《金属切削原理与刀具》课件 1基本定义

第一节

切削运动及切削参数

按工件与刀具相对运动所起作用不同来分，切削运动可分为主运动和进给运动。1、主运动

车床主轴带动工件旋转切下切屑所必需的运动。（切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动）主运动切削速度最高，消耗能量最大；可由工件完成，也可由刀具完成；一、切削运动机床通常只有一个主运动；可以是直线运动，也可以是回转运动；切削速度v，主运动方向2、进给运动

为保持继续切削所需的工件与刀具的相对运动。运动速度低，消耗功率小；可由工件完成，也可由刀具完成；进给运动可以有几个，可以是连续运动，也可以是间歇运动；可以是直线运动，也可以是回转运动，或者是两者的组合；进给速度vf，进给运动方向。图1-1车削运动、形成的表面、切削层和车外圆切削时间的计算

1-待加工表面2-过渡表面3-已加工表面

合成切削运动

当主运动和进给运动同时进行时，刀具切削刃上选定点相对于工件的运动称为合成切削运动。其大小和方向用合成速度向量Ve表示，Ve=V+Vf

进给运动角Ψ：某一瞬时主运动方向与进给运动方向之间的夹角。合成切削速度角η：主运动方向与合成切削方向的夹角。二、车削中所形成表面

切削加工过程是一个动态过程，在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面。即：

1、待加工表面：工件上即将被切削的表面。2、过渡表面（加工表面）：工件上由车刀切削刃正在形成的表面。介于已加工表面和待加工表面之间。3、已加工表面：车刀切削后在工件上形成的表面。三、切削用量

用来表示切削运动的参量。1、切削速度（vc）切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。

由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。

当主运动为旋转运动时：

m/s或m/min式中d—完成主运动的工件或刀具的最大直径，mm；

n—主运动的转速，r/s或r/min。2、进给量（f）刀具在进给运动方向相对工件的位移量(工件每转刀具位移量)，mm/r

进给速度vf表示也可,切削刃上选定点相对于进给运动的瞬时速度。

vf=n·f

(mm/s或mm/min)3、背吃刀量（ap）垂直于进给速度方向的切削层最大尺寸。(基面上测量)外圆车削

式中dw--工件待加工表面直径，mm。

dm--工件已加工表面直径，mm。

车刀切削时，每一个单程所切除的工件材料层。（刀具的刀刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层。）

刀具从位置Ⅰ移到位置Ⅱ切下的工件材料层。

四边形ABCD→切削层公称横截面积四边形ABCE→切削层实际横截面积△AED→残留在已加工表面上的横截面积

AABCD-A△AED=AABCE四、切削层图1-1车削运动、形成的表面、切削层和车外圆切削时间的计算

1-待加工表面2-过渡表面3-已加工表面（1）切削层公称厚度hD

在主切削刃选定点的基面内，垂直于工件过渡表面测量的切削层横断面尺寸。

hD

＝fsinκr

五、切削层参数（影响切屑变形、切削力）（2）切削层公称宽度bD

在主切削刃选定点的基面内，平行于工件过渡表面测量的切削层横断面尺寸。

bD

＝ap/sinκr

（3）切削层公称横截面积AD

在主切削刃选定点的基面内度量的切削层的横截面面积。

AD＝hD

bD＝fapAD只与ap、f有关

反映切削效率高低常用的两指标。1、切削时间tm切削时直接改变工件尺寸、形状等所需时间。车外圆时tm可由下式求出：

提高切削用量三要素vc、f、ap中任何一个，都可缩短切削时间，提高生产效率。2、材料切除率单位时间内所切除材料的体积。第2节

刀具定义及理论角度一、刀具的组成外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，由切削部分（又称刀头）和刀柄组成。

其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。

我们主要研究切削部分的几何参数。切削部分由刀面A、切削刃S和刀尖组成。1、刀面（1）前面：刀具上切屑流过的表面。（2）后面：与工件上过渡表面相对并相互作用的刀具表面。

注：为了提高刃口强度以满足不同加工要求，在前、后面前端可磨出倒棱和刃带。（3）副后面

：与工件上已加工表面相对并相互作用的刀具表面。

前面和后面之间所包含的刀具实体部分→刀楔。2、切削刃（1）主切削刃S：前面与后面的交线。它完成主要的切削工作。（2）副切削刃

：除主切削刃以外的切削刃。（前面与副后面的交线。）它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。切削刃不可能刃磨得很锋利，前面和后面之间总有一些刃口圆弧存在。切削刃口锋利程度可用刃口圆弧半径rn表示。高速钢刀具，rn=0.01～0.02mm；硬质合金刀具，rn=0.02～0.04mm。

图1-3刃口圆弧半径rn3、刀尖主切削刃与副切削刃连接处的一段刀刃。有时为了提高刀具的寿命，在刀尖处磨有圆角或倒角。

图1-4车刀的刀尖

为保证切削加工顺利进行，刀具切削部分必须具有合理的几何角度（表示切削刃和各个刀面的方位角度），必须建立由三个坐标平面组成的参考系。

参考系即定义和规定刀具角度的各基准坐标平面，有两类：刀具静止（标注角度）参考系－是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准。刀具工作参考系－是确定刀具切削工作时角度的基准。二、刀具角度参考系刀具静止（标注角度）参考系

1、假定条件1）假定运动条件：忽略进给运动的影响，用刀具主运动代替合成运动。2）假定安装条件：刀具的底面平行于水平面；刀杆中心线垂直于进给运动方向。（外圆车刀：刀尖与工件中心等高。）2、常用参考系常用的刀具标注角度参考系有三种：（1）正交平面参考系－刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用

基面Pr、

切削平面Ps、

正交平面Po组成；（2）法平面参考系－标注可转位刀具或大刃倾角刀具时常用

Pr、

Ps、法平面Pn组成；（3）假定工作平面参考系－铣削刀槽、刃磨刀面时常用

Pr、假定工作平面Pf、背平面Pp

组成；3、刀具标注角度参考系参考平面

1)基面Pr：通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度的平面。2)切削平面Ps：通过切削刃上选定点，与切削刃相切且与基面Pr垂直的平面。3)正交平面Po：通过切削刃上选定点，同时垂直于该点的基面Pr和切削平面Ps的平面。4)法平面Pn：通过切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。5)假定工作平面Pf：通过切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。6)背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂直于假定工作平面Pf与基面Pr的平面。图1-5基面、切削平面和正交平面

图1-6正交平面参考系主、副切削刃上的坐标平面

图1-7法平面参考系和正交平面参考系

图1-8假定工作平面参考系的坐标平面刀具的标注角度是刀具设计图样上标注出的角度，是刀具制造、刃磨和测量的依据。确定刀具上刀刃位置的角度；确定前面与后面位置的角度。在各类参考系中最基本的刀具角度只有4种类型，即前、后、偏、倾四角。三、正交平面参考系车刀的标注角度1、前角在正交平面中测量的前面与基面之间的夹角。前角表示前面的倾斜程度，有正、负和零值之分。2、后角在正交平面中测量的后面与切削平面之间的夹角。后角表示后面的倾斜程度，一般为正值。

楔角

：前刀面与后刀面的夹角3、主偏角

在基面中测量的切削平面与假定工作平面之间的夹角。（主切削刃在基面上的投影与进给运动方向之间的夹角。）

主偏角一般为正值。4、刃倾角

在切削平面中测量的主切削刃与基面之间的夹角。

图1-9正交平面参考系中的车刀标注角度

图1-10车刀前、后角和刃倾角正、负的规定

a）前、后角b）刃倾角小结

以上四个角度确定了车刀主切削刃及其前面、后面在空间的位置。

确定前面方位确定后面方位“一刃两面四角”确定主切削刃方位

要确定副切削刃及其相关前面、副后面的方位也需要四个角度：副前角γo′、副后角

o′、副偏角kr′和副刃倾角λs′。由于车刀主切削刃和副切削刃共处于同一前面上，当标注了γo、λs两角，前面的方位就确定了，副切削刃前面的定向角γo′、λs′就属于派生角度，不必再标注。（可由角度换算得出）副切削刃上的独立角度只有副偏角kr′和副后角

o′。5、副偏角在基面中测量的副切削平面与假定工作平面之间的夹角。副偏角一般为正值。6、副后角

在副正交平面中测量的副后面与副切削平面之间的夹角。小结

一把外圆车刀当主、副切削刃共处一个平面时，若要确定刀具主、副切削刃和前面、主后刀面以及副后面在空间的位置，必须标注6个角度：

“两刃四面六角”

（直头外圆车刀、偏头外圆车刀等）

（注：切断刀→“三刃四面八角”）

图1-11车外圆时偏刀的标注角度

图1-12切断刀的标注角度

作业1-1、1-2、1-3画图表示车削端面时正交平面参考系的标注角度。1.4切削方式1、自由切削只有一条主切削刃参加切削工作的情况。切削刃上各点切屑流出的方向相同。切削变形过程较简单，是进行切削实验常用的方法。2、非自由切削主、副切削刃同时参加切削的情况。主副切削刃交汇处金属变形相互干涉，从而使变形较复杂。实际切削通常都是非自由切削。一、自由切削与非自由切削

图1-20正切削和倒切削

a）正切削b）倒切削1、正切削ap远大于f的切削方式。切屑沿着接近正