第一章刀具的几何角度及切削要素(+考试要点)

第一章刀具的几何角度及切削要素机械系主讲陆林侦丽水机电建工学院第一章刀具的几何角度及切削要素本章要点:金属切削过程基本规律;刀具几何参数;切削运动和加工表面。丽水学院机械系§1.1切削运动与工件的加工表面金属切削加工：是用切削刀具将坯料或工件上多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。问题：金属切削加工中需要具备哪些条件才能加工？机械、夹具、刀具、工件：组成机械制造的四个要素。丽水学院机械系§1.1切削运动和加工表面、切削用量§1.1.1切削运动在金属切削加工时，为了切除工件上多余的材料，形成工件要求的合格表面，刀具和工件间须完成一定的相对运动，即切削运动。切削运动按其所起的作用不同，可分为主运动和进给运动。丽水学院机械系图1-1主运动和进给运动a.车削b）铣削c）刨削d）钻削e）磨削1—主运动2—进给运动3—待加工表面4—加工表面5—已加工表面切削运动车削运动铣削运动刨削运动1.主运动在切削加工中起主要的、消耗动力最多的运动为主运动。它是切除工件上多余金属层所必须的运动。2.进给运动在切削加工中为使金属层不断投入切削，保持切削连续进行，而附加的刀具与工件之间的相对运动称为进给运动。进给运动可以是一个或多个。切削运动丽水学院机械系3.合成运动切削层是指切削时刀具切过工件一个单程所切除的工件材料层。图1-2切削层要素1—待加工表面2—过渡表面3—已加工表面丽水学院机械系切削层要素§1.2.2加工表面1、待加工表面：加工时即将被切除的工件表面。2、已加工表面：已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面。3、过渡表面：切削刃正在切削的表面。说明:(以上三点为必考内容)丽水学院机械系丽水学院机械系§1.2.3切削用量三要素在切削加工中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）总称为切削用量。它表示主运动和进给运动量。1.切削速度刀具切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时线速度称为切削速度，用vc表示，单位为m/s或m/min。c1000318dndnv切削速度丽水学院机械系工件或刀具每转一周，刀具在进给方向上相对工件的位移量，称为每转进给量，简称进给量，用f表示，单位为mm/r。单位时间内刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，称为进给速度，用vf表示，单位为mm/s或m/min。当主运动为旋转运动时，进给量f与进给速度vf之间的关系为：vf＝fn2.进给量丽水学院机械系3.背吃刀量（切削深度）工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离,称为背吃刀量，用ap表示，单位为mm。车外圆时背吃刀量ap为：2wmpdda切削用量三要素丽水学院机械系1.切削速度Vc是切削加工的主运动,对工件作主运动就是工件切削点的线速度,刀具作主运动就是刀具切削点的线速度.确定切削速度取决刀具的材料切削线速度.2.进给速度是指单位时间刀具移动的距离.单位是MM/S或MM/min,进给量是指工件转一周刀具相对位移量.单位mm/r3.背吃刀量ap是指刀具与工件的切削层厚度尺寸.必考内容切削三要素丽水学院机械系4.合成切削速度主运动与进给运动合成的运动称为合成切削运动。切削刃选定点相对工件合成切削运动的瞬时速度称为合成切削速度。如图1-3所示。图1-3车外圆时合成切削运动丽水学院机械系图1-4车刀切削部分的结构常用车刀的型式与用途§1.2刀具几何参数丽水学院机械系正交平面参考系建立过程丽水学院机械系车刀(turningtools)的工作部分比较简单，只由切削部分构成，非工作部分就是车刀的柄部(或刀杆)。不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参数。丽水学院机械系丽水学院机械系1.2.1刀具切削部分的构成要素1.前刀面Ａr：刀具上切屑流出的表面；2.后刀面Aα：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；3.副后刀面Aα′：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；4.主切削刃Ｓ：前面与后面形成的交线，在切削中承担主要的切削任务；5.副切削刃Ｓ′：前面与副后面形成的交线，它参与部分的切削任务；6.刀尖：主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小段切削刃。丽水学院机械系图1-4车刀切削部分的结构常用车刀的型式与用途丽水学院机械系（1)前刀面切屑流过的刀面。1.刀面（2)主后刀面与工件正在被切削加工的表面（过渡表面）相对的刀面。（3)副后刀面与工件已切削加工的表面相对的刀面。刀具切削部分的基本定义丽水学院机械系丽水学院机械系2.刀刃（1）主切削刃前刀面与主后刀面在空间的交线。（2）副切削刃前刀面与副后刀面在空间的交线。3．刀尖三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。丽水学院机械系1.3.2车刀切削部分的标注角度•刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重要参数。•参考系：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面。•参考系：正交平面参考系丽水学院机械系1.正交平面参考系由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成。(1)基面pr通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。(2)切削平面ps通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。(3)正交平面po通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。丽水学院机械系2.刀具的标注角度（1）基面中测量的刀具角度1）主偏角κr主切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf方向之间的夹角。2）副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。丽水学院机械系丽水学院机械系（2）切削平面中测量的刀具角度1）刃倾角λs主切削刃与基面之间的夹角。•它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。•当主切削刃与基面平行时λs=0°；•当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时λs＞0°；反之λs≤0°。丽水学院机械系（3）正交平面中测量的刀具角度1)前角γO前刀面与基面之间的夹角。2)后角αo后刀面与切削平面之间的夹角。说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。丽水学院机械系刀具工作角度刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。丽水学院机械系丽水学院机械系1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小。若切削刃低于工件中心，则工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小。2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响二、刀具角度的选择1.前角γO（1）功用γO刀刃锋利，切屑变形切削力和切削功率刀刃和刀尖强度，散热体积刀具寿命丽水学院机械系γo1Prγo2丽水学院机械系（2）选择取决于：工件材料、刀具材料及加工要求。•工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。•加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。•刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。•粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。2.后角αo（1）功用αo后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率（2）选择取决于：加工要求、工件材料及工艺系统刚度。•粗加工或工件材料较硬，后角取较小值；•工件材料越软、塑性越大，后角越大；•工艺系统刚度较差时，适当减小后角；3.主偏角κr和副偏角κr′（1）功用κr和κr′刀刃强度表面粗糙度背向力Fp残留面积高度，散热条件刀具寿命，工件易变形丽水学院机械系kr1Kr’kr2FpFf丽水学院机械系（2）选择•工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反之取较大值。•副偏角大小取决于表面粗糙度（5°〜15°)，粗加工时取大值，精加工取小值。丽水学院机械系4.刃倾角λs（1）功用（2）选择主要影响刀头的强度、切削分力和切屑的流动方向。•加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车λs＝0°〜－5°，精车λs＝0°〜+5°；有冲击时：λs＝－5°〜－15°；特别大时：λs＝－30°〜－45°。•切削加工高强度钢、冷硬钢时：λs＝－30°〜－45°。五、切削层参数与切削方式（一）切削层参数切削层是指切削部分的一个单一动作所切除的工件材料层。切削层的大小与形状决定了切削刃切削部分所承受的负荷大小。如图：刀尖为圆角的切削层丽水学院机械系例:弯头车刀几何形状如图，分别标出车外圆、车端面时的主切削刃、副切削刃、前角、后角、主偏角、副偏角车外圆:主切削刃OA，副切削刃OB，1为前角，2为后角，3为主偏角，4为副偏角；车端面：主切削刃为OA，副切削刃为AC，1为前角，2为后角，5为主偏角，6为副偏角。说明(必考内容)丽水学院机械系谢谢！丽水学院机械系