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1、,第二节、车刀切削部分 的几何参数,一、 车刀的组成二、 车刀几何角度的辅助平面三、 车刀的几何角度四、车刀的刃磨与几何角度的测量,一、 车刀的组成,用来夹固在车床刀架上,用来切削，又称切削部分,车刀切削部分组成,一尖：刀尖 两刃：主切削刃、副切削刃 三面：前刀面、后刀面、副后刀面,1、三个表面 （1）前刀面 ：刀具上切屑流过的表面 （2）后刀面 ：与工件上的过渡表面相对 的表面 （3）副后刀面 与工件上 的已加工表面 相对的表面,2、两刃： （1）主切削刃 ：前刀面与后刀面的交线 承担着主要的切削任务 （2）副切削刃 ：前刀面与副后刀面的交线， 起微量切削作用，大进给量切削时也起主要切削作用
2、,3、刀尖：主、副切削刃的交点， 通常用短直线或圆弧取代，以提高刀具的使用寿命,（二）、车刀的形式 （a）焊接式 （b）整体式 （c）机夹式,铣刀 （a）三面刃铣刀 （b）圆柱铣刀 （c）端铣刀,刨刀的结构 钻头和车孔刀的对比,二、确定车刀几何角度的辅助平面,为便于测量，建立刀具静止参考系时，特作三点假设： a ) 不考虑进给运动的影响，即 f =0； b）安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，且车刀刀杆中心线与工件轴心线垂直； c）主切削刃上选定点x与工件中心等高。,1. 刀具角度的静止参考系,1）正交平面参考系 （1）基面（Pr）：过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度向量 的平面。 对于普通车
3、刀，它的基面总是平行于刀杆的底面。,三个刀具静止参考系：,（2）切削平面（Ps）：过主切削刃上选定点与主切削刃相切并垂直于基面Pr 的平面。 （3）正交平面（ P0）：过切削刃上选定点，同时垂直于该点基面 Pr 和切削平面 Ps 的平面。,对于切削刃上某一选定点，该点的正交平面 P0 、基面 Pr 和 切削平面 Ps 构 成了一个两两互 相垂直的空间直 角坐标系，将此 坐标系称为正交 平面参考系。,刀具几何角度有标注角度和工作角度 （一）刀具的标注角度 前角 在主切刃上选定点的正交平面 内，前刀面与基面之间的夹角。 后角 在同一正交平面 内，后面与切削平面之间的夹角。,三、车刀的几何角度,楔角
4、 在主切削刃 上选定点的正交平面 内， 前面与后面的夹角,前角的大小对切屑变形、切削力以及切削刃强度都有很大影响。,通常为-5至+25之间,前角选择的原则：前角的大小主要解决刀头 的坚固性与锋利性的矛盾。因此首 先要根据加工材料的硬度来选择前 角。加工材料的硬度高，前角取小 值，反之取大值。其次要根据加工 性质来考虑前角的大小，粗加工时 前角要取小值，精加工时前角应取 大值。,后角主要作用是减少主后刀面与工件间的摩擦。,通常为6-12。,后角选择的原则：首先考虑加工性质。精加工时，后角取大值，粗加工时，后角取小值。其次考虑加工材料的硬度，加工材料硬度高，主后角取小值，以增强刀头的坚固性；反之，
5、后角应取小值。,(1)主偏角 主切削刃在基面上的投影与进给速度之间的夹角，在基面 上测量。,2、在基面Pr内测量的角度,(2)副偏角 副切削刃在基面上的投影与进给速度反方向之间的夹角，在基面 上测量。,（3）刀尖角 主、副切削刃 在基面上投影之间的夹角，在基面 上测量，,主偏角的选用原则：首先考虑车床、夹具和刀 具组成的车工工艺系统的刚性，如车工 工艺系统刚性好，主偏角应取小值，这 样有利于提高车刀使用寿命和改善散热 条件及表面粗造度。其次要考虑加工工 件的几何形状，当加工台阶时，主偏角 应取90，加工中间切入的工件，主偏 角一般取60。,主偏角一般在3090之间选取。,副偏角一般为正值。 副
6、偏角的选择原则：首先考虑车刀、工件和夹具有足够的刚性，才能减小副偏角；反之，应取大值；其次，考虑加工性质，精加工时，副偏角可取1015，粗加工时，副偏角可取5左右。,3、在切削平面PS内测量的角度 刃倾角 主切削刃与基面 的夹角， 在切削平面 中测量。,主要作用是影响排屑的方向和刀具强度。,当主切削刃呈水平时，s=0；刀尖为主切刃上最高点时，s0； 刀尖为主切削刃上最低点时，s0刃倾角一般在-105之间选取。 刃倾角的选择原则：主要看加工性质，粗加工时，工件对车刀冲击大，s0，精加工时，工件对车刀冲击力小，s0，一般取s=0。,正、负刃倾角,刀具工作角度是考虑实际装夹条件和进给运动的影响而确定
7、的角度。,（二）、刀具的工作角度,（1）刀具装夹对工作角度的影响 刀尖装夹高于工件中心时，切削速度所在平面倾斜，使前角增大，后角减小；反之，当刀尖装夹低于工件中心时，前角减小，后角增大。,（2）进给运动对工作角度的影响,由于切削平面与基面相对于原来的平面倾斜了一个角度 ，因此，现在的工作前角增大而后角减小,四、车刀的刃磨与几何角度的测量,（一）刃磨方法 （二）车刀几何角度的测量,视频,车刀量角台的结构及使用方法 车刀量角台能较方便地测量车刀几何角度。它主要由底座、立柱、测量台、定位块、大小刻度盘、大小指度片、螺母等组成。其中底座和立柱是支承整个结构的主体。刀具放在测量台上， 靠紧定位块，可随测
8、量台一起 顺时或逆时针方向旋转，并能 在测量台上沿定位块左右移动。 旋转大螺母可使滑体上下移动， 从而使两刻度盘及指度片达到 需要的高度。使用时，可通过 旋转测量台或大指度片的前面 或底面或侧面与刀具被测量要 素紧密贴合，即可从底座或刻 度盘上读出被测量的角度数值。,（1)原始位置调整 将量角台的大小指度片及测量台全部调至零位，并把刀具放在测量台上，使车刀贴紧定位块、刀尖贴紧大指度片的大面。此时，大指度片的底面与基面平行，刀杆的轴线与大指度片的大面垂直，,2.测量外园车刀的几何角度,旋转测量台，使主切削刃与大指度片的大面贴合（图3），根据主偏角的定义，即可直接在底座上读出主偏角 的数值。同理，
9、旋转测量台，使副切削刃与大指度片的大面贴合，即可直接在底座上读出副偏角 的数值。,（2）在基面 内测量主偏角 、副偏角,旋转测量台，使主切削刃与大指度片的大面贴合，此时，大指度片与车刀主切削刃的切削平面重合。再根据刃倾角的定义，使大指度片底面与主切削刃贴合（图4），即可在大刻度板上读出刃倾角 的数值（注意 的正负）。,（3）在切削平面 内测量 刃倾角,（4）在主剖面 内测量前角 、后角,将测量台从原始位置逆时针旋转（90 ），此时大指度片所在的平面即为车刀主切削刃上的主剖面。根据前角的定义，调节大螺母，使大指度片底面与前刀面贴合（图5），,即可在大刻度上读出前角 的数值。测量后角时，量角台处于
10、上述同一位置，根据后角的定义，调节大螺母，使大指度片侧面与后刀面贴合（图6），即可在大刻度盘上读出后角 的数值。,（1）粗加工时，为了减轻刀具的负荷，采用较大的前角，可适当的减小后角。这时切削刃不会明显削弱。 （2）精加工时，为了减小主后刀面与加工面间的摩擦，可采用较大的后角，并适当减小前角。 （3）在切削较硬材料或有冲击情况时，可采用较小的主偏角和负的刃倾角，而不必明显地减小前角。 （4）当加工精度要求高的细长轴时，为了减小振动，须选用较大的主偏角；为避免划伤已加工表面，须选用正的刃倾角，并相应减小前角。,刀具角度的选择：,（2）进给运动对刀具工作角度的影响,正常切削外圆时，刀具切削平面ps
11、与基面pr位置如图所示，当车螺纹时，工作切削平面pse与螺纹切削点相切，与刀具切削平面ps成f角 在正交平面内，刀具的工作角度为： oe o o oe o o tgf f /dw tgo tgf sinr f sinr /dw 式中，f 纵向进给量，对单头螺纹f 为螺距；dw工件直径即螺纹外径。 在一般的外圆车削中，因进给量小，常不考虑其对工作角度的影响。,进给运动对刀具角度影响,3刀具的工作角度,（1）横向进给运动对工作角度的影响,刀具沿纵向进给时，进给量的取值较大时（例如车螺纹），进给运动对工作角度的影响也不可忽视。,第三节 金属的切削过程,一、切屑的形成过程及切屑的种类 二、积屑瘤 三、
12、切削力和切削功率 四、切削热和切削温度 五、刀具磨损,金属在切削过程中，会出现一系列物理现象，如金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等，这些都是以切屑形成过程为基础而生产中出现的许多问题，如积屑瘤、振动、卷屑、断屑等，都与切削过程密切相关。,一、切屑的形成过程及切屑种类,1. 切屑形成过程,切削层 的金属,弹性变形,塑性变形,挤裂,切离,切 屑,切削层的金属受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形,随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服强度时，产生塑性变形而滑移,刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度时，金属材料被挤裂,沿刀具前刀面流出,（1）带状切屑 带状切屑呈连绵不断
13、的带状或螺旋状,与刀具接触的底层光滑，背面呈毛绒状。 （a）形成条件：大前角、切速高、进给量小、被切金属塑性好。 （c）切屑形成过程：弹性变形、塑性变形、切离。 （c）优点：切削力平稳、切削热少、加工表面光洁。 （d）缺点：切屑连绵不断，易缠绕、易划伤已加工表面。,2、切屑的种类 切屑分为带状切屑、节状切屑和崩碎切屑三类。,（2）节状切屑 节状切屑上面呈较大的锯齿状，底面有不贯穿的裂纹 形成条件：切速低、进给量大、中等硬度材料。 缺点：切削力波动大、工件表面较粗糙。,（3）崩碎切屑,切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩裂而形成形状不规则的崩碎切屑 形成条件：铸铁、铸造黄铜等脆性
14、材料。 缺点：切削热和切削力集中在刀具的主刀刃和刀尖处，刀尖易磨损、易产生振动，表面质量不高。,二、积屑瘤,1、积屑瘤的形成 在一定的切削速度下切削塑性材料时，常发现在刀具的前刀面上靠近刀尖的部位粘附着一小块很硬的金属，称为积屑瘤。 一般认为，积屑瘤是由于切屑与前刀面在切削过程中剧烈的摩擦而形成的。,有利方面,保护刀具,增加工作前角,积屑瘤硬度很高,可代替切削刃进行切屑，减少刀具的磨损,积屑瘤的存在，使刀具的实际工作前角增大,可减小切削变形和切削力，使切削轻快,2、积屑瘤对加工过程的影响,不利方面,影响工件尺寸精度,影响工件表面粗造度,积屑瘤破裂后会划伤表面，加快刀具磨损,会形成硬点和毛刺，使
15、工件表面粗造度值增大,时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动,积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化,3. 积屑瘤的控制,影响积屑瘤的因素,工件材料,切削用量,刀具角度,切削液等,控制措施,要避免在中温、中速加工塑性材料,增大前角可减小切削变形，降低切削温度，减小积屑瘤的高度,采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤,三、切削力和切削功率,1、切削力 切削力是指切削时刀具切入工件，切削层产生变形成为切屑所需的力， （2）切削力的产生 （a）被切金属层因弹性变形和塑性变形所产生的变形抗力。 （b）刀具与切屑、工件之间的摩擦。,（2）总切削力的分解 切削力是一个空间力，为了便于研究将其分解为三个相互垂直的分力,即主切削力、进给力和背向力。,主切削力:,切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小约占总的切削合力的,背向力:,切削合力在切削深度方向上的分力;它在基面内，与切深方向相反,进给力：,切削合力在进给方向上的分力;它在基面内，与进给方向平行，但方向相反,2、影响切削力的主要因素,工件材料,切削用量,刀具角度,积屑瘤,（1）工件材料的影响 （a）强度和硬度高，则切削力大。 （b）塑性和韧性高，则切削力大。 塑性大的材料，切屑与前刀面的摩擦系数大，接触区较长，故切削力较大； 韧性高的材料，致使其发生变形或破坏所消耗的能量较多，故切削力也较大。 如
