第三章 金属切削过程及其控制(1-1)

d
2
)2 h 2
54
（2）刀尖安装低于工件的轴线
γoe＜γr
γoe=γ0－θ αoe=αo＋ θ
c）
α0e＞α0
tanθ＝h/
(
d
2
)2 h 2
镗孔时，刀具安装高低对工作角度的影响：
正好与外圆加工相反
55
3）刀具安装不正
κre＝κr ＋θ
κre′＝ κr′－θ
56
3.3.2 常用刀具种类
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;
16
对于多齿的旋转刀具(如铣刀、拉刀)，常用每齿进
给量 fz，单位为mm/z或mm/齿。
每齿进给量 fz与进给量 f 的关系为： f = Z fz 进给速度与进给量和每齿进给量的关系为
Vf = n f = nZ fz n—主运动的转速（r/s） Z—刀具齿数
γo = Aγ Pγ┃Po
前角表示前刀面的倾斜程 度，有正、负和零值之分
前角正负的判断：
通过选定点,前刀面Aγ位于 基面之下时,γo定为正值；
通过选定点,前刀面Aγ位于
基面之上时,γo定为负值；
39
2）后角αo
在主剖面po内测量，后刀面Aα与切削平面ps的夹角。
αo =
Aα
Ps ┃Po
后角表示主后刀面的倾 斜程度。
2
本章重点对这些现象进行研究，揭示其
内在的机理，探索和掌握金属切削过程
的基本规律，从而有效控制切削过程， 对保证加工精度和表面质量，提高切削
效率，降低生产成本和劳动强度具有十
分重大的意义。
3
第三章 金属切削过程及控制 教学基本要求:
3-2. 掌握切削运动、切削用量三要素、了解切削层参数; 3-3. 掌握刀具的组成和刀具几何角度的标注方法；
副后角
后角
副主剖面
主剖面
前角
副偏角 主偏角 基平面 切削平面
刃倾角
52
53
2. 刀具安装位置对工作角度的影响
（1）刀尖安装高于工件的轴线
假定车刀λs＝0
V
γoe=γo
γ oe＞γo
Pre
Pr
α0e=α0
α 0e＜α0
a）
b）
γoe=γ0＋θ αoe=αo－ θ
(
Ps
Pse
tanθ＝h/
图3-8 车刀安装高度对工作角度的影响
48
Ve
复习
3.3.1 刀具的结构及参考系 1.刀具切削部分的组成 （1)前刀面Aγ （2)主后刀面Aα （3)副后刀面Aα′ （4）主切削刃S （5）副切削刃S′
副后刀面 主后刀面 前刀面
49
2. 确定刀具角度的参考平面 最常用的参考系是— 正交平面参考系
基 面 Pr 切削平面 Ps 主 剖 面 Po
Ac=ac·w=ap· a f
23
3.3 金属切削加工用的刀具
3.3.1 刀具的结构及参考系 1.刀具切削部分的组成
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前刀面 副切削刃 副后刀面 主切削刃 刀尖 主后刀面 前刀面Aγ 主后面Aα 副后面Aα
主切削刃S 副切削刃 S
刀尖
25
定义
（1)前刀面Aγ ： 与切屑接触并相互作用，且切屑流过 的刀面。
α0 图3-6 切断刀的工作角度
γoe=γo＋μ αoe=αo－μ
并应适当加大αo
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tanμ＝f /πd
1. 进给运动对工作角度的影响
（2）纵向进给运动的影响 γoe=γo＋μ αoe=αo－μ tanμ＝ tanμf sinκr ＝f sinκr /(πdw) f ↑或dw↓时，μ↑ 车削右螺纹时左侧刃应↑αo (α左 8°α右2 °)右刃应↑γo
机械制造技术基础
第3章 金属切削过程及其控制
1
金属切削过程：
— 切削过程是刀具和工件间相互作用，刀具从被加 工工件表面上切去多余材料得到预定的尺寸精度和 表面质量的过程 。 在切削过程中 产生的物理现象： 切削变形 切削力 切削热 刀具的磨损 加工精度
→ 表面质量
切削效率
刀具: 几何形状、材料 工件：材料 切削条件
5
教学基本要求 3-8 . 熟悉刀具磨损、破损及刀具耐用度与寿命的概念； 掌握刀具磨损形态及其机理； 掌握刀具磨损过程； 熟悉刀具耐用选择原则； 了解刀具破损形态及原因。 3-9.了解材料的切削加工性； 3-10. 掌握切削条件（刀具几何参数、切削用量、切 削液）的合理选择。 3-11. 了解磨削机理、磨削力和磨削温度的特点。
6）副后角αo′
在副主剖面po′内测量，副后刀面Aα′与副切削平面ps′
的夹角。 αo ′=
Aα′ Ps ′┃Po′
副后角表示副后刀面的 倾斜程度。
副后角必须是正
值，不能为零或负
值！
45
4. 刀具的工作角度 刀具工作角度：刀具在实际切削条件下的角度。
在实际的切削加工中，要考虑刀具安装位置和进 给运动的影响。
17
3) 背吃刀量（切削深度）ap
定义： 切削刃与工件加工表面的接触长度在垂直于
主运动和进给运动方向上的投影值（mm）。
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对于ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ削加工
ap=½(dw-dm)
dw--工件待加工表面的直径（mm）
dm--工件已加工表面的直径（mm）
19
各种切削加工的切削用量
返回
20
3.2.5 切削层参数
切削层：是指在切削过程中，刀具或工件沿进给方向 移动一个f 或fz，切削刃从工件待加工表面切除的工件 材料层。
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3. 刀具的标注角度 假设条件？
γo =
αo = κr = κr ′
Aγ
Aα Sr = S r′ Aα′
Pγ┃Po
Ps ┃Po Vf ┃Pr —Vf ┃P
r
1）前角γo
2）后角αo
3）主偏角κr
4）副偏角κr′
5）刃倾角λs
6）副后角αo′
αo ′=
λs = S
P┃Ps r
Ps ′┃Po′
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26
（2)主后刀面Aα：
与工件过渡表面相接触并相互作用的刀面。
27
（3)副后刀面Aα’ ：
与工件已加工表面相接触并相互作用的刀面。
前刀面
副后刀面 主后刀面
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（4）主切削刃S
前刀面与主后刀面在空间的交线。
它完成主要的切削工作。
前刀面
副后刀面
主切削刃 主后刀面
29
（5）副切削刃S‘
前刀面与副后刀面在空间的交线。
—Vf ┃P
κr ′
= S r′
r
副偏角必须是正 值，不能为零或负 值！！
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5）刃倾角λs
—在切削平面Ps内测量，主切削刃S与基面Pr之间的夹 角。
λs′ = S
Pr Ps ┃
43
当主切削刃与基面平行时，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。
主剖面 Po 前刀面
v
A
基面 Pr
切削平面 Ps 主切削刃
副切削刃
主后刀面
车刀正交平面参考系
34
35
4）副切削平面 Ps′ ：通过副切削刃选定点与副切 削刃相切且垂直于基面Pr的平面。 5）副主剖面 Po′：通过副切削刃选定点与副切削刃 在基面上的投影向垂直的平面（垂直于基面Pr、和副 切削平面 Ps的平面）。
6
3.2金属切削加工的基本概念
基本概念 切削加工 切削运动 加工表面
切削用量
切削层参数
7
3.2.1 切削加工
切削加工：是利用刀具切去工件毛坯上多余的加工余
量，获得具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质
量的机械加工方法。
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3.2.2 切削运动 —切削运动就是刀具与工件之间的相对运动，即表面
最常用的参考系是— 正交平面参考系
基 面 Pr 切削平面 Ps 主 剖 面 Po
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1）基面 Pr ：通过切削刃选定点与切削速度方向垂直
的平面。车刀的基面与刀具底面平行。 2）切削平面 Ps ：通过 切削刃选定点与加工表 面（主切削刃）相切且 垂直于基面Pr的平面。 3）主剖面 Po：通过切 削刃选定点与主切削刃 在基面上的投影相垂直 的平面（垂直于基面Pr 和切削平面 Ps的平面） 。
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3. 刀具的标注角度 定义： 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。
假设条件：
①运动条件: 不考虑进给运动的影响，
即
ve= v
②安装条件：车刀底面水平放置，刀杆与进
给方向垂直；刀尖与工件回转中心等高。
无安装误差
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正交平面
基平面 切削平面
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1）前角γo
在主剖面po内测量，前刀面Aγ与基面pγ的夹角。
成形运动，切削运动可分解为主运动和进给运动。
9
1）主 运 动 V
—是切下切屑所必须的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
主要形式：
① 工件或刀具作回转运动 ②工件或刀具作直线运动
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2）进给运动 Vf —不断把切削层材料投入到切削的运动。
3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或 多个。 它配合主运动依次地或连续不断地切除切屑, 从而 形成具有所需几何特性的已加工表面。 进给运动可由刀具完成(如车削) 也可由工件完成(如铣削)
后角必须是正值
，不能为零或负值
！！
40
3）主偏角κr
在基面Pr 内测量，主切削刃S在基面Pr 上的投影Sr 与
假定进给方向Vf的夹角。 κr = Sr Vf ┃Pr
主偏角必须是正值
，不能为零或负值！
！
41
4）副偏角κr′
在基面Pr 内测量，副切削刃S′ 在基面Pr 上的投影
Sr′与假定进给方向Vf的反方向的夹角。
它配合主切削刃完成切削工作，最终形成以加工表面。
前刀面 副切削刃 副后刀面 主切削刃 主后刀面
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（6）刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃二
条刀刃汇交的一小段切削刃。
前刀面
副切削刃
主切削刃 刀尖 主后刀面
31
副后刀面
2. 确定刀具角度的参考平面 刀具角度：是确定刀具切削部分几何形状（各
车削：工件转一圈，主切削刃所切除的金属层。
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切削层参数：
在垂直于主运动方向的平面内测量的切削层
的截面尺寸参数。
1)切削层公称厚度ac（mm）:相邻两加工表面的
距离。
ac= f sinκr
22
2)切削层公称宽度aw（mm）: 沿过渡表面度量的切削层尺寸 aw= ap / sinκr 3)切削层公称横截面 积Ac（mm2）
表面空间位置）的重要参数，是为刀具设计、制造、 刃磨和测量时所使用的几何参数。
参考系：用于定义和规定刀具角度的各基准坐
标面。
前刀面
刀具静止参考系
参考系 刀具工作参考系
主后刀面
32
副后刀面
刀具静止参考系 在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具 几何参数的参考系。 在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
3）加工表面（过渡表面）：
正被刀具切削着的表面。
大小不变，位置变化。
13
3.2.4 切削用量
— 各种切削运动参数的总称。
三要素： V— 切削速度 f --- 进给量 ap — 背吃刀量
1) 切削速度 v
定义： 单位时间内刀具和工件沿主运动方向的位移
(m/s、m/min)。
V=π·dw· n/1000
了解各种刀具的类型、特点和应用场合；
掌握常用刀具材料的分类、特点和用途，能正确选
用刀具种类、刀具材料；
掌握磨料与磨具的基本知识；
4
第三章 金属切削过程及控制
3-4. 了解切屑形成过程及变形区的划分，
理解积屑瘤的形成及其对切削过程的影响。 3-5. 了解各种切屑类型及其对切削过程的影响。 3-6. 掌握切削力的形成、分解及影响因素、了解 切削力的测量与计算。 3-7. 掌握切削热的产生、传导影响因素及影响切 削温度的因素、了解切削温度的测量。
11
两种形式：
连续进给（如车削）间歇进给（如刨削） 。
3） 合成运动
合成切削运动： 合成切削运动及其方 向用矢量来表示。
Ve=V + Vf
12
3.2.3 加工表面
1）待加工表面：工件上即将被切除的表面。
逐渐变小。
2）已加工表面：工件上已切去切削层形成的新表面。 逐渐变大。
过渡表面 待加工表面 已加工表面
dw — 工件或刀具的最大直径（mm） n — 工件或刀具的转速（r/s）
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2) 进给量 f 定义：
刀具或工件每转一周或每往返一行程（刨削） 时，刀具在进给方向上相对于工件的位移量。
Vf
15
车、镗、钻削等
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 ；
刨、磨削
参考平面的位置应按
合成运动方向来确定。
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1. 进给运动对工作角度的影响
（1）横向进给运动的影响
Pse Ps
Ve
γ
0e=γ 0+μ
γ μ α
Per μ P r
0
①当进给量 f 一定时，
随 d 值↓—μ值↑，
fx
0e=α 0-μ
接近中心αoe为负值。 ② 当 f ↑ →μ值↑
横车时 f 不宜过大，
1. 分类
按照切削刃的多少：单刃和多刃刀具
按照标准化程度：标准刀具和非标准刀具
按照尺寸的规格：定尺寸刀具和非定尺寸刀具 按照刀具组成形式：整体式刀具、装配式刀具和复 合式刀具。
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2.车刀
外圆车刀 端面车刀 内孔车刀 切断车刀 切槽车刀 螺纹车刀
按用途分：
按结构分：
整体式 焊接式 机夹重磨式 可转位式