2金属切削过程基本知识ppt课件

刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成：
（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。例如，图1.6所示为普通车刀、 刨刀的基面Pr ，它平行于刀具底面。
(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Pr的平面。 也就是主切削刃与切削速度方向 构成的平面。
1.1.4.2 刀具安装对工作角度的影响
（1〕刀尖安装对工作角度的影响
当刀尖安装得高于工件中心线时， 工作切削平面将变为Pse，工作基面 变为Pre，工作角度γpe增大，αpe减 小。在背平面〔P－P仍为标注背平面〕 内角度变化值为θp：
h d w 2 h 2 2
（2〕刀杆安装倾斜对工作角度的影响
（2〕纵车
由合成切削速度角η的定义可知：
f
tanη=
dw
式中 f－进给量
dw－切削刃选定在A点时的工件待加工表面直径。
上述角度变化可以换算至主剖面内：
tanη0＝tanη.sinkr； γ0e＝γ0＋η0
（1.20）
由上式可知：η值不仅与进给量f有关，也同工件直径dw有 关；dw越小，角度变化值越大。
前角γ0：前刀面与基面间的夹角〔在 主剖面中测量）。
图1.11(a) 主剖面系标注的刀具角度
后角α0：后刀面与切削平面间的夹角 〔在主剖面中测量）。
图1.11(b) 主剖面系标注的刀具角度
主动方
向的夹角。
图1.11(c) 主剖面系标注的刀具角度
刃倾角 λs：切削平面 中测量的主切削刃与 基面间的夹角。
图1.1车削时的切削运动
待加工表面：即将被切去 金属层的表面;
加工表面：切削刃正在切 削着的表面;
已加工表面：已经切 去一部分金属形成的 新表面。
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。但 是，按切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分，可分 为主运动和进给运动。如图1.1所示。
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。
1.1 基本定义
1.1.1 切削运动与切削用量 1.1.2 刀具切削部分的基本定义 1.1.3 刀具角度的换算 1.1.4 刀具工作角度 1.1.5 切削层参数与切削形式
1.1.1 切削运动与切削用量
如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工件的外圆 表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面〔图1.1）：
(1)横车
η角称为合成切削速度角，它是主运动方向与合成运动切削速 度方向之间的夹角。由η角定义可知：
v
tanη＝
f
=
f
vc
d
(1.19)
式中d为随着车刀进给而不断 变化着的切削刃选定点处工 件的旋转直径，η值是随着切 削刃趋近工件中心而增大的； 在常用进给量下当切削刃距 离工件中心1mm时，η＝ 1°40′；再靠近中心，η值急 剧增大，工作后角变为负值。
工件每转一转， 车刀沿工件轴线 移动一段距离， 即进给量〔f， mm/r）。
式中 d－工件或刀具上某一点的回转直径〔mm) n－工件或刀具的转速〔r/s或r/min)
（2〕进给速度、进给量和每齿进给量
进给速度vf是单位时间的进给量，单位是mm/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，单位是mm/r〔毫米/转）。
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fz，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)。
显而易见 vf=f·n=fz·z·n mm/s或mm/min （1.3）
（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，单位为mm。
外圆柱表面车削的深度可用下式计算：
ap=（dw-dm）/2 mm
(1.4)
对于钻孔工作
ap=dm/2 mm
(1.5)
上两式中 dm——已加工表面直径〔mm） dw—— 待加工表面直径〔mm）
第一章 金属切削过程的基础知识
本章提要 1.1 基本定义 1.2 刀具材料
本章提要
本章主要介绍金属切削过程的基础知识，分两大 部分：
一、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〔基面、切 削平面、主剖面）、刀具标注角度、切削层参数等。
二、刀具材料——介绍刀具材料应具备的性能〔硬度、 耐磨性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性），两 种常用的刀具材料〔高速钢、硬质合金〕和其它刀具材 料〔涂层、陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼）。
ve=vc+vf
(1.1)
图1.3 切削时合成切削速度
1.1.1.2 切削用量三要素
ve、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。回旋体〔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：
vc= d n
1000
m/s 或 m/min
(1.2)
在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度， 称为刀具标注角度。在切削刃是曲线或前、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 面代替曲刃或曲面。
主剖面参考系里的标注角度的名称、符号与定义如图1.11：
前角γ0
后角α0
主偏角κr
刃倾角 λs
同理，副切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定位也需 要四个角度：即副偏角 κ’r ，副刃倾角λ’s，副前角γ’0，副后角α’0。 它们的定义与主切削刃上的四种角度类似。
此外，根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，它们的名 称与定义如下：
楔角β0 ：主剖面中测量的前、后刀面间夹角。
β0＝90°－ （γ0 ＋α0）
（1.6）
刀尖角εr ：基面中测量的主、副切削刃间夹角。
εr＝180 °－ （ κr＋ κ’r ）
（1.7）
前角、后角、刃倾角正负的规定如图1.12所示：在主剖面中，前 刀面与基面平行时前角为零，前刀面与切削平面间夹角小于90 °时前 角为正、大于90 °时后角为正，大于90 °时后角为负，刃倾角的正负 如 图1.12 所示。
1.1.2.2 刀具标注角度的参考系
假定运动条件：首先给出刀具的假定主运动方向和假定进给运动方向； 其次假定进给速度值很小，可以用主运动向量vc近似代替合成速度向量ve； 然后再用平行和垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。
假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀具便 于制造、刃磨和测量时定位与调整的平面或轴线〔如车刀底面、车刀刀杆 轴线、铣刀、钻头的轴线等）。反之也可以说，假定刀具的安装位置恰好 使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。
（2〕纵车
同理，也是由于工作中基面和切 削平面发生了变化，形成了一个合成 切削速度角η，引起了工作角度的变化。 如图1.16所示，假定车刀λs＝0，在不 考虑进给运动时，切削平面Ps垂直于 刀杆底面，基面Pr平行于刀杆底面， 标注角度为γ0、α0；考虑进给运动进 给运动后，工作切削平面Pse为切于螺 旋面的平面，刀具工作角度的参考系 （ Pse、 Pre ）倾斜一个角η，则工作 进给剖面〔仍为原进给剖面〕内的工 作角度为：γfe＝γf +η；αfe＝αf－η
同样，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。 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取代vc，用实际 进给运动方向取代假定进给运动方向。
图〔a〕刀具后刀面同工件之间有适宜的间隙，切削情况正常；
(a) 图1.10 刀具工作角度示意图
图〔b〕该两个表面全面接触，摩擦严重；
(b) 图1.10 刀具工作角度示意图
（1〕主运动 主运动是切下金属所必须的
最主要的运动。通常它的速度最高， 消耗机床功率最多。只有一个
（2〕进给运动 使新的金属不断投入切削的运动。
进给运动可以是连续运动， 也可以是间歇运动。可以有多个
（3〕合成运动与合成切削速度
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，其大小与方向用合成速度向量ve表示。 如图1.3所示，合成速度向量等于主运动速度与进给运动速度的向量 和。即
图1.11(d) 主剖面系标注的刀具角度
由于图1.11所示车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上， 因而，当γ0、 λs两者确定后，前刀面的方位已经确定， γ’0、 λ’s两 个角度可由γ0、 λs、 κr、 κ’r 等角度换算出来，称为派生角度。由 上分析可知，图1.11中外圆车刀有三个刀面，两个切削刃，所需标注 的独立角度只有六个。
图1.6普通车刀的基面Pr
（3〕主剖面P0和主剖面参考系
主剖面P0是通过切削刃选定点，同时垂直于Pr和切削平面Ps 的平面。图1.8表示由Pr －Ps －P0组成的一个正交的主剖面参考 系。
图1.8 主剖面与法剖面参考系
1.1.2.3 刀具工作角度的参考系
上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ve来确定参考 系，才符合切削加工的实际。例如，图1.10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ve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。
车刀刀杆与进给方向不垂直时，工作主偏角kre和工作副偏角 k’re将发生变化：
k0e kr G ； k'rek'rG （1.25）
式中G—假定进给剖面与工作进给剖面之间的夹角，在基面内测量。 也就是进给运动方向的垂线和刀杆中心线间的夹角。
1.1.5 切削层参数与切削形式
1.1.5.1 切削层
各种切削加工的切削层参数，可用典型的外圆纵车来说 明。如(图1.19)所示，车刀主切削刃上任意一点相对于工件 的运动就轨迹是一条空间螺旋线。它们的各义及说明如下：
图〔c〕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。
刀具工 作角度 示意图
图1.10 刀具工作角度示意图
1.1.2.4 刀具的标注角度
(a) λs＝0
(b)
(c)
－λs
+ λs
图1.12 刃倾角 λs的符号
1.1.4 刀具工作角度
1.1.1.4 进给运动对工作角度的影响
(1)横车 如(图1.15)： 以切断车刀为例，在不考虑进
给运动时，车刀主切削刃选定点相 对于工件的运动轨迹为一圆周，切 削平面Ps为通过切削刃上该点切于 圆周的平面，基面Pr的平面，γ0、 α0为标注前角和后角。当考虑横向 进给运动之后，切削刃选定点相对 于工件的运动轨迹为一平面阿基米 德螺旋线，切削平面变为通过切削 刃切于螺旋面的平面Pse，基面也 相应倾斜为Pre，角度变化值为 η。 工作主剖面P0e仍为平面。此时在 工作参考系（ Pre、 Pse、 P0e〕 内的工作角度γ0 e和α0e为： γ0e ＝ γ0 +η; α0e=α0－η。
(3)切削刃:切削刃是前刀面上直接进行切削的锋边，有主切削刃 和副切削刃之分。 主切削刃： 指前刀面与主后刀面相交的锋边，它完成主要的 切除或表面成形工作； 副切削刃： 指前刀面与副后刀面相交的锋边，它配合主切削 刃完成切除工作，并最终形成以加工表面。 (4)刀尖
刀尖是主、副切削刃的连接部位。为了强化刀尖，许多刀具 都在刀尖处磨出直线或圆弧形过渡刃。
1.1.2 刀具切削部分的基本定义
1.1.2.1 刀具切削部分的构成要素
图1.3 典型外圆车刀切削部分的构成
前刀面
刀面 后刀面
刀刃
副后刀面
主切削刃 副切削刃 刀尖
国际标准化组织(ISO)在确定金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 及其定义和说明如下： (1)前刀面