高速钢 硬质合金

刀 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
具 标 注
得刀具。
(3)主剖面Po和主剖面参考系
角 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
度 的
平面。由此可知，主剖面垂直于主切削刃在基面上的投影。
参 考 系
Pr-Ps-Po组成正交的主剖面参考系。 (4)法剖面 Pn和法剖面参考系
素
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。
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）。
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。
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(图1、2)及其定义和说明如下：
刀 具
(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。
在转速n值一定时，切削刃上各点的切削速度不同。考虑到
刀具的磨损和已加工表面质量等因素，计算时，应取最大的切
切 削速度。
削 用
如：外圆车削时计算待加工表面上的速度(用dw代入公式）， 内孔车削时计算已加工表面上的速度(用dm代入公式) ，
量
钻削时计算钻头外径处的速度。
三
要 （2）进给速度、进给量和每齿进给量
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，可以用主运动向量近似
代替合成速度向量；然后再用平行和垂直于主运动方向的坐标
刀 平面构成参考系。
具 标
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
注 刀具上便于制造、刃磨和测量时定位与调整的平面或轴线(如车
角 度
构
造
要
素
1.1.2.2 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
刀 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
具 标
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
注 具切削部分的几何角度。
角 度 的
参
如:普通车刀和刨刀的Pf垂直于刀杆轴
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。
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
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
。
外圆柱表面车削的背吃刀量可用下式计算：
ap dw dm (m m) 2
切 对于钻孔
ap dm (m m) 2
削 其中
用 量
dm——已加工表面直径(mm)； dw—待加工表面直径(mm)。
三 1.1.2 刀具切削部分的基本定义
要
素 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，
在金属切削过程中，为了
要从工件上切去一部分金属，
刀具与工件之间必须完成一定
基 的切削运动。
本 如外圆车削时，工件作旋
定 转运动，刀具作连续的纵向直
义
线运动，形成了工件的外圆柱 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：
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。
这些定义也适用于其它切削。图中分别表示了车削、刨
切 削、钻削、铣镗削时的切削运动。
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。
切 削
（1）主运动：切下金属所必须的最主要的运动。
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。
主剖面参考系里的标注角度的名称、符号与定义如下图所示：
刀 具 的 标 注 角 度
前角 γo ： 前刀面与基面间的夹角(在主剖面中测量)； 后角 αo ： 后刀面与切削平面间的夹角(在主剖面中测量)； 主偏角κr：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角；
要 数等。
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)。
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
（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
切 同时进行（车削、铣削等）， 也可交替进行（刨削等）。
削 当主运动与进给运动同时
运 进行时，刀具切削刃上某
动 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
具 标 注
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 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
(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。
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
参考系的形成如右图 动画所示，由基面、
的 切削平面、主剖面等
参 考 系
平面构成了主剖面参 考系。
(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
给运动速度的向量和：
vｅ=vｃ+vｆ
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、
切 ap 称之为切削用量三要素。
削
运 动
（1）切削速度
与
大多数切削加工的主运动采用回转运动。回转体(刀具
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:
内
基本定义——介绍金属切削过程方面的一些基本概念，
容 它包括切削运动、切削用量、参考系（主剖面参考系、法剖
提 面参考系、进给背平面参考系）、刀具标注角度、切削层参
切 根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况分为：
削 部
主前刀面： 与主切削刃毗邻的称为主前刀面；
分 副前刀面： 与副切削刃毗邻的称为副前刀面。
的 构
(2)后刀面
造 后刀面分为主后刀面与副后刀面。
要 素
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
刀底面、车刀刀杆轴线、铣刀、钻头的轴线等)。也可以说，假
的 参
Байду номын сангаас
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
考 垂直。
系
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。
在刀具标注角度
刀 参考系中的刀具角度 具 称为标注角度。
标 刀具标注角度的
注 角 度
运
特点：通常它的速度最高，消耗机床功率最多。机床的主
动 与
运动只有一个。
切
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
削 用
的主运动是刀具相对于工件的直线运动。
量 （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。
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
刀 具
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
切 定参考系，才符合切削加工的实际。
削 部
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
分 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
的 基
有很大的不同：
本
定
义
(a)
(b)
刀
具 1.1.2.4 刀具的标注角度
的 标
刀具标注角度：在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃
注 与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。
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，
对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在
切 削
它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量，即后一个
用 刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/Z(毫米/齿)。
量 三 要
显然 f f n fZ Z n mm／s或mm／min
素
（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。
(c)
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
刀 具 工
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；
面。
(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；
刀 副切削刃： 指前刀面与副后刀面相交的锋边，它配合主切削
具 切
刃完成切除工作，并最终形成以加工表面。
削 (4)刀尖
部 分 的
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。
作
图(c)，刀具后刀面与已加工表面全面接触，摩擦严重。
角 度
同样，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。只有采
的 用刀具工作角度的参考系，才能反映切削加工的实际。
参
考
系
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 取代vc ，即用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。
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。
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
刀 具 标
角度参考系。图中同时 也表示了一个由Pn-Pr-
注 角 度
Ps 组成的法剖面参考系。 在实际使用时一般是分
的 别使用某一个参考系。
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 切削运动
本
为实现切削过程，工件与刀具之间要有相对运动，即切
定 削运动，它由金属切削机床来完成。
义 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。
1.1.1 切削运动与切削用量
切 削
或工件)上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下：
用 量
vc dn m / s或m / min
1000
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）。
在生产中，磨削速度单位用米/秒( m/s)，其它加工的切削
速度单位习惯用米/分（m/min）。
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。
参
刀具标注角度参考系：任何一把刀具，在使用之前，总可
考 系
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” ）。
确定刀具标注角度参考系的方法：
参
考
系
(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
刀 Pr的平面。通常，它也平行或垂直
具 于刀具上便于制造、刃磨和测量的
标 注
某一安装定位平面或轴线。
角 背平面 Pp 是通过切削刃选定点，
度 的
同时垂直于Pr和 Pf的平面。