1.1 金属切削刀具结构

对于副切削刃的静止参考系，也有同样的上述坐标平面。为区分
起见，在相应符号可上方加“ ′”。如 Po 为副切削刃的正交平面，其余
类同。
（3）正交平面参考系下的刀具标注角度
如图1-8所示，正交平面参考系下车刀各标注
角度如下：
前角γo：在主切削刃选定点的正交平面P o内， 前刀面与基面之间的夹角，正负规定如图1-8。
②横向进给运动对工作角度的影
响
如图1-12所示，车端面或切断时，
主运动方向与合成切削运动方向的夹
角为μ，这时工作基面Pre和工作切削 平面Pse相对于静止参考系都要偏转一 个工作后角减小μ角。
tanμ＝υf /υc＝ f/πd
（1-8）
③纵向进给运动对工作角度的影响 如图1-13所示，车外圆或螺纹时，主运动方
第一章、金属切削课程大纲
1.1 金属切削刀具结构
1.1.1 切削运动与切削要素
1.切削运动 为了切除工件上多余的金属，以获得形状、尺寸精度和表面质量符 合要求的工件，除必须使用切削刀具外，且刀具和工件之间还必须作相 对运动──切削运动。图1-2列举了几种常见加工方法的切削运动。
（1）主运动 主运动是使工件与刀具产生相对运动而进行切削的最主要的运动，也是
如图1-10所示，当刀杆中心线与正常位置偏θA 角时，将引起工作主偏角κre增大（或减小），工作 副偏角减小（或增大），角度变化值为θA角。
2）进给运动对刀具工作角度的影响 ①进给运动方向对工作主、副偏角的影响 如图1-11所示，当实际进给运动方向与假定进给 运动方向偏θA角时，将引起工作主偏角κre增大（或 减小），工作副偏角减小（或增大），角度变化值 为θA角。
③假定工作平面 Pf （也称进给剖面） 假定工作平面P f是通过切削刃 上选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面，如图1-7b）所
示。
④背平面 Pp （也称切深剖面） 背平面Pp是指通过切削刃上选定点，垂 直于假定工作平面和基面的平面，如图1-7b）所示。
Po
以上测量平面可根据需要任选一个，然后与另两个基准平面 （基面 P r和切削平面P s）共三个平面组成相应的参考系。如P r—P s —P o组成正交平面参考系（主剖面参考系）；P r —P s —P n组成法平 面参考系（法剖面参考系）； P r—P s —P f组成假定工作平面参考系 （进给剖面参考系）；P r —P s —P p组成背平面参考系（切深剖面参 考系）。
副后角or ：在副切削刃选定点的副正交平面
内，副后刀面与副切削平面之间的夹角，正负规
定如图1-8。
同理，在法平面 P n有标注角度法前角γn和法 后角αn；在假定工作平面 P f有标注角度侧前角γf和 侧后角αf；在背平面 P n有标注角度背前角γp和背后 角αp。
3.刀具的工作角度
（1）刀具工作角度参考系
（1-1）
式中 υc──切削速度（m/min）； d ──工件加工表面或刀具的最大直径（mm）； n ──主运动的转速（r/min ）。
图1-3 各种常见切削加工的切削用量 a)车外圆；b)车端面；c)铣平面；d)钻孔；e)刨平面
2）进给量 f 进给量f是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，刀具与工件
刀具工作角度参考系是在实际工作条件下
建立的参考系，在此参考系中定义的角度称为
刀具工作角度。工作角度参考系基准平面如下：
工作基面Pre：过切削刃选定点与合成切削 速度υ e垂直的平面。
工作切削平面Pse：过切削刃选定点与切削 刃相切并垂直于工作基面的平面。
（2）影响刀具工作角度的因素
1）刀具安装位置对刀具工作角度影响
（1-6）
1.1 金属切削刀具结构
1.1.2 刀具切削部分的结构
1.刀具切削部分的 几何要素
图1-5所示为外圆车 刀的结构，其组成包括 刀杆部分和刀头部分。 刀杆部分用于在刀架上 装夹；刀头部分用于切 削，又称切削部分。
图1-5 外圆车刀结构
刀具切削部分的组成要素如下： （1）前刀面Aγ：切削过程中切屑流过的刀面。 （2）主后刀面Aα：与工件上过渡表面相对应的刀面，也称为后刀面。
向与合成切削运动方向的夹角为μf，这时工作基 面Pre和工作切削平面Pse相对于静止参考系都要 偏转一个附加的角度μ，导致工作前角增大μ角，
而工作后角减小μ角。
tanμ＝tanμfsinκr＝ f sinκr /πd
（1-9）
式中 f ──纵向进給量或螺纹的导程
（mm/r）；
d ──工件选定点的直径（mm）； μf ──螺旋升角（°）。
度并延长车刀使用寿命，实际中多将刀尖磨成圆弧（如图1-6 b）)或直线型过 渡刃（如图1-6 c）)，即圆弧刀尖和倒角刀尖。
图1-6 刀尖形式 a)实际交点；b)圆弧型过渡刃；c) 直线型过渡刃
2.刀具的标注角度 （1）刀具静止角度参考系 刀具静止角度参考系是指用于定义设计、制造、刃磨和测量刀具切 削部分几何参数的参考系，又称为标注角度参考系，在此参考系中 定义的角度称为刀具标注角度。刀具静止角度参考系是在假定条件 下建立的参考系。 1）假定运动条件 在建立参考系时，暂不考虑进给运动，即用主运动向量近似代替切 削刃与工件之间相对运动的合成速度向量。 2）假定安装条件 假定刀具的刃磨和安装基准面垂直或平行于参考系的平面，同时假 定刀杆中心线与进给运动方向垂直。例如对于车刀来说，规定刀尖 安装在工件中心高度上，刀杆中心线垂直于进给运动方向等。
①刀刃安装高低对工作前、后角的影响
如图1-9所示，当切削点高于工件中心时，
此时工作基面与工作切削平面与正常位置相应
的平面成θ 角，由图可以看出，此时工作前角
增大θp 角，而工作后角减小θp 角。
Sinθp ＝ 2h/d
（1-7）
图1-9 刀刃安装高低的影响
②刀杆中心与进给方向不垂直对工作主、副 偏角的影响
后角αo：在正交平面P o内，主后刀面与切削平 面之间的夹角，正负规定如图1-8。
主偏角κr：主切削刃在基面上的投影与假定进 给方向的夹角，它总是正值。
副偏角
k
' r
：副切削刃在基面上的投影与假定
进给反方向的夹角，它总是正值。
刃倾角λs：在切削平面Ps内，主切削刃与基面 的夹角，正负规定如图1-8。
1）切削层公称厚度hD 切削层公称厚度hD是指垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。hD的大 小反映了切削刃单位长度上的工作负荷。由图1-4可知
hD ＝ f sinκr
（1-4）
式中
hD ──切削层公称厚度（mm）； f ──进給量（mm/r）； κr ──主偏角（°）。
图1-4 切削层参数
2）切削层公称宽度bD 切削层公称宽度bD是指沿过渡表面度量的切削层尺寸。bD的大小反
映了切削刃参加切削的长度。由图1-4可知
bD ＝ap / sinκr
（1-5）
式中
bD ──切削层公称宽度（mm）； ap ──背吃刀量（mm）； κr ──主偏角（°）。
3）切削层公称横截面积AD
切削层公称横截面积AD是指在切削层尺寸平面内度量的横截面积。
由图1-4可知
AD＝hD bD ＝ap f
切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动。在切削加工中，主运动可以是 旋转运动，也可以是直线运动，如图1-2所示。一般切削加工中主运动只有 一个。
（2）进给运动 进給运动是把切削层间断或连续投入切削的一种运动。进给运动的特点
是运动速度低，消耗功率小。
图1-2 常见加工方法的切削运动 a)车外圆； b)刨平面； c)铣平面； d)钻孔； e)磨外圆
面。
a)
b)
图1-7 刀具静止角度参考系
a)正交平面参考系和法平面参考系； b) 假定工作平面参考系和背平面参考系
3）测量平面
常用的测量平面有四个：
①正交平面 Po （也称主剖面） 正交平面Po是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，如图1-7a）所示。
②法平面 Pn （也称法剖面） 法平面Pn是通过切削刃上选定点垂直于 切削刃的平面，如图1-7a）所示。
（3）合成切削运动 当主运动和进給运动同时进行时（如车削、铣削等），刀具切削刃上选
定点与工件间的相对切削运动，是主运动和进給运动的合成运动，称为合成
切削运动。图1-2 a）所示的外圆车削运动，υc为切削刃上某点切削速度， υf为同一点的进给运动速度，υe为两个运动的合成速度。
2.工件上的加工表面 （1）待加工表面：工件上有待切除金属层的表面； （2）已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面； （3）过渡表面：主切削刃正在切削的表面。
3.切削要素 切削要素包括切削用量和切削层参数。 （1）切削用量三要素
切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三个要素，各种常见 切削加工的切削用量如图1-3所示。
1）切削速度υc 切削速度υc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速 度。当主运动为旋转运动时，切削速度计算公式如下：
υc= dn / 1000
ap = （dw－dm）/2
式中 ap ──背吃刀量（mm）； dw ──待加工表面直径
（mm/r）；
dm ──已加工表面直径 （r/min ）。
（2）切削层参数
切削过程中，刀具切削刃在一次进给（走刀）中，从工件待加工表
面上切下的金属层，如图1-4所示，车刀从位置Ⅰ移到位置Ⅱ，所切
下Ⅰ、Ⅱ之间的金属层称为切削层。
2.刀具的标注角度
（2）刀具静止参考系的坐标平面
作为一个空间参考系，它必须有确定的坐标平面。在静止参考系中，
这样的坐标平面有三个：基面（ Pr ）、切削平面 (Ps) 和测量平面。 1）基面P r 基面Pr是通过切削刃上选定点，垂直于假定主运动方向的平面，如
图1-7a）所示。