金屬切削加工與刀具教學單元2：刀具基本定義本章主要內容切削運動、切削用量與切削層參數：主運動、進給運動、切削速度、進給量、背吃刀量、切削厚度、切削寬度、切削層橫截面積刀具在靜止參考系內的切削角度：刀具組成、刀具靜止參考系、刀具角度定義、刀具角度的圖示刀具的工作角度:刀具工作參考系、刀具安裝對工作角度的影響、進給運動對工作角度的影響思考：下列切削運動的主運動和進給運動分別是什么？2.1切削運動及其形成的表面

金屬切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層（余量），以獲得具有一定的形狀、尺寸，位置精度和表面質量零件的加工必備三個條件：刀具與工件之間要有相對運動刀具具有適當的幾何角度刀具材料具有一定的切削性能一、切削運動刀具與工件間的相對運動，即表面成形運動1、主運動由機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產生相對運動，從而使刀具前面接近工件。（刀具或工件）消耗功率最大，速度最高，有且僅有一個形式：旋轉運動（車、鏜削的主軸轉動）直線運動（刨、拉削的刀具移動）主體：工件轉（車）；刀具轉（銑）2、進給運動由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件之間產生附加的相對運動，加上主運動，即可不斷地或連續地切除切屑，并得出具有所需幾何特性的已加工表面。速度一般較低，功率也較小。運動形式：連續運動，如車削；間歇運動，如刨削一個運動，如鉆削；多個運動，如車削時的縱向與橫向進給運動；進給運動由拉刀完成，如拉削運動主體：工件，如銑削、磨削；刀具，如車削、鉆削二、工件上的加工表面切削加工中，隨著切削層（加工余量）不斷被刀具切除，工件上有3個處于變動中的表面待加工表面：工件上有待切除之表面已加工表面：工件上經刀具切削后形成的表面過渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一轉里被切除，或者由下一切削刃切除。需注意：在切削加工過程中，三個表面始終處于不斷的變動之中(a圖)車外圓：主運動—工件轉動；進給運動—車刀移動(b圖)磨外圓：主運動—砂輪轉動；進給運動—工件轉動與軸向移動(c圖)鉆削：主運動—鉆頭旋轉；進給運動—鉆頭軸向移動(d圖)鏜孔：主運動—刀具旋轉（繞工件軸線）；進給運動—刀具軸向移動（e圖)刨削：主運動—刨刀的直線運動；進給運動—工件移動(f圖)銑平面：主運動—銑刀旋轉；進給運動—工件移動(g圖)車成形面：主運動—工件旋轉；進給運動—刀具沿工件輪廓軸向移動(h圖)銑齒：主運動—銑刀轉動；進給運動—工件移動等2.2切削用量切削用量是切削速度、進給量（走刀量）和背吃刀量（切削深度）的總稱，也稱為切削用量三要素切削用量直接影響工件加工質量、刀具壽命、機床功率損耗及生產率等一、切削速度Vc指切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度，單位為m/s或m/min。當主運動為旋轉運動時，可按下式計算dw—刀具或工件的最大回轉直徑（mm）

n—主運動轉速（r/s或r/min）方向即主運動的方向，切線方向f：刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，mm/rVf：切削刃上選定點相對于工件的進給運動瞬時速度，mm/sfz：多齒刀具(如銑刀等，齒數為z)每轉或每行程中每齒相對工件在進給運動方向上的位移量，mm/z則Vf、fz與f的關系為：Vf＝nf＝nzfz二、進給量f或進給速度Vf主刀刃與工件切削表面接觸長度在主運動方向和進給運動方向所組成平面的法線方向上測量的值，單位為mm車削外圓、內孔等回轉表面時，ap是工件上已加工表面與待加工表面間的垂直距離，即ap=(dw－dm)/2鉆孔時

ap=dw/2三、背吃刀量ap（切削深度）四、切削時間tm切削時直接改變工件尺寸、形狀等工藝過程所需要的時間，單位為min，衡量切削效率高低的指標。五、材料切除率Q在特定瞬間，單位時間內所切除材料的體積，衡量切削效率高低的另一個指標。切削層的形狀和尺寸直接決定了刀具切削部分所承受的載荷大小及切屑的形狀和尺寸一、切削層參數2.3切削層與切削方式1、作用切削刃在特定瞬間，刀具切削刃實際參與切削，并在工件上產生過渡表面和已加工表面的那段刃稱為作用切削刃，它由作用主切削刃(AB)和作用副切削刃(BC)兩段組成。2、切削刃基點D

作用主切削刃上的特定參考點稱為切削刃基點D，用以確定作用切削刃截形和切削層尺寸等基本幾何參數，通常把它定在將作用切削刃分成兩相等長度的點上(圖中點D)。3、切削層尺寸平面通過切削刃基點并垂直于該點主運動方向的平面4、切削層公稱寬度bD

簡稱切削寬度，它是給定瞬間作用主切削刃在切削層尺寸平面上的投影(即作用主切削刃截形)的兩個極限點間的距離，單位為mm。當主切削刃為直線且刀尖圓弧半徑很小時

5、切削層公稱厚度hD

簡稱切削厚度，它是兩相鄰過渡表面間的距離，單位為mm。若切削刃為曲線時，切削層厚度隨作用在切削刃上的選定點的位置變化而變化，越接近刀尖切削厚度越小；當作用切削刃為直線時

6、切削層公稱橫截面積AD

簡稱切削層面積，它是給定瞬間切削層在切削層尺寸平面內的實際橫截面積，單位為mm2。當主切削刃為直線且刀尖圓弧半徑很小時結論：影響切削寬度的因素有背吃刀量和主偏角影響切削厚度的因素有進給量和主偏角當進給量和背吃刀量一定時，主偏角越大，切削厚度越大，但切削寬度越小1、自由切削和非自由切削自由切削：只有一個切削刃參加切削的情況稱為自由切削。寬刃刨刀刨削工件的情況就屬于自由切削。非自由切削：由非直線切削刃或多條直線切削刃同時參加切削的情況稱為非自由切削。車外圓、銑鍵槽等屬于非自由切削。特點：自由切削時，切削刃上各點的切屑流向大致相同，切屑變形簡單；非自由切削時，切削刃上各點切屑流向互相干擾，切屑變形復雜。二、切削方式2.直角切削和斜角切削直角切削：是指主切削刃與切削速度方向垂直的切削，這時主切削刃包含在基面內(刃傾角0°)，切屑流向與切削刃的法線方向相同。斜角切削：是指主切削刃與切削速度方向不垂直的切削，這時主切削刃不包含在基面內(刃傾角0°)，切屑流向偏離切削刃的法線方向。(a)直角切削(b)斜角切削小結主運動、進給運動待加工表面、已加工表面、過渡表面切削三要素：切削速度、進給量、背吃刀量切削層參數：切削厚度、切削寬度、切削層橫截面積切削時間2.4刀具幾何角度刀具種類很多，形狀各異，但其切削部分都可看作是外圓車刀的演變和組合由夾持部分(刀柄)和切削部分(刀頭)兩大部分組成。夾持部分:為矩形(外圓車削)或圓形(鏜孔)切削部分根據需要制造成多種形狀。車刀切削部分的結構要素:包括三個切削刀面、兩條切削刃和一個刀尖。一、車刀組成前刀面Aγ：切屑沿其流出的刀面。控制切屑流向主后面Aα：刀具上同前刀面相交形成主切削刃的表面，與工件過渡表面相對。副后面Aα’

：刀具上同前面相交形成副切削刃的表面，與工件已加工表面相對。主切削刃S：前刀面與主后面的交線。承擔主要切削工作。副切削刃S’

：前刀面與副后面的交線。擔負少量切削工作刀尖：主、副切削刃交匯處。一小段直線或圓弧。

刀尖形狀二、刀具角度的參考系靜止參考系（標注角度參考系）：刀具設計、制造、刃磨和測量工作角度參考系：確定刀具實際工作角度

③刀柄的中心線垂直于進給方向

⑥背平面Pp1、靜止參考系的假定條件2、靜止參考系的主要坐標平面①基面Pr②切削平面Ps③正交平面Po④假定工作平面Pf①不考慮進給運動②車刀刀尖與工件軸線等高

⑤法平面Pn(a)正交平面與法平面參考系(b)假定工作平面、背平面參考系3、定義與說明④法平面：是指過切削刃上某選定點，與切削刃垂直的平面，用Pn表示①基面：是通過切削刃選定點并垂直于假定的主運動方向的平面，用Pr表示②切削平面：是通過切削刃選定點，與切削刃相切并垂直于基面的平面，用Ps表示③正交平面：(又稱主剖面)是通過切削刃選定點并同時垂直于基面和切削平面的平面，用Po表示⑤假定工作平面：(又稱進給剖面)是通過切削刃選定點與基面垂直，且與假定的進給運動方向平行的平面，用Pf表示⑥背平面：(又稱切深剖面)是通過切削刃選定點并同時垂直于基面和假定工作平面的平面，用Pp表示常見刀具標注角度參考系正交平面參考系：基面、切削平面、正交平面法平面參考系：基面、切削平面、法平面假定工作平面參考系：基面、假定工作平面、背平面注：如果切削刃選定點在副切削刃上，則所定義的是副切削刃標注參考系的平面，應在相應的符號右上角加標“′”表示。三、正交平面參考系刀具標注角度刀具正負角度的規定前角正負規定：在正交平面中，若前刀面在基面之下時，為正值；之上為負值；重合時為零。后角也有正負之分，但在切削加工中，一般只有正值。刃傾角正負規定：主切削刃與基面重合或平行時，為零。刀尖相對于車刀底面處于最高點時，刃傾角為正；處于最低點時，為負。四、常用車刀標注角度舉例1、90°外圓車刀結構分析：主偏角為90°，用于車削外圓或端面，尤其適于剛性較差的細長軸類零件的車削加工。有3個刀面：前刀面、后刀面、副后刀面，所以定位角度有6個，即前刀面---前角、刃傾角，后刀面---后角、主偏角，副后刀面---副后角、副偏角。一面二角分析法：空間任一平面定位只需兩個角度

繪圖步驟：

(1)畫出刀具在基面中的投影，取主偏角為90o，并標注進給運動方向，明確后刀面與副后刀面，主切削刃與副切削刃的位置及刀寬。

(2)畫出切削平面(向視圖)中的投影，標注向視圖位置。

(3)畫出主剖面、副剖面。

(4)標注角度(此處用符號表示)2、切斷刀結構分析：切斷刀采用橫向進給方式對工件進行切槽或切斷。切斷刀共有4個刀面；兩個刀尖；一條主切削刃，兩條副切削刃，所以定位角度有8個：前刀面---前角、刃傾角，主后刀面---主偏角、后角，左、右副后刀面----2個副偏角和2個副后角。特點：前寬后窄；上寬下窄；主刀刃短；副刀刃長，左右對稱。3、刀具角度繪圖步驟繪圖時，要求按國家制圖標準，視圖間符合投影關系；一般用正交平面參考系標注刀具角度；刀具角度按實際值繪制（必要時可用放大畫法），結構尺寸按比例繪制；圖中只標注基本角度和參數，派生角度不需表示。1、選刀具基面投影圖作為主視圖，畫出進給方向，標出主偏角和副偏角，圖中反映出刀柄安裝面寬度和刀尖位置。2、畫出（正交平面）主刀刃上主剖視圖，標出前角和后角。剖視圖中切削刃至刀柄安裝面高度可近似用刀柄高度尺寸繪制。3、畫出副刀刃上（副正交平面）副剖視圖，標出副后角。4、畫出切削平面向視圖，標出刃傾角，圖中反映刀柄高度。5、必要時畫出局部放大圖，標出刀具的其它參數。75°強力車刀銀白屑車刀五、刀具的工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度刀具實際切削時，若考慮實際進給運動和安裝情況的影響，刀具角度的參考系將發生變化，其工作角度將不同于標注角度與靜止系統中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點就在于它以合成切削運動ve或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面pse的變化，從而導致工作前角γoe、工作后角αoe的變化ve=vc+vf1、刀具安裝高低對工作角度的影響在車、鏜內孔時，切削刃上選定點安裝位置高低引起的工作角度變化和車外圓剛好相反背平面內工作參考系相對于靜止參考系內相應偏轉角度正交平面內工作參考系相對于靜止參考系內相應偏轉角度

選定點的工作前角和工作后角為

注：當安裝位置偏高時，用上邊符號；當安裝位置偏低時，用下邊符號。2、刀具安裝偏斜對工作角度的影響3、進給運動對工作角度的影響(1)橫向進給的影響以橫向進給為主工作的刀具(如切斷刀、車槽刀和徑向成形車刀等)，應當適當加大標注后角(2)縱向進給的影響在縱車外圓時，縱向進給運動引起的刀具角度變化很小，可忽略不計；但在車螺紋(尤其是車多頭螺紋)時，影響必須要考慮六、螺紋車刀工作角度（1）螺紋的基本要素有哪些?（2）解釋螺紋代號：M16-LH-5g6g-L（3）概念：螺紋升角1、螺紋升角的影響車削螺紋時螺紋升角引起切削平面和基面位置改變1-工作時的切削平面；2，5-工作時的基面；3-靜止時的基面；4-前刀面