金属切削原理与刀具(课堂PPT)

柱表面，所以必然引起切削时切削平面、 基面的变化，从而引起切削时实际前、后 角的变化。
29
非圆柱表面的工件形状对工作角度的影响
30
1.4 切削层要素
• 切削层:工件 上正被切削 刃切削的一 层金属，亦 即相邻两个 加工表面之 间的一层金 属。
31
一、切削层参数
• 切削层参数共有三个， 它们通常都在垂直于切 削速度v的平面内度量。
24
切断刀安装高低对刀具工作角度的影响
• 图b，将刀尖安装高于工
作中心，则工作基面 P re 平面和工作切削平面 P se 与静止参考系中的 基面 P r 和切削平面 P s 发生倾斜，使工作前角γ oe 增大，工作后角α oe 减小； 图c是将刀尖安装 得低于工作中心，则工作 前角γ oe 减小，工作后 角α oe 增大。
• ⑴ 切削宽度：沿主切 削刃方向度量的切削层 尺寸。
• 车削外圆时切削宽度：
32
切削层参数 • 切削厚度：两相邻
加工表面间的垂直 距离。 • 车外圆时，切削厚 度：
33
切削层参数
• 切削深度：在基 面上垂直于进给 运动方向测量的 切削层尺寸。
• 车削加工时的切 削深度：
dw，dm分别为待加工表面和已加工表面的直径。
• 进给运动：保证金属的切削能连续进行的 运动。进给运动的特点是运动速度低，消 耗功率小。进给运动可以有几个，可以是 连续运动，也可以是间歇运动。
8
切削速度的计算
• ①主运动为旋转运动，计算公式为：
– dw－工件待加工表面或刀具的最大直径
– n－工件或刀具每分钟转数
v
dwn
100060
• ②主运动为往复直线运动，计算公式为：
4
成型方式
5
切削运动
• 在金属切削中，为了要从工件上切去一部 分金属，刀具和工件间必须完成一定的切 削运动。切削运动包括：主运动和进给运 动。
6
刨削加工
7
切削运动
• 主运动 ：使工件与刀具产生相对运动而进 行切削的最主要的运动。主运动特点是运 动速度最高，消耗功率最大。主运动一般 只有一个。
– L－往复直线运动的行程长度 – nr－主运动每分钟的往复次数
v 2Lnr 100060
9
工件上的表面
• 在切削加工过程中，工件上有三个不断变 化着 的表面。
➢ ⑴ 待加工表面 工件上有待切除的表面。 ➢ ⑵ 已加工表面 工件上经刀具切削后产生
的新 表面。 ➢⑶ 过渡表面 切削刃正在切削的表面。该表
34
切削层参数
• 切削面积：切削层 垂直与切削速度截 面内的面积。
• 车外圆时：
35
二、自由切削和非自由切削 • 自由切削是指只有一个直线切削刃的切削。 • 非自由切削是指切削刃为折线形，即有主
切削刃和副切削刃；或曲线形的切削。
36
三、残留面积及其高度
• 由于切削运动和刀具的几何形状的关系，使加工 后仍有一部分金属未被切除，而残留在已加工表 面上，构成已加工表面的横向不平度（粗糙度）， 既所谓残留面积。
27
进给运动对工作角度的影响
• 横向进给运动对工作角 度的影响：
• 实际的切削平面和基面 都要偏转一个附加的螺 旋升角，使车刀的工作 前角增大，工作后角减 小。在车端面、切断和 车外圆进给量(或加工螺 纹的导程)较大时，则应 考虑螺旋升角的影响。
28
非圆柱表面的工件形状对工作角度的影响 • 加工凸轮类零件时，由于加工表面为非圆
• 当刀尖没有圆弧半径 r 残留面积有直线构成其 高 Rmax 为：
Rmaxctgrkf ctgrk
37
残留面积及其高度
• 实际上 r 必不可少，当f较小，残留面积纯 粹由两段圆弧构成，即不含有副切削刃的直 线部分时残留面积高度 Rmax 为
Rmaxr
r2
f 2 2
因 Rmax << r
，R
2 max
13
刀具组成
• 切削刃： 刀具上两个面相交形成切削刃 • 主切削刃S：前刀面与 主后刀面相交形成的切削刃，它
担任主切削工作。 • 副切削刃Sˊ：前刀面和副后刀面相交形成的切削刃。 • 刀尖： 刀尖是指主切削刃与副切削刃的交点。
14
刀具结构
• 其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等， 都可看作是车刀的演变和组合。
15
1.3 刀具角度
• 刀具的切削角度，是刀具和工件在切削运动的状 态下确定的角度。所以刀具的切削角度的坐标应 该用合成切削速度向量Ve来说明。
• 由于实际生产中大多数加工表面都是空间曲面， 不便于直接用来做为坐标平面，因此需通过切削 刃上某一选定点，做工件加工表面的切削平面和 法平面。
• 刀具静止参考系（标注参考系）：不考虑进给运 动，并在特定的安装条件下的参考系。
25
车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时的变化
• 当车刀刀杆的纵 向轴线与进给方 向不垂直时，将 会引起工作主偏 角kre和工作副偏 角k’re的变化
26
进给运动对工作角度的影响
• 纵向进给运动对工作角度 的影响：
• 实际的切削平面和基面都 要偏转一个附加的螺旋升 角，使车刀的工作前角增 大，工作后角减小。一般 车削时，进给量比工件直 径小很多，故螺旋升角很 小，它对车刀工作角度影 响不大，可忽略不计。
面 的位置始终在待加工表面与已加工表面 之间不断变 化。
10
切削用量
• 切削用量
– 切削速度、进给量、背吃刀量 – (1)切削速度VC
(m/s或m/min)
– (2) 进给量f
Vf=f·n (mm/s)
– f— 车刀每转进给量（mm/r)
– n— 工件转速（r/s)
11
主运动和进给运动的合成
• 和成切削运动 ： 是由主运动和进给运动合成 的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时 合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称 合成切削速度
刀具角度换算 • 三、ISO车刀的标注角度
47
角。
n
n
39wenku.baidu.com
法平面参考系 （Рr— Ps— Pn ）
40
法剖面内的角度
• 法前角 n ： 法平面中测 量的基面与 前刀面之间 的夹角。
• 法后角 n ： 法平面中测 量的切削平 面与后刀面 之间的夹角。
41
法剖面内的角度
• 法剖面与主剖面之间的夹角为刃倾角，所以可 以由几何关系导出：
tgn tg0•coss ctgn ctg0•coss
可略去不记，上式简化为：
R max
f2 8 r
38
1.5 刀具角度的换算
• 刀具几何形状除用 正交平面参考系 表示外 ， 根据设计 、 工艺的需要 ， 还可选用以下其 它标注角度 参考系来标注刀具几何角度 。
• 一、法剖面（Pn）： 过切削刃上选定点与切 削刃（或该点的切线）相垂直的平面。
• 法平面中测量的角度有：法前角 法后
ve vvf
12
1.2 刀具切削部分组成要素
• 车刀由刀柄和刀头组成，切削 部分包括以下几个部分：
• 前 面 Ar(face) ： 前面是 刀具上切屑流过的表面。
• 主后面Aa (flank) ：刀上 同前面相交形成主切削刃 的后面，即与工件上过渡 表面相对的表面。
• 副后面Aa‘ ： 与已加工表 面相对的表面，刀具上同 前面相交形成副刃的后面 。
18
外圆刀具标注角度
后角
楔角 前角
主偏角
刀尖角
副偏角 刃倾角
19
刀具的结构
• 刀具的标注角度 • (1)前角：在正交平面内测量的前刀面与基
面之间的夹角，前角表示前刀面的倾斜程 度； • (2)后角：在正交平面内测量的主后刀面与 切削平面之间的夹角，后角表示主后刀面 的倾斜程度； • (3)楔角：前刀面与后刀面之间的夹角。
42
刀具角度的换算
• 二、切深、进给剖面坐标系
43
刀具角度的换算
• 切深剖面（Pp）：通过切削刃某选定点， 切深方向和主运动假定方向所组成的平面。
• 进给剖面（Pf）：通过切削刃某选定点，进 给运动方向和主运动假定方向所组成的平 面。
• 切深剖面和进给剖面是相互垂直的平面，
44
刀具角度换算
• 在切深剖面中可 得切深方向前
1
第一章 基本定义
1.1 切削运动 1.2 刀具切削部分组成要素 1.3 刀具角度 1.4 切削层要素 1.5 刀具角度的换算
2
1.1 切削运动
• 切削运动：金属切削加工是利用刀具切去 工件毛坯上多余的金属 层(加工余量)，以 获得具有一定的尺寸、形状、位置精度和 表面质量的机械加工方法。
3
工件上的表面
角 p 、切深方 向后角 p ；在
进给方向可得进 给方向前角 、
进给 f方向后 角 。 f
45
刀具角度换算
刃磨前刀面时所需的 p 、 f 为：
tgptg0•cokrstgs•siknr • 刃刀刀O磨X具夹主、后上 具纵t刀标 ，g面轴f注 刃时线所角 磨tO需g度 时Y的0、的，• sp垂准车、i直kn 确刀rf 轴 获仅为t线：得可gsO，绕•Zc要该转o靠夹动krs三具，的向既横转车轴盘刀线磨刃
磨时所c需t 的gp角c度t坐g0标•c系o和krs设t计g s时•s的i角knr度坐标系 不同，c刃t 磨gf时c 应t进g0行•s坐ik 标nr 系t间g s的•c角o度krs换算。
刃磨副后刀面时所需的
p
、
f
为：
ctgpctg0•cokrstgs•siknr
ctgfctg0•siknrtgs•cokrs 46
• 刀具工作参考系（动态参考系）：是确定刀具在 切削运动中有效工作角度的基准。考虑了进给运 动及安装情况的影响。
16
一、刀具切削角度的坐标平面
17
二、刀具标注角度的坐标
• 为了便于刀具设计者在设计刀具时的标 注，有一些理想状态的假定：
• 1）装刀时，刀尖恰在工件的中心线上； • 2）刀杆中心线垂直工件轴线； • 3）没有进给运动； • 4）工件已加工表面的形状是圆柱表面。
• a)刀具安装位置对工作角度的影响 • ①当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，
刀具的工作前角和工作后角的变化情况：
• ②当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂 直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的 变化情况：
• b)进给运动对工作角度的影响： • c)非圆柱表面的工件形状的影响：
23
刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度 • 当刀尖高于工件轴线时： • 工作前角变大，工作后角减小。
20
刀具的结构
• 在基面内 • (1)主偏角：在基面内测量的主切削刃在基
面上的投影与进给运动方向的夹角，主偏 角一般为正值； • (2)副偏角： 在基面内测量的副切削刃在基 面上的投影与进给运动反方向的夹角，副 偏角一般为正值。 • (3)刀尖角：在基面内测量的主切削刃与副 切削刃之间的夹角。
21
三、刀具的实际切削角度
• 1.产生原因:在实际的切削加工中，切削平 面、基面和正交平面位置会发生变化。
• 2.定义:以切削过程中实际的切削平面、基 面和正交平面为参考平面所确定的刀具角 度称为刀具的工作角度，又称实际角度。
• 3.影响：刀具安装位置对工作角度的影响、 进给运动对工作角度的影响。
22