金属切削加工基础知识课件.pptx

1.1 1.1 基本定义基本定义 金属切削过程金属切削过程 金属切削过程是工件和刀具相互作用的过程。刀具金属切削过程是工件和刀具相互作用的过程。刀具从工件上切除多余的（或预留的）金属，并在高生产率从工件上切除多余的（或预留的）金属，并在高生产率和低成本的前提下，使工件得到符合技术要求的形状、和低成本的前提下，使工件得到符合技术要求的形状、位置、尺寸精度和表面质量。位置、尺寸精度和表面质量。切削运动切削运动 为实现切削过程，工件与刀具之间要有相对运动，为实现切削过程，工件与刀具之间要有相对运动，即切削运动，它由金属切削机床来完成。即切削运动，它由金属切削机床来完成。工艺系统工艺系统 机床、夹具、刀具和工件，构成一个机械加工工艺机床、夹具、刀具和工件，构成一个机械加工工艺系统，切削过程的各种现象和规律都在这个系统的运动系统，切削过程的各种现象和规律都在这个系统的运动状态中去研究。状态中去研究。基 本 定 义第1页/共75页 切削运动与切削用量 在金属切削过程中，为了要从工件上切去一部分金属，刀具与工件之间必须完成一定的切削运动。如外圆车削时，工件作旋转运动，刀具作连续的纵向直线运动，形成了工件的外圆柱表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面：基 本 定 义第2页/共75页 待加工表面待加工表面：即将被切去金属层的表面；：即将被切去金属层的表面；加工表面加工表面 ：切削刃正在切削着的表面；：切削刃正在切削着的表面；已加工表面已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面。：已经切去一部分金属形成的新表面。这些定义也适用于其它切削。图中分别表示了车削、这些定义也适用于其它切削。图中分别表示了车削、刨削、钻削、铣镗削时的切削运动刨削、钻削、铣镗削时的切削运动。切削运动与切削用量第3页/共75页切削运动切削运动 金属切削机床的基本运动有直线运动直线运动和回转运动回转运动。按切削时工件与刀具相对运动所起的作用可分为主运动和进给运动。如图所示。（1）主运动主运动：切下金属所必须的最主要的运动。特点：通常它的速度最高，消耗机床功率最多。机床的主运动只有一个。例如，车削、镗削的主运动是工件与刀具的相对旋转运动，而刨削是的主运动是刀具相对于工件的直线运动。（2）进给运动进给运动：使新的金属不断投入切削的运动。它保证切 削工作连续或反复进行，从而切除切削层形成已加工表面。特点：机床的进给运动可有一个、两个或多个组成，通常消耗功率较小，进给运动可以是连续运动也可以是间歇运动。切削运动与切削用量第4页/共75页（3 3）合成运动与合成切削速度）合成运动与合成切削速度v v 主运动主运动v v和进给运动和进给运动v v可以由刀具或工件分别完成，可以由刀具或工件分别完成，或由刀具单独完成。或由刀具单独完成。主运动和进给运动可以主运动和进给运动可以同时进行（车削、铣削等），同时进行（车削、铣削等），也可交替进行（刨削等）。也可交替进行（刨削等）。当主运动与进给运动同时当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某进行时，刀具切削刃上某一点相对工件的运动称为一点相对工件的运动称为合成切削运动合成切削运动。合成速度。合成速度向量等于主运动速度与进向量等于主运动速度与进给运动速度的向量和：给运动速度的向量和：v v=v v+v v 切 削 运 动第5页/共75页 切削用量三要素切削用量三要素 在切削加工过程中，需要针对不同的工件材料、刀在切削加工过程中，需要针对不同的工件材料、刀具材料和其它技术经济要求来选定适宜的切削速度具材料和其它技术经济要求来选定适宜的切削速度 v vc c 、进给量、进给量 f(f(或进给速度值或进给速度值v vf f),),还要选定适宜的背吃刀还要选定适宜的背吃刀量值量值a ap p。v vc c 、f f、a ap p 称之为称之为切削用量三要素切削用量三要素。（1 1）切削速度切削速度 大多数切削加工的主运动采用回转运动。回转体大多数切削加工的主运动采用回转运动。回转体(刀具或工件刀具或工件)上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下：如下：式中式中 d d工件或刀具上某一点的回转直径工件或刀具上某一点的回转直径(mm)(mm)；n n工件或刀具的转速（工件或刀具的转速（r/sr/s或或r/minr/min）。）。切削运动与切削用量第6页/共75页 在生产中，磨削速度单位用米在生产中，磨削速度单位用米/秒秒(m/s)(m/s)，其它加工，其它加工的切削速度单位习惯用米的切削速度单位习惯用米/分（分（m/minm/min）。）。在转速在转速n n值一定时，切削刃上各点的切削速度不同。考值一定时，切削刃上各点的切削速度不同。考虑到刀具的磨损和已加工表面质量等因素，计算时，应取虑到刀具的磨损和已加工表面质量等因素，计算时，应取最大的切削速度。最大的切削速度。如：外圆车削时计算待加工表面上的速度如：外圆车削时计算待加工表面上的速度(用用d dw w代入公式），代入公式），内孔车削时计算已加工表面上的速度内孔车削时计算已加工表面上的速度(用用d dm m代入公式代入公式)，钻削时计算钻头外径处的速度。钻削时计算钻头外径处的速度。（2 2）进给速度、进给量和每齿进给量进给速度、进给量和每齿进给量 进给速度是单位时间的进给量进给速度是单位时间的进给量,单位是单位是m/s(mm/min)m/s(mm/min)。进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移向的相对位移 (对于车削、钻削、铰削对于车削、钻削、铰削),),单位是单位是mm/rmm/r。切 削 用 量 三 要 素 第7页/共75页 对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定进给速度，却需要规定间歇进给的进给虽然可以不规定进给速度，却需要规定间歇进给的进给量，其单位为量，其单位为mm/dmm/d.st(st(毫米毫米/双行程）双行程）。对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量，具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/Z(mm/Z(毫米毫米/齿齿)。显然显然 mms或mmmin （3 3）背吃刀量背吃刀量 对于车削和刨削加工来说，背吃刀量对于车削和刨削加工来说，背吃刀量a ap p为工件上为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位是已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位是mmmm。切削用量三要素第8页/共75页外圆柱表面车削的背吃刀量可用下式计算：外圆柱表面车削的背吃刀量可用下式计算：对于钻孔对于钻孔 其中其中 d dm m已加工表面直径已加工表面直径(mm)(mm)；d dw w待加工表面直径待加工表面直径(mm)(mm)。刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的基本定义 刀具切削部分的构造要素刀具切削部分的构造要素 金属切削刀具的切削部分的几何形状与参数都有着金属切削刀具的切削部分的几何形状与参数都有着共性，即不论刀具构造如何复杂，它们的切削部分总是共性，即不论刀具构造如何复杂，它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态。近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态。切 削 用 量 三 要 素第9页/共75页 国际标准化组织国际标准化组织(ISO)(ISO)在确定金属切削刀具的工作部在确定金属切削刀具的工作部分几何形状的一般术语时，就是以车刀切削部分为基础的。分几何形状的一般术语时，就是以车刀切削部分为基础的。刀具切削部分的构造要素刀具切削部分的构造要素(图图1 1、2 2)及其定义和说明如下：及其定义和说明如下：(1)(1)前刀面前刀面 直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的刀面。刀面。根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况分为：根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况分为：主前刀面：主前刀面：与主切削刃毗邻的称为主前刀面；与主切削刃毗邻的称为主前刀面；副前刀面：副前刀面：与副切削刃毗邻的称为副前刀面。与副切削刃毗邻的称为副前刀面。(2)(2)后刀面后刀面 后刀面分为主后刀面与副后刀面。后刀面分为主后刀面与副后刀面。主后刀面：是指与工件上加工表面相互作用和相对着主后刀面：是指与工件上加工表面相互作用和相对着的刀面；的刀面；副后刀面：是与工件上已加工表面相互作用和相对着副后刀面：是与工件上已加工表面相互作用和相对着的刀面。的刀面。刀具切削部分的构造要素第10页/共75页 (3)(3)切削刃切削刃:切削刃是前刀面上直接进行切削的锋边，有切削刃是前刀面上直接进行切削的锋边，有主切削刃和副切削刃之分主切削刃和副切削刃之分。主切削刃：主切削刃：指前刀面与主后刀面相交的锋边，它完成主指前刀面与主后刀面相交的锋边，它完成主要的切除或表面成形工作；要的切除或表面成形工作；副切削刃：副切削刃：指前刀面与副后刀面相交的锋边，它配合指前刀面与副后刀面相交的锋边，它配合主切削刃完成切除工作，并最终形成以加工表面。主切削刃完成切除工作，并最终形成以加工表面。(4)(4)刀尖刀尖 刀尖是主、副切削刃的连接部位。为了强化刀尖，许刀尖是主、副切削刃的连接部位。为了强化刀尖，许多刀具都在刀尖处磨出直线或圆弧形过渡刃。多刀具都在刀尖处磨出直线或圆弧形过渡刃。刀具切削部分的构造要素第11页/共75页刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系 为了确定刀具前刀面、后刀面及切削刃在空间的位置，为了确定刀具前刀面、后刀面及切削刃在空间的位置，首先应建立首先应建立参考系参考系。它是。它是一组用于定义和规定刀具角度的一组用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面。各基准坐标平面。这样就可以用刀具前刀面、后刀面和切这样就可以用刀具前刀面、后刀面和切削刃相对于各基准平面的夹角来表示它们在空间的位置，削刃相对于各基准平面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切削部分的几何角度。这些夹角就是刀具切削部分的几何角度。工作角度：工作角度：把刀具同工件和切削运动联系起来确定的把刀具同工件和切削运动联系起来确定的刀具角度，即刀具在使用状态下刀具角度，即刀具在使用状态下(in use)(in use)的角度。的角度。刀具标注角度参考系：刀具标注角度参考系：任何一把刀具，在使用之前，任何一把刀具，在使用之前，总可以知道它将要安装在什么机床上，将有怎样的切削运总可以知道它将要安装在什么机床上，将有怎样的切削运动，因此也可以预先给出假定的工作条件，并以此确定刀动，因此也可以预先给出假定的工作条件，并以此确定刀具标注角度参考系（所谓的具标注角度参考系（所谓的“静止参考系静止参考系”）。）。刀具标注角度的参考系第12页/共75页确定刀具标注角度参考系的方法：确定刀具标注角度参考系的方法：假定运动条件假定运动条件：首先给出刀具的假定主运动方向和假首先给出刀具的假定主运动方向和假定进给运动方向；其次假定进给速度值很小，可以用主运定进给运动方向；其次假定进给速度值很小，可以用主运动向量近似代替合成速度向量；然后再用平行和垂直于主动向量近似代替合成速度向量；然后再用平行和垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。运动方向的坐标平面构成参考系。假定安装条件假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量时定位与调整的平面或直于刀具上便于制造、刃磨和测量时定位与调整的平面或轴线轴线(如车刀底面、车刀刀杆轴线、铣刀、钻头的轴线等如车刀底面、车刀刀杆轴线、铣刀、钻头的轴线等)。也可以说，假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参也可以说，假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。考系的平面平行或垂直。注：注：“静止系静止系”本质上不是静止的，它仍然是把刀具同工件和运本质上不是静止的，它仍然是把刀具同工件和运动联系起来的一种特定的参考系。动联系起来的一种特定的参考系。刀具标注角度的参考系第13页/共75页 在刀具标注角在刀具标注角度参考系中的刀具度参考系中的刀具角度称为标注角度。角度称为标注角度。刀具标注角度刀具标注角度的参考系的形成如的参考系的形成如右图动画所示，由右图动画所示，由基面、切削平面、基面、切削平面、主剖面等平面构成主剖面等平面构成了主剖面参考系。了主剖面参考系。刀具标注角度的参考系第14页/共75页(1)(1)基面基面Pr 通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。测量的某一安装定位平面或轴线。例如，图示为普通车刀或刨刀的基面，它平行于刀具底面。钻例如，图示为普通车刀或刨刀的基面，它平行于刀具底面。钻头、铣刀和丝锥等旋转类刀具，其切削刃各点的旋转运动头、铣刀和丝锥等旋转类刀具，其切削刃各点的旋转运动(即主运动即主运动)方向，都垂直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，故其基面方向，都垂直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，故其基面Pr r就就是刀具的轴向剖面。是刀具的轴向剖面。刀具标注角度的参考系第15页/共75页(2)(2)切削平面切削平面 PsPs 通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的平面平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的平面。基面和切削平面十分重要。这两个平面加上以下所述的任一剖面，基面和切削平面十分重要。这两个平面加上以下所述的任一剖面，便构成各种不同的刀具标注角度参考系。可以说，不懂得基面和切削便构成各种不同的刀具标注角度参考系。可以说，不懂得基面和切削平面就不懂得刀具。平面就不懂得刀具。(3)(3)主剖面主剖面P Po o和主剖面参考系和主剖面参考系 主剖面是通过切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平主剖面是通过切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。由此可知，主剖面垂直于主切削刃在基面上的面的平面。由此可知，主剖面垂直于主切削刃在基面上的投影。投影。Pr-P-Ps s-P-Po o组成正交的主剖面参考系。组成正交的主剖面参考系。(4)(4)法剖面法剖面 P Pn n和法剖面参考系和法剖面参考系 法剖面是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。法剖面是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。Pr-P-Ps s-P-Pn n组成法剖面参考系。组成法剖面参考系。刀具标注角度的参考系第16页/共75页 右图表示由右图表示由P Po o-P-Pr r-P Ps s组成的一个正交的组成的一个正交的主剖面参考系，这是主剖面参考系，这是目前生产中最常用的目前生产中最常用的刀具标注角度参考系。刀具标注角度参考系。图中同时也表示了一图中同时也表示了一个由个由P Pn n-P-Pr r-P-Ps s 组成组成的法剖面参考系。在的法剖面参考系。在实际使用时一般是分实际使用时一般是分别使用某一个参考系。别使用某一个参考系。刀具标注角度的参考系第17页/共75页(5)(5)进给剖面进给剖面 P Pf f 和背平面和背平面P Pp p及及其组成的进给、背平面参考系其组成的进给、背平面参考系 进给剖面进给剖面P Pf f是通过切削刃选是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向并垂定点，平行于进给运动方向并垂直于基面直于基面P Pr r的平面。通常，它也的平面。通常，它也平行或垂直于刀具上便于制造、平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。或轴线。背平面背平面 P Pp p 是通过切削刃选是通过切削刃选定点，同时垂直于定点，同时垂直于P Pr r和和 P Pf f的平的平面。面。如如:普通车刀和刨刀的普通车刀和刨刀的P Pf f垂直于刀垂直于刀杆轴线；钻头、拉刀、端面车刀、切杆轴线；钻头、拉刀、端面车刀、切断刀等的断刀等的P Pf f 平行于刀具轴线；铣刀的平行于刀具轴线；铣刀的 P Pf f 则垂直于铣刀轴线则垂直于铣刀轴线。由由P Pr r-P-Pf f-P-Pp p 组成一个进给、组成一个进给、背平面参考系，如右图所示。背平面参考系，如右图所示。刀具标注角度的参考系第18页/共75页刀具工作角度的参考系刀具工作角度的参考系 前述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑前述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具考系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用角度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合成切削运动方向来确定参考系，才符合切削加工的实际。合成切削运动方向来确定参考系，才符合切削加工的实际。下图所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于合成下图所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于合成切削运动方向不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦切削运动方向不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦的实际情形有很大的不同的实际情形有很大的不同：刀具切削部分的基本定义(b)(a)(c)第19页/共75页 图图(a)(a)，刀具后刀面同工件已加工表面之间有适宜的，刀具后刀面同工件已加工表面之间有适宜的间隙，切削情况正常；间隙，切削情况正常；图图(b)(b)，刀具的背棱顶在已加工表面上，切削刃无法，刀具的背棱顶在已加工表面上，切削刃无法切入，切削条件被破坏。可见，在这种场合下，只考虑切入，切削条件被破坏。可见，在这种场合下，只考虑主运动的假定条件是不合适的，还必须考虑进给运动速主运动的假定条件是不合适的，还必须考虑进给运动速度的影响，也就是必须考虑合成切削运动方向来确定刀度的影响，也就是必须考虑合成切削运动方向来确定刀具工作角度的参考系；具工作角度的参考系；图图(c)(c)，刀具后刀面与已加工表面全面接触，摩擦严，刀具后刀面与已加工表面全面接触，摩擦严重。重。同样，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。同样，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。只有采用刀具工作角度的参考系，才能反映切削加工的只有采用刀具工作角度的参考系，才能反映切削加工的实际。实际。刀具工作角度的参考系第20页/共75页 刀具工作角度参考系：刀具工作角度参考系：用于定义刀具进行切削加工时几何参数的参考系。该用于定义刀具进行切削加工时几何参数的参考系。该参考系考虑了切削运动和实际安装情况对几何参数的影响参考系考虑了切削运动和实际安装情况对几何参数的影响。刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是：刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是：用用v ve e 取代取代v vc c ，即用实际进给运动方向取代假定进给运，即用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。动方向。刀具的标注角度刀具的标注角度 刀具标注角度刀具标注角度：在刀具的标注角度参考系中确定的切：在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。注意：注意：由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的刀具角度应指明是切削刃选定点处的角度；凡未特殊注明者，所定义的刀具角度应指明是切削刃选定点处的角度；凡未特殊注明者，则指切削刃上与刀尖毗邻的那一点的角度。则指切削刃上与刀尖毗邻的那一点的角度。在切削刃是曲线或者前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的在切削刃是曲线或者前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的角度时，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲线刃或曲面角度时，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲线刃或曲面。刀具的标注角度第21页/共75页主剖面参考系里的标注角度的名称、符号与定义如下主剖面参考系里的标注角度的名称、符号与定义如下图所图所示：示：刀具的标注角度第22页/共75页 前角前角 o：前刀面与基面间的夹角前刀面与基面间的夹角(在主剖面中测量在主剖面中测量)；后角后角 o ：后刀面与切削平面间的夹角后刀面与切削平面间的夹角(在主剖面中测量在主剖面中测量)；主偏角主偏角r：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角；：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角；刃倾角刃倾角s：切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。：切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。上述四个角度就可以确定车刀主切削刃及其前后刀面的上述四个角度就可以确定车刀主切削刃及其前后刀面的方位：方位：o、s确定前刀面的方位确定前刀面的方位,r、o 确定后刀面的方位，确定后刀面的方位，r 、s 确定主切削刃的方位。确定主切削刃的方位。同理，副切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定同理，副切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定位也需用四个角度：即副偏角位也需用四个角度：即副偏角r 、副刃倾角、副刃倾角s 、副前、副前角角 o 、副后角、副后角o。车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上，当车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上，当o、s两者确定后两者确定后,前刀面的方位已经确定前刀面的方位已经确定,o o 、s s两个角两个角度可由度可由o、s 、r、r等角度换算出来等角度换算出来,称为称为派生角度派生角度。刀具的标注角度第23页/共75页 由上分析可知，外圆车刀有三个刀面，两个切削刃，所由上分析可知，外圆车刀有三个刀面，两个切削刃，所需标注的独立角度只有六个。此外，根据分析刀具的需要需标注的独立角度只有六个。此外，根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，它们的名称与定义如下：还要给定几个派生角度，它们的名称与定义如下：楔角楔角o：主剖面中测量的前、后刀面间夹角；：主剖面中测量的前、后刀面间夹角；刀尖角刀尖角r：基面中测量的主、副切削刃间夹角。：基面中测量的主、副切削刃间夹角。前角、刃倾角正负的规定前角、刃倾角正负的规定 ：在主剖面中，前刀面与基面平行时前角为零；前刀面与在主剖面中，前刀面与基面平行时前角为零；前刀面与切削平面间夹角小于切削平面间夹角小于9090时，前角为正；大于时，前角为正；大于9090时，前时，前角为负角为负。刀具的标注角度第24页/共75页 后刀面与基面夹角小于后刀面与基面夹角小于9090时，后角为正；大于时，后角为正；大于9090时后角为负。时后角为负。加工中，后角一加工中，后角一般不选负值。般不选负值。刃倾角的正负如图示：刃倾角的正负如图示：刀具的标注角度刃倾角的正负对排屑方向有影响第25页/共75页刀具角度的换算刀具角度的换算主剖面与法剖面的角度换算在刀具设计、制造、刃磨和检验中，常常需要知道主切削刃在法剖面内的角度。许多斜角切削刀具，特别是大刃倾角刀具，必须标注法剖面角度。下图为刃倾角s的车刀主切削刃在主剖面和法剖面的角度。它们的计算公式如下：主剖面与法剖面的角度换算第26页/共75页以前角计算公式为例，公式推导如下：在直角Mac中,在直角Mab中,在直角abc中,主剖面与法剖面的角度换算,第27页/共75页主剖面与任意剖面的角度换算图示，AGBE为通过主切削刃上A点的基面；Po(AEF)为主剖面；PP和Pf为切深、进给剖面；P(ABC)为垂直于基面的任意剖面，它与主切削刃AH在基面上投影AG间的夹角为；AHCF为前刀面。求解任意剖面P内的前：主剖面与任意剖面的角度换算第28页/共75页得 （a）当 时,所以当 时，可得切深前角p：当 时，可得进给前角f：对式（a）利用微商求极值，可得最大前角g:或 主剖面与任意剖面的角度换算第29页/共75页 最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之间夹角max 为：同理，可得任意剖面内的后角：当 时，当 时，刀具工作角度刀具工作角度如果考虑合成运动和实际安装情况，刀具的参考系将发生变化。按照切削工作的实际情况，在刀具工作角度参考系中所确定的角度，称为工作角度。主剖面与任意剖面的角度换算第30页/共75页 由于通常的进给速度远小于主运动速度，因此，在一由于通常的进给速度远小于主运动速度，因此，在一般的安装条件下，刀具的工作角度近似等于标注角度般的安装条件下，刀具的工作角度近似等于标注角度(误误差不超过差不超过l%)l%)。这样，在大多数场合下。这样，在大多数场合下(如普通车、镗孔、如普通车、镗孔、端铣、周铣端铣、周铣)不必进行工作角度的计算。只有在角度变化不必进行工作角度的计算。只有在角度变化值较大时值较大时(如车螺纹或丝杠、铲背和钻孔时，研究钻心附如车螺纹或丝杠、铲背和钻孔时，研究钻心附近的切削条件或刀具特殊安装时近的切削条件或刀具特殊安装时)，才需要计算工作角度。，才需要计算工作角度。进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响 (1)1)横车横车 以切断车刀为例，在不考虑进给运动时，车刀主切以切断车刀为例，在不考虑进给运动时，车刀主切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一圆周，切削平面削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一圆周，切削平面PsPs为通过切削刃上该点切于圆周的平面，基面为通过切削刃上该点切于圆周的平面，基面PrPr为平行为平行于刀杆底面同时垂直于刀杆底面同时垂直于于PsPs的平面的平面,o o、o o为标注前角和后角。为标注前角和后角。刀具工作角度第31页/共75页 当考虑横向进给运动之后，切削刃选定点相对于工当考虑横向进给运动之后，切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线，切削平面件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线，切削平面P Ps s变为通过切削刃切于螺旋面的平面变为通过切削刃切于螺旋面的平面P Psese,基面也相应倾基面也相应倾斜为斜为P Prere,角度变化值为角度变化值为。工作主剖面工作主剖面 P Poeoe仍为平面。此时在工仍为平面。此时在工作参考系作参考系(P(Prere、P Psese、P Poeoe)内的工作角度内的工作角度oeoe、oeoe为：为：进给运动对工作角度的影响第32页/共75页 合成切削速度角，它是主运动方向与合成切削速度合成切削速度角，它是主运动方向与合成切削速度方向之间的夹角。方向之间的夹角。由定义知由定义知：式中式中 f 进给量；进给量；d 随着车刀进给而不断变化着的切削刃选定点随着车刀进给而不断变化着的切削刃选定点处工件处工件 的旋转直径；的旋转直径；随着切削刃趋近工件中心而增大的随着切削刃趋近工件中心而增大的;在常用进在常用进给量下当切削刃距离工件中给量下当切削刃距离工件中1mm时，时，；再靠近中心，再靠近中心，值急剧增大值急剧增大,工作后角变为负值工作后角变为负值。注意：在铲背加工时注意：在铲背加工时,值很大值很大,它是不可忽略的。它是不可忽略的。进给运动对工作角度的影响第33页/共75页 (2)(2)纵车纵车 由于工作中基面和切削由于工作中基面和切削平面发生了变化平面发生了变化,形成了一形成了一个合成切削速度角个合成切削速度角,引起了引起了工作角度的变化。图中，假工作角度的变化。图中，假定车刀定车刀s s=0=0，在不考虑进，在不考虑进给运动时给运动时,切削平面切削平面P Ps s垂直于垂直于刀杆底面刀杆底面,基面基面PrPr平行于刀杆平行于刀杆底面底面,标注角度为标注角度为o o、o o ；考虑进给运动后，工作切削考虑进给运动后，工作切削平面平面P Psese为切于螺旋面的平面，为切于螺旋面的平面，刀具工作角度的参考系刀具工作角度的参考系(P(Psese、P Prere)倾斜了一个角倾斜了一个角,进给运动对工作角度的影响第34页/共75页则工作进给面则工作进给面(仍为原进给剖面仍为原进给剖面)内的工作角度为：内的工作角度为：,由合成切削速度角定义知：由合成切削速度角定义知：式中式中:f:f 进给量；进给量；d dw w 切削刃选定点在切削刃选定点在A A点时的工件待加工表面直径。点时的工件待加工表面直径。上述角度变化可以换算至主剖面内：上述角度变化可以换算至主剖面内：由上式可知：值不仅与进给量由上式可知：值不仅与进给量f f有关有关,也同工件直径也同工件直径 d dw w有关有关;d dw w越小越小,角度变化值越大。实际上，一般外圆车削角度变化值越大。实际上，一般外圆车削的的值不超过值不超过 ,因此可以忽略不计。但在车螺因此可以忽略不计。但在车螺纹纹,尤其是多头螺纹时尤其是多头螺纹时,的数值很大的数值很大,必须进行工作角度必须进行工作角度计算计算。进给运动对工作角度的影响第35页/共75页刀具安装对工作角度的影响刀具安装对工作角度的影响 (1)(1)刀尖安装高低对工作角度的影响刀尖安装高低对工作角度的影响 如图示如图示,当刀尖安装得高于工件中心线当刀尖安装得高于工件中心线,工作切削平工作切削平面将变为面将变为P Psese,工作基面变为工作基面变为P Prere,工作角度也发生了变化。工作角度也发生了变化。在背平面在背平面（P Pp p-P-Pp p为标注背平面）为标注背平面）内角度变化值内角度变化值p p 为：为：式中式中 h h刀尖高于工件中刀尖高于工件中 心线的数值心线的数值(mm)(mm)；d dw w工件直径工件直径(mm)(mm)。刀具安装对工作角度的影响第36页/共75页则则 注意注意：当刀尖低于工件中心线时，上述计算公式中：当刀尖低于工件中心线时，上述计算公式中符号相反；镗孔时计算公式同外圆车削相反。符号相反；镗孔时计算公式同外圆车削相反。上述都是在刀具的背平面上述都是在刀具的背平面(P(Pp pP Pp p)内的角度变化，内的角度变化，还需换算到工作主剖面内：还需换算到工作主剖面内：刀具安装对工作角度的影响第37页/共75页(2)(2)刀杆安装倾斜对工作角度的影响刀杆安装倾斜对工作角度的影响 如图所示，车刀刀杆与进给方向不垂直时,工作主偏角和工作副偏角将发生变化：式中 G假定进给剖面与工作进给剖面之间的夹角,在基面内测 量。即进给运动方向的垂线和刀杆中心线间的夹角。刀具安装对工作角度的影响第38页/共75页切削层参数与切削形式切削层参数与切削形式 切削层参数切削层参数 各种切削加工的切削层参数，可用典型的外圆纵车各种切削加工的切削层参数，可用典型的外圆纵车来说明。如图示，车刀主切削刃上任意一点相对于工件的来说明。如图示，车刀主切削刃上任意一点相对于工件的运动轨迹是一条空间螺旋线。当运动轨迹是一条空间螺旋线。当 s=0 s=0 时，主切削刃所时，主切削刃所切出的加工表面为阿基米德螺线旋面。工件每转一转，车切出的加工表面为阿基米德螺线旋面。工件每转一转，车刀沿工件轴线移过刀沿工件轴线移过一段距离，即进给量一段距离，即进给量(f，mmmmr)r)。这时，切削刃从加这时，切削刃从加工表面工表面的位置移到相邻加工表面的位置移到相邻加工表面 的位置上。于是的位置上。于是、之间的金属转变为切屑。由车刀正在切削着的这一层金之间的金属转变为切屑。由车刀正在切削着的这一层金属，就叫做属，就叫做切削层。切削层。切 削 层 参 数第39页/共75页 切削层的大小和形状直接决定了车刀切削部分所受的负切削层的大小和形状直接决定了车刀切削部分所受的负荷大小及切下切屑的形状和尺寸。在外圆纵车时当荷大小及切下切屑的形状和尺寸。在外圆纵车时当 、时，切削层的表面形状为一平行四边形；在时，切削层的表面形状为一平行四边形；在特殊情况下特殊情况下()()为矩形，其底边尺寸为为矩形，其底边尺寸为f f，高为，高为a ap p,不论何种不论何种加工，能够说明切削机理的，仍是切削层截形的力学性质加工，能够说明切削机理的，仍是切削层截形的力学性质所决定的真实厚度和宽度。所决定的真实厚度和宽度。为了简化计算工作，切削层的表面形状和尺寸，通常为了简化计算工作，切削层的表面形状和尺寸，通常都在垂直于切削速度都在垂直于切削速度v vc c的基面的基面P Pr r内观察和度量。内观察和度量。切削层参数切削层参数为：为：(1)(1)切削厚度切削厚度(h hD D)垂直于加工表面来度量的切削层尺寸，称为切削厚度，垂直于加工表面来度量的切削层尺寸，称为切削厚度，在外圆纵车在外圆纵车(s=0)(s=0)时：时：切 削 层 参 数第40页/共75页 (2)(2)切削宽度切削宽度(b bD D )沿加工表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度，沿加工表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度，在外圆纵车在外圆纵车(s=0)(s=0)时：时：可见，在可见，在f f、a ap p 一定的条件下一定的条件下,主偏角主偏角r r越大越大,切削切削厚度厚度h hD D 也就越大也就越大,但切削宽度但切削宽度b bD D 越小；主偏角越小；主偏角r r 越小，越小，切削厚度切削厚度h hD D也就越小，但切削宽度也就越小，但切削宽度b bD D 越大；当越大；当r r=90=90时，时，h hD D=f=f。曲线形主切削刃曲线形主切削刃,切削层各点的切削厚度互不相等切削层各点的切削厚度互不相等(图图）。(3)(3)切削面积切削面积 切削层在基面切削层在基面P Pr r的面积的面积,称为切削面积称为切削面积,以以 A AD D 表示表示.A AD D=h=hD Db bD D mmmm2 2切 削 层 参 数第41页/共75页 对于车削来说，不论切削刃形状如何，切削面积均为：对于车削来说，不论切削刃形状如何，切削面积均为：以上所计算的均为名义切削面积。实际切削面积等于以上所计算的均为名义切削面积。实际切削面积等于名义切削面积减去残留面积。名义切削面积减去残留面积。残留面积：指刀具副偏角残留面积：指刀具副偏角 时时,刀具经过切削后刀具经过切削后,残留在已加工表面上的不平部分剖面面积。残留在已加工表面上的不平部分剖面面积。切 削 层 参 数第42页/共75页切削形式切削形式 (1)(1)正切削与斜切削正切削与斜切削 切削刃垂直于合成切削速切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式称为正切度方向的切削方式称为正切削或直角切削。如果切削刃削或直角切削。如果切削刃不垂直于切削速度方向则称不垂直于切削速度方向则称为斜切削或斜角切削。为斜切削或斜角切削。(2)(2)自由切削与非自由切削自由切削与非自由切削 只有直线形主切削刃参加只有直线形主切削刃参加切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为自由切削。切削工作，而副切削刃不参加切削工作，称为自由切削。曲线主切削刃或主、副切削刃都参加切削者，称为非自由曲线主切削刃或主、副切削刃都参加切削者，称为非自由切削。这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分切削。这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分的。为了简化研究工作，通常采用自由切削进切削变形区的。为了简化研究工作，通常采用自由切削进切削变形区和观察和研究。和观察和研究。切 削 形 式第43页/共75页1.2 1.2 刀具材料刀具材料刀 具 材 料第44页/共75页 在切削过程中在切削过程中,刀具直接切除工件上的余量并形成已刀具直接切除工件上的余量并形成已加工表面加工表面,刀具材料对金属切削的生产率、成本、质量有刀具材料对金属切削的生产率、成本、质量有很大的影响很大的影响,因此要重视刀具材料的正确选择与合理使用。因此要重视刀具材料的正确选择与合理使用。刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 切削加工时切削加工时,由于变形与摩擦由于变形与摩擦,刀具承受了很大的压刀具承受了很大的压力与很高的温度。作为刀具材料应满足以下力与很高的温度。作为刀具材料应满足以下基本要求基本要求：(1)(1)高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC62HRC62以以上。耐磨性表示抵抗磨损的能力上。耐磨性表示抵抗磨损的能力,它取决于组织中硬质点它取决于组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布。的硬度、数量、大小和分布。刀 具 材 料第45页/共75页 (2)(2)足够