第1章 基本要素

第一章金属切削基本要素

进行金属切削时必须具备的基本条件：

①刀具—工件间要有相对运动：切削运动

②刀具必须具备适当的几何参数

③刀具材料必须具备一定的切削性能：硬度、强度、耐高温性等。

本章介绍基本条件

1切削运动和切削用量

1）切削运动：刀具、工件间的相对运动

车削时(图1-6，p4)：

①工件旋转使工件多余金属迎刀刃运动被切下变为切屑。

②刀具沿工件轴向运动使切削能连续进行，形成所需工件表面。

举例：削苹果

可见切削运动可分为二部分。

(一)主运动：使工件多余金属层迎向刀具以进行切削化最基本的运动。

特点：①速度高②消耗功率大③通常只有一个

(二)进给运动：使主运动能连续切除工件上多余的金属层，以形成所需的工件表面。

特点：①速度和功耗小于主运动②可能不止一个

2）加工表面

切削过程中，工件上通常存在三个表面(图1-12，p8)

①待加工表面：工件上即将被切去的表面

特点：逐渐减小

②已加工表面：切削后形成的新表面

特点：逐渐扩大，是加工后所需的表面。

③过渡表面（切削表面）：刀刃正在切削着的表面

特点：位置不断变化，，处在待加工表面和已加工表面之间。

3）切削用量

三个要素：切削速度，进给量，切削深度。

（1）切削速度v c ：刀刃上选定点相对于工件的主运动速度

主运动为旋转运动时，切削速度可由下式计算：

()min //1000m s m dn

v c 或π= 1-1

其中： d ： 选定点的旋转直径(mm)，不特指出选定点时，d 为待加工表面直径;

n ： 主运动转速(r/s 或r/min rpm )。

（2）进给量f ：主运动每一转时刀具在进给运动方向上的位移(mm/r) 直线往复进给时mm/双行程

多刃刀具：f z 每齿进给量（mm/齿），f=f z z ，z ：每转齿数；

进给速度v f ：进给运动的速度。

V f =fn=f z zn 1-2

（3）切削深度a p ：无通用定义，在多数现况下为已加工表面和待加工表面的垂直距离(车、刨、镗、扩、铰等)。

()mm d d a m

w p 2-= 1-3

d w ：待加工表面直径

d m：已加工表面直径

本节内容：二个运动、三个表面、三个要素

2 刀具几何角度

刀具的几何参数是进行金属切削的第二个基本条件，所以本节是重点，同时由于刀具几何参数较复杂，所以本节还是难点。

不同刀具的几何特征有很大差别，但其切削部分却有共性，本节以外圆车刀为例，讲解刀具共有的几何特征。

1）刀具切削部分的结构要素（图1-14，p10）

前刀面Aγ：切屑流过的表面

主后刀面Aα：与工件过渡表面相对的表面

副后刀面A’α：与工件已加工表面相对的表面

主切削刃S：Aγ和Aα的交线，完成主要的金属切除任务。

副切削刃S’：Aγ和A’α的交线，协同S完成金属切除任务，形成已加工表面。

刀尖、过渡刃：刀尖是S和S’的交点，对于实际的刀具不可能是无穷小的点，而是一小段刀刃，称为过渡刃，形状为直线、折线或圆弧（图1-16，p11）。

为了便于记忆，刀具切削部分的主要几何要素称为三面、二刃、一尖。

2）刀具标注角度参考系

要确定一个平面在三维空间中的位置，可以用该平面与参考平面的夹角来表示，刀具是由三个刀面构成，所以要表示刀具的几何参数，就需要：给出参考平面：刀具标注角度参考系；

给出夹角：刀具的角度。

参考平面：

（1）基面P r：通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度向量的平面（图1-17，p11）。

（2）切削平面P s：通过主切削刃S上选定点，与S相切，垂直于P r的平面，或由该点上刀刃的切线和切削速度向量确定的平面(二相交直线确定一个平面) （图1-18，p12）。

（3）副切削平面P’s：通过副切削刃S’上选定点，与S’相切，垂直于P r的平面

注意P s与切削表面的区别：平，不平；虚，实

测量平面：

前面提到可用同参考平面的夹角来表示一个平面的位置，这个平面与参考平面组成了一个二面角。当一个二面角被第三个平面所截时，得二条截线，这二条截线间的夹角不仅与二面角的角度有关，还与第三个截面的位置有关(用书和三角板演示)，所以在定义刀具角度时不但要确定参考平面(P r或P s)，还要指明是在哪个平面上测量的。常用测量平面有以下几个：（3）主剖面P o：过主切削刃上选定点，垂直于切削平面P s和基面P r的平面(思考：用P s和v c，或S在P r投影定义P o)。

主剖面参考系：P r-P s-P o组成的空间直角坐标系(图1-18，p12)。

（4）法剖面P n：过主切削刃上选定点，垂直于该点上主刀刃切线的平面(思考：用P s和A 定义P n)。

法剖面参考系：P r-P s-P n组成的坐标系(图1-18，p12)（非直角坐标）。

（5）副剖面P’o：过副切削刃S’上选定点，垂直于S’在P r投影的平面。

3）刀具标注角度（1.3.3）

刀具的标注角度是刀具工作图上需要标出的角度。

用途：用于刀具的设计、制造、刃磨、测量。

在不同的参考系中，标注角度也不同，本课程讲二组标注角度：

（1）主剖面参考系中的标注角度

主剖面P o内标注角度：(图1-20，p15)

前角γo：在主剖面内测量的P r与Aγ的夹角

后角αo：在主剖面内测量的P s与Aα的夹角

楔角βo：在主剖面内测量的前、后刀面夹角。

γo +αo +βo =90︒

切削平面P s内标注角度：(图1-20，p15)

刃倾角λs：主切削刃与基面的夹角。

方向：刀尖为主切削刃最高点时λs为正，刀尖为主切削刃最低点时λs为负。

基面P r内标注角度：(图1-20，p15)

主偏角κr：主切削刃S在基面上的投影与进给方向的夹角(图1-20，p15)(思考：利用切削平面P s和进给方向表示κr)，

副偏角κ’r：副切削刃S’在基面上的投影与进给方向的夹角(图1-20，p15) (思考：利用副切削平面P’s和进给方向表示κ’r),

刀尖角εr：主、副切削刃在基面内投影的夹角。

κr +κ’r +εr =180︒