机械制造技术基础11版-01-基本定义16

焦益群

本课程分为两大局部金属切削原理局部机械制造工艺学局部第一局部金属切削原理第一章根本定义 1.1切削运动与切削用量 1.2刀具切削局部的根本定义 1.3切削层参数与切削方式学习要求：了解切削运动、加工外表及切削用量三要素，掌握刀具几何角度概念，了解工作角度及其变化规律，熟悉切削层参数定义，并灵活运用上述概念。复习思考题：1、刀具工作角度、切削层、切削层三参数？2、简述刀具标注角度的三个假设条件。3、简述切削加工过程中工件上三个不断变化的外表及其定义。4、简述切削用量三要素及其定义。5、刀具标注角度有哪几个参考系？6．解释“三面两刃一尖〞。 用刀具在机床上切除工件上多余的金属，从而使工件的形状、尺寸和外表质量都到达图纸上所要求的加工过程叫金属切削过程。为实现这一切削过程必须具备以下三个条件： ＃工件与刀具之间要有相对运动：即切削运动； ＃刀具必须具有适当的几何参数：即切削角度； ＃刀具材料必须具有一定的切削性能。 本章的内容主要就是说明和切削运动及刀具切削角度有关的根本概念和定义，为在后续各章学习和研究切削过程根本理论及其应用做准备。 一、切削运动 金属切削加工中运动种类很多，如外圆车削，平面刨削、铣削、钻削、拉削等运动。而外圆车削和平面刨削是金属切削加工中常用的方法，现以它们为例来分析工件与刀具间的切削运动。如图为外圆车削时的情况，工件旋转，车刀连续纵向直线进给，于是形成工件的外圆柱外表。外圆车削的切削运动及工件外表 上图是在牛头刨床上刨平面时的情况，刀具作直线往复运动，工件作间歇的直线进给运动。在其他各种切削加工方法中，刀具或工件必须完成一定的切削运动。通常，切削运动按其所起的作用可分为以下两种： 切削运动分为 主运动 进给运动一〕主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最根本的运动。特点：速度高，消耗功率最大。二〕进给运动：使主运动能够继续切除工件上多余的金属，以便形成工件外表所需的运动。特点：速度低，功率小 任何加工方法中，必须要有一个或几个进给运动，主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具单独完成。〔如在钻床上钻孔或铰孔〕。 二、工件上的加工外表 在切削运动作用下，工件上的切削层不断地被刀具切削并转变为切屑，从而加工出所需的工件新外表。在这一外表形成的过程中，工件上有三个不断变化着的外表。 待加工外表 已加工外表 加工外表一〕待加工外表：工件上即将被切去的外表，随着切削过程的进行，它将逐渐减小，直至全部切去。二〕已加工外表：刀具切削后在工件上形成的新的外表，并随着切削的继续进行而逐渐扩大。三〕过渡〔加工〕外表：刀刃正在切削着的外表，并且是切削过程中不断改变着的外表，它总是处在待加工外表与已加工外表之间。

上述这些定义也适应于其它类型的切削加工。其它切削加工的切削运动及工件外表 三、切削用量 切削用量三要素： 切削速度V 进给量f 背吃刀量ap〔切削深度〕一〕切削速度V：切削加工时，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度。对于刀刃上不同点，切削速度可能不同。 当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度由下式确定：d－完成主运动的刀具〔工件〕的最大直径〔mm)n－主运动的转速二〕进给速度或进给量 进给速度Vf：刀刃上选定点相对于工件进给运动速度。 进给量f：工件或刀具的主运动每转工件或刀具两者在进给方向上相对位移量。 在实际生产中也把进给运动称为走刀运动，进给量称为走刀量。三〕背吃刀量ap〔切削深度〕：已加工外表和待加工外表的垂直距离。式中dw——工件待加工外表的直径(mm)；dm——工件已加工外表的直径(mm)。合成切削速度Ve=V+Vf合成切削速度1.2刀具切削局部的根本定义各种刀具切削局部的形状 一、车刀的组成车刀由切削局部和刀杆局部构成 一、车刀的组成车刀由切削局部和刀杆局部构成一〕刀面 前刀面：切下的切屑沿其流出的外表， 主后刀面：与工件上过渡外表相互作用并相对的外表。 副后刀面：与工件上已加工外表相互作用并相对的外表。二〕刀刃 主刀刃：前刀面与主后刀面的相交部位。 副刀刃：前刀面与副后刀面的相交部位，它协助主刀刃完成金属切除工作，最终形成已加工外表。 刀尖：主副刀刃的连接部位，又称过渡刃。它是小的直线段或圆弧段。 从理论上讲，主副刀刃都是直线，它们相交应是个尖点，那么为什么是小的直线或圆弧段。即所谓的“三面、两刃、一尖〞。车刀切削局部的组成

二、确定刀具角度的参考系 要使刀具能把工件上多余的金属切除下来，就必须要有一定的切削角度。也就是刀具的刀刃和刀面要有一定的空间位置。

就像我们在日常生活中用小刀削铅笔一样，总是使小刀倾斜一定的角度，才能把铅笔削好。金属切削也是一样。必须使刀具保持一定的空间位置，也就是使刀具的刀面和刀刃相对于相对于某一平面有一定的夹角，因为刀具角度总是相对于某一平面来说的，而这一系列平面所组成的平面系叫刀具角度参考系。参考系由 参考平面 测量平面组成一〕参考平面： 基面Pr：通过刀刃上选定点，而垂直于合成切削运动向量的平面。 切削平面Ps：通过刀刃上选定点，而与工件加工外表相切的平面。它包含这点的合成切削运动向量。二〕测量平面：标注和测量刀具前后刀面角度的平面。有了参考平面，为什么还要测量平面？ 主剖面〔正交平面〕Po：通过主刀刃上选定点，并且同时垂直于基面和切削平面的平面，它垂直于主刀刃在基面上的投影。 法剖面〔法平面〕Pn：通过主刀刃上选定点，且垂直于主刀刃的平面。 切深剖面〔背平面〕Pp：通过主刀刃上选定点，平行于刀杆轴线且垂直于基面的平面。它与进给方向垂直。 进给剖面〔假定工作平面〕Pf：通过主刀刃上选定点，且同时垂直于刀杆轴线和基面的平面。它与进给方向平行。切深〔背平面〕、进给剖面〔假定工作平面〕

三、刀具标注角度

刀具标注角度：制造和刃磨时所需要的，并在刀具设计图上标注的角度。 由于是在设计图上标注的角度，因此是静态角度，而我们刚刚定义参考平面时，是在相对运动的条件下给出的，这样我们就得有些假设条件，我们规定这些假设条件，目的是使上述的参考平面同刀具的刃磨和检验基准一致，以便于刀具的设计与制造，对于一把外圆车刀，我们规定了以下假设条件。一〕假设条件1.不考虑进给运动的大小，即Vf＝0；2.刀刃上选定点与工件轴线等高；3.刀杆轴线垂直于工件轴线。 在这些假设条件下，我们就可以建立刀具标注角度的参考系二〕刀具标注角度参考系 目前各国采用的标注角度参考系都不统一，但一般可归纳为以下几种： 主剖面〔正交平面〕参考系：由基面－切削平面－主剖面组成，过去我国多采用这种参考系，与欧洲国家相同。 法剖面〔法平面〕参考系：由基面－切削平面－法剖面组成，现在我国参照ISO标准，逐渐兼用主剖面、法剖面参考系。 切深进给剖面〔背平面、假定工作平面〕参考系：由基面－切削平面－切深剖面－进给剖面组成，这种参考系常见于美日文献。 切深进给剖面参考系由四个平面组成，而主剖面、法剖面参考系各由三个平面组成，为什么？车刀正交平面与法平面参考系车刀假定工作平Pf面与背平面Pp参考系

四、刀具标注角度 刀具标注角度 确定刀刃位置的角度 确定刀面位置的角度一〕确定刀刃位置的角度 主偏角κr：在基面上测量，主刀刃在基面上投影与进给方向的夹角； 副偏角κr＇：在基面上测量，副刀刃在基面上投影与进给方向的夹角；

刃倾角λs：在基面上测量，主刀刃与基面的夹角。外圆车刀正交平面参考系标注角度二〕确定刀面位置的角度 前角γo：通过主刀刃上选定点，在测量平面内，前刀面与基面之间的夹角。它确定前刀面的位置。对于不同的测量平面，前角不同。 主剖面Po－主剖面前角γo 法剖面Pn－法剖面前角γn 切深剖面Pp－切深剖面前角γp 进给剖面Pf－进给剖面前角γf

后角αo

：通过主刀刃上选定点，在测量平面内，后刀面与切削平面之间的夹角。它确定主后刀面的位置。对于不同的测量平面，后角不同。 主剖面Po－主剖面后角αo

法剖面Pn－法剖面后角αn

切深剖面Pp－切深剖面后角αp

进给剖面Pf－进给剖面后角αf

法剖面角度切深进给剖面角度

刀具前后角及刃倾角的正负 当刀尖位于刀刃的最高点，λs为正，当刀尖位于刀刃的最低点，λs为负。这与过去有些参考书中尤其是俄文资料中所介绍的相反，过去是从刀刃强度出发来考虑，现在是从刀刃锋利程度考虑。

副后角αo

＇：通过副刀刃上选定点，在测量平面内，副后刀面与副切削平面之间的夹角。它确定副后刀面的位置。有时根据实际需要还可以标注其它角度。

楔角βo：通过主刀刃上选定点的测量平面内，前刀面与主后刀面的夹角。对于不同的测量平面，楔角不同。外圆车刀正交平面参考系标注角度

主剖面－主剖面楔角，法剖面－法剖面楔角，切深剖面－切深剖面楔角，进给剖面－进给剖面楔角

刀尖角εr：在基面上，主副刀刃投影之间的夹角。

余偏角ψr：在基面上，主刀刃投影与进给方向垂线之间的夹角 这样我们就介绍了ISO标准中的所有17各角度。车刀在各参考系中的角度 小结：刀具角度参考系、参考平面和标注角度虽然很多，看起来很复杂，其实是有条理和有规律的。 一个基面、一个切削平面，配上不同的测量平面〔即剖面〕就得到不同的参考系； 一条主刀刃和两个刀面，完全定位只需四个角度；不同参考系内的根本角度值不同，但不外乎是前角、后角、主偏角、刃倾角这四个根本角度； 再加几个派生角度〔如楔角、刀尖角、余偏角〕和副偏角，就得到ISO标准中规定的所有标注角度。

五、刀具工作角度

刀具工作角度：刀具在工作条件下的角度。 上述讲到的刀具标注角度是在假设条件下的角度，没有考虑进给运动的大小和刀具参考系的影响，如把他们都考虑进去，那么刀具角度将如何变化？一〕进给运动的影响 横向进给运动的影响：为考虑横向进给运动时，刀具前角与后角的变化，显然横向进给运动的影响

式中f—工件每转一周时刀具的横向进给量

d—刀刃上选定点o在横向进给切削过程中相对于工件中心线所处的直径，它是不断变化的。因此，这个过程中，前角加大，后角减少，并且

f加大→μ加大→后角减少，故f不宜太大。

d减少→μ加大→后角减少，常在接近中心处用于进给。

纵向进给运动的影响：纵向进给时，刀具角度的变化如下：在主剖面内纵向进给运动的影响 式中d为工件直径，f为螺纹导程〔进给量〕，换算可得tanμ＝f·sinκr/πd二〕刀具安装位置对工作角度的影响 刀尖安装上下对工作角度的影响，设λs＝0当刀尖高于中心h值时刀尖安装上下对工作角度的影响

当刀尖低于工件中心时，情况相反。高→后角减少→接触面积大→减振。故粗加工时，可以高点，精加工时低点。镗内空时，前角如何变化？ 刀杆轴线与进给方向不垂直时的影响如何影响？1.3切削层参数和切削方式 一、切削层参数 切削层：工件同刀具沿进给方向每移动f后，每一刀刃从工件待加工外表上切下的金属层。 切削层参数：就是指这个切削层的截面尺寸，包括切削厚度ac，切削宽度aw，切削面积Ac。切削层切削层切削层 切削厚度：在主刀刃选定点的基面内，垂直于已加工外表测量的切削层尺寸，即两