焦益群

本課程分為兩大局部金屬切削原理局部機械制造工藝學局部第一局部金屬切削原理第一章根本定義 1.1切削運動與切削用量 1.2刀具切削局部的根本定義 1.3切削層參數與切削方式學習要求：了解切削運動、加工外表及切削用量三要素，掌握刀具幾何角度概念，了解工作角度及其變化規律，熟悉切削層參數定義，并靈活運用上述概念。復習思考題：1、刀具工作角度、切削層、切削層三參數？2、簡述刀具標注角度的三個假設條件。3、簡述切削加工過程中工件上三個不斷變化的外表及其定義。4、簡述切削用量三要素及其定義。5、刀具標注角度有哪幾個參考系？6．解釋“三面兩刃一尖〞。 用刀具在機床上切除工件上多余的金屬，從而使工件的形狀、尺寸和外表質量都到達圖紙上所要求的加工過程叫金屬切削過程。為實現這一切削過程必須具備以下三個條件： ＃工件與刀具之間要有相對運動：即切削運動； ＃刀具必須具有適當的幾何參數：即切削角度； ＃刀具材料必須具有一定的切削性能。 本章的內容主要就是說明和切削運動及刀具切削角度有關的根本概念和定義，為在后續各章學習和研究切削過程根本理論及其應用做準備。 一、切削運動 金屬切削加工中運動種類很多，如外圓車削，平面刨削、銑削、鉆削、拉削等運動。而外圓車削和平面刨削是金屬切削加工中常用的方法，現以它們為例來分析工件與刀具間的切削運動。如圖為外圓車削時的情況，工件旋轉，車刀連續縱向直線進給，于是形成工件的外圓柱外表。外圓車削的切削運動及工件外表 上圖是在牛頭刨床上刨平面時的情況，刀具作直線往復運動，工件作間歇的直線進給運動。在其他各種切削加工方法中，刀具或工件必須完成一定的切削運動。通常，切削運動按其所起的作用可分為以下兩種： 切削運動分為 主運動 進給運動一〕主運動：使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最根本的運動。特點：速度高，消耗功率最大。二〕進給運動：使主運動能夠繼續切除工件上多余的金屬，以便形成工件外表所需的運動。特點：速度低，功率小 任何加工方法中，必須要有一個或幾個進給運動，主運動和進給運動可以由工件或刀具分別完成，也可以由刀具單獨完成。〔如在鉆床上鉆孔或鉸孔〕。 二、工件上的加工外表 在切削運動作用下，工件上的切削層不斷地被刀具切削并轉變為切屑，從而加工出所需的工件新外表。在這一外表形成的過程中，工件上有三個不斷變化著的外表。 待加工外表 已加工外表 加工外表一〕待加工外表：工件上即將被切去的外表，隨著切削過程的進行，它將逐漸減小，直至全部切去。二〕已加工外表：刀具切削后在工件上形成的新的外表，并隨著切削的繼續進行而逐漸擴大。三〕過渡〔加工〕外表：刀刃正在切削著的外表，并且是切削過程中不斷改變著的外表，它總是處在待加工外表與已加工外表之間。

上述這些定義也適應于其它類型的切削加工。其它切削加工的切削運動及工件外表 三、切削用量 切削用量三要素： 切削速度V 進給量f 背吃刀量ap〔切削深度〕一〕切削速度V：切削加工時，刀刃上選定點相對于工件的主運動速度。對于刀刃上不同點，切削速度可能不同。 當主運動為旋轉運動時，刀具或工件最大直徑處的切削速度由下式確定：d－完成主運動的刀具〔工件〕的最大直徑〔mm)n－主運動的轉速二〕進給速度或進給量 進給速度Vf：刀刃上選定點相對于工件進給運動速度。 進給量f：工件或刀具的主運動每轉工件或刀具兩者在進給方向上相對位移量。 在實際生產中也把進給運動稱為走刀運動，進給量稱為走刀量。三〕背吃刀量ap〔切削深度〕：已加工外表和待加工外表的垂直距離。式中dw——工件待加工外表的直徑(mm)；dm——工件已加工外表的直徑(mm)。合成切削速度Ve=V+Vf合成切削速度1.2刀具切削局部的根本定義各種刀具切削局部的形狀 一、車刀的組成車刀由切削局部和刀桿局部構成 一、車刀的組成車刀由切削局部和刀桿局部構成一〕刀面 前刀面：切下的切屑沿其流出的外表， 主后刀面：與工件上過渡外表相互作用并相對的外表。 副后刀面：與工件上已加工外表相互作用并相對的外表。二〕刀刃 主刀刃：前刀面與主后刀面的相交部位。 副刀刃：前刀面與副后刀面的相交部位，它協助主刀刃完成金屬切除工作，最終形成已加工外表。 刀尖：主副刀刃的連接部位，又稱過渡刃。它是小的直線段或圓弧段。 從理論上講，主副刀刃都是直線，它們相交應是個尖點，那么為什么是小的直線或圓弧段。即所謂的“三面、兩刃、一尖〞。車刀切削局部的組成

二、確定刀具角度的參考系 要使刀具能把工件上多余的金屬切除下來，就必須要有一定的切削角度。也就是刀具的刀刃和刀面要有一定的空間位置。

就像我們在日常生活中用小刀削鉛筆一樣，總是使小刀傾斜一定的角度，才能把鉛筆削好。金屬切削也是一樣。必須使刀具保持一定的空間位置，也就是使刀具的刀面和刀刃相對于相對于某一平面有一定的夾角，因為刀具角度總是相對于某一平面來說的，而這一系列平面所組成的平面系叫刀具角度參考系。參考系由 參考平面 測量平面組成一〕參考平面： 基面Pr：通過刀刃上選定點，而垂直于合成切削運動向量的平面。 切削平面Ps：通過刀刃上選定點，而與工件加工外表相切的平面。它包含這點的合成切削運動向量。二〕測量平面：標注和測量刀具前后刀面角度的平面。有了參考平面，為什么還要測量平面？ 主剖面〔正交平面〕Po：通過主刀刃上選定點，并且同時垂直于基面和切削平面的平面，它垂直于主刀刃在基面上的投影。 法剖面〔法平面〕Pn：通過主刀刃上選定點，且垂直于主刀刃的平面。 切深剖面〔背平面〕Pp：通過主刀刃上選定點，平行于刀桿軸線且垂直于基面的平面。它與進給方向垂直。 進給剖面〔假定工作平面〕Pf：通過主刀刃上選定點，且同時垂直于刀桿軸線和基面的平面。它與進給方向平行。切深〔背平面〕、進給剖面〔假定工作平面〕

三、刀具標注角度

刀具標注角度：制造和刃磨時所需要的，并在刀具設計圖上標注的角度。 由于是在設計圖上標注的角度，因此是靜態角度，而我們剛剛定義參考平面時，是在相對運動的條件下給出的，這樣我們就得有些假設條件，我們規定這些假設條件，目的是使上述的參考平面同刀具的刃磨和檢驗基準一致，以便于刀具的設計與制造，對于一把外圓車刀，我們規定了以下假設條件。一〕假設條件1.不考慮進給運動的大小，即Vf＝0；2.刀刃上選定點與工件軸線等高；3.刀桿軸線垂直于工件軸線。 在這些假設條件下，我們就可以建立刀具標注角度的參考系二〕刀具標注角度參考系 目前各國采用的標注角度參考系都不統一，但一般可歸納為以下幾種： 主剖面〔正交平面〕參考系：由基面－切削平面－主剖面組成，過去我國多采用這種參考系，與歐洲國家相同。 法剖面〔法平面〕參考系：由基面－切削平面－法剖面組成，現在我國參照ISO標準，逐漸兼用主剖面、法剖面參考系。 切深進給剖面〔背平面、假定工作平面〕參考系：由基面－切削平面－切深剖面－進給剖面組成，這種參考系常見于美日文獻。 切深進給剖面參考系由四個平面組成，而主剖面、法剖面參考系各由三個平面組成，為什么？車刀正交平面與法平面參考系車刀假定工作平Pf面與背平面Pp參考系

四、刀具標注角度 刀具標注角度 確定刀刃位置的角度 確定刀面位置的角度一〕確定刀刃位置的角度 主偏角κr：在基面上測量，主刀刃在基面上投影與進給方向的夾角； 副偏角κr＇：在基面上測量，副刀刃在基面上投影與進給方向的夾角；

刃傾角λs：在基面上測量，主刀刃與基面的夾角。外圓車刀正交平面參考系標注角度二〕確定刀面位置的角度 前角γo：通過主刀刃上選定點，在測量平面內，前刀面與基面之間的夾角。它確定前刀面的位置。對于不同的測量平面，前角不同。 主剖面Po－主剖面前角γo 法剖面Pn－法剖面前角γn 切深剖面Pp－切深剖面前角γp 進給剖面Pf－進給剖面前角γf

后角αo

：通過主刀刃上選定點，在測量平面內，后刀面與切削平面之間的夾角。它確定主后刀面的位置。對于不同的測量平面，后角不同。 主剖面Po－主剖面后角αo

法剖面Pn－法剖面后角αn

切深剖面Pp－切深剖面后角αp

進給剖面Pf－進給剖面后角αf

法剖面角度切深進給剖面角度

刀具前后角及刃傾角的正負 當刀尖位于刀刃的最高點，λs為正，當刀尖位于刀刃的最低點，λs為負。這與過去有些參考書中尤其是俄文資料中所介紹的相反，過去是從刀刃強度出發來考慮，現在是從刀刃鋒利程度考慮。

副后角αo

＇：通過副刀刃上選定點，在測量平面內，副后刀面與副切削平面之間的夾角。它確定副后刀面的位置。有時根據實際需要還可以標注其它角度。

楔角βo：通過主刀刃上選定點的測量平面內，前刀面與主后刀面的夾角。對于不同的測量平面，楔角不同。外圓車刀正交平面參考系標注角度

主剖面－主剖面楔角，法剖面－法剖面楔角，切深剖面－切深剖面楔角，進給剖面－進給剖面楔角

刀尖角εr：在基面上，主副刀刃投影之間的夾角。

余偏角ψr：在基面上，主刀刃投影與進給方向垂線之間的夾角 這樣我們就介紹了ISO標準中的所有17各角度。車刀在各參考系中的角度 小結：刀具角度參考系、參考平面和標注角度雖然很多，看起來很復雜，其實是有條理和有規律的。 一個基面、一個切削平面，配上不同的測量平面〔即剖面〕就得到不同的參考系； 一條主刀刃和兩個刀面，完全定位只需四個角度；不同參考系內的根本角度值不同，但不外乎是前角、后角、主偏角、刃傾角這四個根本角度； 再加幾個派生角度〔如楔角、刀尖角、余偏角〕和副偏角，就得到ISO標準中規定的所有標注角度。

五、刀具工作角度

刀具工作角度：刀具在工作條件下的角度。 上述講到的刀具標注角度是在假設條件下的角度，沒有考慮進給運動的大小和刀具參考系的影響，如把他們都考慮進去，那么刀具角度將如何變化？一〕進給運動的影響 橫向進給運動的影響：為考慮橫向進給運動時，刀具前角與后角的變化，顯然橫向進給運動的影響

式中f—工件每轉一周時刀具的橫向進給量

d—刀刃上選定點o在橫向進給切削過程中相對于工件中心線所處的直徑，它是不斷變化的。因此，這個過程中，前角加大，后角減少，并且

f加大→μ加大→后角減少，故f不宜太大。

d減少→μ加大→后角減少，常在接近中心處用于進給。

縱向進給運動的影響：縱向進給時，刀具角度的變化如下：在主剖面內縱向進給運動的影響 式中d為工件直徑，f為螺紋導程〔進給量〕，換算可得tanμ＝f·sinκr/πd二〕刀具安裝位置對工作角度的影響 刀尖安裝上下對工作角度的影響，設λs＝0當刀尖高于中心h值時刀尖安裝上下對工作角度的影響

當刀尖低于工件中心時，情況相反。高→后角減少→接觸面積大→減振。故粗加工時，可以高點，精加工時低點。鏜內空時，前角如何變化？ 刀桿軸線與進給方向不垂直時的影響如何影響？1.3切削層參數和切削方式 一、切削層參數 切削層：工件同刀具沿進給方向每移動f后，每一刀刃從工件待加工外表上切下的金屬層。 切削層參數：就是指這個切削層的截面尺寸，包括切削厚度ac，切削寬度aw，切削面積Ac。切削層切削層切削層 切削厚度：在主刀刃選定點的基面內，垂直于已加工外表測量的切削層尺寸，即兩