教学单元2-刀具基本定义

金属切削加工与刀具教学单元2：刀具基本定义本章主要内容切削运动、切削用量与切削层参数：主运动、进给运动、切削速度、进给量、背吃刀量、切削厚度、切削宽度、切削层横截面积刀具在静止参考系内的切削角度：刀具组成、刀具静止参考系、刀具角度定义、刀具角度的图示刀具的工作角度:刀具工作参考系、刀具安装对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响思考：下列切削运动的主运动和进给运动分别是什么？2.1切削运动及其形成的表面

金属切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层（余量），以获得具有一定的形状、尺寸，位置精度和表面质量零件的加工必备三个条件：刀具与工件之间要有相对运动刀具具有适当的几何角度刀具材料具有一定的切削性能一、切削运动刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动1、主运动由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件。（刀具或工件）消耗功率最大，速度最高，有且仅有一个形式：旋转运动（车、镗削的主轴转动）直线运动（刨、拉削的刀具移动）主体：工件转（车）；刀具转（铣）2、进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断地或连续地切除切屑，并得出具有所需几何特性的已加工表面。速度一般较低，功率也较小。运动形式：连续运动，如车削；间歇运动，如刨削一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；进给运动由拉刀完成，如拉削运动主体：工件，如铣削、磨削；刀具，如车削、钻削二、工件上的加工表面切削加工中，随着切削层（加工余量）不断被刀具切除，工件上有3个处于变动中的表面待加工表面：工件上有待切除之表面已加工表面：工件上经刀具切削后形成的表面过渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一切削刃切除。需注意：在切削加工过程中，三个表面始终处于不断的变动之中(a图)车外圆：主运动—工件转动；进给运动—车刀移动(b图)磨外圆：主运动—砂轮转动；进给运动—工件转动与轴向移动(c图)钻削：主运动—钻头旋转；进给运动—钻头轴向移动(d图)镗孔：主运动—刀具旋转（绕工件轴线）；进给运动—刀具轴向移动（e图)刨削：主运动—刨刀的直线运动；进给运动—工件移动(f图)铣平面：主运动—铣刀旋转；进给运动—工件移动(g图)车成形面：主运动—工件旋转；进给运动—刀具沿工件轮廓轴向移动(h图)铣齿：主运动—铣刀转动；进给运动—工件移动等2.2切削用量切削用量是切削速度、进给量（走刀量）和背吃刀量（切削深度）的总称，也称为切削用量三要素切削用量直接影响工件加工质量、刀具寿命、机床功率损耗及生产率等一、切削速度Vc指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，单位为m/s或m/min。当主运动为旋转运动时，可按下式计算dw—刀具或工件的最大回转直径（mm）

n—主运动转速（r/s或r/min）方向即主运动的方向，切线方向f：刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，mm/rVf：切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，mm/sfz：多齿刀具(如铣刀等，齿数为z)每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量，mm/z则Vf、fz与f的关系为：Vf＝nf＝nzfz二、进给量f或进给速度Vf主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值，单位为mm车削外圆、内孔等回转表面时，ap是工件上已加工表面与待加工表面间的垂直距离，即ap=(dw－dm)/2钻孔时

ap=dw/2三、背吃刀量ap（切削深度）四、切削时间tm切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需要的时间，单位为min，衡量切削效率高低的指标。五、材料切除率Q在特定瞬间，单位时间内所切除材料的体积，衡量切削效率高低的另一个指标。切削层的形状和尺寸直接决定了刀具切削部分所承受的载荷大小及切屑的形状和尺寸一、切削层参数2.3切削层与切削方式1、作用切削刃在特定瞬间，刀具切削刃实际参与切削，并在工件上产生过渡表面和已加工表面的那段刃称为作用切削刃，它由作用主切削刃(AB)和作用副切削刃(BC)两段组成。2、切削刃基点D

作用主切削刃上的特定参考点称为切削刃基点D，用以确定作用切削刃截形和切削层尺寸等基本几何参数，通常把它定在将作用切削刃分成两相等长度的点上(图中点D)。3、切削层尺寸平面通过切削刃基点并垂直于该点主运动方向的平面4、切削层公称宽度bD

简称切削宽度，它是给定瞬间作用主切削刃在切削层尺寸平面上的投影(即作用主切削刃截形)的两个极限点间的距离，单位为mm。当主切削刃为直线且刀尖圆弧半径很小时

5、切削层公称厚度hD

简称切削厚度，它是两相邻过渡表面间的距离，单位为mm。若切削刃为曲线时，切削层厚度随作用在切削刃上的选定点的位置变化而变化，越接近刀尖切削厚度越小；当作用切削刃为直线时

6、切削层公称横截面积AD

简称切削层面积，它是给定瞬间切削层在切削层尺寸平面内的实际横截面积，单位为mm2。当主切削刃为直线且刀尖圆弧半径很小时结论：影响切削宽度的因素有背吃刀量和主偏角影响切削厚度的因素有进给量和主偏角当进给量和背吃刀量一定时，主偏角越大，切削厚度越大，但切削宽度越小1、自由切削和非自由切削自由切削：只有一个切削刃参加切削的情况称为自由切削。宽刃刨刀刨削工件的情况就属于自由切削。非自由切削：由非直线切削刃或多条直线切削刃同时参加切削的情况称为非自由切削。车外圆、铣键槽等属于非自由切削。特点：自由切削时，切削刃上各点的切屑流向大致相同，切屑变形简单；非自由切削时，切削刃上各点切屑流向互相干扰，切屑变形复杂。二、切削方式2.直角切削和斜角切削直角切削：是指主切削刃与切削速度方向垂直的切削，这时主切削刃包含在基面内(刃倾角0°)，切屑流向与切削刃的法线方向相同。斜角切削：是指主切削刃与切削速度方向不垂直的切削，这时主切削刃不包含在基面内(刃倾角0°)，切屑流向偏离切削刃的法线方向。(a)直角切削(b)斜角切削小结主运动、进给运动待加工表面、已加工表面、过渡表面切削三要素：切削速度、进给量、背吃刀量切削层参数：切削厚度、切削宽度、切削层横截面积切削时间2.4刀具几何角度刀具种类很多，形状各异，但其切削部分都可看作是外圆车刀的演变和组合由夹持部分(刀柄)和切削部分(刀头)两大部分组成。夹持部分:为矩形(外圆车削)或圆形(镗孔)切削部分根据需要制造成多种形状。车刀切削部分的结构要素:包括三个切削刀面、两条切削刃和一个刀尖。一、车刀组成前刀面Aγ：切屑沿其流出的刀面。控制切屑流向主后面Aα：刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，与工件过渡表面相对。副后面Aα’

：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。主切削刃S：前刀面与主后面的交线。承担主要切削工作。副切削刃S’

：前刀面与副后面的交线。担负少量切削工作刀尖：主、副切削刃交汇处。一小段直线或圆弧。

刀尖形状二、刀具角度的参考系静止参考系（标注角度参考系）：刀具设计、制造、刃磨和测量工作角度参考系：确定刀具实际工作角度

③刀柄的中心线垂直于进给方向

⑥背平面Pp1、静止参考系的假定条件2、静止参考系的主要坐标平面①基面Pr②切削平面Ps③正交平面Po④假定工作平面Pf①不考虑进给运动②车刀刀尖与工件轴线等高

⑤法平面Pn(a)正交平面与法平面参考系(b)假定工作平面、背平面参考系3、定义与说明④法平面：是指过切削刃上某选定点，与切削刃垂直的平面，用Pn表示①基面：是通过切削刃选定点并垂直于假定的主运动方向的平面，用Pr表示②切削平面：是通过切削刃选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面，用Ps表示③正交平面：(又称主剖面)是通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面，用Po表示⑤假定工作平面：(又称进给剖面)是通过切削刃选定点与基面垂直，且与假定的进给运动方向平行的平面，用Pf表示⑥背平面：(又称切深剖面)是通过切削刃选定点并同时垂直于基面和假定工作平面的平面，用Pp表示常见刀具标注角度参考系正交平面参考系：基面、切削平面、正交平面法平面参考系：基面、切削平面、法平面假定工作平面参考系：基面、假定工作平面、背平面注：如果切削刃选定点在副切削刃上，则所定义的是副切削刃标注参考系的平面，应在相应的符号右上角加标“′”表示。三、正交平面参考系刀具标注角度刀具正负角度的规定前角正负规定：在正交平面中，若前刀面在基面之下时，为正值；之上为负值；重合时为零。后角也有正负之分，但在切削加工中，一般只有正值。刃倾角正负规定：主切削刃与基面重合或平行时，为零。刀尖相对于车刀底面处于最高点时，刃倾角为正；处于最低点时，为负。四、常用车刀标注角度举例1、90°外圆车刀结构分析：主偏角为90°，用于车削外圆或端面，尤其适于刚性较差的细长轴类零件的车削加工。有3个刀面：前刀面、后刀面、副后刀面，所以定位角度有6个，即前刀面---前角、刃倾角，后刀面---后角、主偏角，副后刀面---副后角、副偏角。一面二角分析法：空间任一平面定位只需两个角度

绘图步骤：

(1)画出刀具在基面中的投影，取主偏角为90º，并标注进给运动方向，明确后刀面与副后刀面，主切削刃与副切削刃的位置及刀宽。

(2)画出切削平面(向视图)中的投影，标注向视图位置。

(3)画出主剖面、副剖面。

(4)标注角度(此处用符号表示)2、切断刀结构分析：切断刀采用横向进给方式对工件进行切槽或切断。切断刀共有4个刀面；两个刀尖；一条主切削刃，两条副切削刃，所以定位角度有8个：前刀面---前角、刃倾角，主后刀面---主偏角、后角，左、右副后刀面----2个副偏角和2个副后角。特点：前宽后窄；上宽下窄；主刀刃短；副刀刃长，左右对称。3、刀具角度绘图步骤绘图时，要求按国家制图标准，视图间符合投影关系；一般用正交平面参考系标注刀具角度；刀具角度按实际值绘制（必要时可用放大画法），结构尺寸按比例绘制；图中只标注基本角度和参数，派生角度不需表示。1、选刀具基面投影图作为主视图，画出进给方向，标出主偏角和副偏角，图中反映出刀柄安装面宽度和刀尖位置。2、画出（正交平面）主刀刃上主剖视图，标出前角和后角。剖视图中切削刃至刀柄安装面高度可近似用刀柄高度尺寸绘制。3、画出副刀刃上（副正交平面）副剖视图，标出副后角。4、画出切削平面向视图，标出刃倾角，图中反映刀柄高度。5、必要时画出局部放大图，标出刀具的其它参数。75°强力车刀银白屑车刀五、刀具的工作角度刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度刀具实际切削时，若考虑实际进给运动和安装情况的影响，刀具角度的参考系将发生变化，其工作角度将不同于标注角度与静止系统中正交平面参考系建立的定义和程序相似，不同点就在于它以合成切削运动ve或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面pre由于工作基面的变化，将带来工作切削平面pse的变化，从而导致工作前角γoe、工作后角αoe的变化ve=vc+vf1、刀具安装高低对工作角度的影响在车、镗内孔时，切削刃上选定点安装位置高低引起的工作角度变化和车外圆刚好相反背平面内工作参考系相对于静止参考系内相应偏转角度正交平面内工作参考系相对于静止参考系内相应偏转角度

选定点的工作前角和工作后角为

注：当安装位置偏高时，用上边符号；当安装位置偏低时，用下边符号。2、刀具安装偏斜对工作角度的影响3、进给运动对工作角度的影响(1)横向进给的影响以横向进给为主工作的刀具(如切断刀、车槽刀和径向成形车刀等)，应当适当加大标注后角(2)纵向进给的影响在纵车外圆时，纵向进给运动引起的刀具角度变化很小，可忽略不计；但在车螺纹(尤其是车多头螺纹)时，影响必须要考虑六、螺纹车刀工作角度（1）螺纹的基本要素有哪些?（2）解释螺纹代号：M16-LH-5g6g-L（3）概念：螺纹升角1、螺纹升角的影响车削螺纹时螺纹升角引起切削平面和基面位置改变1-工作时的切削平面；2，5-工作时的基面；3-静止时的基面；4-前刀面