第1章 刀具几何角度

1、第第1 1章章 刀具几何角度及切削要素刀具几何角度及切削要素第一章第一章 刀具几何角度及切削要素刀具几何角度及切削要素1.1切削运动、工件表面与切削用量切削运动、工件表面与切削用量 金属切削加工是机械制造工业中的一种基本加工方法金属切削加工是机械制造工业中的一种基本加工方法 。利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层（加工余量），以利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层（加工余量），以获得具有一定的表面精度（形状、尺寸和位置精度）和表获得具有一定的表面精度（形状、尺寸和位置精度）和表面质量。面质量。 切削加工必备三个条件：切削加工必备三个条件： 刀具与工件之间要有相对运动刀具与工件之间要有相对运动; 刀

2、具具有适当的几何参数，即切削角度刀具具有适当的几何参数，即切削角度; 刀具材料具有一定的切削性能刀具材料具有一定的切削性能.1 1）主运动）主运动 是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。有且仅有一个。度最高。有且仅有一个。运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动）运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动） 直线运动（刨削、拉削的刀具运动）直线运动（刨削、拉削的刀具运动）运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。1. 切削运动切削运动 为了切除多余的金属，为了切除多余的金属，刀具和工件之间必须

3、有相对运刀具和工件之间必须有相对运动，即动，即切削运动切削运动。切削运动可。切削运动可分分为主运动为主运动和和进给运动进给运动。切削运动 2 2）进给运动）进给运动 使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去的运动。的运动。 进给运动的速度一般较低，功率也较少。其数量可进给运动的速度一般较低，功率也较少。其数量可以是一个，也可以是多个。可以是连续进行的，也可以是断续以是一个，也可以是多个。可以是连续进行的，也可以是断续进行的。可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。进行的。可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。 运动形式运动形式： 连续运动：如车

4、削；连续运动：如车削； 间歇运动：如刨削。间歇运动：如刨削。 一个运动，如钻削；一个运动，如钻削； 多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动； 没有进给运动，如拉削。没有进给运动，如拉削。运动主体运动主体： 工件，如铣削、磨削；工件，如铣削、磨削； 刀具，如车削、钻削。刀具，如车削、钻削。3）合成切削速度）合成切削速度Ve按平行四边形法则求。按平行四边形法则求。2.2.工件表面工件表面 切削过程中，工件上有三个不断变化的表面切削过程中，工件上有三个不断变化的表面 1) 1)待加工表面：工件上即将被切除的表面。待加工表面：工件上即将被切除的表面。 2) 2)

5、过渡表面：正被切削的表面。下一切削行程将被切除。过渡表面：正被切削的表面。下一切削行程将被切除。 3) 3)己加工表面：切削后形成的新表面。己加工表面：切削后形成的新表面。 3.3.切削用量切削用量 V Vc c、f f、a ap p车削运动和加工表面车削运动和加工表面1-待加工表面待加工表面 2-过渡表面过渡表面 3-已加工表面已加工表面衡量切削运动量的大小。衡量切削运动量的大小。包括包括三要素三要素 切削速度切削速度Vc 进给量进给量f( (或进给速度或进给速度Vf) ) 背吃刀量背吃刀量ap切削用量切削用量vm/minv指主运动的线速度，以车削为例：指主运动的线速度，以车削为例：1000

6、ndVC（m/min)切削速度切削速度VCn工件或刀具的转速，工件或刀具的转速，n为为rmind工件或刀具观察点的旋转直径，工件或刀具观察点的旋转直径，d为为mm进给量进给量f 进给量是进给运动的单位量。车削时进给量进给量是进给运动的单位量。车削时进给量f f是是取工件每旋转一周的时间内，工件与刀具相对位移取工件每旋转一周的时间内，工件与刀具相对位移量量fnVf(mm/min)Vf 进给运动速度进给运动速度进给量进给量f fv主运动是主运动是回转运动回转运动时，进给量指工件或刀具每回时，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，单位为转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为m

7、mrv当主运动是当主运动是直线运动直线运动时，进给量指刀具或工件每时，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往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为量，单位为mm双行程或双行程或mm单行程单行程v对于对于多齿的旋转刀具多齿的旋转刀具( (如铣刀、切齿刀如铣刀、切齿刀) )，常用每，常用每齿进给量齿进给量f fz z，单位为，单位为mmz或或mm齿，它与进给量齿，它与进给量f f的关系为的关系为 f=zfz指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量背吃刀量背吃刀量apdw待加工表面直径待加工表面直径 dm已加工表面直径已加工表

8、面直径2dmdwapv工件待加工表面与加工表面之间的垂直距离工件待加工表面与加工表面之间的垂直距离. .车外圆时：车外圆时： a ap p=(dw=(dwdm)/2dm)/2钻孔时：钻孔时： a ap p=dw/2=dw/2金属切除率金属切除率Q Q1000V1000Vc cfafap p即单位时间内切除金属的体积，衡量切削效即单位时间内切除金属的体积，衡量切削效率。率。2.2 刀具几何角度 教学重点：教学重点：掌握刀具各部分的名称；掌握刀具各部分的名称；掌握刀具参考平面和参考系的建立方法；掌握刀具参考平面和参考系的建立方法；掌握刀具标注角度和工作角度。掌握刀具标注角度和工作角度。 教学难点：

9、教学难点：刀具各种标注角度；刀具各种标注角度；刀具工作时的角度。刀具工作时的角度。一、刀具切削部分的构成要素一、刀具切削部分的构成要素 车刀由刀头、刀杆两部分组成。车刀由刀头、刀杆两部分组成。 刀头用于切削，由刀面、切削刃构成刀头用于切削，由刀面、切削刃构成 刀杆用于装夹刀杆用于装夹14141.1.刀面刀面 1.1.前面（前刀面）前面（前刀面）r r：刀具上切屑流出的表面；：刀具上切屑流出的表面； 2.2.后面（后刀面）后面（后刀面）A A：刀具上与工件新形成的：刀具上与工件新形成的 过渡表面相对的刀面；过渡表面相对的刀面； 3.3.副后面（副后刀面）副后面（副后刀面）A A：刀具上与工件已加

10、工表面刀具上与工件已加工表面相对的刀面；相对的刀面； 已加工表面已加工表面待加工表面待加工表面过渡表面过渡表面15 2.2.切削刃切削刃 1.1.主切削刃主切削刃：前面与后面形成的交线，在切：前面与后面形成的交线，在切削削 中承担主要的切削任务；中承担主要的切削任务； 2.2.副切削刃副切削刃：前面与副后面形成的交线，：前面与副后面形成的交线，它它 参与部分的切削任务；参与部分的切削任务； 3.3.刀尖刀尖 主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小 段切段切削刃。削刃。18二、刀具角度参考系二、刀具角度参考系1. 1. 刀具角度参考平面刀具角度参考平面 图图1-5

11、刀具角度的参考平面刀具角度的参考平面19 基面基面P Pr r： 过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，它平行（或垂直）于刀具上的安装面（或轴线）的平它平行（或垂直）于刀具上的安装面（或轴线）的平面。面。 切削平面切削平面PsPs： 过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面P Pr r的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面。的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面。 正交平面正交平面PoPo： 过切削刃选定点，同时垂直于基面过切削刃选定点，同时垂直于基面P Pr r与切削平面与切削平面P

12、 Ps s的平面。的平面。正交平面参考系：正交平面参考系： 由基面由基面P Pr r、切、切削平面削平面P Ps s和正平和正平面面P Po o构成的空间构成的空间三面投影体系称三面投影体系称为正交平面参考为正交平面参考系。系。三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度1.1.正交平面参考系中的刀具标注角度正交平面参考系中的刀具标注角度 (1) (1) 在基面在基面P Pr r上刀具标注角度有：上刀具标注角度有： 主偏角主偏角k kr r在过主切削刃选定点的基面内，在过主切削刃选定点的基面内，主切削刃与进给方向间的夹角；主切削刃与进给方向间的夹角； 副偏角副偏角k kr r在过副切削刃选定点的基面内

13、，在过副切削刃选定点的基面内，副切削刃和进给方向间所夹的锐角；副切削刃和进给方向间所夹的锐角；24在基面在基面P Pr r上刀具标注角度有：上刀具标注角度有： 主偏角主偏角k kr r 副偏角副偏角k kr r(2) (2) 在正平面在正平面P Po o上刀具标注角度有：上刀具标注角度有： 前角前角前面前面r r与基面与基面PrPr间的夹角。前间的夹角。前角角有正负，前角在基面之下为负，前角在基有正负，前角在基面之下为负，前角在基面这上为正；面这上为正； 后角后角OO后面与切削平面间的夹角。后面与切削平面间的夹角。26(3)(3)在切削平面在切削平面P Ps s上刀具标注角度有：上刀具标注角度

14、有： 刃倾角刃倾角s s主切削刃与基面间的夹角。主切削刃与基面间的夹角。刃倾角刃倾角ss有正负之分，当刀尖处于切削刃最高点有正负之分，当刀尖处于切削刃最高点时为正，反之为负。时为正，反之为负。 (2) 切削平面PS内的角度 s：在切削平面PS内测量的主切削刃S与基面Pr间的夹角称刃倾角； s有正负之分，刀尖位于切割刃的最高点时定为（“+”）、反之为负（“-”），它影响切屑流向和刀尖强度；粗加工时，取负值，增大刀尖强度；精加工时，取正值或零，避免切屑划伤已加工表面。a）b）c）刃倾角对排屑方向的影响 派生角度：派生角度： 刀尖角：刀尖角：在基面在基面PrPr内测量的主切削平面与副切内测量的主切削

15、平面与副切削平面间的夹角，记为削平面间的夹角，记为r r， r r=180=180- -（ ）；）； 余偏角：余偏角：在基面在基面PrPr内测量的主切削平面内测量的主切削平面P PS S与背与背平面平面P PP P间的夹角，记为间的夹角，记为rr， r=90r=90- - ； 楔角：楔角：在正交平面在正交平面PoPo内测量的前刀面内测量的前刀面A A与后刀与后刀面间的夹角，记为面间的夹角，记为o o， o o =90 =90- -（o oo o）。）。rrr刀尖角刀尖角余偏角余偏角楔角楔角 2. 2. 法平面参考系中的刀具标注角度法平面参考系中的刀具标注角度 按照刀具角度定义，同理可标注出法平

16、面参考按照刀具角度定义，同理可标注出法平面参考系中的五个基本角度：系中的五个基本角度：r r、s s、n n、n n和和r r 。也有派生角度：。也有派生角度：r r、r r、n n和计算角和计算角度度n n、s s、n n。 3. 3. 假定工作平面参考系中的刀具标注角度假定工作平面参考系中的刀具标注角度 这个参考系中的刀具标注角度这个参考系中的刀具标注角度r r、 p p、f f、p p、f f、 r r 同理可标出，也可求出派生同理可标出，也可求出派生角度：角度：r r、r r、p p、f fr1-3 1-3 刀具角度换算刀具角度换算一、一、1、00nn0n直角三角形：oacoababc

17、sosnoaaboaaccostan/costanon2、oo 900nA将A则nn 90同理soncos90tan90tan00onsoncos/tantan二、垂直于基面的任一剖面与正交面的前、二、垂直于基面的任一剖面与正交面的前、后角换算后角换算1、前角换算iiOEEGsoicostansintantan0i直角三角形：OABOEGBFG（1）当sisippi, 0（2）当oioippi,900（3）当fifirppi,1800rsrofcostansintantan（4）当pipirppi,900rsropsintancostantan图1-122、后角换算ii 900i图1-12后面

18、前面oo 90代入上式iisoicostansincotcot（1）当fifirppi,1800rsrofcostansincotcot（2）当pipirppi,900rsropsintancoscotcot1-4 1-4 刀具角度标注方法刀具角度标注方法 一面二角分析法一面二角分析法说明：以正交平面系为参考系说明：以正交平面系为参考系主视图：主视图：rp向视图：向视图：sp投影投影SS,剖视图：剖视图：上作上作oopp,剖视剖视派生角度及独立尺寸不注，按制图要求绘制派生角度及独立尺寸不注，按制图要求绘制1 1、标注角度数量的确定方法、标注角度数量的确定方法一面二角：角度数量=2倍刀面数量2、

19、分析方法主、副切削刃确定方向fv刀面数（前、后面）标注角度数示示 例例 直头外圆车刀，直头外圆车刀， 图图1-91-9刀面：前、后、副后面刀面：前、后、副后面标注角度数量：标注角度数量：3 32=62=6As,0Ar,0Ar,0SS,示示 例例 45450 0弯头车刀，弯头车刀， 图图1-131-13刀面：刀面：1 1前、前、1 1后、后、2 2副后面共副后面共4 4个个标注角度数量：标注角度数量：4 42=82=8As,0Ar,0Ar,0切削刃：主刃切削刃：主刃1212，副刃，副刃2323，1414三条三条（主刃（主刃1212）（主刃（主刃1212）（副刃（副刃2323）Ar,0（副刃（副刃

20、1414）prosorrpspspopopopopopopopoovf例例2：45端面车刀正交平面参考系标注角度端面车刀正交平面参考系标注角度示示 例例 切断刀，切断刀， 图图1-141-14刀面：前、后、副后面刀面：前、后、副后面4 4个个标注角度数量：标注角度数量：4 42=82=8切削刃：主刃切削刃：主刃1 1个，副刃个，副刃2 2个，共个，共3 3条条A切断刀：左、右两把刀组成，且两把刀为同一切断刀：左、右两把刀组成，且两把刀为同一S S和和进给方向：横向进给方向：横向sLsRrLrR0180sLrL,习惯标注：习惯标注：sRrR,为派生为派生Prosorrpspspopopopopo

21、popopoovf例例1：90外圆车刀正交平面参考系标注角度外圆车刀正交平面参考系标注角度 1 1进给运动的影响进给运动的影响 （横切）（横切） 切断刀切断工件时，若不考虑进给运动，切削刃上选定切断刀切断工件时，若不考虑进给运动，切削刃上选定A A的运动轨迹是一圆，因此该点的基面是过的运动轨迹是一圆，因此该点的基面是过A A点的工作径向点的工作径向平面平面PP，切削平面为过，切削平面为过A A点与点与PP垂直的切平面垂直的切平面PsPs，其前，其前后角后角oo、oo。当考虑进给运动后，切削刃上。当考虑进给运动后，切削刃上A A点的运动点的运动轨迹已是一阿基米德螺旋线，这时的切削平面轨迹已是一阿

22、基米德螺旋线，这时的切削平面PsePse已是过已是过A A点螺线的切线，基面点螺线的切线，基面PrePre已是已是A A点的与点的与PsePse垂直的平面，垂直的平面，在这个测量坐标平面内的前角在这个测量坐标平面内的前角oeoe、后角也不是原来的、后角也不是原来的标注角度标注角度oo、oo，此时：，此时： 横向进给运动对工作角度的影响；横向进给运动对工作角度的影响； f f刀具相对工件的横向进给量，刀具相对工件的横向进给量，mm/rmm/r； d d切削刃上选定点切削刃上选定点A A处的工作直径，处的工作直径，mmmm。1.2.4刀具工作角度0000eetanWfD切削刃越接近工作中心，切削刃

23、越接近工作中心，d值越小，值越小，值较大，值较大，oe越大，而越大，而oe越小，越小，甚至变为零或负值，对刀甚至变为零或负值，对刀具的切削就越不利。具的切削就越不利。 2 2进给运动的影响进给运动的影响 （纵切）（纵切） 安装刀具时，刀尖不一定在机床中心高度上。如刀尖高于安装刀具时，刀尖不一定在机床中心高度上。如刀尖高于机床中心高度，此时选定点机床中心高度，此时选定点A A的基面和切削平面已变为过的基面和切削平面已变为过A A点的径向平面点的径向平面P Pee和与之垂直的切削平面和与之垂直的切削平面P Psese，其工作前角，其工作前角和后角分别为和后角分别为PePe、PePe。刀具工作前角。

24、刀具工作前角pepe比标注前角比标注前角P P增大了，工作后角增大了，工作后角PePe比标注后角比标注后角P P减小了，可写成：减小了，可写成： pepe=p p+p p pepe=p p-p p pp刀尖位置变化引起前后角的变化值（弧度）。刀尖位置变化引起前后角的变化值（弧度）。 h h刀尖高于机床中心的数值，刀尖高于机床中心的数值，mmmm。 dw dw工件直径，工件直径，mmmm。222arctanhdwhp1.3.11.3.1切削层参数切削层参数 刀具切削刃在一次进给（走刀）中，从工件待加工表面上切下的金属层刀具切削刃在一次进给（走刀）中，从工件待加工表面上切下的金属层称切削层。称切削层。1 1切削金属公称厚度切削金属公称厚度h hD D 切削层公称厚度是在基面内测量的切削刃两瞬时位置