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1、金属切削原理与刀具,河北石油职业技术学院机械工程系 秦春霞,绪 论,一、我国切削加工技术发展概况 1、切削加工：利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。,工欲善其事，必先利其 器,绪 论,2、切削加工技术发展概况古代：1）石器时代 石劈、骨钻 2）青铜器 公元前二千多年 夏商 3）铁器时代 公元前8C 春秋 4）唐代 原始车床 天文仪 5）明代 畜力铣磨机 脚踏砂轮机,绪 论,近代：1915 上海 第一台车床 1947 工具钢刀具 1950 硬质合金补充：国外的切削技术发展,切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮
2、加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。,绪 论,二、本课程的内容与学习方法 1、金属切削原理 几何问题 规律问题 2、金属切削刀具 标准刀具 非标准刀具,绪 论,相关课程：金属切削机床、机械制造工艺学、机械加工技术 3、本课程的特点（1）涉及知识面广 本课程是一门专业课。在学习这门专业课之前，应先掌握画法几何、机械制图、金属工艺学、机械设计等基本理论及公差配合与技术测量等基础知识。,绪 论,（2）实验理论多 许多公式都是在不同的实验条件下得出的。（3）实践性强 学习理论就是为实践服务，但经过实践又可以提高理论水平。,绪 论,四、学习本课程的要求 1、具有正确图示和选择刀具合理几何参数的能力
3、。2、基本掌握切削过程中的主要物理现象的变化规律和应用及控制方法，具有解决实际生产问题的能力。3、具有根据具体要求选择使用常用刀具，以及设计一般非标准刀具的能力。4、要求课上认真听讲，抓住重点，做好笔记，课下复习，辅导与自学相结合。,第一章 金属切削加工的基本概念,车削运动车刀角度切削方式,第一节 车削运动,一、车削运动 切削运动是指利用刀具切除工件上多余的金属层，以获得所要求的尺寸、形状精度和表面质量的运动。1.主运动 2.进给运动,第一节 车削运动,v 主运动 vf 进给运动,第一节 车削运动,1主运动(唯一性)进行切削时最主要的、消耗动力最多的运动，它使刀具与工件之间产生相对运动。补充：
4、直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，形成工件新表面的运动。运动形式：旋转运动和直线运动。车、镗削的主运动是机床主轴的旋转运动。,第一节 车削运动,2进给运动 刀具与工件之间产生的附加相对运动，以保持切削连续地进行。补充：使新的切削层不断投入切削的运动。运动形式：纵向进给运动（走刀运动）横向进给运动（吃刀运动）。图1-1中vf，是车外圆时纵向进给运动速度，它是连续的。横向进给运动则是间断的。,第一节 车削运动,二、车削时形成的表面,待加工表面,过渡表面,已加工表面,进给运动,第一节 车削运动,1、待加工表面 加工时工件上等待切除的表面。2、已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面。3、过渡表
5、面 工件上由切削刃正在形成的那部分表面。,第一节 车削运动,三、切削层,口ABCE称为切削层公称横截面积,第一节 车削运动,四、切削用量（切削三要素）切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)的总称。它表示主运动及进给运动量，用于调整机床的工艺参数。1切削速度Vc 2进给量f 3背吃刀量p,第一节 车削运动,1切削速度Vc 切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度。单位为ms(mmin)车削时切削速度计算式为：=（1-1）式中 d 待加工表面直径（mm）n 主运动的旋转速度（r/min 或r/s）。,第一节 车削运动,2进给量f 工件或刀具每转一转或刀具往复一次，刀具相对工件在
6、进给运动方向上的位移，单位mm/r。车削时的进给速度vf f=fn（1-2）,第一节 车削运动,3背吃刀量p 工件上已加工表面和待加工表面间垂直距离。车外圆时：p=（1-3）式中 dm已加工表面直径。dw待加工表面直径。,第一节 车削运动,五、切削层参数意义：影响切削变形和切削力包括：公称厚度hD 公称宽度bD 公称横断面积 AD,第一节 车削运动,1、公称厚度hD hD=f sinKr 2、公称宽度bD bD=p/sinKr 3、公称横断面积 AD AD=hD bD=f p,第一节 车削运动,六、切削时间和材料切除率 意义：反映切削效率高低的两个指标。1.切削时间tm（1-7）由公式可看出：
7、提高切削用量三要素中任一个，均可使机动时间缩短，提高生产率,第一节 车削运动,小结：车削运动车削中形成的表面切削用量切削层参数,主运动进给运动,切削速度Vc进给量f 背吃刀量p,hD、bD、ADAD=hD bD=f p,练 习,在车床上车一直径为60毫米的轴，现要一次走刀到直径为52毫米，如果选切削速度=80米/分，求背吃刀量p（吃刀深度）和车床主轴转速（n）各等于多少？,第二节 车刀角度,车刀角度包括：静态的标注角度 动态的工作角度一、车刀的组成 1、切削部分：刀面、切削刃、刀尖 2、刀柄部分,第二节 车刀角度,一、车刀的组成,前面,主后面,副后面,主切削刃,副切削刃,刀尖,刀柄,切削部分,
8、第二节 车刀角度,1、刀面（1）前面又称前刀面 刀具上切屑流出时经过的表面。（2）后面又称后刀面 与工件上过渡表面相对的刀具表面。（3）副后面 与工件已加工表面相对的刀具表面。前面和后面之间所包含的刀具实体部分为刀楔。,第二节 车刀角度,2、切削刃（1）主切削刃S 刀具前面与后面的交线。（2）副切削刃S 刀具前面与副后面的交线。3、刀尖,图1-3 刃口圆弧半径r,图 1-4 车刀的刀尖,第二节 车刀角度,二、坐标平面与参考系 车刀切削部分个表面在空间倾斜相交，为标注车刀角度，必须建立有三个坐标平面组成的参考系。正交平面参考系 法平面参考系 假定工作平面参考系,第二节 车刀角度,假定主运动方向：
9、垂直于车刀刀柄的安装面假定进给运动方向：垂直或平行于刀柄轴线,第二节 车刀角度,1、正交平面参考系（1）基面pr 过切削刃选定点，垂直于该点切削速度（假定主运动方向）的平面。车刀的基面是平行于车刀安装面（底面）的平面（2）切削平面ps 通过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。,基面Pr,切削速度方向,主切削刃上选定点,刀柄底面,第二节 车刀角度,（3）正交平面po 通过切削刃选定点，同时垂直于基面pr和切削平面ps的平面。副正交平面参考系？,正交平面Po：Ps Pr,基面Pr：PrVc 刀具安装面（车刀）,切削平面Ps:与 S相切 且 Pr,假定切削方向Vc,正交平面参考系（Pr-
10、Ps-Po),主切削刃上选定点,基面Pr,副切削平面Pr,第二节 车刀角度,2、法平面参考系 Pr-Ps-Pn 基面Pr、切削平面Ps、法平面Pn（1）法平面Pn：是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。PnS,法平面Pn：PnS,基面Pr：PrVc 刀具安装面（车刀）,切削平面Ps:与 S相切 且 Pr,切削速度方向Vc,法平面参考系（Pr-Ps-Pn）,90,主切削刃上选定点,第二节 车刀角度,3、假定工作平面参考系 基面Pr、假定工作平面Pf、背平面Pp（1）假定工作平面Pf 通过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。（2）背平面Pp 通过切削刃选定点并同时垂直于基面
11、Pr和假定工作平面Pf的平面。,假定工作平面Pf：Pf Pr、f,基面Pr：PrVc 刀具安装面（车刀）,假定主运动方向Vc,假定进给运动方向f,背平面Pp：Pr、Pf,假定工作平面参考系（Pr-Ps-Pf-Pp）,主切削刃上选定点,第二节 车刀角度,三、正交平面参考系车刀的标注角度 共有六个独立的角度 1.前角 2.后角 3.主偏角 4.副偏角 5.刃倾角 6.副后角,第二节 车刀角度,（1）前角 在正交平面Po中测量的前面Ar与基面Pr间夹角。（2）后角o 在正交平面Po中测量的后面与基面Pr间夹角。（3）主偏角Kr 主切削刃S在基面Pr上的投影与进给方向间的夹角。（4）刃倾角s 在切削平
12、面Ps中测量的主切削刃S与基面的夹角。,第二节 车刀角度,（5）副偏角Kr 副切削刃S在基面Pr上的投影与进给方向间的夹角。（6）副后角o 在正交平面Po中测量的副后刀面与基面间夹角。,上节课回顾,正交平面参考系 基面Pr 切削平面Ps 正交平面Po,基面Pr：PrVc、刀具安装面（车刀）切削平面Ps:与 S相切 且 Pr 正交剖面Po：Ps Po,法平面参考系 基面Pr 切削平面Ps 法平面Pn,上节课回顾,法平面Pn：PnS,假定工作平面参考系 基面Pr 假定工作平面Pf 背平面Pp,假定工作平面Pf：Pf Pr、f 背平面Pp：Pp Pr Pf（aP）,正交平面参考系车刀标注角度,上节课
13、回顾,正交平面Po标注：前角、后角,基 面 Pr标注：主偏角、副偏角,切削平面Ps标注：刃倾角,副正交平面Po标注：副后角,第二节 车刀角度,前角正负的判断 前面与Ps之间的夹角小于90度时，前角为正，大于90度时，前角为负。后角正负的判断 后面与Pr之间的夹角小于90度时，后角为正，大于90度时，后角为负。,图 1-10 车刀前、后角和刃倾角正、负的规定 a）前、后角 b）刃倾角,第二节 车刀角度,角度确定车刀切削刃及各面的方位：前面、后面、主切削刃,前面：前角 和刃倾角,后面：后角 和主偏角,主切削刃：主偏角 和刃倾角,此规律简称“一刃两面四角”,第二节 车刀角度,副后面、副切削刃,副后面：副后角 和副主偏角,前面：前角和刃倾角 副前角和副刃倾角派生角,副切削刃：副偏角 和副刃倾角,作图练习,直头外圆车刀的六个标注角度,示例1,第二节 车刀角度,切断刀的标注角度,第二节 车刀角度,四、前角、后角与法前角、法后角的换算 见下图,图 1-13 正交平面参考系前角0、后角0与法平面参考系前角n、后角n的换算 a）0、n 的换算 b）0、n的换算,
