机械制造工程学金属切削原理与刀具习题1课件

机械制造工程学金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具 第一章基本定义第一章基本定义第一章 基本定义 n 11 必备知识和考试要点必备知识和考试要点n 11.1 切削运动与切削用量切削运动与切削用量n 1掌掌握握切切削削过过程程中中所所必必需需的的切切削削运运动动的概念，了解主运动、进给运动的特点。的概念，了解主运动、进给运动的特点。n 2明明确确切切削削过过程程中中工工件件上上形形成成的的已已加加工表面、待加工表面、加工表面。工表面、待加工表面、加工表面。n 3熟熟悉悉切切削削用用量量三三要要素素的的概概念念、符符号号及度量单位。及度量单位。112 刀具的几何参数刀具的几何参数 1了解刀具切削部分的构成，熟悉表示各表面和刀刃的符号了解刀具切削部分的构成，熟悉表示各表面和刀刃的符号 2熟熟悉悉刀刀具具标标注注角角度度的的参参考考平平面面(基基面面、切切削削平平面面)的的定定义义、符号符号 3.熟熟悉悉刀刀具具标标注注角角度度不不同同参参考考系系的的构构成成及及各各参参考考系系中中测测量量平平面面的定义、符号。的定义、符号。4熟熟悉悉刀刀具具标标注注角角度度的的定定义义、符符号号及及正正负负，并并能能对对派派生生角角度度进行计算。进行计算。5能够根据已知条件正确画出刀具标注角度。能够根据已知条件正确画出刀具标注角度。6，明确刀具工作角度和标注角度的区别。，明确刀具工作角度和标注角度的区别。7掌握法平面与正交平面前、后角的换算关系。掌握法平面与正交平面前、后角的换算关系。8掌握垂直基面的任意剖面与正交平面前、后角的换算关系掌握垂直基面的任意剖面与正交平面前、后角的换算关系 9熟熟悉悉切切削削层层参参数数的的定定义义、符符号号及及与与切切削削用用量量之之间间的的计计算算关关系系 10了解自由切削与非自由切削、斜角切削和直角切削。了解自由切削与非自由切削、斜角切削和直角切削。12 典型范例和答题技巧典型范例和答题技巧例例11 图图11为用端面车刀切削工件端面。已知：为用端面车刀切削工件端面。已知：分析分析1判定刀具切削时的进给方向。端面车刀的判定刀具切削时的进给方向。端面车刀的进给方向与外圆车刀的进给方向不同。外圆车刀的进给方向平进给方向与外圆车刀的进给方向不同。外圆车刀的进给方向平行于工件的轴线，而端面车刀的进给方向则垂直于工件轴线。行于工件的轴线，而端面车刀的进给方向则垂直于工件轴线。刀具标注角度中的主偏角刀具标注角度中的主偏角kr、副偏角副偏角kr的定义分别是主、副的定义分别是主、副切削刃在基面中的投影与进给方向的夹角；所以只有正确地确切削刃在基面中的投影与进给方向的夹角；所以只有正确地确定进给方向，才能正确地标出主、副偏角。定进给方向，才能正确地标出主、副偏角。2计计算算刀刀具具的的最最大大前前角角公公式式为为 tan max=(1.1)根根据据式式(11)求求得得的的最最大大前前角角是是垂垂直直于于基基面面的的某某一一剖剖面面。该该剖剖面面位位置置即即为为最最大大前前角角的的方方位角位角 tan max=tan0tan s (12)通过式通过式(12)计算求得计算求得 max后，在图中从主切削刃起，向后，在图中从主切削刃起，向副切削刃方向标出副切削刃方向标出 max角。角。3端端面面车车削削、切切削削用用量的概念如下：量的概念如下：进进给给量量f：主主轴轴转转一一转转时时，车车刀刀相相对对工工件件径径向移动的距离。向移动的距离。背背吃吃刀刀量量p：沿沿着着工工件件轴轴线线测测量量的的待待加加工工表表 面面与与已已加加工工表表面面的的距距离。离。答案答案 见例图见例图1.2。最大前角计算最大前角计算 刃刃上上的的几几何何角角度度，并并说说明明以以上上各各角角度度的的定定义义，当当刀刀尖尖装装高高h后，工作角度如何计算后，工作角度如何计算?分分析析1刃刃倾倾角角的的正正、负负在在外外圆圆车车刀刀标标注注角角度度时时，易易出出现错误。标注时，现错误。标注时，S向向视视图图中中刀刀尖尖向向下下为为正正刃刃倾倾角角，刀刀尖尖向向上上为为负负刃刃倾倾角角。如如果果以以整体刀具理解，则刀尖低为负刃倾角，刀尖高为正刃倾角。整体刀具理解，则刀尖低为负刃倾角，刀尖高为正刃倾角。2在回答各角度的定义时，一定要严格。如前角：在主在回答各角度的定义时，一定要严格。如前角：在主切刃选定点的正交平面切刃选定点的正交平面(也称主剖面也称主剖面)内测量，前刀面与基面内测量，前刀面与基面之间的夹角。之间的夹角。5由由于于刀刀尖尖安安装装时时，刀刀尖尖高高出出工工件件中中心心线线值值，使使实实际际切切削削速速度度方方向向发发生生变变化化，这这 样样基基面面、切切削削平平面面的的位位置置也也就就发发生生变变化，从而使工作前后角与标注前后角不再相同。化，从而使工作前后角与标注前后角不再相同。答案答案 见例图见例图13。3标标注注角角度度时时，选选定定点点不不要要变变。作作为为参参考考平平面面的的基基面面、切切削削平平面面均均是是基基于于切切削削刃刃上上的的选选定定点点，所所以以标标注注主主偏偏角角时时的的选选定点亦应和标注前角的选定点一致。定点亦应和标注前角的选定点一致。4图中相应符号要注全，包括进给方向图中相应符号要注全，包括进给方向f、基面基面P、切削切削平面平面Ps、正交平面正交平面P0 OO、O OS向等。向等。主主偏偏角角kr：在在基基面面中中测测量量的的、过过切切削削刃刃上上的的选选定定点点、主主切切削刃在基面中的投影与进给方向间的夹角。削刃在基面中的投影与进给方向间的夹角。副副偏偏角角kr：在在基基面面中中测测量量的的、副副切切削削刃刃在在基基面面中中的的投投影与进给方向间的夹角。影与进给方向间的夹角。前角前角0：在正交平面中测量的、前刀面与基面间的夹角。：在正交平面中测量的、前刀面与基面间的夹角。后后角角0:在在正正交交平平面面中中测测量量的的、后后刀刀面面与与切切削削平平面面间间的夹角。的夹角。刃倾角刃倾角 s：在切削平面在切削平面Ps内刀具的主切削刃与基面之间内刀具的主切削刃与基面之间的夹角的夹角,刀尖高者为正，刀尖低者为负。刀尖高者为正，刀尖低者为负。副副后后角角：在在副副刃刃正正交交平平面面中中测测量量的的、副副后后刀刀面面与与副副切切削面间的夹角削面间的夹角刀尖装高刀尖装高h值后，工作角度的修正计算为值后，工作角度的修正计算为(见例图见例图14)在背平面在背平面(切深剖面切深剖面)在正交平面在正交平面(主剖面主剖面)内内 例例13n已知：加工阶梯轴的外圆已知：加工阶梯轴的外圆n 车车 刀刀0=15o、0=10o、kr=15o、s=5o、0=5o，画出该车刀的标注角度，并计画出该车刀的标注角度，并计n 算刀尖角算刀尖角r、楔角楔角。n 分析分析1。确定主偏角。该题没有给出主偏。确定主偏角。该题没有给出主偏角的数值，学生在答题时往往一看是外圆车刀，角的数值，学生在答题时往往一看是外圆车刀，就按普通外圆车刀的主偏角就按普通外圆车刀的主偏角(0)。由由于于r=90o，所所以以00，画画图图时时前前刀刀面面位位置置投投影影线线应应在在基基面面上上，如如例例图图15所所示示。在在OO剖剖面面中中，A点点为为高高点点，B点点为为低低点点；在在OO剖剖面面中，中，A点为高点，点为高点，B点为低点。点为低点。又如切断刀主切削刃在基面中的投影平行工件轴线，其又如切断刀主切削刃在基面中的投影平行工件轴线，其进给方向垂直于工件的轴线，所以切断刀的主偏角进给方向垂直于工件的轴线，所以切断刀的主偏角r=90o，00)。由由于于kr=90o，所所以以00，画画图图时时前前刀刀面面位位置置投投影影线线应应在在基基面面上上，如如例例图图15所所示示。在在OO剖剖面面中中，A点点为为高高点点，B点点为为低低点点；在在OO剖剖面中，面中，A点为高点，点为高点，B点为低点。点为低点。n 又如切断刀主切削刃在基面中的投影平行工又如切断刀主切削刃在基面中的投影平行工件轴线，其进给方向垂直于工件的轴线，所以件轴线，其进给方向垂直于工件的轴线，所以切断刀的主偏角切断刀的主偏角kr=90o，00。3派生角度计算。车刀的刀尖角派生角度计算。车刀的刀尖角、楔角、楔角k0均为派生角均为派生角度，可通过下面公式计算得出度，可通过下面公式计算得出 例14n画画图图说说明明麻麻花花钻钻钻钻孔孔时时切切削削用用量量的的概概念念、切切削削层参数的概念以及二者之间的换算关系。层参数的概念以及二者之间的换算关系。n 分析分析1区分每齿进给量和每转进给量的区分每齿进给量和每转进给量的概念。对于麻花钻，钻头转一转，沿其轴线移概念。对于麻花钻，钻头转一转，沿其轴线移动的距离为每转进给量动的距离为每转进给量f mmr。钻头转过一钻头转过一个齿，沿轴线移动的距离为每齿进给量个齿，沿轴线移动的距离为每齿进给量fz(f)mmz。钻头具有两条主切削刃，即有两钻头具有两条主切削刃，即有两个刀齿。所以每齿进给量和每转进给量呈个刀齿。所以每齿进给量和每转进给量呈2倍倍关系。关系。n2确确定定待待加加工工表表面面位位置置。钻钻孔孔是是在在实实体体上上加加工工孔孔，所所以以只只能能出出现现在在已已加加工工表表面面。而而背背吃吃刀刀量量的的概概念念是是已已加加工工表表面面和和待待加加工工表表面面的的垂垂直直距距离离。为为了了能能求求得得背背吃吃刀刀量量，可可以以先先从从扩扩孔孔加加工工来来考考虑虑。在在扩扩孔孔加加工工时时，待待加加工工表表面面为为加加工工前前底底孔孔表表面面，所所以以背吃刀量背吃刀量p可由下式计算可由下式计算 -n p=(dmdw)2 (14)n式中式中 dm加工后孔径；加工后孔径；n dw加工前孔径。加工前孔径。n 钻钻孔孔可可视视为为dw=0的的情情况况，所所以以麻麻花花钻钻钻钻孔孔尺尺寸寸的背吃刀量为的背吃刀量为n p=dm/2n式中式中 dm 工件加工孔径。工件加工孔径。n3掌掌握握切切削削用用量量与与切切削削层层参参数数间间的关系公式。的关系公式。n答案答案 见见例图例图17。n(1)切削速度切削速度v：切削速度系指钻头外缘处的线速度。切削速度系指钻头外缘处的线速度。n V=dmn/100060 msn式中式中 dm钻头外径，钻头外径，mm；n n钻头或工件转速，钻头或工件转速，rrain。，n (2)进进给给量量f：钻钻头头或或工工件件每每转转一一转转，相相对对于于工工件件的的轴轴向向位位移移量量，称称为为每每转转进进给给量量，或或简简称称进进给给量量，以以f表表示示，单单位位为为mmr；钻钻头头每每转转一一个个刀刀齿齿，钻钻头头与与工工件件之之间间的的相相对对轴轴向向位位移移量量，称称为为每每齿齿进进给给量量，以以符符号号f：表表示示，单单位位为为mmz；在在每每秒秒钟钟内内，钻钻头头与与工工件件之之间间的的轴轴向向位位移移量量，则则称称为为每每秒秒进进给给量量或或进进给给速速度度，以以符符号号vf表表示示，单单位位为为mms。它它们们之之间的关系为间的关系为n vf=nf=2nfz60 mmsn式中式中 n钻头或工件的转速，钻头或工件的转速，rmin。n(3)背吃刀量背吃刀量(钻削深度钻削深度)p：p=dm2，单位为单位为mm。n (4)切切削削厚厚度度hD：切切削削厚厚度度系系指指垂垂直直于于主主切切削削刃刃在在基基面上投影方向测出的切削层断面尺寸，即面上投影方向测出的切削层断面尺寸，即n hD=fz sink=f sink/2 mmn 由由于于主主切切削削刃刃上上各各点点的的主主偏偏角角不不等等，因因此此各各点点的的切切削厚度也不相等。削厚度也不相等。n (5)切切削削宽宽度度bD：切切削削宽宽度度系系指指在在基基面面上上所所量量出出的的主主切削刃参加工作的长度，即切削刃参加工作的长度，即n bD=p/sink=d/2 sink mmn 切切削削面面积积AD：对对麻麻花花钻钻来来讲讲，切切削削面面积积实实际际上上系系指指每个刀齿的切削面积，即每个刀齿的切削面积，即n AD=hD bD=fz p=f d/4 mm2 例15 n举举例例说说明明外外圆圆车车刀刀横横向向进进给给和和纵纵向向进进给给时时工工作作角度的修整计算角度的修整计算(画图画图)。n分分析析车车刀刀的的标标注注角角度度是是在在不不考考虑虑进进给给运运动动时时的的基基面面、切切削削平平面面为为参参考考平平面面。在在有有进进给给运运动动时时，合合成成运运动动的的速速度度方方向向发发生生变变化化，工工作作基基面面、工工作作切切削削平平面面发发生生了了变变化化。车车刀刀工工作作角角度度即即是是在考虑进给运动时刀具的实际切削角度。在考虑进给运动时刀具的实际切削角度。n 答案答案 横向进给运动时横向进给运动时(如切断刀，见例图如切断刀，见例图18)，工作角度的修正计算为，工作角度的修正计算为 n纵纵向向进进给给运运动动时时(如如车车螺螺纹纹，例例图图19)，工作角度为，工作角度为n0e=(螺螺纹纹左左侧侧面面取取+，右右侧侧面面取取)n 0e=(螺螺纹纹左左侧侧面面取取，右右侧侧面取面取+)ntan =tan fsin kr=f/dw/sin kr 注：注：本章本章要求在理要求在理解了所有解了所有的基本定的基本定义的基础义的基础上，重点上，重点掌握刀具掌握刀具角度的标角度的标注。注。一、高速钢外圆车刀主剖面参考系前角一、高速钢外圆车刀主剖面参考系前角o、后角后角o、主主偏角偏角r和刃倾角和刃倾角 s的标注的标注n 如附图如附图1所示，定义分别为：所示，定义分别为：n (1)前前角角o过过切切削削刃刃选选定定点点在在主主剖剖面面(Po)内内测测量量的的前前刀刀面面Ar和和基基面面Pr的的夹夹角角(有有 +、)；n (2)后后角角o过过切切削削刃刃选选定定点点在在主主剖剖面面(Po)内测量的主后刀面内测量的主后刀面Ar和切削平面和切削平面Psn 的夹角的夹角(有有+、)；n(3)主主偏偏角角kr过过切切削削刃刃选选定定点点在在基基面面Pr内内测量的主切削刃和进给方向的夹角；测量的主切削刃和进给方向的夹角；n (4)刃刃倾倾角角s过过切切削削刃刃选选定定点点在在切切削削平平面面Ps内测量的切削刃内测量的切削刃S和基面和基面Pr的夹角的夹角(有有+、)。一、(20分)n1，以以外外圆圆车车刀刀为为例例，试试述述刀刀具具切切削削刃刃上上选选定定点的切削平面、基面和正交平面点的切削平面、基面和正交平面(主剖主剖n面面)、前前角角、后后角角、刃刃倾倾角角、主主偏偏角角的的定定义义及及符号。符号。(7分分)n 2画画图图表表示示o=15、o=6、kr=75、kr=15、s=6的外圆车刀。的外圆车刀。(8分分)n 3画画图图说说明明外外圆圆车车刀刀刀刀尖尖高高于于机机床床中中心心，其工作前角其工作前角oe和后角和后角oe是否发生变化是否发生变化?n如何变化如何变化?(5分分)n一一、画画图图说说明明精精车车阶阶梯梯轴轴时时的的外外圆圆车车刀刀切切削削刃刃上上一一点点在在正正交交平平面面(主主剖剖面面)、法法平平(剖剖)面面、假假定定工工作作平平面面(进进给给剖剖面面)和和背背平平面面(切切深深剖剖面面)内内的的各各几几何何角角度度。(12分分)n答案答案外圆车刀标注图外圆车刀标注图(见附图见附图3)。n法平面内与正交平面法平面内与正交平面(主剖面主剖面)内的角度换算公式为内的角度换算公式为n 前角前角n:tann=tano cossn 后角后角n：cot o=cot n cos sn 垂垂直直基基面面的的任任意意剖剖面面与与正正交交平平面面(主主剖剖面面)内内的的角角度换算公式为度换算公式为n 前角前角i:tan i=tano sin ki +tan s cos kin 后角后角i：cot i=cot o sin ki +tans cos kin 假假定定工工作作平平面面(进进给给剖剖面面)和和背背平平面面(切切深深剖剖面面)与与正交平面正交平面(主剖面主剖面)内的角度换算内的角度换算n 公式为：公式为：n当当ki=180kr时时，可可得得假假定定工工作作平平面面的的前前角角和和后后角与正交平面内前角、后角的换算角与正交平面内前角、后角的换算n公式：公式：n 前角前角f:tan f=tano sin kr +tan s cos krn 后角后角 f：cot f=cot o sinkr +tan s cos krn 当当ki=90kr，时时，可可得得背背平平面面的的前前角角和和后后角角与与正交平面内的前角、后角换算公式：正交平面内的前角、后角换算公式：n 前角前角p:tan p=tano cos kr +tan s sin krn 后角后角 p：cot p=cot p cos kr +tan s sin krn 当已知当已知 p、p和和 f、f时，可得时，可得 o、p及及 s tan o=tanp cos r +tan f sin r cot o=tan p cos r +cot f sin r tan s=tanp sin r tg f cos r 最大前角、最小后角及方位角的计算公式为最大前角、最小后角及方位角的计算公式为：n1试试用用本本章章阐阐述述的的基基本本定定义义，分分析析用用麻麻花花钻钻在在钻孔时的主运动、进给运动、工件上钻孔时的主运动、进给运动、工件上n 的加工表面和麻花钻的各刀面与刀刃。的加工表面和麻花钻的各刀面与刀刃。n 2列列举举外外圆圆车车刀刀在在不不同同参参考考系系中中的的主主要要标标注注角度及其定义。角度及其定义。n 3试试述述刀刀具具的的标标注注角角度度与与工工作作角角度度的的区区别别。为什么横向切削时，进给量不能过大为什么横向切削时，进给量不能过大?n 4请请设设法法证证明明式式(12)cot n=cot o cos s，和和式式(14)cot I=cot o sin ki+tan s cos kI。n 5设设外外圆圆车车刀刀的的s=5，T=15，o=8，kr=45，求求f、p、f及及p。n一一、画画图图标标出出外外圆圆车车刀刀的的kr、kr、o、o、n、n、o、s、f、p、f、p。并写并写n 出出：(1)法法平平面面角角度度与与正正交交平平面面(主主剖剖面面内内的的角度换算关系式；角度换算关系式；(2)垂直于基面的任意剖面垂直于基面的任意剖面n 角角度度与与正正交交平平面面(主主剖剖面面)角角度度的的换换算算关关系系式式；(3)假定工作平面假定工作平面(进给剖面进给剖面)内、背平面内、背平面n (切切深深剖剖面面)与与正正交交平平面面(主主剖剖面面)角角度度的的换换算算关系式；关系式；(4)最大前角和最小后角的确定及其最大前角和最小后角的确定及其n 方位角。方位角。(10分分)n 一一、画画出出麻麻花花钻钻主主切切削削刃刃上上任任意意一一点点的的前前角角、后后角角、主主偏偏角角及及刃刃倾倾角角，并并指指出出其其测测量量平平面面、基基面面、切切削削平平面面、前前刀刀面面和后刀面，且用符号表示之，写出定义和后刀面，且用符号表示之，写出定义 n 二二、已已知知高高速速钢钢车车刀刀的的标标注注角角度度kr=90，o=12，s=5，试试画画图图表表示示之之，并并说说 明明各各角角度度的的名名称称、定定义义以以及及在在哪哪个个平面平面(剖面剖面)内测量。内测量。(12分分)n一一、已已知知高高速速钢钢车车刀刀的的标标注注角角度度为为：kr=90，kr=10，o=12，o=6，且且s=5，试试画画图图表表示示之之，并并说说明明各各角角度度的的名名称称、定定义义以以及及在在哪哪个个平平面面(剖剖面面)内内测测量量(需需标标注注测测量量平平面面(剖剖面面)符符号号)。(20分分)一、填空(20分)n1o是是_的的符符号号，是是在在_面面内内测测量量的，的，_面与面与_面的夹面的夹n 角。角。n 2kr是是_的的符符号号，是是在在_面面内内测测量的，量的，_与与_的夹角。的夹角。n 3过过选选定定点点，垂垂直直于于切切削削刃刃的的剖剖面面叫叫_，记为，记为_。n 4过选定点，垂直于切削速度方向的平面过选定点，垂直于切削速度方向的平面叫叫_，记为，记为_。一、填空(20分)n1o是是_的的符符号号，是是在在_面面内内测测量量的的，_面与面与_面的夹面的夹n 角。角。n 2o是是_的的符符号号，是是在在_面面内内测测量量的的，_与与_面的夹角。面的夹角。n 3s是是_的的符符号号，是是在在_内内测测量量的的，_与与_的夹角。的夹角。n 4过过选选定定点点，垂垂直直于于切切削削可可在在_面面内内投投影的剖面叫影的剖面叫_面，用符号面，用符号n _表示。表示。n 5过选定点，垂直于切削速度的平面叫过选定点，垂直于切削速度的平面叫_，用符号，用符号_表示。表示。