第一章 基本定义概要

第一章基本定义第一节切削运动与切削用量第二节刀具的几何参数第四节切削层参数与切削方式第三节刀具标注角度的换算•一、切削运动•切削运动直接完成切除加工余量任务，形成所需零件表面的运动，称为切削运动。包括主运动和进给运动。•(1)主运动。直接切除工件上的多余材料，使之转变为切屑，从而形成工件新表面的运动。主运动通常只有一个，且速度和消耗功率较大。•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等。•第一节切削运动与切削用量•(2)进给运动。将工件上的多余材料不断投入切削区进行切削以逐渐切削出零件所需整个表面的运动。进给运动一般有一个，也可多于一个，且速度和消耗功率较小。•例如：车外圆时车刀纵向连续的直线运动，在牛头刨床上刨平面时工件横向间断的直线移动等。•在主运动和进给运动同时进行的切削加工中(如车外圆、钻孔、铣平面等)，常在选定点将两者按矢量加法合成，称为合成切削运动。efvvv•无论是主运动还是进给运动，其基本运动形式均是连续的或间歇的直线运动或回转运动，由两者通过不同形式的组合，则可构成多种符合需要的切削运动；•主运动和进给运动可由刀具和工件分别完成(如车削和刨削)，也可由刀具单独完成(如钻孔)，但很少由工件单独完成；•主运动和进给运动可以同时进行(如车削、钻削)，也可以交替进行(如刨平面、插键槽)；•切削加工中，随着切削层(加工余量)不断被刀具切除，工件上有3个处于变动中的表面。•(1)待加工表面。工件上行将被切除的表面。•(2)已加工表面。工件上经刀具切削后产生的新表面。•(3)过渡表面。工件上由切削刃正在切削着的表面，位于待加工表面和已加工表面之间，也称作加工表面或切削表面。•需注意：•在切削加工过程中，三个表面始终处于不断的变动之中。•二、工件上的加工表面vffvkrapvfapf进给运动主运动过渡表面已加工表面待加工表面vevvf主运动进给运动已加工表面过渡表面待加工表面vfvapf/2vvfvfvenvfvnvnvpvfv(a)车外圆(b)车端面(c)车槽(d)刨平面(e)钻孔(f)立铣(g)周铣(h)磨外圆•三、切削用量•切削用量：指切削速度、进给量和背吃刀量。切削用量用来定量描述主运动、进给运动和投入切削的加工余量厚度。切削用量的选择直接影响材料切除率，进而影响生产效率。•1.切削速度•切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度称为切削速度，单位为m/s或m/min。v•当主运动为旋转运动时，可按下式计算••式中：——切削刃选定点处刀具或工件的直径(mm)；•——主运动转速(r/min或r/s)。•切削刃上各点的切削速度有可能不同，考虑到刀具的磨损和工件的表面加工质量，在计算时应以切削刃上各点中的最大切削速度为准。π1000dnvdn•2.进给量•主运动的一个循环或单位时间内刀具和工件沿进给运动方向的相对位移量称为进给量。•用单齿刀具(如车刀、刨刀)进行加工时，常用刀具或工件每转或每行程刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量(mm/r)或每行程进给量(mm/str)。•对于齿数为的多齿刀具(如钻头、铣刀)每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量，称为每齿进给量，记作，单位为毫米／齿。显然zfzf•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述。切削刃上选定点相对工件的进给运动的速度称为进给速度，记作，单位为mm/s或mm/min。对于连续进给的切削加工，可按下式计算zffzfvfzvnfnfz•对于主运动为往复直线运动的切削加工(如刨削、插削)，一般不规定进给速度，但规定每行程进给量。•过实际参加切削的切削刃上相距最远的两点，且与、所确定的平面平行的两平面间的距离称为背吃刀量(或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。单位为mm。•车削和刨削时，背吃刀量就是工件上已加工表面和待加工表面间的距离(图1.1(b)、(c)、(e))。•车削外圆、内孔等回转表面时•式中：——工件待加工表面直径(mm)；•——工件已加工表面直径(mm)。3.背吃刀量wmp2ddawdmdpa第二节刀具的几何参数•由夹持部分(刀柄)和切削部分(刀头)两大部分组成。•夹持部分:为矩形(外圆车削)或圆形(镗孔)•切削部分根据需要制造成多种形状。•车刀切削部分的结构要素:包括三个切削刀面、两条切削刃和一个刀尖。安装面切削部分刀柄刀尖A'S'ASAα•一、刀具切削部分的表面与刀刃•(1)前面，又称前刀面，即切屑流过的表面。•(2)后面，又称后刀面，即与工件上经切削产生的表面相对的表面。分为主后面和副后面。习惯上所说的后面是指主后面。AAAA•切削刃•(1)主切削刃S：前面与后面的交线，承担主要切削工作，它在工件上切出过渡表面。•(2)副切削刃：前面与副后面的交线，配合主切削刃切除余量并形成已加工表面。S•1.建立静止参考系的条件(1)假定的运动条件。(2)假定的安装条件。•2.静止参考系构成静止参考系的参考坐标平面有以下几种：(1)基面（）：为过切削刃选定点而和该点假定主运动方向垂直的平面。(2)切削平面()：为过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。选定点在主切削刃上者为主切削平面，选定点在副切削刃上者为副切削平面。未特别说明，切削平面是指主切削平面。rPsPsP二、确定刀具切削角度的参考平面•(3)正交平面()：又称正交剖面或主剖面，过切削刃上选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面(或过切削刃选定点并垂直于切削刃在基面上的投影的平面)。选定点在主切削刃上者为主正交平面，选定点在副切削刃上者为副正交平面。•(4)法平面：又称法剖面，过切削刃上选定点且垂直于切削刃(若切削刃为曲线，则垂直于切削刃在该点的切线)的平面。•(5)假定工作平面：又称横向平(剖)面，它是过切削刃上选定点，垂直于基面且与假定进给运动方向平行的平面。•(6)背平面：又称纵向剖面，它是过切削刃上选定点而同时垂直于基面和假定工作平面的平面。oPoPnPoPoPfPpP•正交平面、法平面、假定工作平面和背平面又统称为测量平面，用不同的测量平面分别与基面、切削平面组合就形成不同的参考坐标系，包括正交平面参考系、法平面参考系、假定工作平面和背平面参考系。各参考坐标平面的位置及相互关系如下页图所示。PnPoPsvfv90°90°Pr切削刃上选定点安装基面90°vfvPfPpPr刀刃上选定点安装基面90°90°90°90°90°90°(a)正交平面与法平面参考系(b)假定工作平面、背平面参考系刀具静止参考系•三、刀具标注角度参考系•1.正交平面参考系（pr-ps-po）（图1-5）图1-5正交平面系及其角度•2.法平面参考系（pr-ps-pn）（图1-6）图1-6法平面系及其角度•3.假定工作（进给）平面、背（切深）平面参考系（pr-（ps）-pf-pp）（图1-7）图1-7假定工作(进给)平面、背(切深)平面参考系及其角度四、刀具几何角度与标注标注角度必须指明切削刃上的选定点，凡未经特殊注明的，均指切削刃上与刀尖毗连的那一点的角度。刀具角度是指在刀具静止参考系中度量标注的角度。•(1)主偏角。主切削平面与假定工作平面间的夹角(或是主切削刃在基面内的投影与假定进给运动方向的夹角)，在基面中度量标注。•(2)副偏角。副切削平面与假定工作平面间的夹角(或是副切削刃在基面内的投影与假定进给运动副方向的夹角)，在基面中度量标注。rsPfPrPrsPrPfPrPrP•(3)刃倾角。主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中度量标注。以过刀尖处的为基准，当位于之上时(其时刀尖位置最低)，规定＜0°；当位于之下时(其时刀尖位置最高)，规定＞0°；当位于内，则=0°。可简记为“抬头为正，低头为负”。•(4)前角。前面与基面间的夹角，在正交平面中度量标注。在正交平面中，当在之上时规定＜0°；当在之下时规定＞0°；当和重合时则=0°。SsrPSrPsPrPSrPsrPSsrPoAoPoPAoArPoArPorPsSs•(5)后角。后面与切削平面间的夹角，在正交平面中度量标注。副后面与副切削平面间的夹角称副后角，记作，在副正交平面中度量标注。以主(副)切削平面为界，当主(副)后面位于()和工的过渡表面(已加工表面)相对的一侧时，规定后角(或副后角)为正，反之为负。后角均应取正值，因副后角刀具无法工作。•(6)法前角。前面与基面间的夹角，在法平面中度量标注。的正、负规定与相同。oAsPoPAsPooPAAnArPnPno•(7)法后角。后面与切削平面之间的夹角，在法平面中度量标注。的正、负规定与相同。•(8)侧前角。又称进给前角，它是前面与基面间的夹角，在假定工作平面中度量标注，其正、负规定与相同。•(9)侧后角。又称进给后角，它是后面与切削平面间的夹角，在假定工作平面中度量标注。的正、负规定与相同。•(10)背前角。又称切深前角，它是前面与基面间的夹角，在背平面中度量标注，其正、负规定与相同。nAsPnPnofArPfPofAsPfPfopArPpPo•(11)背后角。又称切深后角，它是后面与切削平面之间的夹角，在背平面中度量。其正、负规定与相同。•(12)楔角。是前、后面间的夹角，在正交平面中度量标注。由于，故有。•(13)刀尖角。主、副切削平面间的夹角，在中度量标注，显然：。•国际标准化组织(ISO3002-1)已对车刀的标注作了规定，如下页图所示：pAsPpPoooPrPsPooo90rrPrrr180•图2-刀具基本角度标注P－P剖面(Pp)N－N剖面(Pn)Ps与Pp的交线Pｓ与Pr的交线Pn与Pr的交线PrPrR视图(Pr)PrPrO－O剖面(Po)RRSSS'S视图(Ps)PPPpPpPn与Ps的交线PoPoPnPfPoPoPr切削刃上选定点OO′－O′剖面(oP)FFNNAαAαAαAαAγAγAγAγγpβpap++++++－－－－－－++－－afβfγfvfvaoβoγoanPs+－krrKεrγnβnλsF－F剖面(Pf)SOO′O′oP与'SP的交线'0+－'O+－'OP与Pr的交线'A'A五、工作角度•如前所述，刀具的标注角度是在忽略进给速度的影响，且刀具安装在理想工作位置的情况下确定的。当刀具进入工作状态后，选定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置相对于假定的理想状态发生了变化，由此而建立的工作参考系(动态参考系)相对于标注参考系(静态参考系)在空间位置上也相应改变，因此刀具的实际切削角度(即刀具的工作角度)和标注角度不一样。1.进给运动的影响•(1)纵向进给的影响。如下页图示，纵向走刀车外圆时，主切削刃上选定点A的合成切削速度。在假定工作平面(进给平面)Pf内，相对于偏转角度，因此，选定点A处的工作侧前角和工作侧后角分别为•(1.7)efvvvevvfeefffffff1tanffd或(1.8)•由切削运动的合成知，刀具相对于工件的运动轨迹为圆柱螺旋线，其螺旋升角即为。ABACABCFPsoaofoefeμfμoaoeμoμfafeafPseOOPsePsPrPrePrPrevfvvedπdπdκrκrFF－FＯ－Ｏ图1.5纵向进给运动对工作角度的影响•A点处的工作前角和工作后角分别为：•A点假定工作平面内前、后角的变化，可换算至正交平面内，其变化量为：o1ortan(tansin)f1rsintanfdoeoe1oeooo1oeoootantanfdfd(1.11)•结论:•纵向车削时，主切削刃的工作前角比标注前角增大，工作后角比标注后角减小(副切削刃情况刚好相反)。•在纵车外圆时，