机械制造技术基础第二章 第一节切削运动及刀具结构

第二章金属切削原理及刀具 第一节切削运动及刀具结构第二节刀具材料第三节金属切削过程及其物理现象第四节切削力与切削功率第五节切削热和切削温度第六节刀具磨损 破损与刀具寿命第七节刀具合理几何参数的选择第八节合理切削用量选择及工件材料加工性 第一节切削运动及刀具结构 一 切削运动及切削要素二 刀具角度1 刀具切削部分的组成2 刀具角度的参考平面系3 刀具标注角度度4 刀具工作角度三 切削方式 一 切削运动及切削要素 1 切削运动 刀具与工件间的相对运动称切削运动 即表面成形运动 包括 主运动 进给运动 主运动 是切削加工中最基本运动 速度最高 消耗功率最大 主运动通常只有一个且是机动的 进给运动 协助主运动完成切削加工 形成完整零件表面 可有一个或几个 可机动也可手动 2 切削要素 包括切削用量和切削层几何参数 切削表面已加工表面 工件上已切去切屑的表面 待加工表面 工件上即将被切去切屑的表面 过渡表面 工件上正在被切削的表面 处于待加工表面与已加工表面之间 切削用量切削速度Vc m s 刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度 刀刃上各点的切削速度可能不同 切削速度vc指参加切削的刀刃上的最大切削速度值 进给量f mm r mm 行程 主运动每转一转或每一行程时 刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移 背吃刀量ap mm 待加工表面与已加工表面之间的垂直距离 切削层几何参数切削宽度aw mm 在主切削刃选定点的基面内 沿过度表面度量的切削层尺寸 车外圆时 主切削刃为直线 则aw ap sin r切削厚度ac mm 在主切削刃选定点的基面内 垂直于过渡表面度量的切削层尺寸车外圆时 主切削刃为直线 则ac fsin r切削面积Ac mm2 在主切削刃选定点的基面内的切削层截面面积 车外圆时 主切削刃为直线 则Ac ac aw f ap 刀具切削部分组成1 三面 前刀面 切下的切屑沿其流出的表面 主后刀面 与工件上过渡表面相对的表面 副后刀面 与工件上已加工工表面相对的表面 2 两刃 主切削刃 前刀面与主后刀面相交而得的边锋 用于形成工件的过渡表面 它完成主要的金属切除工作 副切削刃 前刀面与副后刀面相交而得的边锋 它协同主切削刃完成金属切除工作 最终形成已加工表面 3 一尖 连接主切削刃与副切削刃的一段切削刃 它可以是小的直线段或圆弧确定测量刀具角度的参考系1 目前常用参考系 正交平面参考系 基面 切削平面 正交平面 中国 法平面参考系 基面 切削平面 法平面 国际标准 背平面和假定工作平面参考系 基面 背平面 假定工作平面 日 美采用 2 正交平面参考系 切削平面 通过切削刃上选定点 与工件过渡表面 正切削表面 相切的平面 切削平面包括 主切削平面 副切削平面 切削平面内包含刀刃在该点的切线 和合成切削运动向量 基面 通过切削刃上选定点 垂直该点合成切削运动向量的平面 刀刃上同一点的基面与切削平面互相垂直的 正交平面 过切削刃上选定点 并垂直该点的切削平面与基面 正交平面与切削刃在基面的投影垂直 切削平面 基面 正交平面构成了一个空间直角坐标系 二 刀具角度 刀具标注角度 刀具图纸上予以标注的角度 是制造和刃磨刀具所必须的 1 假定条件 车削 不考虑进给运动的影响 刀具按特定条件装 如 刀尖与工件回转中心线等高 刀杆中心线垂直或平行进给方向 2 标注 正交平面参考系 Ps Pr Po 如图所示 切削平面Ps Ps 只包含刀刃选定点的切线与切削速度向量 主运动 基面Pr 与该点切削速度向量垂直 对车刀通常与安装平面平行 正交平面Po Po 与切削刃在基面的投影垂直 3 刀具标注角度 前角ro 在正交平面Po内测量 前刀面与基面Pr之间的夹角 ro表示前刀面的倾斜程度 有正 负前角之分 前角ro作用 它决定切削刃的锋利程度和强固程度 主后角 o 在正交平面Po内测量 主后刀面与切削平面Ps之间的夹角 o表示后刀面的倾斜程度 一般均为正值 主后角 o作用 减小刀具后刀面与加工表面的摩擦 影响刀具强度等 主偏角 r 在基面Pr内测量 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角 主偏角 r为正值 主偏角 r作用 影响切削层的几何形状 从而影响主切削刃参加切削的刃长 单位切削刃上的负荷 影响刀尖强度及散热体积 副偏角 r 在基面Pr内测量 副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角 副主偏角 r 一般均为正值 副偏角 r 作用 影响已加工表面的残留面积 刀尖的强度及散热条件 刃倾角 s 在切削平面Ps内测量 主切削刃与基面之间的夹角 s表示刀尖处于主切削刃上的高低位置 有正 负之分 一般规定主切削刃为水平时 s 00 刀尖为主切削刃上最低点时 s 00 刀尖为主切削刃上最高点时 s 00 如图所示 倾角 s作用 控制切屑流出方向 影响刀尖强度等 副后角 o 在副正交平面Po 内测量 副后刀面与副切削平面Ps 之间的夹角 副后角 o 作用 减小刀具副后刀面与加工表面之间的摩擦 影响加工表面质量 以上角度为刀具的基本角度 由此还可派生两个角度 刀楔角 o 正交平面Po内测量 前刀面与主后刀面之间的夹角 o 900 o ro 刀尖角 r 基面Pr内测量 主 副切削刃在基面投影之间的夹角 r 1800 r r 车刀标注角度 刀具工作角度 刀具在工作状态下的切削角度 它直接影响实际切削加工 1 实际加工条件 车削 应考虑进给运动的影响 刀具实际按装条件影响 如 刀尖与工件回转中心线不等高 刀杆中心线不垂直或不平行进给方向等 2 工作 正交平面参考系 Pse Pre Poe 切削平面Pse Pse 包含刀刃选定点的切线与合成切削运动向量 基面Pre 与该点合成切削运动向量垂直 正交平面PoePoe 与切削刃在基面的投影垂直 3 刀具工作角度 前角roe 在正交平面Poe内测量 前刀面与基面Pre之间的夹角 主后角 oe 在正交平面Poe内测量 主后刀面与切削平面Pse之间的夹角 主偏角 re 在基面Pre内测量 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角 副偏角 re 在基面Pre内测量 副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角 刃倾角 se 在切削平面Pse内测量 主切削刃与基面之间的夹角 副后角 oe 在副正交平面Poe 内测量 副后刀面与副切削平面Pse 之间的夹角 以上角度为刀具的基本角度 由此还可派生两个角度 刀楔角 oe 正交平面Poe内测量 前刀面与主后刀面之间的夹角 oe 900 oe roe 刀尖角 re 基面Pse内测量 主 副切削刃在基面投影之间的夹角 re 1800 re re 4 刀具实际按装对工作角度的影响 车外圆 刀尖高于或低于工件轴线 如图 高于 pe p 低于 pe p pe p pe p arcsin2h d 切断刀 刀尖高于或低于工件轴线 如图 高于 oe o 低于 oe o oe o oe o arcsin2h d切断刀尽量对准中心 易稍稍高于中心一点点 刀杆轴线与进给f方向不平行 或垂直 如图 刀杆轴线向右偏离理想垂直位置 re r re r 5 进给运动对工作角度的影响 车外圆 纵向进给 车右旋螺纹 如图所示 主切削刃 oe o 副切削刃 oe o oe o oe o tg f sin r dw 切断 横向进给 如图所示 oe o oe o arctgf d 三 切削方式 自由切削与非自由切削1 自由切削 指刀具在切削过程中 如果只有一条直线刃参加切削工作 如宽刃刨刀 自由切削主要特征 刀刃上各点切屑流出方向大致相同 被切金属的变形基本上发生在二维平面内 2 非自由切削 指刀具在切削过程中 若刀具上的刀刃为曲线 或几条刀刃 包括主切削刃和副切削刃 都参加了切削 如外圆车削主 副刃均参加切削 一般多刃刀具切削时多为非自由切削 非自由切削如图非自由切削主要特征 各刀刃交接处切下的金属互相影响和干扰 金属变形更为复杂 且发生在三维空间内 直角切削与斜角切削 如图所示 1 直角切削 指刀具主切削刃的刃倾角 s 00时的切削 主切削刃与切削速度方向成直角 直角切削特征 自由状态下的直角切削 主切削刃上切屑