切削运动 基本定义

*,第,1,章基本定义,本章要点,车削运动,车刀角度,切削方式,切削加工时,为了获得各种形状的零件,刀具与工件必须具有一定,的相对运动,我们将这种相对运动为切削运动。,切削运动按其所起的作用可分为：,主运动,进给运动,1.1.1,切削运动,1.1,车削运动,（,1,）主运动,主运动是使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近,工件实现切削的运动。主运动的特点,速度最高,，,消耗的功率最大,。,（,2,）进给运动,由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对,运动，进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具,有所需几何特性的已加工表面。,主运动,的运动形式可以是,旋转,运动，也可以是,直线,运动；,主运动,可以由,工件,完成，也可以由,刀具,完成；,主运动和进给运动,可以,同时,进行，也可以,间歇,进行；,主运动,通常,只有一个,，而,进给运动,的数目可以有,一个或几个,。,1.1.1,切削运动,常见的切削运动,（,3,）主运动和进给运动的合成,当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动为合成运动，常用合成速度向量,v,e,来表示，如图所示。,1.1.1,切削运动,常见机床的切削运动,机床名称,主运动,进给运动,卧式车床,工件旋转,车刀纵向、横向移动,切,削,运,动,钻床,钻头旋转,钻头轴向移动,铣床,铣刀旋转,工件纵向、横向、垂直方向移动,牛头刨床,刨刀往复,工件横向、垂直方向间隙移动,外圆磨床,砂轮旋转,工件旋转、工件往复或砂轮横向移动,平面磨床,砂轮旋转,工件往复移动，砂轮横向、垂直移动,镗床,镗刀旋转,镗刀轴向移动、工件轴向移动,龙门刨床,工件往复,刨刀横向、垂直方向间隙移动,切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，它们分别是：,已加工表面,已经切去多余金属层而形成的新表面。,待加工表面,即将被切去金属层的表面；,过渡表面,切削刃正在切削而形成的表面,又称,加工表面,或,切削表面,；,1.1.2,切削中所形成的表面,n,f,已加工表面,过渡表面,待加工表面,d,m,切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量。,切削用量包括：,切削速度,进给量,背吃刀量,1.1.3,切削用量,（,1,）切削速度,v,c,在切削加工时，切削刃选定点相对于工件,主运动,的瞬时速度,称为切削速度，它表示在单位时间内工件和刀具沿,主运动方,向,相对移动的距离,单位为,m/min,或,m/s,。,主运动为,旋转运动,时,切削速度,v,c,计算公式为,:,式中,d,工件直径（,mm,）,n,工件或刀具每分,(,秒,),钟转数,(r/min,或,r/s),1.1.3,切削用量,主运动为,往复运动,时,平均切削速度为：,式中,L,一往复运动行程长度,(mm),nr,一主运动每分钟的往复次数,(,往复次数,/min),。,（,1,）切削速度,v,c,1.1.3,切削用量,（,2,）进给量,f,进给量是刀具在,进给运动方向,上相对工件的位移量，可用刀具,或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。,车削,时进给量的单位是,mm/r,，即,工件每转一圈,刀具沿进给运动方向移动的距离,。,刨削,等主运动为往复直线运动,其间歇进给的进给量为,mm/,双行程，即,每个往复行程刀具与工件之间的相对横向移动距离,。,1.1.3,切削用量,单位时间的进给量，称为,进给速度,，,车削,时的进给速度,v,f,计算公式为,:,铣削,时，由于铣刀是多齿刀具，进给量单位除,mm/r,外，还规定了每齿进给量，用,az,表示，单位是,(mm/z),，,vf,、,f,、,az,三者之间的关系为：,z,为多齿刀具的齿数,（,2,）进给量,f,1.1.3,切削用量,（,3,）背吃刀量（切削深度）,a,p,背吃刀量,ap,是指,主刀刃工作长度,（在基面上的投影）沿,垂直,于进给运动方向,上的,投影,值。,对于外圆车削，背吃刀量,ap,等于工件已加工表面和待加工表面之间的垂直距离,单位为,mm,。即：,式中,dw,待加工表面直径,dm,已加工表面直径,1.1.3,切削用量,四、切削层参数,切削层是刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件,材料层。切削层参数就是指这个切削层的截面尺寸。,为了简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具的基面中度量，切削层的形状和尺寸将直接影响刀具切削部分所承受的,负荷和切屑的尺寸大小,。,通常在,基面,Pr,内度量。,d,m,d,w,f,n,1,2,f,a,p,Kr,1.1.4,切削层参数,1.1.4,切削层参数,如所示，车外圆时，当主、副切削刃为直线，且,s =0,，切削层就是车刀由位置,移动到位置,即一个,f,距离，刀具正在切削的那层金属层，可见，切削层的形状是平行四边形。,h,D,f,ap,b,D,r,切削层公称厚度,hD,简称切削厚度，是垂直于切削表面度量的切削层尺寸。,h,D,f,sin,r,切削层公称宽度,bD,简称切削宽度，是沿切削表面度量的切削层尺寸。,b,D,a,p/sin,r,切削层公称横截面积,AD,待加工表面,过渡表面,已加工表面,1.1.4,切削层参数,切削时间指直接改变工件尺寸、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。,1.1.5,切削时间和材料切除率,（,1,）切削时间,切削时间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.,1.1.5,切削时间和材料切除率,（,2,）材料切除率,各种刀具切削部分的形状,1.2,车刀角度,1,、,刀柄,：是刀具上的夹持部分；一般由采用碳钢。,2,、,切削部分,：是刀具上直接参加切削工作的部分，也称刀头。,刀具的结构,刀柄,+,切削部分（刀头）,n,f,切削部分,夹持部分,1.2.1,车刀组成,切削部分由刀面、切削刃组成，采用各种专用刀具材料，根据需要制造成不同形状。其组成要素包括：,前刀面,主后刀面,副后刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖,1.2.1,车刀组成,前刀面,：,直接作用于被切金属层且切屑流过的刀面。,n,f,前刀面,1.2.1,车刀组成,主后刀面,：,与工件过渡表面相对的刀面。,n,f,前刀面,主后面,1.2.1,车刀组成,副后刀面,：,与工件已加工表面相对的刀面。,n,f,前刀面,主后面,副后面,1.2.1,车刀组成,主切削刃,：,前刀面与主后刀面相交的棱边。,n,f,前刀面,主切削刃,1.2.1,车刀组成,在刀具切削部分由前面和后面所包围的那部分实体成为楔部,，,楔部,：,副切削刃,：,前刀面与副后刀面相交的棱边。,n,f,前刀面,主切削刃,副切削刃,1.2.1,车刀组成,刀尖,：,主、副切削刃连接处的一部分切削刃。,n,f,前刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖,1.2.1,车刀组成,刀具静止角度参考系,设计制造测量角度时的基准,刀具工作角度参考系,实际切削中确定角度的基准,v,c,1.2.2,坐标平面与参考系,刀具静止角度参考系,刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：,假定运动条件,进给运动,f=0,，,只考虑进给运动方向，不考虑大小,假定安装条件,刀杆中心线与进给运动方向垂直，刀尖与,工件中心线等高。,v,c,1.2.2,坐标平面与参考系,刀具静止角度参考系种类,根据,ISO3002/1-1997,标准推荐，刀具静止角度参考系有：,正交平面参考系,法平面参考系,背平面和假定工作平面参考系。,1.2.2,坐标平面与参考系,c,基面,通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面,正交平面参考系,1.2.2,坐标平面与参考系,c,切削平面,通过切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于该点基面的平面。,正交平面参考系,1.2.2,坐标平面与参考系,c,正交平面,切削平面,基面,正交平面,通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,正交平面参考系,1.2.2,坐标平面与参考系,正交平面参考系,主切削刃,主后刀面,前刀面,正交面,P,o,A,切削平面,P,s,基面,P,r,基面（,r,）,通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。,切削平面（,s,）,通过切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于该点基面的平面。,正交平面（,Po,）,通过切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。,1.2.2,坐标平面与参考系,正交平面参考系,正交平面参考系由：,基面（,r,）,切削平面（,s,）,正交平面（,Po,）,所组成。,1.2.2,坐标平面与参考系,法平面参考系,法平面,P,n,通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。,法交平面参考系由：,基面（,r,）,切削平面（,s,）,法平面（,Pn,）,所组成。,1.2.2,坐标平面与参考系,假定工作平面和背平面参考系,假定工作平面,Pf,通过切削刃上选定点，垂直于基面，且平行于假定进给运动方向的平面。,背平面,Pp,通过切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工作平面的平面。,背平面和假定工作平面静止参考系,（,P,r,P,f,P,p,）,1.2.2,坐标平面与参考系,正交平面静止参考系内标注的角度,我国主要采用的,正交平面参考系。,1.2.3,刀具静止角度的标注,正交平面静止参考系内标注的角度,基面中定义和标注的角度,主偏角,：,r,基面内度量的主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向之间的夹角。,主偏角一般为,正值,，它影响,刀头强度,。,主偏角,r,正交平面静止参考系内标注的角度,基面中定义和标注的角度,副偏角,：,r,基面内度量的副切削刃与假定进给运动反方 向之间的夹角。,副偏角一般为,正值,，它影响,刀头强度,和,表面粗糙度,。,副偏角,r,基面,投影线,主切削刃,刃倾角,s,c,正交平面静止参考系内标注的角度,切削平面中定义和标注的角度,刃倾角,：,s,切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角。,刃倾角,：,s,刀尖在主切削刃上为最高点时，,s,为,正值,；刀尖在主切削刃上为最低点时，,s,为,负值,；主切削刃在基面内时，,s,为,零,。,刃倾角影响,切屑排出的方向,和,刀头形状,。,正交平面静止参考系内标注的角度,正交平面静止参考系内标注的角度,前角,0,基面投影线,前刀面投影线,c,正交平面静止参考系内标注的角度,正交平面中定义和标注的角度,前角,：,o,，正交平面,内度量的前刀,面与基面之间,的夹角。,前角,：,o,P,r,在剖视图中处于刀具实体,之外,时，,o,为,正值,；,P,r,在剖视图中处于刀具实体,之内,时，,o,为,负值,；前刀面与基面,重合,时，,o,为,零,。,前角,愈大,，刀具,愈锋利,，但刀具,强度愈差,。,正交平面静止参考系内标注的角度,前角的作用,前角越大，刀越锋利、切削轻快，,强度下降、不利散热,正交平面静止参考系内标注的角度,切削平面投影线,主后刀面投影线,后角,0,c,正交平面静止参考系内标注的角度,正交平面中定义和标注的角度,后角,：,o,，正交平,面内度量的后,刀面与切削平,面之间的夹角。,后角,：,o,P,s,在剖视图中处于刀具实体,之外,时，,o,为,正值,；,P,s,在剖视图中处于刀具实体,之内,时，,o,为,负值,；后刀面与切削平面,重合,时，,o,为,零,。,后角,愈大,，刀具与工件之间的,磨擦愈小,，但刀具,强度也愈差,。,正交平面静止参考系内标注的角度,前、后角正负的规定,后角的作用,减小主后刀面与加工表面的摩擦,正交平面静止参考系内标注的角度,副后角,：,o,副正交平面内度,量副后刀面与副,切削平面之间的,夹角。,正交平面静止参考系内标注的角度,楔角,：,o,正交平面内度量,的前、后刀面之,间的夹角，即,o,= 90,-,（,o,+,o,）,正交平面静止参考系内标注的角度,刀尖角,：,r,基面内度量的主,、副切削刃之,间的夹角，即,r,= 180,-,（,r,+,r,）,正交平面静止参考系内标注的角度,横车的基面和切削平面,d,w,d,m,n,f,切削平面,正交平面,d,w,d,m,n,f,切削平面,正交平面,0,0,kr,Kr,法平面静止参考系,内标注的角度,1.2.3,刀具静止角度的标注,法平面中定义和标注的角度,法,前角,：,n,，法平面内度量的前刀面与,P,r,、,P,n,交线之间的夹角。,法后角,：,n,，法平,面内度量的后,刀面与切削平,面,P,s,之间的夹,角。,法平面静止参考系内标注的角度,法平面静止参考系内标注的角度,背平面和假定工作平面,静止参考系,内标注的角度,1.2.3,刀具静止角度的标注,侧前角,f,侧后角,f,背前角,p,背后角,p,正交平面、法平面系前、后角换算,1.2.4,刀具静止角度的换算,tan,n,= tan,o,cos,S,cot,n,= cot,o,cos,S,工作基面,P,re,通过切削刃上选定点与,合成切削速度,方向垂直的平面,工作切削平面,P,se,通过切削刃上选定点与切削刃相切并垂直与工作基面的平面,刀具工作角度参考系,1.2.5,刀具的工作角度,刀具工作角度,刀具进给运功对工作角度的影响,刀具安装位置对工作角度的影响,切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具于工件间相对运动,情况的变化，实际起作用的角度与静止角度有所不同，我们,称这些角度为,工作角度,。,1.2.5,刀具的工作角度,横向进给运动对刀具工作角度的影响,进给运动对刀具工作角度的影响,1.2.5,刀具的工作角度,横向进给运动对工作角度的影响,oe,=,o,oe,=,o,tan,f,/,d,当进给量,f,一定时，,随,d,值,值，,接近中心,oe,为负值。,当,f,值,横车时,f,不宜过大，并应适当加大,o,进给运动对刀具工作角度的影响,横向进给运动对工作角度的影响,纵向进给运动对刀具,工作角度的影响,进给运动对刀具工作角度的影响,1.2.5,刀具的工作角度,纵向进给运动对工作角度的影响,进给运动对刀具工作角度的影响,oe,=,o,o,oe,=,o,o,tan,o,tan,sin,r,f,sin,r,/(,d,w,),车右螺纹时左侧刃,fe,=,f,fe,=,f,tan,f,/,d,w,oe,=,o,o,oe,=,o,o,tan,o,tan,sin,r,f,sin,r,/(,d,w,),车右螺纹时左侧刃,fe,=,f,fe,=,f,tan,f,/,d,w,安装位置对刀具工作角度的影响,切削刃安装,高于,工件中心时：,切削刃安装,低于,工件中心时：,刀尖安装高低对刀具工作角度的影响,安装位置对刀具工作角度的影响,刀杆中心线与进给方向不垂直的影响,= +G,= - G,= -G,= +G,下图为外圆车削示意图，在图上标注：,（,1,）主运动、进给运动和背吃刀量；,（,2,）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；（,3,）基面、正交平面和切削平面；（,4,）刀具角度,0,15,、,0,6,、,K,r,55,、,K,r,45,、,s,10,。,金,属,切,削,刀,具,金,属,切,削,刀,具,金,属,切,削,刀,具,金,属,切,削,刀,具,1.3,切削方式,1.3.1,自由切削与非自由切削,自由切削,：没有副刃参加切削,只有一条切削刃参加切削。,非自由切削,：切削刃为曲线或折线，或几条切削刃同时参加切削。,a,）直角切削,b,）斜角切削,c,）不自由切削,1.3,切削方式,1.3.2,正切削与倒切削,1.,正切削,背吃刀量远大于进给量的切削方式。,2.,倒切削,背吃刀量远小于进给量的切削方式。,1.3,切削方式,1.3.3,直角切削与斜角切削,2.,斜角切削,切削刃不垂直合成切削运动方向的切削方式。,1.,直角切削,切削刃垂直于合成切削运动方向的切削方式。,105,右偏刀车端面的标注角度,车槽刀的标注角度,