金属切削原理与刀具

金属切削原理与刀具第四版上海理工大学陆剑中孙家宁主编机械工业出版社绪论第一节我国切削加工技术发展概况一、切削加工的定义是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。二、发展概况1、古代铜车铜马五铢钱青铜弩机2、近代Taylor26年3万吨切屑10万个以上的实验数据3、现代第二节刀具在现代机械制造业中的作用与地位第三节本课程的内容与学习方法一、金属切削原理1、几何问题：掌握刀具的几何参数及其相互关系2、规律问题：掌握切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损等规律。二、刀具方面1、标准刀具：学习重点是刀具结构、工作原理、选用方法。2、非标准刀具：这类刀具主要学习设计原理与计算方法。第一章刀具几何角度及切削要素第一节切削运动与切削用量一、切削运动与切削层1、切削运动(1)主运动主运动是切削时最主要的、消耗动力最多的运动，它是刀具与工件之间产生的主要的相对运动。(2)进给运动进给运动是刀具与工件之间产生的附加运动，以保持切削连续地进行。2、车削中的工件表面和切削层（1）工件表面1)待加工表面：加工时即将切除的工件表面。2)已加工表面：已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面。3)加工表面(或称切削表面、过渡表面)：加工时由切削刃在工件上正在形成的那部分表面；它是待加工表面和已加工表西之间的过渡表面。(2)切削层:切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层。公称横截面积实际横截面积二、切削用量、切削时间与材料切除率1、切削用量三要素：（1）切削速度指切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度，单位为m/s或m/min。车削时3181000dndnccc（1-1）(2)进给量进给量为刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用工件每转(行程)的位移量来度量，单位为mm/r。进给量又可用进给速度表示：指切削刃选定点相对工件进给运动的瞬时速度，单位为mm/s或m/min。车削时进给运动速度：fnffff（1-2）（3）背吃刀量(切削深度)指垂直于进给速度方向测量的切削层最大尺寸，单位为mm。车外圆时：已加工表面直径待加工表面直径式中mwmwpdddda:2)(papa(1-3)切削用量录像2、切削时间(机动时间)指切削时直接改变工件尺寸、形状等工艺过程所需的时间，单位为min。它是反映切削效率高低的一个指标。mtmt由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均可降低切削时间。cpmfadlAt1000(1-5)半径方向加工余量刀具行程长度式中AlalAtpfm(1-4)3．材料切除率Q它是单位时间内所切除材料的体积，是衡量切削效率高低的另一个指标，单位为mm3／min.cpfaQ1000(1-6)三、合成切削运动与合成切削速度主运动与进给运动合成的运动称合成切削运动。切削刃选定点相对工件合成切削运动的瞬时速度称合成切削速度。fce第二节刀具切削部分的基本定义一、刀具的组成三面两刃一尖1．刀面(1)前面(前刀面)(2)后面(后刀面)(3)副后面(副后刀面)2．切削刃(1)主切削刃S(2)副切削刃S'AAA3．刀尖刀尖参数有:1)刀尖圆弧半径2)倒角刀尖长度3)刀尖倒角偏角rb刀具的组成录像二、刀具角度参考系1、刀具参考系的概念（1）刀具静止参考系它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称刀具标注角度；（2）刀具工作参考系它是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工作角度。2、参考系1正交平面参考系基面Pr通过切削刃上某一选定点，垂直于切削速度的平面切削平面Ps过主切削刃选定点，与切削刃相切并垂直与基面正交平面Po通过切削刃上选定点同时垂直于切削平面与基面的平面。2法平面参考系由Pr、Ps、Pn三个平面组成法平面(Pn)过切削刃上选定点并垂直于切削刃或其切线的平面3假定工作平面参考系由Pr、Pf、Pp三个平面组成假定进给平面Pf过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面假定切深平面(背平面)Pp过切削刃选定点既垂直假定进给平面又垂直于基面的平面。参考平面录像三、刀具角度1、正交平面参考系刀具角度定义(1)前角γo正交平面中测量的前面与基面间夹角。(2)后角αo正交平面中测量的后面与切削平面间夹角。(3)主偏角κr基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角。(4)刃倾角λs切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。)sin(tan)cos(tantanrrsrroo)cos(tan)sin(tantanrrsrros(1-7)(1-8)（5）派生角度1)楔角βo正交平面中测量的前面与后面间夹角。(1-9)2)刀尖角εr，基面投影中，主、副切削刃间的夹角。(1-10))(90ooo)(180rrr2、其它参考系刀具角度1）在法平面中2）在假定进给平面、背平面中3、刀具角度正负的规定四、不同参考系角度小结刀具角度第三节刀具角度的换算一、正交平面、法平面系前、后角换算sonsnOaabOaaccostantancostan所以：因为：(1-11)sonsonsosnOddeOddfcostantancoscotcotcos)90tan(cos)90tan((1-12)二、垂直于基面的任一剖面与正交平面的前、后角换算OEOCOAOECDABOEFGEFOEEGsoitantantanOEOCOAOECDABOEFGEFOEEGsoitantantaniisoicostansintantan(1-13)rsroppipirrsroffifiroioisisippippippippisintancostantan;)90(costansintantan;)180(;90;0重合，与时，重合，与时，重合，与时，重合，与时，(1-15)(1-14)可得）式（）令式（rrcos151sin141rrsrrorprrsrrorfsincostancoscostancostansincostansinsintansintanrprfocostansintantan同理可得）式（）令式（rrsin151cos141rfrpscostansintantan(1-16)(1-17));sin(tan)cos(tantan),(),90()cos(tan)sin(tantan),(),180(rrsrroooioirrrrsrrossisirrppippi因此副前角重合，与则因此副切削刃重合，与则前刀面上时，令：当主副切削刃均在同一在前面的图中若假想图中的前面为刀具的后面，则上面推导的公式中的角度可以用代替，则公式（1-13）oi90,90iisoicostansintantaniisoicostansincotcot变为（1-18）若令（1-18）中的则可得到假定进给平面和背平面的后角换算公式rrii90,180rsrofcostansincotcotrsropsintancoscotcot（1-19）（1-20）第四节刀具角度的一面二角分析法表示空间任意一个平面方位的定向角度只需两个，所以判断刀具切削部分需要标注的独立角度数量可用一面二角分析法确定。1．直头外圆车刀三面六角前面定向角γo、λs后面定向角αo、κr副后面定向角αo'、κr'2．45o弯头车刀四面八角主切削刃12前面定向角γo、λs；主切削刃12后面定向角αo、κr；副切削刃23副后面定向角αo'、κr‘副切削刃14副后面定向角αo'、κr'3．切断刀四面八角习惯上标注左切削刃上的角为主角，右刃为派生角度前面定向角γo、λsL后面定向角αo、κrL左副后面定向角αoL'、κrL'右副后面定向角αoR'、κrR'sLsRrLrR1804．倒角刀尖、倒棱的参数一面二角倒角刀尖刃：倒角切削刃后角αoε偏角κrε倒棱刃：倒棱刃前角γo1倒棱刃倾角λs1=λs倒棱刃宽度bγ1第五节刀具的工作角度一、刀具工作参考系及工作角度因此研究切削过程中的刀具角度，必须以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系，这种参考系称工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称工作角度。工作正交平面poe通过切削刃选定点，同时垂直于工作切削平面与1．刀具工作参考系工作正交平面参考系工作基面pre通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面工作切削平面pse通过切削刃选定点与切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。该平面包含合成切削速度方向工作基面的平面2．刀具工作角度刀具工作角度的定义与标注角度类似，它是前、后面与工作参考系平面的夹角。工作角度的标注符号分别是：γoe,αoe,κre,λse,γfe,αfe,γpe,αpe二、刀具安装对工作角度的影响1、刀柄偏斜对工作主、副偏角的影响；减少，增大角四方刀架逆时针转eerr2．切削刃安装高低对工作前、后角的影响情况相反加工内表面时，低于工件中心高于工件中心切削刃选定点ooooooooeeeehdhrhhA,:2sin,:三、进给运动对工作角度的影响1．进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工作主、副偏角的影响rrrree角转了与工件轴线偏刀具进给方向2．纵向进给运动对工作前、后角的影响ffffffeeppdf中在tan(1-22)第六节切削层与切削方式一、切削层参数1、切削层在各种切削加工中，刀具同工件沿进给运动方向每移动f(mm/r)或af(mm/Z)之后，由一个刀齿正在切的金属层称为切削层。切削层的尺寸称为切削参数。2．切削公称厚度hD垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸，也称为切削厚度rDfhsin(1-24)3.切削公称宽度bD平行于过渡表面度量的切削层尺寸，也称为切削宽度rpDabsin(1-25)4．切削层公称横截面积AD在切削层尺寸平面里度量的横截面积，也称为切削层横截面积。实际切削横截面积fabhApDDD(1-23)称残留面积四边形四边形AABEAABCDAEBCDD)()()(二、切削方式1．自由切削与非自由切削•自由切削--只有一个主切削刃参加切削•非自由切削--主、副切削刃同时参加切削2．正交切削(直角切削)与非正交切削(斜角切削)正交切削--切削刃与切削速度方向垂直的切削非正交切削--切削刃不垂直切削速度方向的切削刃倾角不等于零的刀具均属斜角切削方式