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1、2.3切削用量與刀具結(jié)構(gòu) v 2.3.1 切削用量的基本概念v 2.3.2 刀具幾何結(jié)構(gòu)v 2.3.3 刀具的主要角度v 2.3.4 切削層參數(shù)和切削方式 v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。v (1) 待加工表面。工件上行將被切除的表面。v (2) 已加工表面。工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。v (3) 過渡表面。工件上由切削刃正在切削著的表面，位于待加工表面和已加工表面之間，也稱作加工表面或切削表面。v需注意：v 在切削加工過程中，三個表面始終處于不斷的變動之中 。v 1. 工件上的加工表面2.3.1 切削用量的基本概念 v 2. 切削用量和材

2、料切除率v切削用量：指切削速度、進給量和背吃刀量。 切削用量用來定量描述主運動、進給運動和投入切削的加工余量厚度。切削用量的選擇直接影響材料切除率，進而影響生產(chǎn)效率。 v 1）切削速度 v切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度稱為切削速度，單位為m/s或m/min。v v當主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，可按下式計算vv式中： 切削刃選定點處刀具或工件的直徑(mm)；v 主運動轉(zhuǎn)速(r/min或r/s)。v 切削刃上各點的切削速度有可能不同，考慮到刀具的磨損和工件的表面加工質(zhì)量，在計算時應(yīng)以切削刃上各點中的最大切削速度為準。1000dnvdn v 2）進給量v主運動的一個循環(huán)或單位時間內(nèi)刀具和工件沿進

3、給運動方向的相對位移量稱為進給量。v 用單齒刀具(如車刀、刨刀)進行加工時，常用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程刀具在進給運動方向上相對工件的位移量來度量，稱為每轉(zhuǎn)進給量(mm/r)或每行程進給量(mm/str)。v對于 齒數(shù)為的多齒刀具(如鉆頭、銑刀)每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對于工件在進給運動方向上的位移量，稱為每齒進給量，記作 ，單位為毫米齒。顯然 zfz f v 用多齒刀具(如銑刀)加工時，也可用進給運動的瞬時速度即進給速度來表述。切削刃上選定點相對工件的進給運動的速度稱為進給速度，記作 ，單位為mm/s或mm/min。對于連續(xù)進給的切削加工，可按下式計算 z ff zfv f zv nf nf z

4、v 對于主運動為往復(fù)直線運動的切削加工(如刨削、插削)，一般不規(guī)定進給速度，但規(guī)定每行程進給量。 v過實際參加切削的切削刃上相距最遠的兩點，且與、所確定的平面平行的兩平面間的距離稱為背吃刀量(或在通過切削刃上選定點并垂直于該點主運動方向的切削層尺寸平面中，垂直于進給運動方向測量的切削層尺寸。單位為mm。v車削和刨削時，背吃刀量就是工件上已加工表面和待加工表面間的距離(圖1.1(b)、(c)、(e)。v車削外圓、內(nèi)孔等回轉(zhuǎn)表面時 v式中： 工件待加工表面直徑(mm)；v 工件已加工表面直徑(mm)。v3）背吃刀量w mp 2d da wdmd pa v 4）材料切除率v 在切削過程中，單位時間內(nèi)

5、切除材料的體積稱為材料切除率，單位為mm3/s。由下式計算：v材料切除率 是衡量切削效率的重要指標，切削用量的大小對其有直接影響。zQz p1000 fQ v a zQ 在生產(chǎn)中切削加工的方法很多，所采用的切削刀具種類繁多、形狀各異，但仔細分析會發(fā)現(xiàn)其切削部分有許多共同之處。其中車刀的結(jié)構(gòu)最簡單，也最具代表性，其他的刀具均可看成是車刀的變形，故以車刀為例介紹刀具的一般術(shù)語，這些術(shù)語也適于其他金屬切削刀具。2.3.2刀具幾何結(jié)構(gòu) 1 .車刀結(jié)構(gòu)v由夾持部分(刀柄)和切削部分(刀頭)兩大部分組成。v夾持部分:為矩形(外圓車削)或圓形(鏜孔)v切削部分根據(jù)需要制造成多種形狀。 v車刀切削部分的結(jié)構(gòu)要

6、素:包括三個切削刀面、兩條切削刃和一個刀尖。 v (1) 前面 ，又稱前刀面，即切屑流過的表面。v (2) 后面 ，又稱后刀面，即與工件上經(jīng)切削產(chǎn)生的表面相對的表面。 分為主后面 和副后面 。習慣上所說的后面是指主后面。 AA AAv (3) 主切削刃 S：前面與后面的交線，承擔主要切削工作，它在工件上切出過渡表面。v (4) 副切削刃 ：前面與副后面的交線，配合主切削刃切除余量并形成已加工表面。S v (5) 刀尖 v 主副切削刃連接相當少的一部分切削刃，它可能是主切削刃和副切削刃的實際交點，但大部分刀尖處都有一小段圓弧刃(半徑為r)或直線刃(長度為b)。刀尖是刀具切削部分工作條件最惡劣的部

7、位。v (6)楔部v 在刀具切削部分由前面和后面所包圍的那部分實體成為楔部，任何切削刀具都是在這個楔部實體上演變出來的。 2.3.3靜止參考系和刀具的幾何角度v這些坐標系分為兩類： 一類稱為靜態(tài)參考系(或稱標注參考系)，它是刀具設(shè)計計算、繪圖標注、制造刃磨及測量時用來確定切削刃、刀面空間幾何角度的定位基準，用它定義的角度稱為靜態(tài)角度(或稱為標注角度)； 另一類稱為動態(tài)參考系(或稱為工作參考系)，它是確定刀具上切削刃、刀面相對于工件的幾何位置的基準，用它定義的角度稱為工作角度。 區(qū)別：前者是在一定的假設(shè)條件下建立的，而后者是根據(jù)生產(chǎn)中的實際狀況建立的。 v 1. 建立靜止參考系的條件 (1) 假

8、定的運動條件。 (2) 假定的安裝條件。v 2. 靜止參考系 構(gòu)成靜止參考系的參考坐標平面有以下幾種： (1) 基面（ ）：為過切削刃選定點而和該點假定主運動方向垂直的平面。 (2) 切削平面 ( )：為過切削刃上選定點與切削刃相切并垂直于基面的平面。選定點在主切削刃上者為主切削平面，選定點在副切削刃上者為副切削平面。未特別說明，切削平面是指主切削平面。 rP sP sP v (3) 正交平面 ( )：又稱正交剖面或主剖面，過切削刃上選定點并同時垂直于基面和切削平面的平面(或過切削刃選定點并垂直于切削刃在基面上的投影的平面)。選定點在主切削刃上者為主正交平面 ，選定點在副切削刃上者為副正交平面

9、 。v (4) 法平面 ：又稱法剖面，過切削刃上選定點且垂直于切削刃(若切削刃為曲線，則垂直于切削刃在該點的切線)的平面。v (5) 假定工作平面 ：又稱橫向平(剖)面，它是過切削刃上選定點，垂直于基面且與假定進給運動方向平行的平面。 v (6) 背平面 ：又稱縱向剖面，它是過切削刃上選定點而同時垂直于基面和假定工作平面的平面。oP oPnP oPoP fPpP v 正交平面、法平面、假定工作平面和背平面又統(tǒng)稱為測量平面，用不同的測量平面分別與基面、切削平面組合就形成不同的參考坐標系，包括正交平面參考系、法平面參考系、假定工作平面和背平面參考系。 各參考坐標平面的位置及相互關(guān)系如下頁圖所示。

10、(a) 正交平面與法平面參考系 (b) 假定工作平面、背平面參考系刀具靜止參考系 3.刀具幾何角度 標注角度必須指明切削刃上的選定點，凡未經(jīng)特殊注明的，均指切削刃上與刀尖毗連的那一點的角度。 刀具角度是指在刀具靜止參考系中度量標注的角度。v (1) 主偏角 。主切削平面 與假定工作平面間 的夾角(或是主切削刃在基面 內(nèi)的投影與假定進給運動方向的夾角)，在基面 中度量標注。 v (2) 副偏角 。副切削平面 與假定工作平面 間的夾角(或是副切削刃在基面 內(nèi)的投影與假定進給運動副方向的夾角)，在基面 中度量標注。r sP fPrPr sPrP fPrPrP v (3) 刃傾角 。主切削刃 與基面

11、間的夾角，在主切削平面 中度量標注。以過刀尖處的 為基準，當 位于 之上時(其時刀尖位置最低)，規(guī)定 0；當 位于 之下時(其時刀尖位置最高)，規(guī)定 0；當 位于 內(nèi)，則 =0?？珊営洖椤疤ь^為正，低頭為負”。v (4) 前角 。前面 與基面 間的夾角，在正交平面 中度量標注。在正交平面 中，當 在 之上時規(guī)定 0；當 在 之下時規(guī)定 0；當 和 重合時則 =0。S s rP S rPsP rPS rP srP rPo AoP oP Ao A rP oA rP orP sS s v (5) 后角 。后面 與切削平面 間的夾角，在正交平面 中度量標注。副后面 與副切削平面 間的夾角稱副后角，記作

12、 ，在副正交平面 中度量標注。以主(副)切削平面為界，當主(副)后面位于 ( )和工的過渡表面(已加工表面)相對的一側(cè)時，規(guī)定后角(或副后角)為正，反之為負。后角均應(yīng)取正值，因副后角刀具無法工作。o A sPoP A sPo oP A A v (6) 楔角 。是前、后面間的夾角，在正交平面 中度量標注。由于 ，故有 。v (7) 刀尖角 。主、副切削平面間的夾角，在 中度量標注，顯然： 。 v國際標準化組織(ISO 3002-1)已對車刀的標注作了規(guī)定，如下頁圖所示：o oPrP sP o o o 90 r rPr r r 180 4.工作角度v 如前所述，刀具的標注角度是在忽略進給速度的影響

13、，且刀具安裝在理想工作位置的情況下確定的。當?shù)毒哌M入工作狀態(tài)后，選定點的實際切削速度的方向以及刀具的實際安裝位置相對于假定的理想狀態(tài)發(fā)生了變化，由此而建立的工作參考系(動態(tài)參考系)相對于標注參考系(靜態(tài)參考系)在空間位置上也相應(yīng)改變，因此刀具的實際切削角度(即刀具的工作角度)和標注角度不一樣。 2.3.4 切削層參數(shù)和切削方式 v 切削層:在各種切削加工中，刀具相對工件沿進給運動方向每移動一個進給量或移動一個每齒進給量，一個刀齒正在切削的金屬層稱為切削層，也就是相鄰兩個過渡表面之間所夾著的一層金屬。v 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，所以必須研究切削

14、層界面的形狀和參數(shù)。1.切削層參數(shù) v 影響切削寬度的因素有背吃刀量和主偏角；v 影響切削厚度的因素有進給量和主偏角。v 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。 v 1)自由切削和非自由切削v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。v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非自由切削。車外圓、銑鍵槽等屬于非自由切削。v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(fù)雜。2.切削方式 (a) 直角切削 (b)

15、斜角切削圖1.12 寬刃刨刀刨削工件 v 2)直角切削和斜角切削v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(nèi)(刃傾角 0)，切屑流向與切削刃的法線方向相同。v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(nèi)(刃傾角 0)，切屑流向偏離切削刃的法線方向。 生產(chǎn)中的切削方式大都屬于斜角切削，因為各種切削性質(zhì)的刀具，絕大部分是采用刃傾角，如有刃傾角的外圓車刀、刨刀、鏜刀、帶螺旋角的圓柱平面銑刀、麻花鉆、有螺旋槽的絲錐和鉸刀等均屬于這種形式。s s 小 結(jié)v任何一種切削加工都必須滿足一定的條件，即：刀具和工件間要有形成零件結(jié)構(gòu)要素所需的相對運動

16、；刀具必須具有一定的空間幾何結(jié)構(gòu)；刀具材料的性能能夠滿足切削加工的需要。v 1.在切削加工中的運動包括切削運動和輔助運動兩類。切削運動包括主運動和進給運動。主運動和進給運動可分別用切削速度、進給量、背吃刀量（稱為切削用量三要素）來定量描述。 v 2.車刀是結(jié)構(gòu)最簡單，車刀由刀桿和切削部分組成，車刀的主要幾何要素可歸納為：“一尖、兩刃、三面、六角”?！耙患狻敝傅都?，“兩刃“指主、副切削刃，“三面”指前面和主、副后面，“六角”指前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角、副后角。要準確掌握這些幾何要素的概念，并能夠熟練地標注。v 3.描述和標注刀具切削部分各級和要素在空間上位置的參考坐標系有兩類，即靜態(tài)參

17、考系（或稱標注參考系）和動態(tài)參考系（或稱為工作參考系），兩者的區(qū)別在于前者是在一定的假設(shè)條件下建立的，而后者是根據(jù)生產(chǎn)中的實際狀況建立的。 v 4. 進給運動將導致縱向車削和橫向車削時刀具的前角增大、后角減小，尤其是在加工多頭螺紋、切斷工件時，影響更大。刀具安裝位置偏高（或低）將導致外表面車削時刀具的工作前角加大，后角減?。ɑ蚯敖菧p小，后角加大）；刀具安裝位置對內(nèi)表面車削時的工作角度的影響與外表面車削時剛好相反。刀具安裝基面與主運動方向不垂直或刀桿中心線與假定進給運動方向不垂直等將引起車刀的多個角度發(fā)生變化。v 5. 切削層公稱寬度、切削層公稱厚度和切削層公稱橫截面積是描述切削層的基本參數(shù)，與進給量、背吃刀量、主偏角有關(guān)系。 v 6.了解自由切削和非自由切削、直角切削和斜角切削概念。