刀具课件第2章.doc

第2章 金属切削的基本知识金属切削加工的形式虽然有多种，但它们在切削运动、切削用量、切削刀具及切削过程中产生的物理现象，都有着共同规律这些规律揭示了金属切削加工的实质，是学习和研究各种加工方法，合理选择刀具及其切削部分几何参数和切削用量，充分发挥刀具切削效能，保证加工质量，提高机械加工生产率的理论基础2.1 切削运动与切削用量2.1.1 切削运动在机床上切削工件，工件与刀具之间要有相对运动，这个相对运动称为切削运动如图2-1所示为车削外圆时的切削运动和加工表面示意图外圆的母线沿直导线运动时就形成了工件上的外圆表面，故工件的旋转运动和车刀的纵向直线运动就是车削外圆时的切削运动图2-1 车削外圆时的切削运动和加工表面示意图切削运动分为主运动和进给运动如图2-2所示为切削运动简图a）车削外圆 （b)铣削平面 （c)钻削 （d)刨削外圆 （e)外圆磨削 （f）平面磨削图2-2 切削运动简图Ⅰ—主运动； Ⅱ—进给运动1.主运动主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动，主运动的速度最高，所消耗的功率也最大换句话说，主运动就是从工件上切除金属所必须的运动在切削运动中，主运动只有一个。

它可以由工件完成，也可以由刀具完成；可以是旋转运动，也可以是直线运动例如，车床上工件的旋转运动；龙门刨床刨削时，工件的直线往复运动；牛头刨床刨刀的直线往复运动；铣床上铣刀的旋转运动、钻床上钻头的旋转运动和磨床上砂轮的旋转运动等都是切削加工时的主运动2.进给运动进给运动是不断地把被切削层投入切削，以逐渐切削出整个表面的运动也就是说，没有这个运动，就不能连续切削进给运动一般速度较低，消耗的功率较少，可由一个或多个运动组成进给运动可以是连续的，也可以是间断的2.1.2 切削用量切削用量是切削速度、进给量 (或进给速度)和背吃刀量三者的总称，这三者可称为切削用量三要素1.三种表面在切削加工过程中，工件上会形成三种表面以图2-1为例，它们是待加工表面、已加工表面和过渡表面1）待加工表面 待加工表面是指即将切去的表面2）已加工表面 已加工表面是指切削后得到的表面3）过渡表面 过渡表面是指正在被切削的表面2.切削用量三要素如图2-3所示为切削用量三要素图 2-3 切削用量三要素1）切削速度 切削刃上选定点相对于工件沿主运动方向的瞬时线速度称为切削速度，用符号表示，单位为mm/s或mm/min若主运动为旋转运动（如车削、铣削等），切削速度一般为其最大线速度。

其计算公式为 （2-1）式中，为工件待加工表面的直径(mm)；n为工件的转速(r／s或r／min) 2）进给量 进给量也称为走刀量，一般是指切削加工中工件或刀具每旋转一周(如车削)或刀具往返一次(称为双行程，如刨削)时，工件或刀具的相对移动距离，用符号f表示，单位为mm/r（每转进给量）或mm/st（每行程进给量）当用多齿刀具（如铣刀）加工时，也可用进给运动的瞬时速度即进给速度来表示，其符号为，单位为mm/s或mm/min3）背吃刀量在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量，用符号表示，单位为mm当车外圆时，ap的计算公式为 （2-2）式中，为工件已加工表面的直径（mm）当钻孔时，ap的计算公式为 （2-3） 2.2 刀具切削部分的基本定义2.2.1 刀具切削部分的构成要素刀具种类很多，但它们却有共同的特征，都具有楔形的切削部分。

不论刀具的构造如何复杂，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因此，以普通外圆车刀为代表来确定切削部分的基本定义，也同样适合其他刀具如图2-4所示为典型外圆车刀切削部分的组成图中车刀由刀杆和刀头组成车刀切削部分由刀面、切削刃和刀尖组成图2-4　典型外圆车刀切削部分的组成1.刀面刀面包括前面和后面1）前面前面又称为前刀面，是刀具上切屑流过的表面，用符号表示2）后面后面又称为后刀面，可分为主后刀面和副后刀面主后刀面是指与过渡表面相对的刀面，用符号表示副后刀面是指与工件已加工表面相对的刀面，用符号表示2.切削刃切削刃是指前刀面上直接进行切削的边锋切削刃可分为主切削刃和副切削刃1）主切削刃主切削刃是指前刀面与主后刀面的交线，用符号S表示2）副切削刃副切削刃是指前刀面与副后刀面的交线，用符号表示3.刀尖刀尖是指主切削刃与副切削刃的交点或主切削刃与副切削刃间的过渡弧（也称过渡刃）刀尖的类型主要有切削刃交点、圆弧刀尖、倒棱刀尖等，如图2-5所示a）切削刃交点 （b）圆弧刀尖 （c）倒棱刀尖图2-5　刀尖的类型2.2.2 刀具角度参考系要确定刀面和切削刃的空间位置，可用刀具的几何角度来表示，而要定义刀具的几何角度则需参照平面，由这些参照平面组成的平面系称为参考系。

用于确定刀具角度的参考系可分为静态参考系和动态参考系静态参考系是定义刀具标注角度的参考系，而动态参考系可用来确定刀具在运动中角度的基准，是定义刀具工作角度的参考系参考系和刀具角度都是对切削刃上某一点而言的，切削刃上不同的点应建立各自的参考系，表示各自的刀具角度下面主要介绍车刀正交平面参考系，如图2-6所示图2-6　车刀正交平面参考系正交平面参考系由基面、切削平面和正交平面组成1.基面 通过切削刃上某选定点，与假定的主运动方向垂直的平面称为基面，用符号表示基面是刀具制造、刃磨、测量时的定位基准2.切削平面 通过切削刃上某选定点，包含主切削刃或与主切削刃相切并垂直于基面的平面称为切削平面，用符号表示；通过切削刃上某选定点，包含副切削刃或与副切削刃相切并垂直于基面的平面称为副切削平面，用符号表示3.正交平面 通过切削刃上某选定点，同时垂直于基面与切削平面的平面称为正交平面，用符号表示，由此可知，正交平面垂直于主切削刃在基面上的投影通过切削刃上某选定点，若同时垂直于基面与副切削平面的平面，则称为副正交平面，用符号表示由此可知，对于形状复杂的刀具（或考虑切削条件的影响），有时用基面、切削平面和其他平面组成的参考系来度量刀具角度要方便一些，这样就形成其他参考系。

如基面、切削平面与法平面(用符号表示)组成法平面参考系，基面、切削平面与假定进给平面（用符号表示）组成的参考系，基面、切削平面与背向平面（用符号表示）组成的参考系等2.2.3 刀具的标注角度刀具的标注角度是刀具的重要几何参数，直接关系到刀具的性能、强度和耐用度等以车刀为例，说明正交平面参考系中各标注角度的含义，如图2-7所示图2-7 车刀的标注角度1.前角前刀面与基面之间的夹角称为前角，用符号表示它是在正交平面中测量的当前刀面与切削平面之间的夹角小于90时，前角为正；当前刀面与切削平面之间的夹角大于90时，前角为负；当前刀面与基面平行时，前角为02.后角主后刀面与切削平面之间的夹角称为后角，用符号表示它也是在正交平面中测量的当主后刀面与基面的夹角小于90时，后角为正；当主后刀面与基面的夹角大于90时，后角为负在实际切削中，后角必须大于03.主偏角主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向之间的夹角称为主偏角，用符号表示它是在基面中测量的4.副偏角副切削刃在基面上的投影与假定进给运动反方向之间的夹角称为副偏角，用符号表示它也是在基面中测量的5.刃倾角主切削刃与基面之间的夹角称为刃倾角，用符号表示。

它是在切削平面中测量的当刀尖是切削刃上最高点时，刃倾角为正；当刀尖是切削刃上的最低点时，刃倾角为负刀具前、后角及刃倾角的正、负判断法，如图2-8所示图2-8 刀具前、后角及刃倾角的正、负判断法6.副后角 副后刀面与副切削平面之间的夹角称为副后角，用符号表示它是在副正交平面中测量的7.楔角 前刀面与主后刀面之间的夹角称为楔角，用符号表示它是在正交平面中测量的其计算公式为 (2-4)8.刀尖角 主切削刃与副切削刃在基面上投影之间的夹角称为刀尖角，用符号表示它是在基面中测量的其计算公式为 (2-5)上述八个角度中，前五个为刀具的基本角度，其余均为派生角度2.2.4 刀具角度的换算1.法平面与正交平面内前、后角的关系 法平面即为通过切削刃上某选定点，与切削刃垂直的平面由于正交平面参考系能较好地反映刀具的切削性能，是刀具中使用较多的一种参考系，但法平面参考系能较好地反映螺旋切削刃、大刃倾角刀具的切削性能，因此，常需在它们之间进行角度的换算。

法平面与正交平面内前、后角的关系如图2-9所示　　　图2-9 法平面与正交平面内前、后角的关系图2-9中刃倾角为正值，，经推导，得法前角与前角的关系为 (2-6)式中，为法前角（）当时，正交平面与法平面重合，；当时，将式（2-6）中的、换成、，即得法后角和后角的关系 （2-7）2.任意剖面与正交平面内前、后角的关系求任意剖面内前、后角是为了进一步求得其他剖面内的角度这里所谓的任意剖面是指过车刀主切削刃上选定点所作的垂直于基面的剖面，用符号表示如图2-10所示为任意剖面与正交平面内前、后角的关系图2-10 任意剖面与正交平面前、后角的关系AGBE为过主切削刃点Ａ的基面，为过点Ａ的正交平面，和为过点Ａ的背向平面和假定进给平面，刀具在背向平面和假定进给平面中的角度除基面上表示的角度外，前角、后角和楔角是分别在背向平面和假定进给平面内标出的，故有背向前角、背向后角、背向楔角和侧前角、侧后角、侧楔角的角度前角、后角、楔角定义同前面，只不过、和在背向平面内，、和在假定进给平面内。

为过点Ａ且垂直于基面的任意剖面，它与主切削刃在内的切削平面的夹角为；AHCF为前面，AH为主切削刃，根据图2-10中元素的几何关系，可得任意剖面内的前角与正交平面内前角的关系式为 （2-8）（1）当时，任意剖面到了切削平面的位置，此时 则 （2）当时，可得背向平面内的前角，即 （2-9）（3）当时，可得假定进给平面内的前角，即 （2-10）同理，可求出任意剖面内的后角与正交平面内后角的关系式为 （2-11）（4）当时，可得背向平面内的后角，即 （2-12）（5）当时，可得假定进给平面内的后角，即 （2-13）2.2.5 刀具的工作角度刀具的工作角度是刀具在工作参考系中定义的一组角度在切削过程中，由于刀具。