2-1 刀具切削部分几何参数
刀具切削部分的几何形状和角度解析
三、刀具切削部分的几何角度
1、度量刀具角度的参考系
刀具静止参考系 ——用于定义刀具在设计、 制造、刃磨和测量时刀 （标注角度） 具几何参数的参考系。
刀具工作参考系 ——规定刀具进行切削加工
（工作角度） 时几何参数的参考系。
2、刀具静止参考系
基面pr ——过切削刃选定点平行 或垂直刀具安装面（或轴线）的 平面。
尖形刀尖
修圆刀尖
倒角刀尖
主讲： 骆志强
一、 刀具的组成部分
刀体 ——刀具上夹持刀条或 刀片的部分。 刀柄 ——刀具上的夹持部分。 刀头 ——担负切削工作，又 称切削部分。
二、刀具切削部分的组成
ຫໍສະໝຸດ 前刀面Aγ ——切屑沿其流出的表面。 主后刀面Aα ——与过渡表面相对的面。 副后刀面Aαˊ ——与已加工表面相对的面。 ——前刀面与主后刀面相交形 成的刀刃。 主切削刃 S ——前刀面与副后刀面相交形 副切削刃 Sˊ 成的刀刃。 ——主、副切削刃连接处的一小部分 刀尖 切削刃。(刀尖类型)
主偏角κr ——主切削平面 与假定工作平面之间的夹角。 ——副切削平 面与假定工作平面之间的夹 副偏角κr ˊ 角。 ——主切削平面 刀尖角εr 与副切削平面之间的夹角。
思考： κr 、 κr ˊ 、 εr 之间的 关系？ εr ＝180°－（ κr ＋ κr ˊ ） （3）在切削平面中测量的角度
切削平面ps ——过切削刃选定点 与切削刃相切并垂直于基面的平 面。 正交平面po ——过切削刃选定 点同时垂直于切削平面和基面的 平面。 法平面Pn ——过切削刃选定点 并垂直于主切削刃的平面。
正交平面参考系
数控车刀的几何参数.
数控车刀的几何参数一、刀具几何参数刀具的切削性能主要是由刀具材料的性能和刀具几何参数两方面决定的。
刀具几何参数的选择是否合理对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影响。
选择刀具的几何参数要综合考虑工件材料、刀具材料、刀具类型及其他加工条件（如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等）的影响。
刀具组成部分如图1-1所示。
图1-1主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。
刃倾角λs——在切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角。
还有：副前角γoˊ、副后角αoˊ、副偏角κrˊ、副倾角λsˊ图1-2二、刀具几何参数对加工精度的影响在数控加工中，为降低加工工件表面粗糙度，减缓刀具磨损、提高刀具使用寿命、选择适宜的切削力等因素，通常车刀会存在刀尖圆弧半径r，主偏角kr，车刀刀尖距零件中心高的偏差等刀具几何参数的影响，必定引起被加工零件的轴向尺寸误差和径向尺寸误差由此使得加工的运行轨迹与被加工零件的形状产生差异。
因被加工零件表面形状各异，所以引起的差异也各不相同。
下面依次分析车削加工各类零件表面形状引起的差异以及采取的措施。
1．车刀刀尖圆弧半径对加工圆柱类零件表面的影响众所周知，被加工零件表面的成形是由车刀与零件表面接触见切点的运行轨迹保证的，对于主偏角kr=90°的车削加工，参见图1.1示，被加工零件表面的轴向尺寸由刀尖圆弧半径点A保证。
图1.1当（D-d）/2=ap>r时，由图可知，由刀尖圆弧半径引起的轴向尺寸变化量△a为△a=b-a=r式中：b——零件轴向尺寸；a——实际轴向位移量；r——刀尖圆弧半径.此时，刀具实际轴向位移是长度a为：a=b-△a=b-r（D-d）/2=ap△a=BC=2pp22a-ra2）(r=--par此时，刀具实际轴向位移长度a=b-Δa=22yyarab--对于主偏角KF＜90°的车削加工，当完成轴向加工即处于图1.1c位置时，被加工零件的已加工表面部由车刀刀尖A保证，零件的加工表面由刀具型面AC 和CE形成。
刀具几何参数的合理选用
刀具几何参数的合理选用摘要:刀具几何参数的选择是高职院校机电专业的专业基础课《机械制造》中的重要应用性课题之一,本文主要对刀具几何参数的内容及合理选用的原则及方法进行分析和阐述。
关键词:刀具几何参数的合理选用几何角度刀尖的修磨俗话说“工欲善其事,必先利其器”,作为直接参与切削工件的刀具,其几何参数选择合理与否对切削效率、加工质量、加工成本及刀具寿命等必然起着重要影响。
在机械技术人员长期的生产实践中,总结出这样一个结论:若刀具结构和几何参数的合理改善,将使刀具寿命成倍提高。
这也说明了刀具几何参数合理选择的重要意义。
1 刀具几何参数包含的内容1.1 主副切削刃主副切削刃的形状有直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃等。
切削刃的形状如何会影响工件切削层横断面形状、面积及刀具切削刃上各点角度的数值,从而对切削加工产生影响。
近几年刃形发展的主要特点是提高刀尖处的强度、减少切削加工负荷、提高刀具的抗振能力、有效加强刀具热量传散等以保护刀具。
1.2 刃口型式刃口型式主要有锋刃、负倒棱、消振棱及刃带等。
锋刃应用较多,负倒棱是在刀具前刀面开设倒棱面,消振棱是在刀具后刀面开设倒棱面,选择时要注意负倒棱与消振棱各自的作用及区别。
1.3 刀具几何角度刀具的角度有前角、后角、主偏角、刃倾角、副切削刃的副后角及副偏角等。
完整的刀具形状及结构是由刀具几何参数决定的,各参数间相互依赖、相互制约,无视它们的内在联系而孤立地选择某一参数将无法满足加工的需求。
因此刀具合理几何参数指在一定的切削条件下,在保证工件加工质量和精度的前提下,能满足刀具正常磨损而不破损、刀具寿命高、高率、低成本的刀具几何参数。
本文将介绍刀具几何角度及刀尖修磨形状的合理选择。
2 刀具几何参数合理选择时应注意的事项2.1 切削条件要考虑机床、夹具、刀具及工件组成的机械加工工艺系统刚性及功率、切削用量大小等。
通常,若工艺系统刚性较差小时,应选较大前角和主偏角等,以降低切削力和防止工件受冲击与振动。
刀具切削部分几何参数的选择
Kr ’
3．影响已加工表面质量
减小Kr进可以使工件表面残留面积高度减小， 从而使已加工表面粗糙度值减小。
4．影响断屑效果、排屑方向
增大Kr会使hD增厚，bD减小，有利于切屑折断， 有利于孔加工刀具使切屑沿轴向顺利流出。
二、合理主偏角的选择原则
粗加工时， 硬质合金车刀一般选用较大 的主偏角(Kr＝60～75)，以利于减少振
切削刃强度及抗冲击能力 增加，且有一定的减压和 消振作用。
适用于陶瓷等脆性材料刀具。
后角及后面形状的选择
后角的作用主要
1) 减小主后刀面与工件之间的摩擦，提高已加工表 面质量和延长刀具寿命； 2) 配合前角调整切削刃和刀头部分锋利程度、强度和 散热条件； 3) 小后角车刀在特定的条件下可抑制切削时的振动。
主偏角减小，则刀尖角r增大，
使刀尖强度提高，散热体积增大。 主偏角较小的刀具在切入时，最 先与工件接触处是远离刀尖的地 方，因而可减少因切入冲击造成 的刀尖损坏。
2．影响切削分力比值及切削层单位面积切削力
当Kr减小时，由于hD 减小，变形系数增大， 使切削层单位面积切削力 Ff 有所增大；在ap和f相同时， 使切削功率有所增加。但 Kr1 更主要的是会使背向力Fp Kr2 增大，容易引起工艺系统 振动。当工艺系统刚度不 足时，会使刀具寿命降低。
动、断屑和采用较大的切削深度。 加工硬度高的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢 时，在系统刚性好，切削深度不大时．取
较小的主偏角(Kr＝10～30)，以利于提
高刀具耐用度。
工艺系统刚性较好时，取较小的主偏角可 提高刀具耐用度；刚性不足，加车削细长
轴时，应取大的主偏角，可取Kr＝90～93，
以减小背向力ap，减少振动。 需要从中间切入及仿形加工的车刀，应取 较大主偏角； 车阶梯轴则需用Kr＝90的偏刀；
车削参数及刀具角度
第二章 金属切削过程2-1 什么是切削用量三要素？在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系？ 答：切削用量三要素是指切削速度v 、进给量f 、背吃刀量a p （切削深度）。
在外圆车削中，它们与切削层参数的关系是：sin /sin D rD p r D ph f b a A fa κκ===切削层公称厚度： 切削层公称宽度： 切削层公称横截面积：2-2 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要几个基本角度？试画图标出这些基本角度。
答：确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要7个基本角度：前角、后角、主偏角、副偏角、副前角、副后角和刃倾角，这些基本角度如下图所示（其中副前角、副后角不做要求）。
2-3 试述刀具标注角度和工作角度的区别。
为什么车刀作横向切削时，进给量取值不能过大？答：刀具标注角度是在静态情况下在刀具标注角度参考系中测得的角度；而刀具工作角度是在刀具工作角度参考系中（考虑了刀具安装误差和进给运动影响等因素）确定的刀具角度。
车刀作横向切削时，进给量取值过大会使切削速度、基面变化过大，导致刀具实际工作前角和工作后角变化过大，可能会使刀具工作后角变为负值，不能正常切削加工2-4 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能？答：（P24）(1) 高的硬度和耐磨性；(2) 足够的强度和韧性；(3) 高耐热性；(4) 良好的导热性和耐热冲击性能；(5)良好的工艺性。
2-5 常用的硬质合金有哪几类？如何选用？答：（P26）常用的硬质合金有三类：P类（我国钨钴钛类YT），主要用于切削钢等长屑材料；K类（我国钨钴类YG），主要用于切削铸铁、有色金属等材料；M类（我国通用类YW），可以加工铸铁、有色金属和钢及难加工材料。
2-6 怎样划分切削变形区？第一变形区有哪些变形特点？答：切削形成过程分为三个变形区。
第一变形区切削层金属与工件分离的剪切滑移区域，第二变形区前刀面与切屑底部的摩擦区域；第三变形区刀具后刀面与已加工表面的摩擦区域。
刀具切削部分几何参数
刀面
前刀面 后刀面 副后刀面
图3-1 车刀切削部分的组成要素
刀刃
主切削刃 副切削刃 刀尖
一、刀具切削部分的构成
图3-2 刀尖的类型
二、刀具的静态角度
确定刀具角度的坐标参考系：
实际合成切削运动方向 工作参考系 进给运动方向
刀具实际安装位置
二、刀具的静态角度
确定刀具角度的坐标参考系：
1. 刀具静止参考系
(3) 正交平面Po ： 正交平面为垂直于切削刃在基面上的投影
的平面。 由基准平面Pr — Ps — Po组成的静止参考系 称为刀具的正交平面参考系。
图3-3 车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动 方向，vf表示假定的进给运动方向）
1. 刀具静止参考系
（4）法平面Pn ：通过切削刃选定点并垂直于切 削刃的平面。
1. 刀具静止参考系
（6）背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂 直于基面和假定工作平面的平面。
1. 刀具静止参考系
（6）背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂 直于基面和假定工作平面的平面。 由基准平面Pr — Pf — Pp组成的静止参考系 称为刀具的假定工作平面—背平面参考系。
图3-3 车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动 方向，vf表示假定的进给运动方向）
定主运动方向的平面。
车刀的基面平行于刀体底面。
图3-3 车刀的静止参考系（图中vc表示假定的主运动 方向，vf表示假定的进给运动方向）
1. 刀具静止参考系
(2) 切削平面Ps ：通过切削刃选定点，与切
削刃相切，并垂直于基面的平面。
1. 刀具静止参考系
(3) 正交平面Po ：通过切削刃选定点，同时垂 直于基面和切削平面的平面。
金属切削原理与刀具复习大纲
2. 各种刀具材料使用于加工什么材料？
第三章 金属切削过程的基本规律
第一变形区：（基本变形区） OA~OM之间的区域，是切削 第二变形区： 第三变形区： 过程中的主要变形区，是切削 切屑底层与前刀面之间的摩擦 工件已加工表面与刀具后刀面之 力和切削热的主要来源。 间的挤压、摩擦变形区域。 变形区。主要影响切屑的变形 主要特征： 造成工件表面的纤维化与加工硬 和积屑瘤的产生。 剪切面的滑移变形 化。
带状切屑
节状切屑
粒状切屑
三、变形程度的表示方法
1.
变形系数：( 切削厚度压缩比Λ h )
h ch h hD
厚度变形系数：
长度变形系数：
lc l lch
h l 1
根据体积不变原理数：
hch OM cos( o ) cos( o ) hD OM sin sin
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
2. 常用刀具材料
高速钢 硬质合金 陶瓷
有钨钴类硬质合金、 钨钛钴类硬质合金和 钨钛钽（铌）类硬质 合金。 推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、天然金刚石、聚 晶金刚石、立方氮化硼 等。 能制造结构复杂 的成形刀具
超硬刀具材料
（1）硬质合金的分类
3-3 切削热
一、切削热的来源：
切削层挤 裂变形 前刀面与切 屑摩擦
切削热的分布：
热量的20%∼50%传给刀具→ 刀具磨损、硬度降低
二、影响切削温度的因素分析
1、切削用量对切削温度的影响：Vc →f →ap
vc、f、ap↗ θ ℃↗
x c y
C v f
ap
z
用YT15刀具，切削45#钢时( σ b=75kg/cm2)
2-1 刀具切削部分几何参数
件上切去一部分金属，并在保证高生产率和低成本的前提下，
使工件得到符合图样要求的形状、尺寸精度和表面质量。为了 实现这一过程，必须具备以下三个条件：工件与刀具之间要有 相对运动，即切削运动；刀具材料必须具有一定的切削性能； 刀具必须具有适当的几何形状， 即切削角度。
2.1.1切削加工成形运动
以图2—1所示外圆车削为例，要切除工 件表面多余金属层，刀具与工件间必须有 相对运动，即工件必须作回转运动，刀具 作直线运动。 依其作用的不同，可把切削运动分为主运动 与进给运动。
1. 切削厚度 hD：在垂直于切削刃的方向上度量的切削层截面的 尺寸。hD反映了切削刃单位长度上工作负荷的大小 hD＝ f sinκr 2. 切削宽度 bD ：沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。 bD 影响刀具的散热情况 bD＝ ap/sinκr 3.切削层面积AD=hDbD=faP Κr为车刀主偏角，当工艺参数进给量f与背吃刀量ap确定后，主 偏角Κr越大，切削厚度越大hD ，切削宽度越小bD ，
3. 背吃刀量（切削深度） ap 背吃刀量ap是指主刀刃与工件切削表面接触长度，在主运动 方向及进给所组成的平面的法线方向上测量的值
车削外圆时 钻孔时
ap = (dw-dm)/2 ap = dm/2
dw-待加工表面直径
dm-已加工表面直径
a)车外圆
图2-2 切削用量 b)车端面 c)切槽
例题：
车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56 mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm， 工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求v、f、ap
车削时的假设条件有：
①主切削刃处在水平面上，刀尖恰在工件中心 高度上： ②刀柄中心线垂直于工件轴线(假定进给方向)； ③主运动方向与刀具底面垂直(不考虑进给运 动)； ④工件已加工表面的形状为圆柱面。
刀具角度选择
后角的主要作用是减小刀具后刀面与工件之间的摩擦。后角过大会使到刃强度降低，并使散热条件变差，使刀具耐用度降低
车刀合理后角f≤0.25mm/r时，可选ao=10°~12°；在f＞0.25mm/r时，取ao=5°~8°
1） 工件材料强度、硬度较高时，应取较小后角；工件材料软、粘时应取较大后角；加工脆性材料时，宜取较小后角。
1）前刀面Ay—切下的切屑沿其流出的表面。
2）主后刀面Aa—与工件上过渡表面相对的表面。
3）副后刀面A＇a—与工件上已加工表面相对的的表面。
4）主切削刀S—前刀面与主后刀面的交线，它承担主要切削工作。
5）副切削刃S＇—前刀面与副后刀面的交线，它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。
6）刀尖—主切削刃与副切削刃连接处的那部分切削刃。
刀具角度选择
角度名称
作用
选择时应考虑的主要因素
前角yo
增大前角可以减小切屑变形和摩擦阻力，使切削力、切削功率及切削时产生的热量减小。前角过大将导致切削刃强度降低，刀头散热体积减小，致使刀具寿命降低
加工一般灰铸铁时，可选yo=5°~15°；加工铝合金时，选yo=30°~35°；用硬质合金刀具加工一般钢料时，选yo=10°~20°
2） 精加工及切削厚度较小的刀具，应采用较大的后角；粗加工、强力切削、宜取较小后角。
3） 工艺系统刚性较差时，应适当尖小后角。
4） 定尺寸刀具，如拉刀、铰刀等，为避免重磨后刀具尺寸变化过大，宜取较小的后角。
主偏角kr
主偏角减小，可使刀尖处强度增大且作用切削刃长度增加，有利于散热和减轻单位刀刃长度的负荷，提高刀具的寿命。减小主偏叫4还可使工件表面残留面积高度减小。增大主偏角，可使背向力Fp减小，进给力Ff增加，因而可降低工艺系统的变形与振动
刀具的几何参数
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（1）定义刀具角度的参考系：为了定义刀具切削部分的几何角度，需选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。 其中用于规定刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系称为刀具静止参考系，如图2-2所示。规定刀具进行 切削加工时几何参数的参考系称为刀具工作参考系。
法平面 P-n
假定工作 Pf 平面
背平面 Pp
通过切削刃上的选定点，且与切削刃垂直的平面。 通过切削刃上的选定点，垂直与基面且平行与假定进给运动方向的平面。
通过切削刃上的选定点，且垂直于基面和假定工作平面的平面。
（2）刀具角度的定义：刀具角度是刀具在静止参考系中的一组角度，其名称，表示符号及定义见表2-2。外圆车刀刀具角度见图2-3。 表2-2 刀具角度定义
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注：表中所列角度都只是过主切削刃选定点的角度（εr除外），过副切削刃选顶点的响应角度可仿照定义，并在角度符号右上角加一撇“′”以 示区别，例如车刀副偏为k′r，副后角为a′o。
（3）刀具角度的换算：制造或刃磨刀具时常需在不同坐标平面间进行刀具角度换算。各坐标平面间刀具角度的换算关系见表2-3
名称
前角法前角 前角 侧前角背前
角
符号 yo yn yf yp
定义
定义：前到面Ar与基面pr之间的夹角。在正交平面中测量、在法 平面中测量、在假定工作平面中测量、在背平面中测量。
ao
后角法后角 后角 侧后角背后
anHale Waihona Puke 角afap
金属切削的基本定义
1刀具切削部分的基本定义。
1.1刀具切削部分的组成车刀切削部分——“三面两刃一尖”1 前面：前面是刀具上切屑流过的表面，又称前刀面。
2 主后面：主后面是刀具上与过渡表面相对的表面。
3 副后面：副后面是刀具上与工件已加工表面相对的表面。
4 主切削刃：主切削刃是前刀面与主后刀面的交线。
5 副切削刃：副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。
6 刀尖：刀尖指的是主切削刃与副切削刃连接处的那一小部分切削刃。
可见国标《金属切削基本术语》 ( GB/T12204-90 )1.2确定刀具角度的参考系刀具静止参考系（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。
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。
组成刀具静止参考系的参考平面有：1 基面Ｐr基面是通过主切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动方向的平面。
车刀的基面平行于刀具底平面。
2 切削平面Ps切削平面是通过主切削刃上某一选定点，与主切削刃相切且垂直于基面的平面。
3 正交平面Po它是通过切削刃上的选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。
因此，它必须垂直于切削刃在基面上的投影。
4 法平面Pn它是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。
5 假定工作平面Pf通过切削刃选定点并垂直于基面，而且平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要平行于假定的进给运动方向。
6 背平面Pp通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。
三种静止参考系：正交平面参考系 Pr－Ps－Po：由基面、切削平面和正交平面组成。
.法平面参考系 Pr－Ps－Pn：由基面、切削平面和法平面组成。
背平面 -假定工作平面参考系Pr－Pp－Pf：由基面、背平面和假定工作平面组成。
1.3刀具的标注角度1 正交平面参考系内的刀具角度1)主偏角kr：在基面 Pr上，主切削平面(即主切削刃选定点处的切削平面)与假定工作平面之间的夹角，它总是正值。
刀具几何参数及其作用ppt课件
v 正交平面po ：通过切削刃上选定点并同时垂直于基面 和切削平面的平面，它是测量平面，如图所示。
v 正交平面参考系：由基面pr 、切削平面ps和正交平面
po构成的直角坐标系。
17
18
标注参考系内的标注角度
v 要确定外圆车刀切削 部分在正交平面参考 系中的结构，需要6个 基本角度 ：
v 为定量地表示刀具切削部分的几何形状，必须把刀 具放在一个确定的参考系中，用一组确定的几何参 数确切表达刀具表面和切削刃在空间的位置，该几 何参数就是刀具的几何参数。
14
v 测量平面、切削平面和基面组成了刀具标注角度参考 系。目前各国由于选用的测量平面不同，故所采用的 刀具标注角度参考系也不完全统一。现以外圆车刀为 例，说明几种不同的刀具标注角度参考系。
21
6) 副后角 过副切削刃上选定点．在副正交平面内测 量的副后刀面与副切削平面之间的夹角。
v 当主偏角和刃倾角确定后，主切削刃在空间的位置随 之确定。在正交平面内，前角和后角确定后，前刀面 和主后刀面随之确定。副偏角和副后角确定，副后刀 面就随之确定。这6个基本角度确定了普通外圆车刀 切削部分的几何形状。
v 根据用途和加工方法不同，刀具有如下几大类： (1)切刀类 包括车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀、
自动机床和半自动机床用的切刀以及一些专用切刀。 一般多为只有一条切削刃的单刃刀具。
1
(2)孔加工刀具 是在实体材料上加工出孔或对原有孔扩 大孔径(包括提高原有孔的精度和减小表面粗糙度值) 的一种刀具。如麻花钻、扩孔钻、锪钻、深孔钻、铰 刀、镗刀等。
1) 主偏角 kr 过主切削 刃上选定点，在基面 内测量的切削刃与进 给运动方向间的夹角 2)副偏角 过副切削 刃上选定点，在基面 内测量的副切削刃与 进给运动方向间的夹角。
机械制造工程之切削过程及其控制复习题(doc 10页)
机械制造工程之切削过程及其控制复习题(doc 10页)机械制造工程学复习题第二章切削过程及其控制2-1 什么是切削用两三要素？在外圆车削中，它们与切削层参数有什么关系？2-2 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要几个基本角度？试画图标出这些基本角度。
2-3 试述刀具标注角度和工作角度的区别。
为什么车刀作横向切削时，进给量取值不能过大？2-4 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能？2-5 常用的硬质合金有哪几类？如何选用？2-6 怎样划分切削变形区？第一变形区有哪些变形特点？2-7 什么是积削瘤？它对加工过程有什么影响？如何控制积削瘤的2-19 试述前角的功用及选择原则。
2-20试述后角的功用及选择原则。
2-21在CA6140型车床上车削外圆，已知：工件毛坯直径为mm 70φ，加工长度为400mm ；加工后工件尺寸为mm 01.060-φ，表面粗糙度为Ra3.2m μ；工件材料为40Cr （MPa b 700=σ）；采用焊接式硬质合金外圆车刀（牌号为YT15），刀杆截面尺寸为16mm ⨯25mm,刀具切削部分几何参数为：mm b mm r k k s r r a 2.0,10,5.0,0,10,45,6,10101'0=-=======γεγλαγ 。
市委该工序确定切削用量（CA6140型车床纵向进给机构允许的最大作用力为3500N ）。
2-22 试论述切削用量的选择原则。
2-23 什么是砂轮硬度？如何正确选择砂轮硬度？2-24 磨削外圆时磨削力的三个分力中以Fp 为最大，车外圆时切削力的三个分力中以Fc 为最大，为什么？2-25 试用单颗磨粒的最大切削厚度公式，分析磨削工艺参数对磨削过程的影响。
第三章 机械制造中的加工方法及装备3-1 表面发生线的形成方法有哪几种？试简述其形成原理。
3-2 试以外圆磨床为例分析机床的哪些运动是主运动，哪些运动是进给运动？3-3 机床有哪些基本组成部分？试分析其主要功用。
车刀的几何角度及切削参数
4．刀尖形状的选择 刀尖概念：主切削刃与副切削刃连接的地方 刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方。切 削过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损， 因此增强刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖对 已加工表面粗糙度有很大影响。
Hale Waihona Puke (a)倒角刃(b)圆弧刃
(c)修光刃
1、工件材料强度或硬度较高时，为加强切 削刃，一般采用较小后角。 2、对于塑性较大材料，已加工表面易产生 加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加 工表面质量影响较大时，一般取较大后角。
在一定切削条件下的基本选择方法
1．前角和前刀面形状的选择 2．后角及形状的选择 3．主偏角、副偏角的选择
：
4．刀尖形状的选择 5．刃倾角的选择
1．前角和前刀面形状的选择
（1）
前角的选择： 在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋 利，同时也要兼顾刀刃的强度与耐用 度。 刀具前角的合理选择，主要由刀具材 料和工件材料的种类与性质决定。
B、主偏角κr的增大或减小对切削加工不利的一面 主偏角的减小也会产生不良影响。因为根据切削 力分析可以得知，主偏角κr减小，将使背向力Fp 增大，从而使切削时产生的挠度增大，降低加工 精度。同时背向力的增大将引起振动。 因此主偏角的减小对刀具耐用度和加工精度产生 不利影响。
②、工艺系统刚性较差时 （工件长径比lw/dw = 612） ，或带有冲击性的切削，主偏角κr可以取大 值，一般κr＝60o～75o，甚至主偏角κr可以大于 90o，以避免加工时振动。 硬质合金刀具车刀的主偏角多为60o～75o 。 ③、根据工件加工要求选择。 当车阶梯轴时， κr ＝90o；同一把刀具加工外圆、 端面和倒角时， κr ＝45o。
2-1_金属切削刀具
（1）圆周铣削法（周铣法） 周铣法有两种铣削方式： 逆铣法和顺铣法。
逆铣法和顺铣法
逆 铣：铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反。 顺 铣：铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相同。
逆铣的加工特点
逆铣时
逆铣时，刀齿的切削厚度从ac=0至acmax,切削平稳; 同时，工件表面受到较大的挤压应力，冷硬现象严重， 加剧刀齿磨损，并影响已加工表面质量。 逆铣时刀齿是从切削层内部开始工作的，当工件表面 有硬皮时，对刀齿没有直接影响； 同时作用于工件上的进给力Ff与其进给方向相反，使 铣床工作台进给机构中的丝杠螺母始终保持良好的右侧面 接触，因此进给速度比较平稳。 （下图所示）
⑵铣削加工
⑶端面铣刀
端面铣刀
.
端铣刀的几何角度 端铣刀的每个刀齿类似车刀， 有主、副切削刃和过渡刃。在正 交平面系内端铣刀的标注角度有： γo、αo、kr、k’r和λs。 硬质合金端铣刀
硬质合金端铣刀
⑷铣削方式
.
3. 铣削方式及合理选用
不同的铣削方式对刀具的耐用度、工件的加工表面粗 糙度、铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大 的影响。
图： 铰刀的结构
3、铣刀
常用的铣刀有： 圆柱铣刀----用来铣削工件上的小的平面。 键槽铣刀----专用来铣削外键槽。 盘状铣刀----用来铣削各种窄槽或小的台阶面。 端面铣刀----用于铣削较大的工件平面。
⑴各种铣刀
a)圆柱形铣刀 b)硬质合金面铣刀 c)错齿三面刃铣刀 d)锯片铣刀 e)立铣刀 f)模具铣刀 g)键槽铣刀 h)单角铣刀 i)双角铣刀 j）成形铣刀
用途：用于对中
小直径孔的精加工， 精绞后，孔的表面 粗糙度可达 1.6～0.8 μm ；还 可用来加工锥销孔
刀具几何参数的合理选择
主偏角选择的具体原则 如下:
1．根据加工工艺系统刚性选择 粗加工、半精加工和工艺系统刚性不足时，为减小背 向力，减小振动，提高刀具耐用度，应选用较大主偏角， 一般主偏角为60 o～75 o。 2．根据加工材料选择 在加工高强度、高硬度材料时，为减轻单位长度切削 刃上的负荷，改善刀尖的散热条件，提高刀具强度和寿命， 应选取较小主偏角。 3．根据加工表面形状要求选择 在车阶梯轴时，选择主偏角=90o～92o；需要用一把刀 车外圆、车端面和倒角时，应选择主偏角=45o的车刀。
金属切削加工
刀具几何参数的合理选择
刀具的几何参数主要包括：刀具角度、前面与后面型式、 切削刃与刃口形状等。
刀具合理几何参数——是指在保证加工质量的前提下， 能够获得最高的刀具寿命，从而达到提高生产效率、降低生 产成本的刀具几何参数。
1.1前角和前面型式的选择
1．前角的选择 增大前角，切削刃锋利，切削变形减小、切削力减小、 切削温度降低、刀具磨损减小、加工表面质量提高。但若前 角过大，刀具刚度和强度降低，散热条件变差，切削温度高， 刀具易磨损或破损，刀具寿命低。总结正、反两方面的影响， 前角应有一个最佳值。 选择前角的原则：“固中求锐”。 （1）按工件材料选—— 切塑性材料时，应选较大前角； 切脆性材料，宜选较小前角。材料强度和硬度越高，前角越 小，有时甚至取负值。 （2）按刀具材料选——高速钢刀具材料的抗弯强度、抗 冲击韧性高，可选取较大的前角；硬质合金材料的抗弯强度 较低、脆性大，故前角应小些；陶瓷刀具材料的强度和韧性 更低、脆性更大，故前角应更小些。
2.前面型式的选择
（1）正前角平面型（图4.19a）——特点是结构简单、 制造容易、刀刃锋利，但刀尖强度较低、散热能力较差。
（2）正前角带倒棱型（图4.19b）——提高刀具刃口强 度、改善散热条件、增强刀具耐用度。
刀具切削部分的几何参数
a）
b）
c）
刃倾角对排屑方向的影响
• （3）正交平面Po内的角度 • 前角––––在正交平面Po内测量的前刀面Ar与基
面Pr间的夹角，记为γo；有正负之分，前刀面 Aγ位于基面之前角，γo<0°，反之γo>0°。 • 后角––––在正交平面Po内测量的后刀面Aα与切 削平面PS间的夹角，记为αo。 • （4）副刃正交平面Po‘内的角度 • 副后角––––在副刃正交平面Po‘ 内测量的副后刀 面Aα’与副切削平面PS‘间的夹角，记为αo’。
切削平面 Ps：过 切削刃上选定点， 与工件过渡表面相 切，与基面垂直。
五、刀具工作角度
• 1．进给运动的影响 （横切） 切削刃越接近工作中心， • 切断刀切断工件时，若不考虑进给dω运值越动小，，切μ值削较大刃，上γo选e 定A
的运动轨迹是一圆，因此该点的基越大面，是而过αoeA越点小，的甚工至作径向 平面Pγ，切削平面为过A点与Pγ垂变切为削直零就的或越切负不值利平，。面对P刀s具，的其前后 角γo、αo。当考虑进给运动后，切削刃上A点的运动轨迹 已是一阿基米德螺旋线，这时的切削平面Pse已是过A点 的阿氏螺线的切线，基面Pre已是A点的与Pse垂直的平面， 在这个测量坐标平面内的前角γoe、后角也不是原来的标 注角度γo、αo，此时：
实体减小时为正。作用：减小 主后刀面与工件加工表面间的 摩擦、主后刀面的磨损。过大， 刀刃强度下降，导热体积减小， 主后刀面磨损加快。粗加工和 承受冲击载荷时，选小值4°～ 6°，保证强度； 精加工时，选大值8°～12°， 保证表面质量。
刀具切削部分的几何参数
（2）后角的正负——后面
与基面之间的夹角小于90o 时为正；等于90o时为零； 大于90o时为负。
（3）刃倾角的正负——刀
尖处于切削刃上最高点时为 正；最低点时为负；切削刃 与基面平行时，刃倾角为零。
1.4 刀具角度标注实例
（2）切削平面——通过切削刃的选 定点，垂直于基面并与主切削刃相切 的平面 。
（3）正交平面——通过切削刃的选 定点，垂直于主切削刃在基面上投影 的平面 。
三个平面相互垂直，组成空间的三 维直角坐标系。
（2）法平面—— 通过 切削刃上选定点并与切 削刃垂直的平面。
法平面参考系——法 平面、基面与切削平面 组成的参考系。
3.刀尖——三个刀面的交
点（主、副切削刃的交点）。
车刀切削部分的结构要素
1.3 刀具角度
1.车刀静止参考系假设
2.正交平面参考系
（1）不考虑进给运动的影响。 （2）车刀的安装使刀尖与工件 中心等高，刀杆轴线与工件轴线垂 直。 （3）刀刃平直，刀刃各点的切 削速度方向均相互平行。
（1）基面——通过切削刃的选定点， 垂直于该点切削速度方向的平面 。
面之间的夹角。
➢楔角——前面与后面之
间的夹角，它是派生角度 。
（4）在副截面中测量的角度
➢副前角—
—前面与基 面之间的夹 角。
➢副后角—
—副后面与 副切削平面 之间的夹角。
4.其他刀具标注参考系
1.法平面 、假 定工作平面和 背平面中度量 的角度仍然有 前角和后角。
5．刀具角度正负的规定
（1）前角的正负——前面
➢副偏角——副切削刃在
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给方向上相对移动的距离。 当刀具齿数z>1时（如：钻削），每个刀齿相对于工件在进 给方向上的位移量，即每齿进给量，以ƒz表示，单位为mm/z。
进给速度 vf=n f = n fz z （mm/s 或 mm/min)
因为进给运动是由刀具完成的，故习惯上又称走刀运动。 其大小称进给量或走刀量。
切削用量三要素
3．测量基准 在加工中或加工后用来测量 工件的形状、位置和尺寸误差，测量时所采 用的基准，称为测量基准。
4．装配基准 在装配时用来确定零件或部件 在产品中的相对位置所采用的基准，称为装 配基准。
基准分类归纳如下：
基 准
设计基准
工艺基准
工序基准
定位基准
测量基准
装配基准
粗基准
精基准
辅加基准
2.2 切削刀具基本定义
能有几个或没有。进给运动的速度用进给量f或进给
速度Vf表示。
切削加工的主运动与进给运动往往是同时进行的，因此刀具
切削刃上某一点与工件的相对运动是上述两运动的合成。
其合成速度Ve＝ Vc+ Vf。
合成切 削运动
3)定位和调整运动 使工件或刀具进入正确加工 位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。
主运动和进给运动是实现切削加工的基本 运动。可以由刀具完成，也可以由工件完成， 还可以由刀具和工件共同完成。同时，主运动 和进给运动可以是直线运动(平动)，也可以是 回转运动(转动)，还可以是平动和转动的复合 运动。 由于上述不向运动形式和不同运动执行 元件的多种组合，产生了不同的加工方法。
图2-1 车削运动和加工表面 1-待加工表面 2-过渡表面 3-已加工表面
1)主运动 直接切除工件上的切削层，以形成工件新表 消耗功率最多的运动，且主运动只有一个。主运动
面的基本运动。主运动通常是切削运动中速度最高、
的速度以Vc表示，称作切削速度。
2)进给运动 是指不断地把切削层投入切削的运动。 它的速度较低。进给运动可能是连续性的运动，也 可能是间歇性的。进给运动有时仅有一个，但也可
表
面
成
形
原 理
图
R
R R T T T T R
T
钻 扩 铰 镗
T
拉
挤
R
R
T
内圆磨 无心磨
R
T/ R
行星式内圆磨
典型表面加工方法
表2-4 平面加工方法
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
表
面
成
形
原
理
图
T
T
刨 插
T
R
周铣 端铣 平磨 端面平磨
R
T
车
T
拉
典型表面加工方法
表2-5 螺纹加工方法
第2章 切削过程及其控制
2.1金属切削的基本知识
一、切削运动
二、工件加工表面
主运动、进给运动 三个变化的表面
三、切削用量
四、刀具几何参数 五、切削层参数 六、刀具材料
三要素
计算 选择
刀具组成 刀参考系 几何角度
切削厚度、切削宽度、切削面积
性能、高速钢、硬质合金
2.1 基 本 概 念
金属切削过程是工件和刀具相互作用的过程。刀具要从工
切削部分由不同刀面和切削刃构成。定义如下： (1) 前刀面Aγ 切屑沿其流出的刀面。 (2) 后刀面Aα与加工表面相对的刀面。同前刀面相交形 成主切削刃的表面， (3) 副后刀面 Aα′与已加工表面相对的表面。同前面相 交形成副切削刃的表面， (4) 主切削刃S 前刀面与后刀面的交线。它担负着主要 的切削工作。 (5) 副切削刃 S′前刀面与副后刀面的交线。它担负少量 切削工作。 (6) 刀尖 主、副切削刃连接处相当少的一部分切削刃。
金属切削加工的刀具种类繁多，但刀 具切削部分的组成却有共同点。车刀的 切削部分可看作是各种刀具切削部分最 基本的形态。 2.2.1 车刀切削部分的组成 车刀由切削部分和刀柄组成。刀具中 起切削作用的部分称切削部分，夹持部 分称刀柄，图2-3表示了车刀的组成部分 和各部分的名称。
刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合。
在设计工序基准时，主要应考虑如下三 个方面的问题： 1）应尽量用设计基准作为工序基准； 2）工序基准应尽可能用于工件的定位和 工序尺寸的检查；
3）当采用设计基准为工序基准有困难时， 可另选工序基准，但必须可靠的保证 零件设计尺寸的技术要求。
定位误差
由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误 差，称为基准不重合误差。
典型表面加工方法
表2-2 外圆表面加工方法
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
表 面 成 形 原 理 图
R
T
车削
成形车削
拉削
研磨
R
R
铣削
成形磨（横磨）
T/ R R R
R R T
外圆磨
无心磨
车铣加工
T/ R
滚压加工
典型表面加工方法
表2-3 内圆表面加工方法
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
前刀面与副后刀面的交线。 它担负少量切削工作，配合 主切削刃完成切削工作并最 终形成工件上的已加工表面
刀尖是主、副切削刃连 接部位，或者是主、副 切削刃的交点
刀尖结构
a) 尖刀尖 b) 倒圆刀尖 c) 倒角刀尖
图2-1 车削运动和加工表面 1-待加工表面 2-过渡表面 3-已加工表面
刀具切削部分的构成
当Κr=90°时， hD＝ f
bD＝ ap
图2-11 外圆纵车时切削层参数 a)直线刃时 b)曲线刃时
当切削刃为直 线时，切削刃 上各点处的hD 相等；切削刃 为曲线时，刃 上各点的hD是 变化的
2.4基准 基准分类归纳如下：
基 准
设计基准
工艺基准
工序基准
定位基准
测量基准
装配基准
粗基准
精基准
附加基准
式中：n-主运动速度（r/s）
d-刀具或工件的最大直径（mm）
主运动为往复运动: 平均速度：
v = 2Lnr /1000
L-往复运动行程长度（mm） nr-主运动每秒钟往复次（str/s）
切削用量三要素
2. 进给量 f
(mm/r 或 mm/双行程)
指工件或刀具每转一周时（或主运动一循环时），两者沿进
解：
v =πdn/1000 = π·62· 4/1000 = 0.779 m/s
f = vf /n = 2/4 = 0.5 mm/r
ap = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm
2.1.3切削层参数
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层在垂 直于主运动方向的截面尺寸称为切削层参数。 它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，还影 响切削力和刀具磨损、表面质量和生产效率。通常在基面Pr内 度量。
车刀
车刀的切削部分由3个刀面（前刀面、主后刀面和副后刀 面），2个刀刃（主切削刃和副切削刃）和1个刀尖组成。
a）焊接式车刀
b）整体式车刀
c）机夹式车刀
图2-3 车刀的结构
切削部分：由不同刀面和切削刃构成。
Hale Waihona Puke 切屑流出时经过 的刀面与过渡表面相对的刀面， 也称主后刀面
与已加工表面相 对的刀面
前刀面与后刀面的交线。 在切削加工过程 中，它担 负着主要的切削工作
（1）粗基准和精基准:未经机械加工的定位基 准称为粗基准，经过机械加工的定位基准称为 精基准。机械加工工艺规程中第一道机械加工 工序所采用的定位基准都是粗基准。 （2）固有基准:零件上原来就有的表面作为定 位基准. 附加基准:零件上根据机械加工工艺需要而专门 制造出来的定位基准，称为辅助基准。例如。 轴类零件常用顶尖孔定位，顶尖孔就是专为机 械加工工艺而设计的辅加基准。
1. 切削厚度 hD：在垂直于切削刃的方向上度量的切削层截面的 尺寸。hD反映了切削刃单位长度上工作负荷的大小 hD＝ f sinκr 2. 切削宽度 bD ：沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。 bD 影响刀具的散热情况 bD＝ ap/sinκr 3.切削层面积AD=hDbD=faP Κr为车刀主偏角，当工艺参数进给量f与背吃刀量ap确定后，主 偏角Κr越大，切削厚度越大hD ，切削宽度越小bD ，
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
表
面
成
形
原
理
图
R
T
车螺纹 板牙
R
T
丝锥
R
R
T
铣螺纹 梳形铣 刀 旋风铣 磨螺纹
R
R
滚压
典型表面加工方法
表2-6 齿形加工方法
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
表
面
成
形
原
理
图
T
R
铣齿
指状铣 刀铣齿
成形 磨齿
R/T
R
滚齿 剃齿
R
T
T
插齿
件上切去一部分金属，并在保证高生产率和低成本的前提下，
使工件得到符合图样要求的形状、尺寸精度和表面质量。为了 实现这一过程，必须具备以下三个条件：工件与刀具之间要有 相对运动，即切削运动；刀具材料必须具有一定的切削性能； 刀具必须具有适当的几何形状， 即切削角度。
2.1.1切削加工成形运动
以图2—1所示外圆车削为例，要切除工 件表面多余金属层，刀具与工件间必须有 相对运动，即工件必须作回转运动，刀具 作直线运动。 依其作用的不同，可把切削运动分为主运动 与进给运动。
（二）工艺基准 零件在加工工艺过程中所采用的基准 称为工艺基准。工艺基准又可进一步分 为：工序基准，定位基准，测量基准和 装配基准。 粗基准 工序基准 工艺基准 定位基准 精基准 附加基准