金属切削的基本要素

现代切削刀具引入 “可转位”概念之 后,使得刀具切削部 分的统一性获得了 新的发展，许多结 构迥异的切削刀具 其切削部分都不过 是一个或若干个 “可转位式刀片”。 刀具切削部分的这 一步变革，大大促 进了切削工具的发 展。
1.三个表面： (1)前刀面Ar—在切削过程中，直接作用于被切削的金
头刨床（插床）的工作台带着工件或龙门刨床的刀
架带着刀具作间歇的直线运动，产生导线。 铣削时刀具旋转运动B1和工作台带着工件作直线 运动A2。 简单运动组合：由一个旋转运动B1和一个直线运动 A2组成。这两种运动最简单，也最容易得到，因而 都称为简单成形运动。
（2）复合成形运动

加工飞机发动机叶片需要相当复杂的表面成形运 动。多个运动单元组成复合运动。
0
+ α0 ）
(2)在切削平面Ps内的标注角度
刃倾角λs：在切削平面内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。
(3)在基面Pr内的标注角度 1)主偏角Kr：在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf的夹角。
或主切削刃S在基面Pr内投影与进给平面Pf的夹角。
2)刀尖角εr在基面Pr 内切削平面Ps和副切削平面 Ps’间的夹角。 εr＝1800-( kr+kr′)
(a)平面、(b)直线成形表面、(c)圆柱面、(d)圆锥面、(e)球面、(f)圆环 面、g)螺旋面等
3．发生线的形成方法及所需的运动
1)成形法—— 利用成形刀具对工件进行加工的方法。 刀刃为切削线1，其形状和长短与需要形成的发生线 2完全重合。 2)展成法——利用工件和刀具作展成切削运动的加工方 法。展成法需要一个展成运动（滚齿和插齿，刀具 与工件都旋转；用齿条形刀具加工齿轮，齿坯旋 转，刀具作直线用动）
（3） 轨迹法 刀具作一定的轨迹运动来对工件进行加工，称为轨迹法。 刀刃为切削点1，它按一定规律作直线或曲线(图为圆弧)运动，从而形成所需的发生线2。 （4 ）相切法 刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。
小结：欲得到所需的工件表面形状，刀具和
工件必须按上述四种方法之一完成一定的运
动，这个一定的运动称为表面形成运动。
(2)已加工表面 — 已经被切除多余金属层而形成的新表面（这是我们所需要的表面） Machined surface — it is a new surface from which the excess metal has already been cut off.
(3)过渡表面（切削表面、加工表面）——刀刃正在 切削着的表面。 Cutting surface — the surface that is being cut
①主运动方向——切削刃上选定 点相对工件的瞬时主运动方向。 ②进给运动方向—切削刃上选定
点相对工件的瞬时进给运动方向。
③进给运动速度—切削刃上选定
点相对工件的进给瞬时运动速度。
④合成切削速度—切削刃上选定
点相对工件的合成切削运动速度。

⑤合成切削速度角—主运动方向和合成切削运动方向之间的夹角。
小结：
1.切削用量三要素几乎以后各章都用。
切削用量三要素是生产和科研中重要参数;
2.切削深度ISO标准称作“背吃刀量”。
1.3刀具角度
1.3.1 刀具切削部 分的结构要素 外圆车刀切削 部分可以当作各 类切削刀具切削 部分的基本形态。 其它各类刀具， 包括复杂刀具， 都是在这个基本 形态上演变出来 的。
f fn f z zn
3．切削深度（背吃刀量） 直距离，单位为mm。 车外圆时 镗孔时 钻孔时
对车削和刨削来说，切
削深度为工件上已加工表面和待加工表面之间的垂
dw dm （mm） ap 2 dm dw ap （mm） 2 dm d0 ap （mm） 2 2
小结： 1.在主剖面参考系里5个角度γ0、α0、 β0、λs、kr 2.β0是派生的角度。除β0外4个角度是独立的。
3.刃倾角和主偏角给定后，主切削刃S在空间的方位就唯一被确定。 4.给定γ0和α0后，前刀面和后刀面也唯一被确定。 5.对于单刃刀具，若给定这4个独立角度，那么它的切削部分的几何形状便被唯一 确定。 6.副切削刃也有4个独立角度：γ0’、α0’、 kr’、λs’ 7.γ0、α0、 λs有正负之分。
S`连接处通常有一小
段直刃或圆弧，以提
高强度和改善散热条
件。称为刀尖(过渡刃)
1.3.2 刀具角度参考系

为了确定刀具切削部分（刀面、切削刃）的空间位置 （几何参数）而假定的参考系。
tool-in-hand system
1、刀具标注角度参考系（静止系）
什么叫刀具标注角度呢？
刀具标注角度——是设计、制造、刃磨和检验所需 要的，并在刀具设计图纸上予以标注的角度。它是在 两个假定条件下的切削角度。
属层，并且切屑沿其排出的表面；
(2)后刀面Aα—在切削过程中，与工件上过渡表面（切 削表面）相对的表面； (3)副后刀面Aα′ — 在切削过程中，
与工件上已加工表面
相对的表面。
2.切削刃(三个)
(1)主切削刃S —Ar与 Aα相交而得到的边锋，用以形成
工件的过渡表面，完成金属切削层切除的主要工作； (2)副切削刃S`—Ar与Aα′相交而得到的边锋，它同主切 削刃完成切除工作，并最终形成工件已加工表面； 3.刀尖(过渡刃) —S和
1.1 工件表面的成形方法和成形运动
1.1.1工件的加工表面及其形成方法
1．被加工工件的表面形状
2.工件表面的形成方法 各种典型表面都可以看作是一条线(称为母线)沿 着另一条线(称为导线)运动的轨迹。母线和导线统 称为形成表面的发生线。
（1）两条发生线及其表面形成方法 （2）母线相对旋转轴线位置不同，所产生的表面 也不同

在切削过程中，切削刃相对于工件运动的轨迹面，就是工件上的过渡表面和已加 工表面。 切削运动＋切削刃＝新表面


用图1－13 (教材)加强对“切削运动＋切削刃＝新表面”的认识：
1.2.2 切削用量三要素
a f 切削速度 c、进给量 和切削深度 称为切削 p 用量三要素。 1.切削速度 c 主运动为回转运动时，切削速度的计算公式
1.1.2 表面成形运动 定义：保证得到工件要求的表面形状的运动。 1.表面成形运动的组合 （1）简单运动组合
车削外圆柱面时，形成母线和导线的方法都属于轨
迹法。其必要条件是有两个运动单元：一个是工件的
旋转运动B1产生母线（圆）；另一个是刀具的纵向直
线运动A2产生导线(直线) 。
又如刨削，牛头刨床(插床)的滑枕带着刨刀或龙门刨 床工作台带着工件作往复直线运动，产生母线；牛
2. 主运动、进给运动和合成切削运动 （1）主运动——使工件与刀具产生相对运动以进行切削
的最基本的运动。这个运动的速度最高、消耗功率最多。 也可由刀具完成，且每种切削加工方法的主运动只有一
其形式可以是旋转也可能是直线运动，它可由工件完成， 个。
（2）进给运动——不断地把切削层投入切削的运动使主 运动能够继续切除工件上多余金属层以形成新表面的运 动。
它在工作进给剖面 Pfe 内度量， 值为：
cos c / e
除加工丝杠或多头螺纹外， 一般加工值很小。

1.2 加工表面和切削用量三要素
1.2.1切削过程中工件上的加工表面 (1)待加工表面 — 即将被切除金属层的表面。 Workspace surface to be cut——the surface from which the excess metal Will be cut off.
c
dn
1000Байду номын сангаас
（m/s或m/min）
车： 镗: 钻： 刨
c
dwn
1000
c
c
dmn
1000
do n
1000
dmn
1000
2 nx l c 1000
fz ） af f 2.进给速度 ，进给量 和每齿进给量 （ f 进给速度 ：是单位时间内的进给位移量，单位是 f mm／s(或mm／min)； 进给量 f：是工件或刀具每回转一周时二者沿进给 方向的相对位移，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， 虽然可以不规定间歇进给速度，但要规定间歇进给的 进给量，单位为mm/双行程。 对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃刀具，规 定每齿进给量 f （ ），单位是 mm/z(齿)。 f z a 三者关系
（1）基面 P ——过切削刃上选定点，而垂直于主运动（ ） r c 方向的平面；
（2）切削平面 ——过切削刃上选定点，与切削刃相 切，并垂直于基面 s 的平面。 r
P
p
Pr和Ps是十分重要的两个平面，和下面所述的任一剖 面组合，构成不同的刀具角度参考系。
（3）主剖面P0和主剖面（正交平面）参考系 主剖面P0（正交平面）─过切削刃上选定点，同时垂 直于基面Pr和切削平面Ps的平面。
此图表示Pr—Ps—P0组成 一个正交的主剖面参考系。
（4）法剖面Pn和法剖面参考系
法剖面Pn—过切削刃上选定点，并垂直于主切削
刃（或该点切线）的平面。
由图可知，法剖面Pn⊥S则Pn ⊥Ps。但不 一定垂直Pr
Pn－Ps－Pr构成法剖面参考系。
（5）进给剖面Pf和切深剖面Pp及其参考系
进给剖面Pf—过切削刃上选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的


①进给运动也叫辅助运动，它可以由刀具（车）或工件（铣）完成。
②进给运动最少有一个，但不只是一个，如外圆磨，内圆磨，滚齿，插齿。 ③进给运动可能是直线运动，可能是旋转运动，也可能是直线和旋转运动组合（仿 形铣连杆周边、旋风铣螺纹）。 ④有的进给运动是靠刀齿的升量来实现逐层 切削，如：拉削。 ⑤进给运动有连续的，也有间歇的。 ⑥无论哪种进给运动都比主运动消耗功率小。
小结：上述两种成形运动虽都是旋转和直线运动组
成，但有本质区别： 1.简单运动组合各运动单元之间是互相独立 的，没有严格的相对运动关系； 2.复合运动组合各运动单元之间是不能互相
独立的，必须保持严格的相对运动关系。
（3）零件表面成形所需的成形运动
母线和导线是形成零件表面的两条发生线。因此， 形成表面所需的成形运动就是形成母线及导线所需 要的成形运动的总和。
平面。
切深剖面Pp—过切削刃上选定点，同时垂直于
基面Pr和进给剖面Pf的平面。
Pr－Pf－Pp组成进给、切深 剖面参考系
2.刀具工作角度参考平面——根据ISO标准形成 工作系tool-in-use system 为了确定刀具工作状态下的切削角度，就必须按合成切削运动方向建立参考系（见 表1－1）。
假定条件： 1）假定运动条件：只考虑主运动，即切削速度 的方 c 向，不考虑进给运动的影响； 2）假定安装条件：刀具安装绝对正确。即对于车刀， 刀杆中心线垂直进给运动方向；刀尖（刀刃选定点）安 装时与工件中心线等高。
为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平 面作为基准，这三个辅助平面是基面、切削平面和主剖 面。
金属切削的基本要素
金属切削加工： 金属切削过程是在机械设备（机床）（锉、锯靠 人这部高级自动机）作用下，工件与刀具相互作用 的过程。其过程是： 1.工件与刀具之间要有相对运动，即切削运动； 2.刀具材料必须具有一定的切削性能（硬度、耐磨、 耐热、）； 3.刀具切削部分必须具有适当的几何参数——切削 角度。


运动单元的组合是研究切削理论的重要内容之一在 理论上，还可有更多更新颖的运动组合，但工艺上目
前尚不能实现。我们根据运动组合和斜角切削理论研
制的滚切端铣刀填补了新型加工方法的空白，其基本 原理:
滚 切 刀 具 加 工
（3）合成切削运动——由同时进行的主运动向量和 进给运动向量合成的切削运动。
1.3.3 刀具标注角度
1.主剖面参考系内的标注角度
（1）在主剖面P0内的标注角度 1)前角γ
0
：在主剖面内度量的
基面Pr与前刀面Ar之间的夹角。 2)后角α0 ：在主剖面内度量的后
刀面A α与切削平面Ps之间的夹角。
3)楔角β0 ：在主剖面内度量的前 刀面Ar与后刀面 A α之间的夹角。 β0＝900－（ γ