2.2刀具切削部分的几何角度.ppt

机制教研室,机械制造技术,第二章金属切削的基本知识,第二节刀具切削部分的几何角度,第二章金属切削的基本知识,一,二,二,一,本节教学内容,第二节刀具切削部分的几何角度,刀具的几何角度,车刀的组成,本节教学要求：,本节教学要求,（1）了解车刀的组成；（2）掌握刀具几何角度；,第二节刀具切削部分的几何角度,本节教学重点难点,本节教学重点：,本节教学难点：,刀具标注几何角度；,刀具工作角度,第二节刀具切削部分的几何角度,刀具的类型,刀具的类型,按切削刃多少不同可分为：,单刃刀具多刃刀具,按刀具结构不同可分为：,整体式焊接式机夹重磨式可转位式,第二节刀具切削部分的几何角度,刀具的类型,刀具的类型,按用途和加工方法不同可分为：,复合刀具、自动线刀具,切刀类车刀、刨刀、插刀等,孔加工刀具钻头、扩孔钻、锪钻、铰刀、镗刀等,铣刀类立铣刀、圆柱铣刀、端铣刀、成形铣刀等,拉刀类孔拉刀、平面拉刀、组合拉刀等,齿轮刀具插齿刀、滚刀、剃齿刀、成形齿轮铣刀等,螺纹刀具丝锥、板牙、螺纹切头、螺纹滚压工具等,磨具类砂轮、砂带、砂纸、油石等,数控机床刀具,特种刀具水刀、激光刀等,刀具的类型,非标准刀具,标准刀具,指专业工厂按国标或部标生产的刀具。如可转位车刀、麻花钻、铰刀、铣刀、丝锥、板牙、插齿刀、齿轮滚刀、砂轮等,指需专门设计制造的刀具。如成形车刀、成形铣刀、拉刀、蜗轮滚刀等。,专门刀具,针对某些机械零件的加工特点，还需特制一些刀具。,在各种类型的刀具中，又可分为：,刀具的类型,刀具的类型,a）车刀b）立铣刀c）圆柱铣刀d）端铣刀e）成形铣刀f）钻头g）铰刀h）镗刀i）拉刀j）插齿刀k）滚刀l）剃齿刀m）丝锥n）板牙,刀具的类型,刀具的类型,虽然用于切削加工的刀具种类繁多，但刀具切削部分的组成却有共同之处，车刀的切削部分可看做是各种刀具切削部分最基本的形态。下面以外圆车刀为例来介绍刀具的组成。,车刀的组成,一、车刀的组成,车刀的组成,车刀的组成,一、车刀的组成,车刀,刀头,刀杆,刀尖,切削部分,刀面,刀刃,前刀面A后刀面A副后刀面A,主切削刃S副切削刃S,装夹部分,一、车刀的组成,车刀的组成,刀具切削部分的几何角度,一、车刀的组成,A：切屑流出时经过的刀面。,A：切削时与工件过渡表面相对的刀面。,A切削时与工件已加工表面相对的刀面,1.刀面,刀具切削部分的几何角度,2.切削刃,一、车刀的组成,主切削刃S：前刀面与主后刀面的交线,副切削刃S：前刀面与副后刀面的交线,刀尖形状,一、车刀的组成,车刀的组成,3.刀尖,二、刀具的几何角度,刀具几何角度是刀具几何参数的其中一部分。刀具几何参数是用来确定刀面，切削刃在空间位置的参数，包括以下几个方面：,刀具几何角度,包括前角o、后角o、主偏角r、副偏角r、刃倾角s和副后角o等。,刃口形式及参数,主要有锋刃、倒棱、消振棱、刃带、倒圆刃等形式。,主要有直线刃、折线刃、圆弧刃、月牙弧形刃与波浪形刃等。,切削刃形状及参数,刀面型式及参数,如平面型的前刀面，带断屑槽的前刀面；平面型后刀面、铲背后刀面、双重后刀面等。,刀具几何参数,刀具几何角度,确定刀具几何角度的参考坐标系,要确定刀具几何角度，必须有一个测量基准参考坐标系。,刀具几何角度参考坐标系：一组定义和规定刀具角度的各基准坐标平面。,用来确定刀具几何角度的参考坐标系有两大类：,二、刀具的几何角度,刀具几何角度,刀具标注参考系（静止参考系）（toolinhandsystem）,以刀具结构为基础，考虑到刀具与工件的假定相对位置和相对运动建立起来的坐标系，是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测量的基准。,考虑刀具的实际安装位置和相对运动，以刀具切削时的合成切削运动方向为依据建立工作基准坐标平面所组成的坐标系。,刀具工作参考系（动态参考系）(toolinusesystem）,刀具几何角度参考坐标系,刀具标注角度,刀具工作角度,刀具几何角度,二、刀具的几何角度,（一）刀具静止参考系与标注角度,建立静止参考系的假设条件：刀具切削刃上选定点的假定运动方向假定的主运动方向：垂直于刀杆底面（刀具的安装基面）；假定的进给运动方向：垂直（平行）刀杆中心线。,在建立刀具静止参考系时，刀具处于静止状态，只考虑主运动和进给运动的方向，而不考虑运动的大小。就是说，刀具虽无切削运动，也要结合刀具的定位情况，给出刀具假定的运动方向。,刀具几何角度,刀具静止参考系由基准坐标平面和测量平面组成，基准坐标平面有两个。（1）基面pr过切削刃上某选定点，垂直于假定主运动方向vc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。例如，普通车刀或刨刀的基面，它平行于刀具底面。钻头、铣刀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。,刀具静止参考系基准坐标平面,刀具几何角度,（2）切削平面ps过切削刃上某选定点，与切削刃相切或包含切削刃并垂直于基面pr的平面。基准坐标平面与不同的测量平面组合可以构成不同的标注参考系。,正交平面参考系（pr、ps、po）法平面参考系（pr、ps、pn）假定工作平面与背平面参考系（pr、pf、pp）,常用的刀具的静止参考系,刀具静止参考系基准坐标平面,刀具几何角度,正交平面参考系,基面pr切削平面ps正交平面po,通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向vc的平面。,通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面pr的平面,通过切削刃选定点，同时垂直于基面pr和切削平面ps的平面。,1.正交平面参考系（主剖面参考系）及其标注角度,刀具几何角度,正交平面参考系,刀具几何角度,基面pr:通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向vc的平面。,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pr的平面,正交平面po:通过切削刃选定点，同时垂直于基面pr和切削平面ps的平面。,正交平面参考系（po-pr-ps）,正交平面参考系,刀具几何角度,正交平面参考系,正交平面参考系,刀具几何角度,正交平面参考系标注角度,刀具几何角度,正交平面参考系标注角度,刀具几何角度,ps,pr,po,o,o,主偏角r,在基面pr中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角。,前角o,在正交平面po中测量的前刀面与基面间的夹角。,在正交平面po中测量的后刀面与切削平面间的夹角。,后角o,刃倾角s,在切削平面ps中测量的主切削刃与基面间的夹角。,副后角o,在副切削刃正交平面po中测量的副后刀面与副切削平面间的夹角。,在基面pr中测量的副切削刃与进给运动方向的夹角。,副偏角r,刀具的独立角度,刀具的独立角度,刀具几何角度,外圆车刀正交平面参考系独立标注角度,刀具几何角度,r,r,vf,s,ps,ps,pr,主偏角r:在基面pr中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角。,副偏角r:在基面pr中测量的副切削刃与进给运动方向的夹角。,刃倾角s：在切削平面ps中测量的主切削刃与基面间的夹角。,外圆车刀正交平面参考系独立标注角度,刀具几何角度,po,po,po,po,r,r,vf,o,o,pr,前角o:在正交平面po中测量的前刀面与基面间的夹角。,后角o:在正交平面po中测量的后刀面与切削平面间的夹角。,外圆车刀正交平面参考系独立标注角度,刀具几何角度,r,r,vf,o,po,po,po,po,pr,副后角o:在副切削刃正交平面po中测量的副后刀面与副切削平面间的夹角。,外圆车刀正交平面参考系独立标注角度,独立角度：主偏角r刃倾角s前角o后角o副偏角r副后角o,刀具几何角度,po,po,po,po,r,r,vf,s,ps,ps,o,po,po,po,po,o,o,pr,楔角o,在正交平面po中测量的前、后刀面之间夹角。o=90(oo),副刃前角o,在副刃正交平面po中测量的前刀面与基面之间的夹角。,在基面pr中测量的主、副切削刃之间夹角。r=180(rr),刀尖角r,副刃刃倾角s,在副刃切削平面ps中测量的副切削刃与基面之间的夹角。,刀具的派生角度,刀具的派生角度,刀具几何角度,外圆车刀正交平面参考系标注角度,派生角度：刀尖角r楔角o副刃前角o副刃刃倾角s,刀具几何角度,po,po,po,po,r,r,vf,ps,o,po,po,po,po,o,o,o,r,pr,o,s,r=180(rr),o=90(oo),正交平面参考系标注角度,独立角度：主偏角r刃倾角s前角o后角o副偏角r副后角o,派生角度：楔角o刀尖角r副刃前角o副刃刃倾角s,刀具几何角度,前角、后角的正负规定,前刀面与基面平行时前角为零；后刀面与与切削平面平行时后角为零；,前刀面与切削平面间夹角小于90时，前角为正；后刀面与基面夹角小于90时，后角为正；,前刀面与切削平面间夹角大于90时，前角为负。后刀面与基面夹角大于90时，后角为负。,前角、后角、刃倾角的正负规定,刀具几何角度,刃倾角的正负规定,切削刃平行底面时刃倾角为零；,刀尖处于最低点时，刃倾角为负；,切削刃平行底面时刃倾角为正；,前角、后角、刃倾角的正负规定,刀具几何角度,刃倾角的正负规定,前角、后角、刃倾角的正负规定,刀具几何角度,Pr,o,s,o,r,r,ps,ps,po,po,po,po,po,po,po,po,o,vf,例1：90外圆车刀正交平面参考系标注角度,pr,o,s,o,r,r,ps,ps,po,po,po,po,po,po,po,po,o,vf,例2：45端面车刀正交平面参考系标注角度,法平面参考系,基面pr切削平面ps法平面pn,通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向vc的平面。,通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面pr的平面。,通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。,2.法平面参考系（法剖面参考系）及其标注角度,刀具几何角度,法平面参考系,刀具几何角度,法平面pn:通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。,基面pr：通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向vc的平面。,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pr的平面。,法平面参考系（pn-pr-ps）,法平面参考系,刀具几何角度,法平面参考系,法平面参考系,刀具几何角度,法平面参考系,刀具几何角度,外圆车刀法平面参考系标注角度,刀具几何角度,pn,pn,pn,pn,r,r,vf,s,ps,ps,n,n,pr,法前角n在法平面中测量的刀具的前刀面与基面之间的夹角。,法后角n在法平面中测量的刀具的后刀面与切削平面之间的夹角。,外圆车刀在法平面参考系中的标注角度,法平面参考系中的标注角度,刀具几何角度,假定工作平面与背平面参考系,基面pr假定工作平面pf背平面pp,通过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向并垂直于基面pr的平面。,通过切削刃选定点，同时垂直于pr和pf的平面。,3.假定工作平面、背平面参考系（进给切深剖面参考系）及其标注角度,刀具几何角度,刀具几何角度,假定工作平面与背平面参考系,基面pr:通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向vc的平面。,假定工作平面pf:通过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向,并垂直于基面pr的平面,背平面pp:通过切削刃选定点，同时垂直于pr和pf的平面。,假定工作平面、背平面参考系,假定工作平面、背平面参考系（pr-pf-pp）,刀具几何角度,假定工作平面与背平面参考系,假定工作平面与背平面参考系,刀具几何角度,假定工作平面与背平面参考系及其标注角度,刀具几何角度,假定工作后角f在假定工作平面中测量的刀具的后刀面与切削平面之间的夹角。,假定工作平面与背平面参考系中的标注角度,假定工作前角f在假定工作平面中测量的刀具的前刀面与基面之间的夹角。,刀具几何角度,pf,pf,f,f,pf,pf,pr,vf,假定工作平面与背平面参考系中的标注角度,背前角p在背平面中测量的刀具的前刀面与基面之间的夹角。,背后角p在背平面中测量的刀具的后刀面与切削平面之间的夹角。,刀具几何角度,pp,pp,pp,pp,p,p,pr,vf,假定工作平面与背平面参考系中的标注角度,刀具几何角度,pf,pf,f,f,pf,pf,pp,pp,pp,pp,p,p,pr,假定工作平面与背平面参考系中的标注角度,刀具几何角度,（二）刀具的工作参考系及工作角度,刀具几何角度,上述讨论的刀具标注角度，是在假定不考虑进给运动大小的影响、车刀刀尖和工件中心等高，且车刀刀杆中心线垂直或平行于工件轴线安装的条件下标注的刀具角度。在实际切削条件下，由于刀具安装位置的变化和进给运动的影响等，不可能完全符合上述条件，刀具角度的参考系会发生变化，从而需引入工作参考系来进行描述。,（二）刀具的工作参考系及工作角度,刀具几何角度,刀具的工作参考系：考虑刀具的实际安装位置和相对运动，以刀具切削时的合成切削运动方向为依据建立工作基准坐标平面所组成的坐标系，又称为动态参考系。刀具工作角度：在工作参考系中测量的刀具角度如果进一步考虑切削过程中的积屑瘤、振动及流屑方向的影响而确定的刀具角度，称为实际切削角度。,刀具几何角度,工作坐标平面的定义如下：,1.刀具的工作参考系,工作正交平面参考系（pre、pse、poe）工作法平面参考系（pre、pse、pne）工作平面与背平面参考系（pre、pfe、ppe）,刀具的工作参考系,工作基面Pre,过切削刃上某选定点，垂直于合成切削运动ve方向的平面。,过切削刃上某选定点，与切削刃相切或包含切削刃并垂直于工作基面的平面。,过切削刃上某选定点，同时垂直于工作基面和工作切削平面的平面。,与法平面Pn是一个平面。,过主切削刃上选定点，同时包含主运动方向和进给运动方向的平面。,过主切削刃上选定点，同时垂直于工作基面和工作平面的平面。,工作切削平面Pse,工作正交平面Poe,工作法平面Pne,工作平面Pfe,工作背平面Ppe,1.刀具的工作参考系,刀具几何角度,刀具工作角度的定义与标注角度类似，它是刀具的前后刀面与工作坐标系平面之间的夹角。在工作正交平面参考系内测量的主切削刃工作角度有：,工作主偏角re,在工作基面内测量的主切削刃与工作平面之间的夹角。,在工作切削平面内测量的主切削刃与工作基面之间的夹角。,在工作正交平面内测量的前刀面与工作基面之间的夹角。,在工作正交平面内测量的后刀面与工作切削平面之间的夹角。,工作刃倾角se,工作前角oe,工作后角oe,2.刀具的工作角度,刀具几何角度,同理在工作法平面参考系中有工作法前角ne、工作法后角ne；在工作平面和背平面参考系中有工作前角fe、工作后角fe、工作前角pe、工作后角pe。,刀具几何角度,2.刀具的工作角度,由于通常的进给速度远小于主运动速度，因此，在一般的安装条件下，刀具的工作角度近似地等于标注角度（不超过1）这样，在多数场合下（如普通车削、镗孔、端铣、周铣等）都不必进行工作角度的计算。只有在角度变化值较大时（如车螺纹或丝杠、铲背、钻孔时研究钻心附近的切削条件或刀具安装特殊时），才需要计算工作角度。下面分别讨论考虑进给运动和安装条件对工作角度影响时，刀具工作角度与标注角