1第一章-刀具几何角度及切削要素解析.ppt

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1、1第一章-刀具几何角度及切削要素解析观观察察自自己己第一章第一章 基本定义基本定义第一章 基本定义本章主要介绍金属切削的几何参数，本章主要介绍金属切削的几何参数，是学习切削原理与刀具设计、使用、刃磨的基础。是学习切削原理与刀具设计、使用、刃磨的基础。第1节 车削运动第1节 车削运动图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-已加工表面一、切削运动1.1.概念概念 切削运动：切削运动：在切削加工时，工件与在切削加工时，工件与刀具之间的相对运动。刀具之间的相对运动。2.2.分类分类 按所起的作用来划分，切削运动可按所起的作用来划分，切削运动可分为：分为：

2、1.1.主运动主运动 2.2.进给运动进给运动如图如图1-1 1-1 观察切削过程观察切削过程参考系参考系1.主运动l概概念念：刀刀具具与与工工件件之之间间最最主主要要的的相相对对运运动。动。l形形式式：主主运运动动可可以以是是旋旋转转运运动动（如如车车削削、镗镗削削中中主主轴轴的的运运动动），也也可可以以是是直直线线运运动（如刨削、拉削中的刀具运动）。动（如刨削、拉削中的刀具运动）。l特特点点：消消耗耗功功率率最最多多，速速度度最最高高。主主运运动通常只有且必须有一个。动通常只有且必须有一个。2进给运动l概概念念：刀刀具具与与工工件件之之间间产产生生的的附附加加相相对对运运动动，配配合合主主

3、运运动动，不不断断将将多多余余的的金金属属投投入入切切削削，以以保持切削连续进行或反复进行的运动。保持切削连续进行或反复进行的运动。l完完成成者者：进进给给运运动动可可由由刀刀具具完完成成（如如车车削削、钻钻削），也可由工件完成（如铣削）；削），也可由工件完成（如铣削）；l特特点点：进进给给运运动动不不限限于于一一个个（如如滚滚齿齿），个个别别情情况况也也可可以以没没有有进进给给运运动动（如如拉拉削削）。一一般般而而言，进给运动速度较低，消耗功率较少。言，进给运动速度较低，消耗功率较少。一、切削运动工件上形成的表面切切削削加加工工时时工工件件上上形形成成三三个个不不断断变变化化着的表面：着的表

4、面：（）已加工表面（）已加工表面（）待加工表面（）待加工表面 （）过渡表面（）过渡表面三.切削层切切 削削 层层 是是 由由 切切 削削 部部 分分 切切 过过 工工 件件 一一 个个 单单 程程 所所 切除的工件材料层。切除的工件材料层。公称横截面积公称横截面积S SABCDABCD 实际切削横截面积实际切削横截面积S SABCEABCE 残留横截面积残留横截面积S SAEDAED图1-1切削运动、切削层与成形表面（）待已加工表面（）待已加工表面（2 2）过渡表面（）过渡表面（3 3）已加工表面）已加工表面四、切削用量四、切削用量切削用量切削用量1 1切削速度切削速度2 2进给量进给量3 3

5、背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工序成本、夹具设计等所必需的参数。序成本、夹具设计等所必需的参数。1切削速度l概念：切削刃选定点相对于工件主运动概念：切削刃选定点相对于工件主运动 的瞬时速度的瞬时速度 l符号：符号：v vc cl计算公式：计算公式：v vc c=dn/1000(m/min)=dn/1000(m/min)d:d:刀具选定点的旋转直径（刀具选定点的旋转直径（mmmm）n:n:工件或刀具转速工件或刀具转速(r/min)(r/min)2.进给量l进给量进给量f f:工件或刀具每转或行程，刀具在进

6、给工件或刀具每转或行程，刀具在进给运动方向上相对与工件的位移量。运动方向上相对与工件的位移量。参看图参看图1-11-1 单位：单位：mm/rmm/r进给速度进给速度v vf f：切削刃选定点相对与工件进给运：切削刃选定点相对与工件进给运 动的瞬时速度。动的瞬时速度。单位：单位：mm/s;m/smm/s;m/s。l计算公式：计算公式：v vf f=n*f=n*f3.背吃刀量（切削深度）l背吃刀量背吃刀量a ap p:垂直于进给运动方向测量的垂直于进给运动方向测量的切削层的最大尺寸切削层的最大尺寸.（mmmm）参看图参看图1-1 1-1 dw待加工表面直径 dm已加工表面直径六.切削时间和材料切除

7、率l l1.1.1.1.切削时间切削时间切削时间切削时间t t t tm m m ml概念概念 :直接改变工件尺寸、形状等工艺直接改变工件尺寸、形状等工艺 过程所需要的时间。（单位：过程所需要的时间。（单位：min)min)l计算公式：计算公式：l:刀具行程长度刀具行程长度 A A：半径方向加工余量：半径方向加工余量 参看下页图参看下页图1-2 1-2 图1-2 车外圆切削时间计算图 如图所示用钻头钻孔，钻头定位于R点，从R点以进给速度作Z向进给，到孔底部后，应安排快速退到R点。长度A为切入距离，B为切出距离，A与B实际尺寸要视工件表面状态和加工性质而定。刀具切刀具切入入与切出的确定与切出的确

8、定 合理确定切入与切出长度，有助于刀具顺利切入与切出零件,避免损坏刀具与碰伤零件。2.材料切除率Ql概念：单位时间内切除掉的材料的体积。概念：单位时间内切除掉的材料的体积。l单位：单位：mm3/minl计算公式：计算公式：Q=1000 aQ=1000 ap pf f v vc c三、合成切削运动与合成切削速度l合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。l合成切削速度：切削刃选定点相对于工件合合成切削速度：切削刃选定点相对于工件合 成切削运动的瞬时速度。成切削运动的瞬时速度。课堂任务任务任务1-1总结l切削运动的概念切削运动的概念l切削用量切削用量第二节

9、 车刀角度角度l 任务：车刀图示表达与分析任务：车刀图示表达与分析l 重点重点-难点难点-考点：考点：刀具切削部分几何参数的基本定义；刀具切削部分几何参数的基本定义；刀具的工作角度概念及影响因素；刀具的工作角度概念及影响因素；一、刀具的组成一、刀具的组成l车刀组成车刀组成 刀柄（杆）：用于装夹刀柄（杆）：用于装夹 刀头：用于切削刀头：用于切削刀面刀面刀尖刀尖 刀刃刀刃1.刀面l1.1.前面（前面（AA）前面（前刀面）是刀具上切屑流过的表面。前面（前刀面）是刀具上切屑流过的表面。l2.2.主后面（主后面（AA）主主后后面面（主主后后刀刀面面）是是与与工工件件上上过过渡渡表表面面相相对对的表面。的

10、表面。l3.3.副后面（副后面（A A）副后面（副后刀面）是与工件上已加工表面相副后面（副后刀面）是与工件上已加工表面相对的表面。对的表面。2.切削刃l1.1.主切削刃（主切削刃（S S）主主切切削削刃刃是是前前刀刀面面与与主主后后面面相相交交而而得得到到的的交交线线，用用以以形形成成工工件件的的过过渡渡表表面面。它它完完成主要的金属切除工作。成主要的金属切除工作。2.2.副切削刃（副切削刃（S S）副副切切削削刃刃是是前前刀刀面面与与副副后后面面相相交交而而得得到到的交线。的交线。3.刀尖l刀尖是指主切削刃与副切削刃的连接处相当少刀尖是指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。为了增

11、加刀尖处的强度，改的一部分切削刃。为了增加刀尖处的强度，改善散热条件，通常在刀尖处磨有圆弧或直线过善散热条件，通常在刀尖处磨有圆弧或直线过渡刃。渡刃。4.刀楔为提高刃口强度和满足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，为提高刃口强度和满足加工要求，在前后刀面磨制倒棱面，二、刀具角度参考系1.1.刀具静止参考系：刀具静止参考系：l刀刀具具静静止止参参考考系系：在在刀刀具具设设计计、制制造造、刃刃磨磨、测测量量时用于定义刀具几何参数的参考系。时用于定义刀具几何参数的参考系。l在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。l建建立立刀刀具具标标注注角角度度参参考考系系时

12、时不不考考虑虑进进给给运运动动的的影影响响，且且假假定定车车刀刀刀刀尖尖与与工工件件中中心心等等高高，车车刀刀刀刀杆杆中中心心线线垂直于工件轴线。垂直于工件轴线。2.2.刀具工作参考系：刀具工作参考系：用用于于定定义义刀刀具具工工作作时时角角度度的的参参考考系系。在在该该参参考考系系 中定义的角度称为刀具的工作角度。中定义的角度称为刀具的工作角度。静止参考系静止参考系分类l正交平面参考系正交平面参考系l法平面参考系法平面参考系l假定工作平面参考系假定工作平面参考系（一）正交平面参考系l基面（基面（PrPr）：过切削刃选定点，车刀的基面平行于刀：过切削刃选定点，车刀的基面平行于刀体底面。体底面。

13、l主主切切削削平平面面（PsPs）：通通过过主主切切削削选选定定点点，与与主主切切削削刃刃相相切切并并垂垂直直于于基基面面的的平平面面。若若主主切切削削刃刃为为直直线线，主主切削平面则为主切削刃和主运动方向所构成的平面。切削平面则为主切削刃和主运动方向所构成的平面。l正交平面（正交平面（PoPo）：）：通过主切削刃选定点并同时垂直通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和主切削面的平面。于基面和主切削面的平面。p pr r、p ps s、p po o组成一个正交的正交平面参考系。组成一个正交的正交平面参考系。（一）正交平面参考系图图图 1-6 1-6 正交平面参考系主、副切削刃上的坐标平面正交平面参

14、考系主、副切削刃上的坐标平面（二）法平面参考系l基面（基面（PrPr）：）：过切削刃选定点，平行或垂直于过切削刃选定点，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或过回转轴线的平面。的一个平面或过回转轴线的平面。l主切削平面（主切削平面（PsPs）通过主切削选定点，与主切通过主切削选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。削刃相切并垂直于基面的平面。l法平面（法平面（PnPn）过切削刃选定点垂直于切削刃的过切削刃选定点垂直于切削刃的平面。平面。图图 1-7 1-7 法平面参考系和正交平面参考系法平面参考系和正交平面参考系（三）假定工作

15、平面参考系l1.1.基面（基面（PrPr）过过切切削削刃刃选选定定点点，平平行行或或垂垂直直于于刀刀具具在在制制造造、刃刃磨磨及及测测量量时时适合于安装或定位的一个平面或轴线的平面适合于安装或定位的一个平面或轴线的平面。l假定进给平面（假定工作平面）假定进给平面（假定工作平面）Pf：过切削刃选定点平行于假定进给方向并垂直于基面的平面。过切削刃选定点平行于假定进给方向并垂直于基面的平面。l背平面背平面Pp 过切削刃选定点既垂直于假定工作平面又垂直于基面的平面。过切削刃选定点既垂直于假定工作平面又垂直于基面的平面。假定工作平面参考系建立过程假定工作平面参考系建立过程图图 1-8 1-8 假定工作平

16、面参考系的坐标平面假定工作平面参考系的坐标平面图图 车刀的静止参考系（图中车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动方向，表示假定的主运动方向，vf表示假定的进给运动方向）表示假定的进给运动方向）三、刀具角度l前角前角 g g0 在正交平面中测量的前面与基面间的夹角。在正交平面中测量的前面与基面间的夹角。l后后角角 0 在在正正交交平平面面中中测测量量的的后后面面与与切切削削平平面面间间的的夹夹角。角。l刃刃偏偏角角在在基基面面中中测测量量的的切切削削平平面面与与假假定定工工作作平平面面间夹角。分为主偏角间夹角。分为主偏角，副偏角副偏角l刃刃倾倾角角l ls 在在主主切切削削平平面面中中测测量

17、量的的主主切切削削刃刃与与基基面面间间的的夹角。夹角。l 副副后后角角：o在在副副正正交交平平面面中中测测量量的的副副后后面面与与副副切切削平面间的夹角。削平面间的夹角。正交平面参考系内的标注角度正交平面参考系内的标注角度图图 1-9 1-9 正交平面参考系中的车刀标注角度正交平面参考系中的车刀标注角度三、刀具角度立体图三、刀具角度投影图刀具角度的一面二角分析法l表示空间任意平面方位的定向角度只需表示空间任意平面方位的定向角度只需要两个。要两个。l刀具需要标注的独立角度数量是刀面数刀具需要标注的独立角度数量是刀面数量的二倍。量的二倍。l前面定向用：前面定向用：o、sl后面定向用：后面定向用：o

18、、r l副面定向用：副面定向用：r 、o三、刀具角度l前前面面与与基基面面平平行行时时前前角角为为零零；前前面面与与切切削削平平面面间间夹夹角角小小于于90时时，前前角角为为正正；大大于于90时时，前前角角为为负。负。l后后面面与与基基面面夹夹角角小小于于90时时，后后角角为为正正；大大于于90时后角为负。时后角为负。l当当刀刀尖尖处处于于主主切切削削刃刃的的最最低低点点时时，s 0；当当主主切削刃成水平时，切削刃成水平时，s=0 刀具角度正负的规定刀具角度正负的规定刀具角度正负的规定图刀具角度正负的规定图三、其他参考系角度l法平面度量：法前角法平面度量：法前角n,后角后角nl假定工作平面度量

19、假定工作平面度量:侧前角侧前角f,侧后角侧后角fl背平面背平面度量度量p：背前角背前角p,背后角背后角p 其它参考系内的标注角度其它参考系内的标注角度（二）假定工作平面参考系图（三）法平面参考系示图三、刀具角度l同时副切削刃及其相关的前、后面在空间的定同时副切削刃及其相关的前、后面在空间的定向也需要向也需要4个角度，即副前角个角度，即副前角、副后角、副后角o副偏角副偏角r、副刃倾角、副刃倾角s，它们，它们的定义与主切削刃四角类似。的定义与主切削刃四角类似。常用的刀具派生角度（1）楔角b：楔角b是在正交平面Po上测量的前面Ag 与后面Aa 之间的夹角。b=90-（go +ao）（2）刀尖角er：

20、刀尖角er是在基面Pr上的测量切削平面Ps与副切削平面之间的夹角。er=180-（kr+kr）（3）余偏角：余偏角是在基面Pr上测量的切削平面Ps与背平面Pp之间的夹角。=90-kr车刀的标注（静态）角度车刀的标注（静态）角度右偏刀车端面的标注角度车槽刀的标注角度1.45弯头车刀2.2.切切断断刀刀四.五刀具角度的换算l自学自学l要求：了解公式换算的结果要求：了解公式换算的结果六 刀具的工作角度l刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系l刀具安装对工作角度的影响刀具安装对工作角度的影响l进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响本节内容的学习对刀具的使用与加工质量分析有本节内容的学习对刀具的

21、使用与加工质量分析有重要意义重要意义(一)刀具工作角度参考系l概念：用于定义刀具工作时角度的参考系。概念：用于定义刀具工作时角度的参考系。l分类分类 工作正交平面参考系工作正交平面参考系 工作法平面参考系工作法平面参考系 工作平面参考系工作平面参考系 应用最多的是应用最多的是工作正交平面参考系工作正交平面参考系工作正交平面参考系l1.1.工作基面（工作基面（PrPre e）过切削刃选定点，垂直于合）过切削刃选定点，垂直于合成切削速度方向的平面。成切削速度方向的平面。l2.2.工工作作切切削削平平面面（PsPse e）通通过过主主切切削削选选定定点点,与与切削刃相切并垂直于工作基面的平面。切削刃

22、相切并垂直于工作基面的平面。l3.3.工工作作正正交交平平面面（PoPoe e）通通过过主主切切削削刃刃选选定定点点并并同时垂直于工作基面和工作切削面的平面。同时垂直于工作基面和工作切削面的平面。图1-15刀具工作参考系刀具工作角度lo e、o e、r e、s elfe、fe、lp pe、p p e、(二)刀具安装对工作角度的影响应用：粗车外圆：刀尖高于工件中心，增大前角，降低切削力 精车外圆：刀尖低于工件中心，增大后角，减少后刀面磨损 车成形面：刀尖与工件中心等高，避免误差 gpe =g p+q p ape =a p q p l成形车削或车螺纹、车锥面时，刀尖和成形车削或车螺纹、车锥面时，刀

23、尖和工件的中心线一定要精确等高，以保证工件的中心线一定要精确等高，以保证加工表面的形状。切槽和切断时，也必加工表面的形状。切槽和切断时，也必须精确等高，以保证切削加工顺利进行。须精确等高，以保证切削加工顺利进行。(二)刀具安装对工作角度的影响2.刀杆轴线不垂直进给方向时对刀杆轴线不垂直进给方向时对r e、r e的影响的影响(三)进给运动对工作角度的影响3.进给运动方向不平行工件旋转轴线时对进给运动方向不平行工件旋转轴线时对r e、r e影响4.4.横向进给运动对工作角度的影响横向进给运动对工作角度的影响(三)进给运动对工作角度的影响l纵向进给运动对工作前后角纵向进给运动对工作前后角 的影响的影

24、响图1-19车削方牙螺纹时螺纹车刀的工作角度a:车刀角度变化图；b:磨制静态前角c:将刀具倾斜安装角纵向进给运动对工作前后角 的影响l一般车削加工时，进给量比工件直径小一般车削加工时，进给量比工件直径小的多，所以进给运动所形成的螺旋升角的多，所以进给运动所形成的螺旋升角也很小，对加工过程的影响常常可以忽也很小，对加工过程的影响常常可以忽略，但是在车削多头螺纹或大螺距螺纹略，但是在车削多头螺纹或大螺距螺纹使，因进给量值较大，则必须考虑由此使，因进给量值较大，则必须考虑由此引起的角度变化对加工过程的影响。引起的角度变化对加工过程的影响。第3节切削层与切削方式将基面作为切削层参数的测量平面。将基面作

25、为切削层参数的测量平面。1.切削层公称宽度切削层公称宽度 沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的工作长度。2.切削层公称厚度切削层公称厚度 在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。3.切削层公称横截面积切削层公称横截面积 切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积 若车刀刀尖为主、副切削刃的实际交点，且若车刀刀尖为主、副切削刃的实际交点，且 s=0，r=0，则切，则切 削层公称横截面积为平行四边形。削层公称横截面积为平行四边形。切削层各有关参数间的关系为：切削层各有关参数间的关系为：hD=fsinr bD=psinr AD

26、=hDbD=pf 一、切削层参数一、切削层参数一、切削层参数一、切削层参数一、切削层参数一、切削层参数正切（屑）削和倒切（屑）削l正切屑正切屑:hDbD 生产中大多数情况下所得出的切屑都属于这一种生产中大多数情况下所得出的切屑都属于这一种l对等屑对等屑:hDbD l倒切屑倒切屑:hDbD;大进给大进给(大走刀大走刀)切削法切削法对于倒切屑来说，主要的切削工作已经由主切削刃转移对于倒切屑来说，主要的切削工作已经由主切削刃转移到副切削刃上了，在这种情况下，刀具的副前角到副切削刃上了，在这种情况下，刀具的副前角。应该是设计、刃磨的重点，而原来的主切削刃的前角应该是设计、刃磨的重点，而原来的主切削刃的

27、前角。变为次要的角度。可见，对于各条切削刃在实际切削变为次要的角度。可见，对于各条切削刃在实际切削工作中的工作中的“主主”与与“副副”，要做具体的分析。，要做具体的分析。第3节切削层与切削方式l自由切削与非自由切削自由切削与非自由切削 自由切削：只有一个切削刃参加的切削。自由切削：只有一个切削刃参加的切削。非自由切削：主、副切削刃同时参加的切削。非自由切削：主、副切削刃同时参加的切削。自由切削变形简单，实际通常是非自由切削。自由切削变形简单，实际通常是非自由切削。二、切削方式二、切削方式直角切削直角切削(正切削正切削)与斜角切削与斜角切削(斜切削斜切削)l直角切削：切削刃与切削速度方向垂直直角

28、切削：切削刃与切削速度方向垂直的切削。的切削。l斜角切削：切削刃与切削速度方向不垂斜角切削：切削刃与切削速度方向不垂直的切削。非正交切削刃口锋利，排屑直的切削。非正交切削刃口锋利，排屑轻快。轻快。l直角切削时，其刀刃刃倾角直角切削时，其刀刃刃倾角l ls=0。斜角。斜角切削时刀刃不垂直于合成切削运动方向，切削时刀刃不垂直于合成切削运动方向，即即l ls 0，实际前角：切削过程中实际起作用的前角。返回返回图1-21 斜角切削 小结切削用量切削用量车刀的组成和切削部分的组成；车刀的组成和切削部分的组成；在假设条件下引入了刀具标注角度参考系，并在假设条件下引入了刀具标注角度参考系，并在此基础上定义了刀具的标注角度，这是本章在此基础上定义了刀具的标注角度，这是本章的一个重点，也是也难点；的一个重点，也是也难点；应对刀具的工作角度与标注角度的区别有正确应对刀具的工作角度与标注角度的区别有正确地认识，并掌握刀具的工作角度在实际工作中地认识，并掌握刀具的工作角度在实际工作中相对于标注角度的变化的原因。相对于标注角度的变化的原因。作业l1-1l1-5l1-9汇报结束谢谢大家!请各位批评指正