第一章 刀具几何角度及切削要素

对于钻孔
切 削 用 量 三 要 素
其中
1.1.2
刀具切削部分的基本定义
1.1.2.1 刀具切削部分的构造要素 金属切削刀具的切削部分的几何形状与参数都有着共性， 即不论刀具构造如何复杂，它们的切削部分总是近似地以外 圆车刀的切削部分为基本形态。
刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合
图2-48 各种刀具切削部分的形状
(2)切削平面 Ps 通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面。 也就是主切削刃与切削速度方向构成的平面。
刀 基面和切削平面十分重要。这两个平面加上以下所述的任一剖面，便构 具 成各种不同的刀具标注角度参考系。可以说，不懂得基面和切削平面就不懂 标 注 得刀具。 角 (3)主剖面Po和主剖面参考系 度 主剖面是通过切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平面的 的 参 平面。由此可知，主剖面垂直于主切削刃在基面上的投影。 考 Pr-Ps-Po组成正交的主剖面参考系。 系
(1)基面Pr 通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。 通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的 某一安装定位平面或轴线。
刀 例如，图示为普通车刀或刨刀的基面，它平行于刀具底面。钻头、铣刀 具 和丝锥等旋转类刀具，其切削刃各点的旋转运动(即主运动)方向，都垂直于 标 注 通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，故其基面Pr就是刀具的轴向剖面。 角 度 的 参 考 系
1.1.2.2
刀具标注角度的参考系
刀 具 标 注 角 度 的 参 考 系
为了确定刀具前刀面、后刀面及切削刃在空间的位置，首 先应建立参考系。它是一组用于定义和规定刀具角度的各基准 坐标平面。这样就可以用刀具前刀面、后刀面和切削刃相对于 各基准平面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀 具切削部分的几何角度。 工作角度：把刀具同工件和切削运动联系起来确定的刀具 角度，即刀具在使用状态下(in use)的角度。 刀具标注角度参考系：任何一把刀具，在使用之前，总可 以知道它将要安装在什么机床上，将有怎样的切削运动，因此 也可以预先给出假定的工作条件，并以此确定刀具标注角度参 考系（所谓的“静止参考系” ）。
切 削 用 量 三 要 素
对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然 可以不规定进给速度，却需要规定间歇进给的进给量，其单 位为mm/d.st(毫米/双行程）。 对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在 它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量，即后一个 刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/Z(毫米/齿)。 显然 f f n f Z Z n
例如，车削、镗削的主运动是工件与刀具的相对旋转运动，而刨削是 的主运动是刀具相对于工件的直线运动。
（2）进给运动：使新的金属不断投入切削的运动。它保证切 削工作连续或反复进行，从而切除切削层形成已加工表面。 特点：机床的进给运动可有一个、两个或多个组成，通常 消耗功率较小，进给运动可以是连续运动也可以是间歇运动。
切 削 运 动 与 切 削 用 量
切 削 运 动 与 切 削 用 量
1.1.1.1切削运动 金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。 按切削时工件与刀具相对运动所起的作用可分为主运动和 进给运动。如图所示。 （1）主运动：切下金属所必须的最主要的运动。 特点：通常它的速度最高，消耗机床功率最多。机床的主 运动只有一个。
切 削 运 动
（3）合成运动与合成切削速度vｅ 主运动vｃ和进给运动vｆ可以由刀具或工件分别完成，或由 刀具单独完成。 主运动和进给运动可以 同时进行（车削、铣削等）， 也可交替进行（刨削等）。 当主运动与进给运动同时 进行时，刀具切削刃上某 一点相对工件的运动称为 合成切削运动。合成速度 向量等于主运动速度与进 给运动速度的向量和： vｅ=vｃ+vｆ
(4)法剖面 Pn和法剖面参考系 法剖面是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。 Pr-Ps-Pn组成法剖面参考系。
刀 具 标 注 角 度 的 参 考 系
右图表示由Po-Pr-Ps 组成的一个正交的主剖 面参考系，这是目前生 产中最常用的刀具标注 角度参考系。图中同时 也表示了一个由Pn-PrPs 组成的法剖面参考系。 在实际使用时一般是分 别使用某一个参考系。
由Pr-Pf-Pp 组成一个进给、背 平面参考系，如右图所示。
1.1.2.3
刀具工作角度的参考系
刀 具 切 削 部 分 的 基 本 定 义
前述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动， 不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考系。但刀具 在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确 切地反映切削加工的真实情形。只有用合成切削运动方向来确 定参考系，才符合切削加工的实际。 下图所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于合成切削运 动方向不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦的实际情形 有很大的不同：
刀具工作角度参考系： 用于定义刀具进行切削加工时几何参数的参考系。该参考 系考虑了切削运动和实际安装情况对几何参数的影响。 刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是：用ve 刀 取代vc ，即用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。
具 的 标 1.1.2.4 刀具的标注角度 注 刀具标注角度：在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃 角 度 与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。 注意：由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的 刀具角度应指明是切削刃选定点处的角度；凡未特殊注明者，则指切削刃上 与刀尖毗邻的那一点的角度。 在切削刃是曲线或者前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的角度时， 应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲线刃或曲面。
1.1 基本定义 金属切削过程 金属切削过程是工件和刀具相互作用的过程。刀具从工 件上切除多余的（或预留的）金属，并在高生产率和低成本 的前提下，使工件得到符合技术要求的形状、位置、尺寸精 度和表面质量。
基 本 定 义
切削运动 为实现切削过程，工件与刀具 之间要有相对运动，即切削运动， 它由金属切削机床来完成。 工艺系统 机床、夹具、刀具和工件，构成 一个机械加工工艺系统，切削过程的 各种现象和规律都在这个系统的运动状态中去研究。
刀 具 标 注 角 度 的 如:普通车刀和刨刀的Pf垂直于刀杆轴 参 考 线；钻头、拉刀、端面车刀、切断刀等的 系 Pf 平行于刀具轴线；铣刀的 Pf 则垂直于 铣刀轴线。
(5)进给剖面 Pf 和背平面Pp及其组 成的进给、背平面参考系 进给剖面Pf是通过切削刃选定点， 平行于进给运动方向并垂直于基面 Pr的平面。通常，它也平行或垂直 于刀具上便于制造、刃磨和测量的 某一安装定位平面或轴线。 背平面 Pp 是通过切削刃选定点， 同时垂直于Pr和 Pf的平面。
(a)
(b)
(c)
刀 具 工 作 角 度 的 参 考 系
图(a)，刀具后刀面同工件已加工表面之间有适宜的间隙， 切削情况正常； 图(b)，刀具的背棱顶在已加工表面上，切削刃无法切入， 切削条件被破坏。可见，在这种场合下，只考虑主运动的假 定条件是不合适的，还必须考虑进给运动速度的影响，也就 是必须考虑合成切削运动方向来确定刀具工作角度的参考系； 图(c)，刀具后刀面与已加工表面全面接触，摩擦严重。 同样，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。只有采 用刀具工作角度的参考系，才能反映切削加工的实际。
用 如：外圆车削时计算待加工表面上的速度(用dw代入公式）， 量 内孔车削时计算已加工表面上的速度(用dm代入公式) ， 三 钻削时计算钻头外径处的速度。 要 素 （2）进给速度、进给量和每齿进给量
进给速度是单位时间的进给量,单位是m/s(mm/min)。 进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的 相对位移 (对于车削、钻削、铰削),单位是mm/r。
金属切削刀具设计
机械与动力工程学院 主讲人 曲海军
内 容 提 要
教学要求: 金属切削过程就是刀具从工件上切除多余的金属，使工 件获得规定的加工精度与表面质量。因此，要进行优质、高 效与低成本的生产，必须重视金属切削过程的研究。 教学重点: 基本定义——介绍金属切削过程方面的一些基本概念， 它包括切削运动、切削用量、参考系（主剖面参考系、法剖 面参考系、进给背平面参考系）、刀具标注角度、切削层参 数等。
mm／s或mm／min
（3）背吃刀量 对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工 表面和待加工表面间的垂直距离，单位是mm。
。
外圆柱表面车削的背吃刀量可用下式计算：
dw dm (m m) 2 dm ap (m m) 2 dm——已加工表面直径(mm)； dw—待加工表面直径(mm)。 ap
切 削 运 动 与 切 削 用 量
1.1.1.2 切削用量三要素 在切削加工过程中，需要针对不同的工件材料、刀具材 料和其它技术经济要求来选定适宜的切削速度 vc 、进给量 f(或进给速度值vf),还要选定适宜的背吃刀量值ap。vc 、f、 ap 称之为切削用量三要素。
（1）切削速度 大多数切削加工的主运动采用回转运动。回转体(刀具 或工件)上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下： dn
刀 具 切 削 部 分 的 构 造属切削刀具的工作部分几何 形状的一般术语时，就是以车刀切削部分为基础的。刀具切削 部分的构造要素(图1、2)及其定义和说明如下： (1)前刀面 直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的刀面。 根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况分为： 主前刀面： 与主切削刃毗邻的称为主前刀面； 副前刀面： 与副切削刃毗邻的称为副前刀面。 (2)后刀面 后刀面分为主后刀面与副后刀面。 主后刀面：是指与工件上加工表面相互作用和相对着的刀 面； 副后刀面：是与工件上已加工表面相互作用和相对着的刀 面。
注：“静止系”本质上不是静止的，它仍然是把刀具同工件和运动联系 起来的一种特定的参考系。
刀 具 标 注 角 度 的 参 考 系
刀 具 标 注 角 度 的 参 考 系