机械设计制造基础课件

AD=hDbD=apf
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上述公式中可看出
h D 、 bD 均 与 主 偏 角 有关，但切削层公 称横截面积 AD 只与 hD 、 bD 或 f 、 ap 有关。
切 削 层
残留面积 实际横截面积
残留面积
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二、刀具角度
（一）刀具切削部分的组成
刀具的组成
刀 具 角 度
由工作部分和非工作部分构成（车刀由 刀头和刀柄两部分组成），
是工件与刀具相互作用的过程，是用刀 具从工件表面上切除多余的材料的过程。
金属切削加工的目的
使被加工零件的尺寸精度、形状和位置 精度、表面质量达到设计与使用要求。
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金 属 切 削 加 工 的 基 本 概 念
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实现切削过程的三个条件
金 属 切 削 加 工 的 基 本 概 念
切削运动：
工件与刀具之间要有相对运动。
刀 具 标 注 角 度
以车刀为例，表示几个角度的定义。
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正交平面参考系内的标注角度
正 交 平 面 参 考 系 内 的 标 注 角 度
前角γo
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，有正、负和零 值之分，其符号规定如图所示。
பைடு நூலகம்角αo
在正交平面内测量的主后刀面与切削平 面之间的夹角。
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合成切削运动与合成切削速度
合成切削运动
切 削 运 动 与 切 削 用 量
由主运动和进给运动合成的运动。
合成切削速度υe
切削刃上选定点相对于工件的合成运动的 瞬时速度。
c
υe＝υc+υf
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切 削 加 工 过 程 中 的 工 件 表 面
2.切削加工过程中的工件 表面
待加工表面
工件上即将切除的表面。
刀具工作参考系
它是确定刀具切削工作时的基准，用于定义 刀具的工作角度。
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刀具静止参考系
刀具工作参考系
刀 具 角 度 参 考 系
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刀具静止（标注角度）参考系
用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系。
四个假设条件 刀
具 角 度 参 考 系
1.装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；
2.刀具的轴线垂直工件的轴线；
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进给量f
切 削 运 动 与 切 削 用 量
是指刀具在进给运动方向上相对工件的 位移量。
当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀 具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移 量，单位为mm/r； 当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工 件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的 相对位移量，单位为mm/str或mm/单行程； 对于多齿的旋转刀具（如铣刀、切齿刀）， 常用每齿进给量fz，单位为mm/z或mm/齿。 它与进给量f的关系为f=zfz
法 平 面 参 考 系
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法 平 面 参 考 系
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正 交 平 面 参 考 系 与 法 平 面 参 考 系
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（三）刀具标注角度
刀具的标注角度是表达刀具在空间方位 的参数。 刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需 要的，并在刀具设计图上予以标注的角 度。 由于标注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 均指的是切削刃选定点的角度。 刀具的标注角度主要有六个。
3.没有进给运动；
4.工件已加工表面的形状是圆住表面。
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正交平面参考系
由以下三个在空间相互垂直的参考平
正 交 平 面 参 考 系
面构成
基面
切削平面
正交平面
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基面Pr
通过切削刃选定点且垂直于切削速度向 量的平面。
正 交 平 面 参 考 系
υc
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切削平面PS
包含有切削刃选定点的切线与切削速度 向量的平面。
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切削层公称厚度hD
垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切 削层参数。（简称切削厚度）
hD=fsinκr
切削层公称宽度bD
切 削 层
平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切 削层参数。（简称切削宽度）
bD=ap/sinκr
切削层公称横截面积AD
在切削层参数平面内度量的横截面积。（简称 切削面积）
切削性能：
刀具材料必须具备一定的切削性能。
切削角度：
刀具必须具有合理的几何参数。
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1. 切削运动与切削用 量
切 削 运 动 与 切 削 用 量
切削运动
刀 具 与 工 件 间 的 相 对运动（即表面成 形运动） 切 削 运 动 可 分 为 主 运动和进给运动
主 运 动 和 进 给 运 动 的向量合称为合成 切削运动
主切削刃S
前刀面与主后刀面的交 线。
它完成主要的切削工作。
前刀面（刀面）Aγ
刀具上切屑流过的表面。
副切削刃S’
前刀面与副后刀面的交 线。
它配合主切削刃完成切 削工作，并最终形成已 加工表面。
主后刀面（后面）Aα
与工件过渡表面相对的 表面。
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刀尖（过渡刃）
刀 具 切 削 部 分 的 组 成
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刀 具 材 料
1.刀具材料应具备的性能
高的硬度和耐磨性
刀 具 材 料 应 具 备 的 性 能
足够的强度和韧性
高的耐热性（热稳定性）
良好的物理特性
良好的工艺性
经济性
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（1）高的硬度和耐磨性
硬度是刀具材料应具备的基本特性。
刀 具 材 料 应 具 备 的 性 能 刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料 的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃的硬度，刀 具材料常温硬度一般要求大于60HRC。
若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情 况正好相反。
刀 具 的 工 作 角 度
加工内表面时，情况与加工外表面相反。
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刀尖安装高低对工作前、后角的影响
刀 具 的 工 作 角 度
pe p p pe p p
tg p h dw 2 h 2
已加工表面
工件上已经切除而形成 的新表面。
过度表面（加工表面）
工件上正在切削的表面。
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3.切削层
在 切 削 过 程 中 ， 刀 具的刀刃在一次走 刀中从工件待加工 表面切下的金属层 ， 称为切削层。
切 削 层 参 数 是 指 这 个切削层的截面尺 寸，一般在基面内 度量和观察。
切 削 层
轴向进给车外圆时 ， 合成切削运动产生 的加工轨迹是阿基 米德螺旋线，从而 使工作前角 γoe 增大、 工作后角αoe减小。
γfe＝γf+η αfe＝αf－η
tgη＝f/πd
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3.刀具安装高低对工作角度的影响
用刃倾角 λs=0°车刀车削外圆时，由于车刀的 刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位 置发生变化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe 减小。
正 交 平 面 参 考 系
υc
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正交平面Po
正 交 平 面 参 考 系
是过切削刃选定点，并垂直于切削平面 PS与基面Pr的平面。 切削平面
υc
正交平面
基面
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正 交 平 面 参 考 系
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法平面参考系
法平面参考系由基面Pr、切削平面PS和法平面Pn组成。
法平面Pn：
过主切削刃选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面。
工作正交平面Poe
通过切削刃上的选定点， 同时垂直于工作基面、 工作切削平面的平面。
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1.横向进给运动对工作角度的影响
刀 具 的 工 作 角 度
oe o oe o
f tg d
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2. 轴向进给运动对工 作角度的影响
刀 具 的 工 作 角 度
刀头用于切削，刀柄用于装夹。
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刀具切削部分的组成
刀 具 切 削 部 分 的 组 成
外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其 切削部分（又称刀头）组成可用一句话总结： “三面两刃一尖”。
前刀面
主后刀面
副后刀面
主切削刃
副切削刃
刀尖（过渡刃）
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副后刀面Aα’
与已加工表面相对的表 面。 刀 具 切 削 部 分 的 组 成
后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。
角度 正负
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主偏角κr
正 交 平 面 参 考 系 内 的 标 注 角 度
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。
刃倾角λs
在切削平面内测量的主切削刃与基面之 间的夹角。
当主切削刃呈水平时，λs=0；刀尖为主切削 刃最低点时，λs＜0；刀尖为主切削刃上最高 点是，λs＞0。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力。
一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高， 数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。 但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度， 而且也和它的化学成分、强度、显微组织及摩擦区 的温度有关。
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（2）足够的强度和韧性
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2
4. 刀杆安装偏斜对工 作主、副偏角的影响
刀 具 的 工 作 角 度
当 刀 杆 中 心 线 与 进 给运动方向不垂直 且逆时针转动G角时， 工作主偏角将增大 ， 工作副偏角将减小 。
re r G
G
' re ' r
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三、刀具材料
在切削过程中，刀具担负着切除工件上 多余金属以形成已加工表面的任务。 刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削 部分的材料、几何参数以及结构的合理 性等。 刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、 加工质量以及加工成本都有很大影响， 因此必须合理选择。 刀具材料的发展受着工件材料发展的促 进和影响。