机械制造技术基础 第二章 第一节切削运动及刀具结构(精品).ppt

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1、第二章 金属切削原理及刀具n第一节 切削运动及刀具结构n第二节 刀具材料n第三节 金属切削过程及其物理现象n第四节 切削力与切削功率n第五节 切削热和切削温度n第六节 刀具磨损、破损与刀具寿命 n第七节 刀具合理几何参数的选择n第八节 合理切削用量选择及工件材料加工性第一节 切削运动及刀具结构n一、切削运动及切削要素一、切削运动及切削要素n二、刀具角度二、刀具角度 1、刀具切削部分的组成、刀具切削部分的组成 2、刀具角度的参考平面系、刀具角度的参考平面系 3、刀具标注角度度、刀具标注角度度 4、刀具工作角度、刀具工作角度n三、切削方式三、切削方式一、切削运动及切削要素 1、切削运动：切削运动：

2、刀具与工件间的相对运动称切削运动，即表面成形运动。包括：主运动、进给运动。刀具与工件间的相对运动称切削运动，即表面成形运动。包括：主运动、进给运动。主运动：是切削加工中最基本运动、速度最高、消耗功率最大，主运动通常只有主运动：是切削加工中最基本运动、速度最高、消耗功率最大，主运动通常只有 一个且是机动的。一个且是机动的。进给运动进给运动：协助主运动完成切削加工，形成完整零件表面。可有一个或几个，可：协助主运动完成切削加工，形成完整零件表面。可有一个或几个，可 机机 动也可手动。动也可手动。2、切削要素、切削要素：包括切削用量和切削层几何参数包括切削用量和切削层几何参数 切削表面切削表面 已加工

3、表面：工件上已切去切屑的表面已加工表面：工件上已切去切屑的表面。待加工表面：工件上即将被切去切屑的表面待加工表面：工件上即将被切去切屑的表面。过渡表面：工件上正在被切削的表面，处于待加工表面与已加工表面之间。过渡表面：工件上正在被切削的表面，处于待加工表面与已加工表面之间。切削用量切削用量 切削速度切削速度Vc（m/s):刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度，刀刃上各点的切削速度可能不同。切刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度，刀刃上各点的切削速度可能不同。切 削削 速度速度vc指参加切削的刀刃上的最大切削速度值。指参加切削的刀刃上的最大切削速度值。进给量进给量f（mm/r，mm/行程行程):

4、主运动每转一转或每一行程时，刀具与工件之间沿主运动每转一转或每一行程时，刀具与工件之间沿 进给运动方向的相对进给运动方向的相对 位移。位移。背吃刀量背吃刀量ap(mm):待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。切削层几何参数切削层几何参数 切削宽度切削宽度aw（mm)：在主切削刃选定点的基面内，沿过度表面度量的切削层尺寸在主切削刃选定点的基面内，沿过度表面度量的切削层尺寸。车外圆时，主切削刃为直线，则车外圆时，主切削刃为直线，则aw=ap/sinr 切削厚度切削厚度ac(mm)：在主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸：在主切削刃选定点的基面

5、内，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸 车外圆时，主切削刃为直线，则车外圆时，主切削刃为直线，则ac=fsinr 切削面积切削面积Ac(mm2)：在主切削刃选定点的基面内的切削层截面面积。：在主切削刃选定点的基面内的切削层截面面积。车外圆时，主切削刃为直线，车外圆时，主切削刃为直线，则则Ac=ac.aw=f.apn刀具切削部分组成刀具切削部分组成 1、三面：、三面：前刀面前刀面切下的切屑沿其流出的表面。切下的切屑沿其流出的表面。主后刀面主后刀面与工件上过渡表面相对的表面。与工件上过渡表面相对的表面。副后刀面副后刀面与工件上已加工工表面相对的表面。与工件上已加工工表面相对的表面。2、两刃：、两刃：主

6、切削刃主切削刃前刀面与主后刀面相交而得的边锋，用于形成工件的过渡表面，它完成主要的金属切除前刀面与主后刀面相交而得的边锋，用于形成工件的过渡表面，它完成主要的金属切除 工作。工作。副切削刃副切削刃前刀面与副后刀面相交而得的边锋，它协同主切削前刀面与副后刀面相交而得的边锋，它协同主切削 刃刃 完成金属切除工作完成金属切除工作，最终形成已，最终形成已 加工表面。加工表面。3、一尖：连接主切削刃与副、一尖：连接主切削刃与副 切削刃的一段切削刃，它可以是小的直线段或圆切削刃的一段切削刃，它可以是小的直线段或圆 弧弧 n确定测量刀具角度的参考系确定测量刀具角度的参考系 1、目前常用参考系：、目前常用参考

7、系：正交平面参考系正交平面参考系基面、切削平面、正交平面（中国）基面、切削平面、正交平面（中国）法平面参考系法平面参考系基面、切削平面、法平面（国际标准）基面、切削平面、法平面（国际标准）背平面和假定工作平面参考系背平面和假定工作平面参考系基面、背平面、假定工作平面（日、美采用基面、背平面、假定工作平面（日、美采用）在在 2、正交平面参考系：、正交平面参考系：切削平面切削平面 通过切削刃上选定点，与工件过渡表面通过切削刃上选定点，与工件过渡表面(正在切削表面）相切。切削平面包括：主正在切削表面）相切。切削平面包括：主 切削平切削平 面、副切削面、副切削 平面。平面。切削平面内包含刀刃在该点的切

8、线，和合成切削切削平面内包含刀刃在该点的切线，和合成切削 运动量。运动量。基面基面通过切削刃上选定点，垂直该点合成切削运动向量的平面。通过切削刃上选定点，垂直该点合成切削运动向量的平面。刀刃上同一点的基面与切削平刀刃上同一点的基面与切削平 面互相垂直的。面互相垂直的。正交平面正交平面过切削刃上选定点，并垂直该点的切削平面与基面。过切削刃上选定点，并垂直该点的切削平面与基面。正交平面与切正交平面与切 削削 刃在基面的投刃在基面的投 影垂直。影垂直。切削平面、基面、正交平面构成切削平面、基面、正交平面构成 了一个了一个 空间直角空间直角 坐标系。坐标系。二、刀具角度n刀具标注角度刀具标注角度刀具图

9、纸上予以标注的角度，是制造和刃磨刀具所必须的。刀具图纸上予以标注的角度，是制造和刃磨刀具所必须的。1、假定条件（车削）、假定条件（车削）不考虑进给运动的影响不考虑进给运动的影响.刀具按特定条件装刀具按特定条件装(如如:刀尖与工件回转中心线等高；刀杆中心线垂直或平行进给方向）刀尖与工件回转中心线等高；刀杆中心线垂直或平行进给方向）2、（标注）正交平面参考系、（标注）正交平面参考系(Ps、Pr、Po）：（）：（如图所示如图所示）切削平面切削平面Ps、Ps.只包含刀刃选定点的切线与切削速度向量（主运动）只包含刀刃选定点的切线与切削速度向量（主运动）基面基面Pr.与该点切削速度向量垂直。对车刀通常与安

10、装平面平与该点切削速度向量垂直。对车刀通常与安装平面平 行。行。正交平面正交平面Po、Po.与切削刃在基面的投影垂直。与切削刃在基面的投影垂直。3、刀具标注角度、刀具标注角度 前角前角ro在正交平面在正交平面Po内测量，前刀面与基面内测量，前刀面与基面Pr之间的夹角。之间的夹角。ro表示前刀面的倾斜程度表示前刀面的倾斜程度，有正、负前角之分。，有正、负前角之分。前角前角ro 作用：它决定切削刃的锋利程度和强固程度。作用：它决定切削刃的锋利程度和强固程度。主后角主后角o在正交平面在正交平面Po内测量，主后刀面与切削平面内测量，主后刀面与切削平面Ps之间的夹角。之间的夹角。o表示后刀面的倾斜程度，

11、一般均为正值。表示后刀面的倾斜程度，一般均为正值。主后角主后角o 作用：减小刀具后刀面与加工表面的摩擦；影响刀具强度等。作用：减小刀具后刀面与加工表面的摩擦；影响刀具强度等。主偏角主偏角r在基面在基面Pr内测量，主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。内测量，主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角主偏角r为正值。为正值。主偏角主偏角r作用：影响切削层的几何形状，从而影响主切削刃参加切削的刃长、单位切作用：影响切削层的几何形状，从而影响主切削刃参加切削的刃长、单位切 削刃上的负荷；影响刀尖强度及散热体积。削刃上的负荷；影响刀尖强度及散热体积。副偏角副偏角r在基面在基面Pr内测量，

12、副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。内测量，副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副主偏角副主偏角r一般均为正值。一般均为正值。副偏角副偏角r作用：影响已加工表面的残留面积；刀尖的强度及散热条件。作用：影响已加工表面的残留面积；刀尖的强度及散热条件。刃倾角刃倾角s在切削平面在切削平面Ps内测量，主切削刃与基面之间的夹角。内测量，主切削刃与基面之间的夹角。s表示刀尖处于主切削刃上的高低位置，有正、负之分。一般规定主切削表示刀尖处于主切削刃上的高低位置，有正、负之分。一般规定主切削 刃为水平时，刃为水平时，s=00；刀尖为主切削刃上最低点时，；刀尖为主切削刃上最低点时，s00；刀

13、尖为主切；刀尖为主切 削刃上最高削刃上最高 点时，点时，s 00。（。（如图所示如图所示）倾角倾角s作用：控制切屑流出方向，影响刀尖强度等。作用：控制切屑流出方向，影响刀尖强度等。副后角副后角o在副正交平面在副正交平面Po内测量，副后刀面与副切削平面内测量，副后刀面与副切削平面Ps之间的夹角。之间的夹角。副后角副后角o作用作用 减小刀具副后刀面与加工表面之间的摩擦，影响加工表面质量。减小刀具副后刀面与加工表面之间的摩擦，影响加工表面质量。以上角度为刀具的基本角度，由此还可派生两个角度。以上角度为刀具的基本角度，由此还可派生两个角度。刀楔角刀楔角o正交平面正交平面Po内测量，前刀面与主后刀面之间

14、的夹角，内测量，前刀面与主后刀面之间的夹角，o=900-(o+ro）刀尖角刀尖角r基面基面Pr内测量，主、副切削刃在基面投影之间的夹角。内测量，主、副切削刃在基面投影之间的夹角。r=1800-（r+r，）车刀标注角度车刀标注角度 n刀具工作角度刀具工作角度刀具在工作状态下的切削角度。它直接影响实际切削加工。刀具在工作状态下的切削角度。它直接影响实际切削加工。1、实际加工条件（车削）、实际加工条件（车削）应考虑进给运动的影响应考虑进给运动的影响.刀具实际按装条件影响刀具实际按装条件影响(如如:刀尖与工件回转中心线不等高；刀杆中心线不垂直或不平刀尖与工件回转中心线不等高；刀杆中心线不垂直或不平 行

15、进给方向等）行进给方向等）2、（工作）正交平面参考系、（工作）正交平面参考系(Pse、Pre、Poe)：切削平面切削平面Pse、Pse.包含刀刃选定点的切线与合成切削运动向量。包含刀刃选定点的切线与合成切削运动向量。基面基面Pre.与该点合成切削运动向量垂直。与该点合成切削运动向量垂直。正交平面正交平面Poe Poe.与切削刃在基面的投影垂直；与切削刃在基面的投影垂直；3、刀具工作角度、刀具工作角度 前角前角roe在正交平面在正交平面Poe内测量，前刀面与基面内测量，前刀面与基面Pre之间的夹角。之间的夹角。主后角主后角oe在正交平面在正交平面Poe内测量，主后刀面与切削平面内测量，主后刀面与

16、切削平面Pse之间的夹角之间的夹角 主偏角主偏角re 在基面在基面Pre内测量，主切削刃在基面上的投影与进给运动方向内测量，主切削刃在基面上的投影与进给运动方向 的的 夹角。夹角。副偏角副偏角re在基面在基面Pre内测量，副切削刃在基面上的投影与进给运动反内测量，副切削刃在基面上的投影与进给运动反 方向的夹角。方向的夹角。刃倾角刃倾角se在切削平面在切削平面Pse内测量，主切削刃与基面之间的夹角。内测量，主切削刃与基面之间的夹角。副后角副后角oe在副正交平面在副正交平面Poe内测量，副后刀面与副切削平面内测量，副后刀面与副切削平面Pse之间的夹角。之间的夹角。以上角度为刀具的基本角度，由此还可

17、派生两个角度。以上角度为刀具的基本角度，由此还可派生两个角度。刀楔角刀楔角oe正交平面正交平面Poe内测量，前刀面与主后刀面之间的夹角，内测量，前刀面与主后刀面之间的夹角，oe=900-(oe+roe）。）。刀尖角刀尖角re基面基面Pse内测量，主、副切削刃在基面投影之间的夹角，内测量，主、副切削刃在基面投影之间的夹角，re=1800-（re+re）。）。4、刀具实际按装对工作角度的影响、刀具实际按装对工作角度的影响 车外圆，刀尖高于或低于工件轴线（车外圆，刀尖高于或低于工件轴线（如图如图）高于高于：pepe=p p 低于低于：pepe=p p pepe=p p pepe=p p =arcsi

18、n2h/d =arcsin2h/d 切断刀，刀尖高于或低于工件轴线（切断刀，刀尖高于或低于工件轴线（如图如图）高于高于：oeoe=o o 低于：低于：oeoe=o o o oe e=o o oeoe=o o =arcsin2h/d =arcsin2h/d 切断刀尽量对准中心（易稍稍高于中心一点点）切断刀尽量对准中心（易稍稍高于中心一点点）刀杆轴线与进给刀杆轴线与进给f方向不平行（或垂直）（方向不平行（或垂直）（如图如图）刀杆轴线向右偏离理想垂直位置刀杆轴线向右偏离理想垂直位置 rere=r r rere,=r r,5、进给运动对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响 车外圆，纵向进给（车右旋

19、螺纹，车外圆，纵向进给（车右旋螺纹，如图所示如图所示）主切削刃：主切削刃：oeoe=o o 副切削刃：副切削刃：oeoe=o o oeoe=o o oeoe=o o tgtg=f.sinf.sinr r/d/dw w 切断，横向进给（切断，横向进给（如图所示如图所示）oeoe=o o oeoe=o o =arctgf/darctgf/d 三、切削方式三、切削方式n自由切削与非自由切削自由切削与非自由切削 1、自由切削、自由切削指刀具在切削过程中，如果只有一条直线刃参加切削工作。指刀具在切削过程中，如果只有一条直线刃参加切削工作。如如宽刃刨刀宽刃刨刀。自由切削主要特征：刀刃上各点切屑流出方向大致

20、相同，被切金属的变形基本上发生在二自由切削主要特征：刀刃上各点切屑流出方向大致相同，被切金属的变形基本上发生在二 维平面内。维平面内。2、非自由切削、非自由切削指刀具在切削过程中，若刀具上的刀刃为曲线，或几条刀刃（包括主切削指刀具在切削过程中，若刀具上的刀刃为曲线，或几条刀刃（包括主切削 刃和副切削刃）都参加了切削。如外圆车削主、副刃均参加切削；一般多刃和副切削刃）都参加了切削。如外圆车削主、副刃均参加切削；一般多 刃刀具切刃刀具切 削时多为非自由切削。削时多为非自由切削。非自由切削如图非自由切削如图 非自由切削主要特征：各刀刃交接处切下的金属互相影响和干扰，金属变形非自由切削主要特征：各刀刃

21、交接处切下的金属互相影响和干扰，金属变形 更为复杂，且更为复杂，且 发生在三维空间内。发生在三维空间内。n直角切削与斜角切削直角切削与斜角切削（如图所示如图所示）1、直角切削、直角切削 指刀具主切削刃的刃倾角指刀具主切削刃的刃倾角s=00时的切削，主切削刃与切削速度方向成直时的切削，主切削刃与切削速度方向成直 角。角。直角切削特征：自由状态下的直角切削，主切削刃上切屑流出方向是沿刀刃的法向；非自直角切削特征：自由状态下的直角切削，主切削刃上切屑流出方向是沿刀刃的法向；非自 由状态下的直角切削，主切削刃上切屑流出方向受邻近刀刃的影响将偏离由状态下的直角切削，主切削刃上切屑流出方向受邻近刀刃的影响将偏离 主切削刃的法向主切削刃的法向 2、斜角切削、斜角切削指刀具主切削刃的刃倾角指刀具主切削刃的刃倾角s00时的切削，主切削刃与切削速度方向不成直时的切削，主切削刃与切削速度方向不成直 角。角。斜角切削特征：无论是自由或非自由切削状态下，主切削刃上的切屑流出方向均将偏离其斜角切削特征：无论是自由或非自由切削状态下，主切削刃上的切屑流出方向均将偏离其 法向。法向。n切削方式有还有以下几种方式切削方式有还有以下几种方式 直角自由、直角非自由切削；直角自由、直角非自由切削；斜角自由与斜角自由与斜角非自由切削。斜角非自由切削。