后面在空间的定向也需要4个角度，即副刃前角γｏˊ、副后角αoˊ副偏角κ′r、副刃倾角λ′s，它们的定义与主切削刃四角类似。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βo；主、副切削刃在基面上投影的夹角称为刀尖角εr。三、刀具角度法平面度量：法前角γn,后角αn假定工作平面度量:侧前角γf,侧后角f背平面度量p：背前角γp,背后角αp

其它参考系内的标注角度三、刀具角度前面与基面平行时前角为零；前面与切削平面间夹角小于90°时，前角为正；大于90时，前角为负。后面与基面夹角小于90°时，后角为正；大于90°时后角为负。当刀尖处于主切削刃的最低点时，λs<0°，当刀尖处于主切削刃的最高点时，λs>0°；当主切削刃成水平时，λs=0°

刀具角度正负的规定刀具角度正负的规定图小结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；依据工件上的表面确定三个参考系，在参考系内度量角度；参考系是人为设置的、假想的；不同的参考系内有本参考系的一套角度；不同的参考系角度有共性，注意区分和总结；

第三节刀具角度的换算自学要求：了解公式换算的结果第四节刀具角度的一面二角分析法表示空间任意平面方位的定向角度只需要两个。刀具需要标注的独立角度数量是刀面数量的二倍。前面定向用：γo、

λs后面定向用：αo、

κr

'副面定向用：κr'、

α'o1.45⁰弯头车刀2.切断刀3.倒角刀尖、倒棱的参数第五节刀具的工作角度刀具工作角度参考系刀具安装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重要意义一、刀具工作角度参考系概念：用于定义刀具工作时角度的参考系。分类

工作正交平面参考系工作法平面参考系工作假定工作平面、背平面参考系应用最多的是工作正交平面参考系（一）工作正交平面参考系1.工作基面（Pre）过切削刃选定点，垂直于合成切削速度方向的平面。2.工作切削平面（Pse）通过主切削选定点,与切削刃相切并垂直于工作基面的平面。3.工作正交平面（Poe）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。（二）刀具工作角度γoe、

αoe、

κr

e

、λs

eγfe、

αfe、γpe、

αp

e、二、刀具安装对工作角度的影响1刀杆中心线不垂直进给方向时对κr

e、κr

ˊ

e的影响二、刀具安装对工作角度的影响2．刀具安装高低对工作角度的影响三、进给运动对工作角度的影响进给运动方向不平行工件旋转轴线时对κr

e、κr

ˊ

e影响三、进给运动对工作角度的影响纵向进给运动对工作前后角的影响举例：可转动螺纹刀刀架设计原理第6节切削层与切削方式将基面作为切削层参数的测量平面。

1.切削层公称宽度沿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λs=0°，κ′r=0°，则切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：

hD=