金属切削与刀具基本定义

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1、金属切削原理与刀具,主编 陈锡渠 彭晓南,21世纪全国应用性本科达机械系列实用规划教材,中国林业出版社 北京大学出版社,第一章 基本概念,第二章 刀具材料,第三章 金属切削过程 及其变形规律,第四章 切削条件的合 理选择,第五章 磨削,第六章 车刀,第七章 孔加工刀具,第八章 铣刀,第九章 拉刀,第十章 螺纹刀具,第十一章 齿轮刀具,第十二章 自动化加工刀具,第1章 基本概念,1.1 切削加工概述,1.2 刀具几何结构,1.3 刀具标注角度换算,1.4切削层参数和切削方式,1.1.1 切削加工的基本条件 为了使切削加工过程能顺利进行，必须具备下述基本条件： (1) 刀具和工件间要有形成零件结构

2、要素所需的相对运动。 (2) 刀具材料的性能能够满足切削加工的需要。例如足够的强度和刚度、高温下的耐磨性等。 (3) 刀具必须具有一定的空间几何结构。,1.1 切削加工概述,1.1 切削加工概述,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 。,1.1.2 工件上的加工表面,1.1 切削加工概

3、述,1.1 切削加工概述,1.1.3 切削加工中的运动及构成,按作用的不同分为下列两类：即切削运动和辅助运动 。,l. 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。,1.1 切削加工概述,(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

4、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。,1.1 切削加工概述,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)；,1.1 切削加工概述,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。,2

5、. 辅助运动 不直接参加切除多余材料，但却是完成零件表面加工全过程必不可少的运动。 例如，控制切削刃切入工件表面深度的吃刀运动，重复走刀前的退刀运动，刨刀、插齿刀等回程时的让刀运动等。,1.1 切削加工概述,1.1.4 切削用量和材料切除率,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。,1.1 切削加工概述,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(m

6、m)； 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。,1.1 切削加工概述,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,1.1 切削加工概

7、述,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,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。,1.1 切削加工概述,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

8、)、(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,1.1 切削加工概述,4. 材料切除率 在切削过程中，单位时间内切除材料的体积称为材料切除率，单位为mm3/s。由下式计算： 材料切除率 是衡量切削效率的重要指标，切削用量的大小对其有直接影响。,1.1 切削加工概述,在生产中切削加工的方法很多，所采用的切削刀具种类繁多、形状各异，但仔细分析会发现其切削部分有许多共同之处。其中车刀的结构最简单，也最具代表性，其他的刀具均可看成是车刀的变形，故以车刀为例介绍刀具的一般术语，这些术语也适于其他金属切削刀具。,1.2

9、刀具几何结构,1.2 刀具几何结构,1.2.1 车刀结构,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。,1.2 刀具几何结构,1. 切削刀面 (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。,2. 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，

10、配合主切削刃切除余量并形成已加工表面。,1.2 刀具几何结构,3. 刀尖 主副切削刃连接相当少的一部分切削刃，它可能是主切削刃和副切削刃的实际交点，但大部分刀尖处都有一小段圆弧刃(半径为r)或直线刃(长度为b)。刀尖是刀具切削部分工作条件最恶劣的部位。 4. 楔部 在刀具切削部分由前面和后面所包围的那部分实体成为楔部，任何切削刀具都是在这个楔部实体上演变出来的。,1.2 刀具几何结构,1.2.2 静止参考系和刀具的几何角度,这些坐标系分为两类： 一类称为静态参考系(或称标注参考系)，它是刀具设计计算、绘图标注、制造刃磨及测量时用来确定切削刃、刀面空间几何角度的定位基准，用它定义的角度称为静态角

11、度(或称为标注角度)； 另一类称为动态参考系(或称为工作参考系)，它是确定刀具上切削刃、刀面相对于工件的几何位置的基准，用它定义的角度称为工作角度。 区别：前者是在一定的假设条件下建立的，而后者是根据生产中的实际状况建立的。,1.2 刀具几何结构,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

12、面。未特别说明，切削平面是指主切削平面。,1.2 刀具几何结构,(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

13、平面。,1.2 刀具几何结构,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。,1.2 刀具几何结构,(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,1.2 刀具几何结构,表1-1 刀具静止参考系的关系,1.2 刀具几何结构,3. 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

14、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。,1.2 刀具几何结构,(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

15、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。,1.2 刀具几何结构,(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。,1.2 刀具几何结构,(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。,1.2 刀具几何结构,(11)