刀具幾何角度

1、第二節(jié) 切削刀具及其材料 一、 切削刀具結(jié)構(gòu) 由工作部分和非工作部分構(gòu)成。 (turning tools)(turning tools)的工作部分比較簡(jiǎn)單，只由 切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部 ( (或刀桿) )。 不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部 分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變 而來(lái)，本節(jié)以外圓車刀為例來(lái)介紹其幾何參 數(shù)。 （1) 1)前刀面 切屑流過(guò)的刀面。 1. 1.刀 面 （2) 2)主后刀面 與工件正在被切削加工的表面 （過(guò)渡表面）相對(duì)的刀面。 （3) 3)副后刀面 與工件已切削加工的表面相對(duì) 的刀面。 （一）刀具切削部分的基本定義 2. 2.刀刃 （1 1）主

2、切削刃 前刀面與主后刀面在空間的交線。 （2 2）副切削刃 前刀面與副后刀面在空間的交線。 3 3刀尖 三個(gè)刀面在空間的交點(diǎn)，也可理解為主、副切削刃 二條刀刃匯交的一小段切削刃。 在實(shí)際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性， 一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過(guò)渡刃。 刀具角度是刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量 時(shí)所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削 部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參 數(shù)。 參考系：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基 準(zhǔn)坐標(biāo)面。 參考系：刀具靜止參考系和刀具工作參考 系。 （二）定義刀具角度的參考系 刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系：在設(shè)計(jì)、制 造、刃磨和測(cè)量時(shí)，用于定義刀具幾何參數(shù)的參 考系

3、。 1 1刀具靜止參考系 在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。 靜止參考系中最常用的是正交平面參考系。 2. 2.正交平面參考系 由以下三個(gè)在空間 相互垂直的參考平 面構(gòu)成。 (1)(1)基面p pr r 通過(guò)切削刃上選定 點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切 削速度方向的平面。 通常平行于車刀的 安裝面（底面）。 (2)(2)切削平面p ps s 通過(guò)切削刃 上選定點(diǎn)，垂直 于基面并與主切 削刃相切的平面。 (3)(3)正交平面p po o 通過(guò)切削刃上選定 點(diǎn)，同時(shí)與基面和切削平 面垂直的平面。 （三）刀具的標(biāo)注角度 （1 1）基面中測(cè)量的刀具角度 1 1）主偏角r r 主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給 運(yùn)

4、動(dòng)速度v vf f 方向之間的夾角。 2 2）副偏角r r 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)速度v vf f反方向之間的夾角。 （2 2）切削平面中測(cè)量的刀具角度 1 1）刃傾角s s 主切削刃與基面之間的夾角。 它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或 測(cè)量，但有正負(fù)之分。 當(dāng)主切削刃與基面平行 時(shí) s s=0=0； 當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對(duì)基面處于 主切削刃上的最高點(diǎn)時(shí) s s 0 0；反之s s 0 0。 （3 3）正交平面中測(cè)量的刀具角度 1)1)前角O O 前面與基面之間的夾角。 2)2)后角o o 后面與切削平面之間的夾角。 說(shuō)明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等 高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮

5、 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響等條件下確定的。 （四）刀具工作角度刀具在工作參考 系中確定的角度 稱為刀具工作角 度。 研究刀 具工作角度的變 化趨勢(shì)，對(duì)刀具 的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、 革新有重要的指 導(dǎo)意義。 1 1刀具工作參考系的建立 與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和 程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng)e e 或刀具安裝位置條件來(lái)確定工作參考系的基面 p pre re。 2 2刀具工作角度的分析 在車削( (切斷、車螺紋、車絲杠 ) )、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具 工作角度的變化，對(duì)工件已加工表面 質(zhì)量或切削性能造成不利影響。 （1 1）刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響 v用刃傾角 s s=0=0車

6、刀車削外圓時(shí)，由于車刀 的刀尖高于工件中心，工作前角oe oe增大，而 工作后角oe oe減小。 v若切削刃低于工件中心，則工作前角oe oe增 大，而工作后角oe oe減小 1)1)刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響 v當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直且逆時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)G G角時(shí)，工作主偏角將增大，工作副偏角 將減小。 2 2）刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響 金屬切削過(guò)程實(shí)質(zhì) 是工件受到刀具的 切割和推擠以后產(chǎn) 生彈性和塑性變形， 使切削層與工件分 離的過(guò)程 第一變形區(qū)：產(chǎn)生彈性 變形，剪切應(yīng)力達(dá)到材 料的屈服極限，金屬內(nèi) 部產(chǎn)生滑移，外部表現(xiàn) 為塑性變形，塑性變形 增大，韌性降低，強(qiáng)度 和脆

7、性增加，一直到滑 移 第二變形區(qū)：切削金 屬層通過(guò)剪切平面 OM后形成切屑，沿 刀具前刀面流出過(guò)程 中，受到前刀面擠壓 使切屑層底部繼續(xù)產(chǎn) 生滑移變形的區(qū)域， 又稱摩擦區(qū) 第三變形區(qū)：工件 過(guò)渡表面和已加工 表面受切削刃鈍圓 部分和后刀面的擠 壓，摩擦產(chǎn)生微量 塑性變形的區(qū)域。 特點(diǎn)： 主要的 變形區(qū)， 產(chǎn)生大 量的切 削熱 特點(diǎn)：摩 擦引起刀 和切屑界 面的溫度 驟然升高 特點(diǎn)： 工件出 現(xiàn)加工 硬化現(xiàn) 象的根 源 摩擦區(qū)Lf分為粘接區(qū) Lf1和滑動(dòng)區(qū)Lf2 粘接區(qū)Lf1：切屑與前刀 面壓力很大，加上高溫， 材料塑性增加，底層的 金屬與前刀面發(fā)生粘接 現(xiàn)象，形成滯留層，發(fā) 生內(nèi)部二次剪切滑移

8、， 當(dāng)內(nèi)摩擦減小到零時(shí)， 切屑橫截面的流動(dòng)速度 趨于一致。 切削塑性金屬時(shí)，在刀具切削 刃口附近粘接著一塊剖面呈三 角狀或鼻狀的金屬塊，包圍著 切削刃且覆蓋部分前刀面，這 種堆積物叫積屑瘤 有利方面 保護(hù)刀具 增加工 作前角 積屑瘤硬 度很高 可代替切削刃 進(jìn)行切屑，減 少刀具的磨損 積屑瘤的存在， 使刀具的實(shí)際工 作前角增大 可減小切削變 形和切削力， 使切削輕快 不利方面 影響工件尺 寸精度 影響工件表 面粗造度 積屑瘤破裂后會(huì)劃傷表面，加 快刀具磨損 會(huì)形成硬點(diǎn)和毛刺，使工件表面粗 造度值增大 時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無(wú)，使切削 力產(chǎn)生波動(dòng)而引起振動(dòng) 積屑瘤的頂端突出于切削刃之外， 使實(shí)際的切削

9、深度不斷變化 影響積屑瘤 的因素 工件材料 切削用量 刀具角度 切削液等 控制措施 要避免在中溫、中速加工塑性材料 增大前角可減小切削變形，降低切削 溫度，減小積屑瘤的高度 采用潤(rùn)滑性能優(yōu)良的切削液可減少 甚至消除積屑瘤 鱗刺：在已加工 表面上產(chǎn)生與切 削速度方向垂直 的橫向裂紋和呈 鱗片狀的毛刺 鱗刺的產(chǎn)生是由 于少量金屬材料 的粘接層積接， 剪切應(yīng)力的大小 和方向不斷變化， 當(dāng)應(yīng)力的大小達(dá) 到材料的強(qiáng)度極 限，導(dǎo)致切屑與 母體發(fā)生撕裂。 1. 切屑形成過(guò)程 切削層 的金屬 彈性變形塑性變形擠裂切離 切 屑 切削層的金屬 受到刀具前刀 面的推擠后產(chǎn) 生彈性變形 隨著切應(yīng)力、切應(yīng)變 逐漸增大，達(dá)到其屈 服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生塑性 變形而滑移 刀具繼續(xù)切入時(shí)，材 料內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變 繼續(xù)增大，當(dāng)切應(yīng)力 達(dá)到其斷裂強(qiáng)度時(shí)， 金屬材料被擠裂 沿刀 具前 刀面 流出 切屑 帶狀切屑擠裂切屑 單元切屑 崩碎切屑 呈連綿不斷的帶狀或螺旋 狀,與刀具接觸的底層光滑， 背面呈毛絨在狀 帶狀 切屑 一般加工塑性材料（鋼、 鋁）、采用大的前角， 小的切削厚度，最高切 削速度，會(huì)形成此類切 屑。切削過(guò)程平穩(wěn)，切 削力變化小，工件表面 光潔; 必須采取斷屑措施 擠裂 切屑 切屑背面呈較大的鋸齒狀， 底面有不貫穿的裂紋 一般加工中等硬度 鋼材時(shí)，切