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1、第第2 2章金属切削基础知识与刀具章金属切削基础知识与刀具金属切削基本概念金属切削基本概念2.1刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2刀具材料刀具材料2.3金属切削过程及规律金属切削过程及规律2.4切削力、切削热、切削温度的影响切削力、切削热、切削温度的影响2.5刀具磨损与刀具耐用度刀具磨损与刀具耐用度2.6常用切削刀具及选用常用切削刀具及选用2.7切削用量的合理选择切削用量的合理选择2.8【学习目标】1了解金属切削加工基本概念2掌握刀具角度及其功用，熟悉刀具材料、刀具磨损及耐用度相关知识3了解金属切削过程及切屑控制，能合理选用切削用量4熟悉工件材料切削加工性能和切削液的选用2.1 2.1
2、 金属切削基本概念金属切削基本概念金属切削加工是用金属切削刀具切除金属切削加工是用金属切削刀具切除工件上多余的金属材料，使其形状、尺寸工件上多余的金属材料，使其形状、尺寸精度及表面精度达到图纸要求的一种机械精度及表面精度达到图纸要求的一种机械加工方法。刀具切除多余金属是通过在刀加工方法。刀具切除多余金属是通过在刀具和工件之具和工件之间产生相对运动来完成的，此间产生相对运动来完成的，此运动称为运动称为切削运动切削运动。切削运动可分为。切削运动可分为主运主运动动和和进给运动进给运动两种。两种。2.1.1切削运动切削运动1主运动主运动切削运动中直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形切削运动中直
3、接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动是主运动。一般来说，主运动是产生主切削力成工件新表面的运动是主运动。一般来说，主运动是产生主切削力的运动，由机床主轴提供，其运动速度高，消耗的切削功率大。通的运动，由机床主轴提供，其运动速度高，消耗的切削功率大。通常主运动只有常主运动只有1个，它可由工件运动完成，也可由刀具运动完成，如个，它可由工件运动完成，也可由刀具运动完成，如车削时由车床主轴带动工件的回转运动，如书中图车削时由车床主轴带动工件的回转运动，如书中图2-1所示；钻削和所示；钻削和铣削时由机床主轴带动的刀具回转运动；刨削时的工件或刀具直线铣削时由机床主轴带动的刀具回转运
4、动；刨削时的工件或刀具直线往复运动等，如书中图往复运动等，如书中图2-2所示。所示。2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.1切削运动切削运动2进给运动进给运动结合主运动把切削层不断地投入结合主运动把切削层不断地投入切削，以完成对一个表面切削的运动切削，以完成对一个表面切削的运动是进给运动，如车削时刀具的走刀运是进给运动，如车削时刀具的走刀运动（见书中图动（见书中图2-1），刨削时工件的），刨削时工件的间歇进给运动（见书中图间歇进给运动（见书中图2-2），钻），钻削加工中的钻头、铰刀的轴向移动，削加工中的钻头、铰刀的轴向移动，铣削时的工件的纵向、横向移动等。铣削时的工件的纵向、
5、横向移动等。进给运动速度小，消耗的功率少。切进给运动速度小，消耗的功率少。切削加工中进给运动可以是削加工中进给运动可以是1个、个、2个或个或多个，甚至可能没有，如拉床。进给多个，甚至可能没有，如拉床。进给运动可连续可间断。运动可连续可间断。2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.1切削运动切削运动在切削过程中，工件上的多余金属层不断地被刀具在切削过程中，工件上的多余金属层不断地被刀具切除而转变为切屑，同时工件上形成切除而转变为切屑，同时工件上形成3个不断变化的表面，个不断变化的表面，车削加工如书中图车削加工如书中图2-1所示，刨削加工如书中图所示，刨削加工如书中图2-2所示。所
6、示。这些表面可分为如下三种。这些表面可分为如下三种。（1）待加工表面：工件上有待切除的表面称为待加）待加工表面：工件上有待切除的表面称为待加工表面。工表面。（2）已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面）已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。称为已加工表面。（3）过渡表面：主切削刃正在切削的表面，它在切）过渡表面：主切削刃正在切削的表面，它在切削过程中不断变化，是待加工表面与已加工表面的连接削过程中不断变化，是待加工表面与已加工表面的连接表面。表面。2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.2切削时的工件表面切削时的工件表面切削速度切削速度vc、进给量、进给量和
7、背吃刀量和背吃刀量ap是切削用量三要素，总称为切削用量，是切削用量三要素，总称为切削用量，如书中图如书中图2-3所示。所示。2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.3切削用量切削用量1切削速度切削速度（1）主轴转速）主轴转速n。主轴转速是指主轴在单位时间内的转数，是表示。主轴转速是指主轴在单位时间内的转数，是表示机床主运动的性能参数，用符号机床主运动的性能参数，用符号n表示，其单位是表示，其单位是r/min或或r/s。（2）切削速度）切削速度vc。切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的。切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度（线速度），用符号主运动的瞬时速度
8、（线速度），用符号vc表示，单位为表示，单位为m/min或或m/s。外圆车削或用旋转刀具切削加工时的切削速度计算公式为：外圆车削或用旋转刀具切削加工时的切削速度计算公式为：式中：式中：vc切削速度（切削速度（m/min）；）；d工件或刀具直径（工件或刀具直径（mm）；）；n工件或刀具转速工件或刀具转速(r/min)。2进给量进给量（1）进给量）进给量f。进给量是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用。进给量是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转（主运动为旋转运动时）或双行程（主运动为直线运动时）的刀具或工件每转（主运动为旋转运动时）或双行程（主运动为直线运动时）的位移量
9、来表达，符号是位移量来表达，符号是f，单位为，单位为mm/r或或mm/双行程，如书中图双行程，如书中图2-3所示。所示。（2）进给速度）进给速度vf。是刀具切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。是刀具切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。进给速度用符号进给速度用符号vf表示，单位是表示，单位是mm/min。（3）每齿进给量）每齿进给量fz。对于多齿刀具（如铣刀），每转或每行程中每齿相对。对于多齿刀具（如铣刀），每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量fz，单位为，单位为mm/齿。齿。2.1 2.1 金属切削基本概念金
10、属切削基本概念2.1.3切削用量切削用量式中：fz每齿进给量（mm/齿）；f进给量（mm/r）；z刀齿数。进给速度vf与进给量f之间的关系为：vf=nf=nfzz即表示铣削进给运动的进给量可用每齿进给量fz（mm/齿）、每转进给量f（mm/r）或进给速度vf（mm/min）来表示。3背吃刀量背吃刀量车削加工中，刀具的横向进给（也称为吃刀）和铣削车削加工中，刀具的横向进给（也称为吃刀）和铣削加工中刀具的横向进给是间歇的进给运动，是由机床的吃加工中刀具的横向进给是间歇的进给运动，是由机床的吃刀机构提供的，也称为吃刀运动。通常把切削加工中的吃刀机构提供的，也称为吃刀运动。通常把切削加工中的吃刀深度称
11、为背吃刀量，用符号刀深度称为背吃刀量，用符号ap表示，单位为表示，单位为mm。车削。车削中背吃刀量是指已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。中背吃刀量是指已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。外圆车削时，其背吃刀量外圆车削时，其背吃刀量ap等于工件上已加工表面等于工件上已加工表面dw与待与待加工表面加工表面dm之间的垂直距离，如书中图之间的垂直距离，如书中图2-3所示，即：所示，即：2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.3切削用量切削用量式中：式中：dw工件待加工表面直径（工件待加工表面直径（mm）；）；dm工件已加工表面直径（工件已加工表面直径（mm）。）。切削层是指切削过
12、程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或切削层是指切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。外圆车削时的切削层就是工件旋转一圈，主切所切除的工件材料层。外圆车削时的切削层就是工件旋转一圈，主切削刃移动一个进给量削刃移动一个进给量f所切除的一层金属层。如书中图所示。所切除的一层金属层。如书中图所示。2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.4切削层参数切削层参数切削层的形状和尺寸称为切削层参数。切削层参数在通过切削刃切削层的形状和尺寸称为切
13、削层参数。切削层参数在通过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度上选定点并垂直于该点切削速度vc的平面内测量，有以下的平面内测量，有以下3个。个。1切削层公称厚度切削层公称厚度hD切削层公称厚度切削层公称厚度hD是垂直于过渡表面测量的切削层尺寸，即相邻是垂直于过渡表面测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。它反映了切削刃单位长度上的切削负荷。两过渡表面之间的距离。它反映了切削刃单位长度上的切削负荷。车外圆时，若车刀主切削刃为直线，则：车外圆时，若车刀主切削刃为直线，则：hD=fsin r2切削层公称宽度切削层公称宽度bD切削层公称宽度切削层公称宽度bD是沿过渡表面测量的切削层尺寸。它反映了切
14、是沿过渡表面测量的切削层尺寸。它反映了切削刃参加切削的工作长度。当车刀主切削刃为直线时，外圆车削的削刃参加切削的工作长度。当车刀主切削刃为直线时，外圆车削的切削层公称宽度为：切削层公称宽度为：bD=ap/sin r3切削层公称横截面积切削层公称横截面积AD在切削层尺寸平面内切削层的实际横截面积称作切削层公称横截在切削层尺寸平面内切削层的实际横截面积称作切削层公称横截面积面积AD：AD=bDhD=apf2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.4切削层参数切削层参数分析上述公式可知，当主偏角分析上述公式可知，当主偏角 r增大，切削层公称厚度增大，切削层公称厚度hD将增大，而切削层公
15、称宽度将增大，而切削层公称宽度bD将减小；当将减小；当 r=90时，时，hD=f达到达到最大值，最大值，bD=ap达到最小值。主偏角值的不同引起切削层公称达到最小值。主偏角值的不同引起切削层公称厚度与切削层公称宽度的变化，从而对切削过程的切削机理产厚度与切削层公称宽度的变化，从而对切削过程的切削机理产生了较大的影响。切削层公称横截面积只由切削用量中的生了较大的影响。切削层公称横截面积只由切削用量中的f和和ap决定，不受主偏角变化的影响，但切削层公称横截面积的形状决定，不受主偏角变化的影响，但切削层公称横截面积的形状则与主偏角、刀尖圆弧半径的大小有关。则与主偏角、刀尖圆弧半径的大小有关。切削层公
16、称横截面积切削层公称横截面积AD的大小反映了切削刃所受载荷的大的大小反映了切削刃所受载荷的大小，并影响加工质量、生产率及刀具耐用度，在车削加工时即小，并影响加工质量、生产率及刀具耐用度，在车削加工时即指车刀正在切削着的指车刀正在切削着的ABCD这一层金属如图这一层金属如图2-5所示。实际上，所示。实际上，由于刀具副偏角的存在，经切削加工后的已加工表面上常留下由于刀具副偏角的存在，经切削加工后的已加工表面上常留下有规则的刀纹，这些刀纹在切削层尺寸平面里的横截面积有规则的刀纹，这些刀纹在切削层尺寸平面里的横截面积ABE称为残留面积，如图称为残留面积，如图2-5所示。残留面积的高度直接影响已加工所示
17、。残留面积的高度直接影响已加工表面的表面粗糙度值。表面的表面粗糙度值。2.1 2.1 金属切削基本概念金属切削基本概念2.1.4切削层参数切削层参数外圆车刀的构造如图外圆车刀的构造如图2-6所示，包括刀体和刀头（切削部分）两部所示，包括刀体和刀头（切削部分）两部分。刀柄是定位和夹持的部分，刀头用于切削工件。分。刀柄是定位和夹持的部分，刀头用于切削工件。1前面前面：又叫前刀面，指刀具上切屑流过的表面。：又叫前刀面，指刀具上切屑流过的表面。2主后面主后面：又叫主后刀面，刀具上与工件过渡表面相对的表面。：又叫主后刀面，刀具上与工件过渡表面相对的表面。3副后面副后面：又叫副后刀面，刀具上与工件已加工表
18、面相对的表面。：又叫副后刀面，刀具上与工件已加工表面相对的表面。4主切削刃主切削刃：刀具前面与主后面相交而得到的刃边（或棱边），用于：刀具前面与主后面相交而得到的刃边（或棱边），用于切出工件上的过渡表面，它承担主要的切削工作。切出工件上的过渡表面，它承担主要的切削工作。5副切削刃副切削刃：刀具前面与副后面相交而得到的刃边，它协同主切削刃：刀具前面与副后面相交而得到的刃边，它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。完成切削工作，并最终形成已加工表面。6刀尖：是指主切削刃与副切削刃连接处相当少的一部分切削刃，如刀尖：是指主切削刃与副切削刃连接处相当少的一部分切削刃，如图图2-7所示，刀尖有
19、所示，刀尖有3种形式，可以是近似的点，即刀尖圆弧半径种形式，可以是近似的点，即刀尖圆弧半径=0，见图见图2-7（a）；修圆刀尖）；修圆刀尖0，见图，见图2-7（b）；倒角刀尖，直线过渡刃，）；倒角刀尖，直线过渡刃，见图见图2-7（c）。）。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.1刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看做是车刀的演其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看做是车刀的演变和组合。如图变和组合。如图2-8所示，刨刀切削部分的形状与车刀相同，见图所示，刨刀切削部分的形状与车刀相同，见图2-8（a）；钻头可看做是两把一正一
20、反并在一起同时镗削孔壁的车刀，）；钻头可看做是两把一正一反并在一起同时镗削孔壁的车刀，因此有两个主切削刃和两个副切削刃，另外还多了一个横刃，见图因此有两个主切削刃和两个副切削刃，另外还多了一个横刃，见图2-8（b）；铣刀可看做由多把车刀组合而成的复合刀具，每一个刀齿相）；铣刀可看做由多把车刀组合而成的复合刀具，每一个刀齿相当于一把车刀，见图当于一把车刀，见图2-8（c）。）。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.1刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成 1正交平面静止参考系正交平面静止参考系正交平面参考系由正交平面参考系由3个互相垂直的基面个互相垂直的基面、切削平面、切削平
21、面、正交平面、正交平面组成，如图组成，如图2-9所示。所示。（1）基面基面。通过切削刃选定点垂直于该点切削速度方向的平面。通过切削刃选定点垂直于该点切削速度方向的平面。由于刀具静止参考系是在假定条件下建立的，因此对车刀、刨刀来由于刀具静止参考系是在假定条件下建立的，因此对车刀、刨刀来说，其基面平行于刀具的底面，对钻头、铣刀等旋转刀具来说则为说，其基面平行于刀具的底面，对钻头、铣刀等旋转刀具来说则为通过切削刃某选定点且包含刀具轴线的平面。基面是刀具制造、刃通过切削刃某选定点且包含刀具轴线的平面。基面是刀具制造、刃磨及测量时的定位基准。磨及测量时的定位基准。（2）切削平面切削平面。通过切削刃选定点
22、与主切削刃相切并垂直于基。通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。当切削刃为直线刃时，过切削刃选定点的切削平面即是面的平面。当切削刃为直线刃时，过切削刃选定点的切削平面即是包含切削刃并垂直于基面的平面。包含切削刃并垂直于基面的平面。（3）正交平面）正交平面。通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平。通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。面的平面。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.2刀具标注角度刀具标注角度2刀具标注角度刀具标注角度刀具标注角度是指在刀具设计图样上标注的角度，是制造、刃磨刀具标注角度是指在刀具设计图样上标注的角度，是制造、刃磨刀具的
23、依据。车刀在正交平面参考系中独立的标注角度有刀具的依据。车刀在正交平面参考系中独立的标注角度有6个，如书个，如书中图中图2-10所示。所示。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.2刀具标注角度刀具标注角度 （1）前角）前角 o。前面与基面之间的夹角，在正交平面内测量。前角有正、。前面与基面之间的夹角，在正交平面内测量。前角有正、负和零度之分，当前面与切削平面夹角小于负和零度之分，当前面与切削平面夹角小于90时前角为正值，大于时前角为正值，大于90时前角为负值，前面与基面重合时为零度前角。时前角为负值，前面与基面重合时为零度前角。（2）后角）后角o。后面与切削平面之间的夹角
24、，在正交平面内测量。当。后面与切削平面之间的夹角，在正交平面内测量。当后面与基面夹角小于后面与基面夹角小于90时后角为正值。为减小刀具和加工表面之间的时后角为正值。为减小刀具和加工表面之间的摩擦等，后角一般为正直。摩擦等，后角一般为正直。（3）主偏角）主偏角r。主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向之间。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，在基面内测量。主偏角的夹角，在基面内测量。主偏角一般为正值。一般为正值。（4）副偏角）副偏角r。副切削刃在基面上的投影与假定进给运动反方向之。副切削刃在基面上的投影与假定进给运动反方向之间的夹角，在基面内测量。副偏角间的夹角，在基面内测量。
25、副偏角一般也为正值。一般也为正值。（5）刃倾角）刃倾角 s。主切削刃与基面之间的夹角，在切削平面内测量。当。主切削刃与基面之间的夹角，在切削平面内测量。当刀尖是主切削刃的最高点时刃倾角为正值，当刀尖是主切削刃的最低刀尖是主切削刃的最高点时刃倾角为正值，当刀尖是主切削刃的最低点时刀倾角为负值，当主切削刃与基面重合时刃倾角为零度。刃倾角点时刀倾角为负值，当主切削刃与基面重合时刃倾角为零度。刃倾角的正负规定如图的正负规定如图2-11所示。所示。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.2刀具标注角度刀具标注角度（6）副后角）副后角o:过副切削刃选定点垂直于副切削刃在基面上的投影作出
26、过副切削刃选定点垂直于副切削刃在基面上的投影作出副切削刃的正交平面，在副切削刃的正交平面内可测量副后角副切削刃的正交平面，在副切削刃的正交平面内可测量副后角，副后角，副后角是副后面与副切削刃的切削平面之间的夹角，在副切削刃的正交平面内是副后面与副切削刃的切削平面之间的夹角，在副切削刃的正交平面内测量。副后角决定了副后面的位置。测量。副后角决定了副后面的位置。（7）刀尖角）刀尖角r:主、副切削刃在基面投影之间的夹角，在基面内测量。主、副切削刃在基面投影之间的夹角，在基面内测量。此角为派生角度。即此角为派生角度。即:（8）楔角）楔角0:前面与后面之间的夹角，在切削平面内测量。此角为派生前面与后面之
27、间的夹角，在切削平面内测量。此角为派生角度。在正交平面内，前角和后角角度。在正交平面内，前角和后角决定了前刀面和后刀面的位置，楔角决定了前刀面和后刀面的位置，楔角可由前角和后角派生得到，即可由前角和后角派生得到，即:2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.2刀具标注角度刀具标注角度1刀具工作角度概念刀具工作角度概念在进行金属切削加工时，由于车刀具安装位置和进给运动影响，在进行金属切削加工时，由于车刀具安装位置和进给运动影响，刀具实际切削角度不等于车刀的标注角度，其变化的原因是切削运动刀具实际切削角度不等于车刀的标注角度，其变化的原因是切削运动使基面、切削平面和正交平面位置产
28、生变化，不再是静止参考系的理使基面、切削平面和正交平面位置产生变化，不再是静止参考系的理论位置。用切削过程中实际的基面、切削平面和正交平面为参考系论位置。用切削过程中实际的基面、切削平面和正交平面为参考系（即工作参考系）所确定的角度称为刀具工作角度。（即工作参考系）所确定的角度称为刀具工作角度。2横向进给运动对工作角度的影响横向进给运动对工作角度的影响以切断车刀加工为例，设切断刀主偏角以切断车刀加工为例，设切断刀主偏角90，前角，前角0，后角，后角0，安装时刀尖对准工件的中心高。不考虑进给运动时，前角，安装时刀尖对准工件的中心高。不考虑进给运动时，前角和后和后角角为标注角度。当考虑横向进给运动
29、后，刀刃上选定点相对于工件的为标注角度。当考虑横向进给运动后，刀刃上选定点相对于工件的运动轨迹是主运动和横向进给运动的合成运动轨迹，为阿基米德螺旋运动轨迹是主运动和横向进给运动的合成运动轨迹，为阿基米德螺旋线，如图线，如图2-12所示。其合成运动方向所示。其合成运动方向vc为过该点的阿基米德螺旋线的为过该点的阿基米德螺旋线的切线方向。因此，工作基面切线方向。因此，工作基面和工作切削平面和工作切削平面相对相对和和相应地转动了一相应地转动了一个个 角，结果引起切断刀的角度的变化。角，结果引起切断刀的角度的变化。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.3刀具的工作角度刀具的工作角
30、度在横向进给切削或切断在横向进给切削或切断工件时，随着进给量工件时，随着进给量f值的增值的增加和加工直径加和加工直径d的减小，工作的减小，工作后角不断减小，刀尖接近工后角不断减小，刀尖接近工件中心位置时，工作后角的件中心位置时，工作后角的减小特别严重，很容易因后减小特别严重，很容易因后面和工件过渡表面剧烈摩擦面和工件过渡表面剧烈摩擦使刀刃崩碎或工件被挤断，使刀刃崩碎或工件被挤断，切削中应引起充分重视。因切削中应引起充分重视。因此，切断工件时不宜选用过此，切断工件时不宜选用过大的进给量大的进给量f，或在切断接近，或在切断接近结束时，应适当减小进给量结束时，应适当减小进给量或适当加大标注后角。或适
31、当加大标注后角。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.3刀具的工作角度刀具的工作角度3纵向进给运动对刀具工作角度的影响纵向进给运动对刀具工作角度的影响对纵向外圆车削，工件直径基本不变，对纵向外圆车削，工件直径基本不变，进给量又较小，一般可忽略工作角度变化，进给量又较小，一般可忽略工作角度变化，不必进行工作角度的计算。但当进给量很不必进行工作角度的计算。但当进给量很大时，如车螺纹时，尤其是大导程或多头大时，如车螺纹时，尤其是大导程或多头螺纹时，工作角度与标注角度相差很大，螺纹时，工作角度与标注角度相差很大，必须进行工作角度计算。必须进行工作角度计算。如图如图2-13所示，当
32、车螺纹时，工作切削所示，当车螺纹时，工作切削平面平面与螺纹切削点相切，与刀具切削平面与螺纹切削点相切，与刀具切削平面成成 角，由于工作基面与工作切削平面垂直，角，由于工作基面与工作切削平面垂直，因此工作基面也绕基面旋转因此工作基面也绕基面旋转 角。角。车削右螺纹时刀具工作前角增大了，工车削右螺纹时刀具工作前角增大了，工作后角减小了，当进给量作后角减小了，当进给量f较小时，影响可较小时，影响可忽略，因此在一般的外圆车削中，因进给忽略，因此在一般的外圆车削中，因进给量小，常不考虑其对工作角度的影响。量小，常不考虑其对工作角度的影响。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.3刀具
33、的工作角度刀具的工作角度2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.3刀具的工作角度刀具的工作角度4刀具安装高低对工作角刀具安装高低对工作角度的影响度的影响在外圆横车时，忽略进在外圆横车时，忽略进给运动的影响，并假定给运动的影响，并假定r=90，s=0，当刀尖安装，当刀尖安装高于工件中心时，工作切削高于工件中心时，工作切削平面和工作基面将转动平面和工作基面将转动 角，角，使工作前角增大、工作后角使工作前角增大、工作后角减小，如图减小，如图2-14所示。所示。当刀尖安装低于工件中心时，刀具工作角度的变化则相反。内孔镗削时的角度变化情况恰好与外圆车削时的情况相反。1前角的功用前角的
34、功用前角主要影响切削变形和切削力的大小、刀具耐用度和加工表面前角主要影响切削变形和切削力的大小、刀具耐用度和加工表面的质量。增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，可以减小切的质量。增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，可以减小切削变形和摩擦，从而减小切削力和切削功率，切削热也少，加工表面削变形和摩擦，从而减小切削力和切削功率，切削热也少，加工表面质量高。但增大前角会使刀刃和刀尖强度下降，刀具散热体积减小，质量高。但增大前角会使刀刃和刀尖强度下降，刀具散热体积减小，影响刀具的耐用度。前角的大小对表面粗糙度、排屑及断屑等也有一影响刀具的耐用度。前角的大小对表面粗糙度、排屑及断屑等也有一定影
35、响，因此前角值不能太小，也不能太大，应有一个合理的参数值。定影响，因此前角值不能太小，也不能太大，应有一个合理的参数值。2前角的选择前角的选择（1）根据工件材料选择前角。加工塑性材料时，特别是硬化严）根据工件材料选择前角。加工塑性材料时，特别是硬化严重的材料（如不锈钢等），为了减小切削变形和刀具磨损，应选用较重的材料（如不锈钢等），为了减小切削变形和刀具磨损，应选用较大的前角；加工脆性材料时，由于产生的切屑为崩碎切屑，切削变形大的前角；加工脆性材料时，由于产生的切屑为崩碎切屑，切削变形小，因此增大前角的意义不大，而这时刀屑间的作用力集中在切削刃小，因此增大前角的意义不大，而这时刀屑间的作用力集
36、中在切削刃附近，为保证切削刃具具有足够的强度，应采用较小的前角。附近，为保证切削刃具具有足够的强度，应采用较小的前角。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.4前角前角 o的功用及选择的功用及选择工件强度和硬度低时，切削力不大，为使切削刃锋利，可选用较大的工件强度和硬度低时，切削力不大，为使切削刃锋利，可选用较大的甚至很大的前角。工件材料强度高时，应选用较小的前角；加工特别硬的甚至很大的前角。工件材料强度高时，应选用较小的前角；加工特别硬的工件材料（如淬火钢）时，应选用很小的前角，甚至选用负前角。因为工工件材料（如淬火钢）时，应选用很小的前角，甚至选用负前角。因为工件的强度
37、、硬度愈高，产生的切削力愈大，切削热愈多，为了使刃具有足件的强度、硬度愈高，产生的切削力愈大，切削热愈多，为了使刃具有足够的强度和散热，防止崩刃和磨损，应选用较小的前角。够的强度和散热，防止崩刃和磨损，应选用较小的前角。（2）根据刀具材料选择前角。刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时）根据刀具材料选择前角。刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时应选较小的前角。通常硬质合金车刀的前角在应选较小的前角。通常硬质合金车刀的前角在5+20，高速钢刀具比硬，高速钢刀具比硬质合金刀具的合理前角约大质合金刀具的合理前角约大510，而陶瓷刀具的前角一般取，而陶瓷刀具的前角一般取515。（3）根据加工性质选择前角。粗
38、加工时，特别是断续切削或加工有硬）根据加工性质选择前角。粗加工时，特别是断续切削或加工有硬皮的铸、锻件时，不仅切削力大，切削热多，而且承受冲击载荷，为保证皮的铸、锻件时，不仅切削力大，切削热多，而且承受冲击载荷，为保证切削刃有足够的强度和散热面积，应适当减小前角。精加工时，为使切削切削刃有足够的强度和散热面积，应适当减小前角。精加工时，为使切削刃锋利、减小切削变形和获得较高的表面质量，前角应取得较大一些。刃锋利、减小切削变形和获得较高的表面质量，前角应取得较大一些。数控机床、自动机床和自动线用刀具，为保证刀具工作的稳定性，使数控机床、自动机床和自动线用刀具，为保证刀具工作的稳定性，使其不易发生
39、崩刃和破损，一般选用较小的前角。其不易发生崩刃和破损，一般选用较小的前角。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.4前角前角 o的功用及选择的功用及选择当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的合理前角如表合理前角如表2-1所示。所示。表表2-1 硬质合金车刀合理前角的参考值硬质合金车刀合理前角的参考值2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.4前角前角 o的功用及选择的功用及选择工工件件材材料料合合理理前前角角工工件件材材料料合合理理前前角角粗粗车精精车粗粗车精精车低碳低碳钢20252530灰灰铸铁101
40、5510中碳中碳钢10151520铜及及铜合金合金1015510合金合金钢10151520铝及及铝合金合金30353540淬火淬火钢155钛合金合金1.177GPa510不不锈钢（奥奥氏氏体）体）152020251后角的功用后角的功用后角的功用是减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀后角的功用是减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。后角增大，摩擦减小，刀具磨损具耐用度和加工表面质量都有很大影响。后角增大，摩擦减小，刀具磨损减少，也减小了刀具刃口的钝圆弧半径，提高了刃口锋利程度，易于切下减少，也减小了刀具刃口的钝圆弧半径，提高了刃口锋利程度
41、，易于切下薄切屑，从而可减小表面粗糙度，但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。薄切屑，从而可减小表面粗糙度，但后角过大会减小刀刃强度和散热能力。2后角的选择后角的选择（1）根据切削厚度选择后角。合理后角大小主要取决于切削厚度（或）根据切削厚度选择后角。合理后角大小主要取决于切削厚度（或进给量），切削厚度进给量），切削厚度hD愈大，则后角应愈小；反之亦然。如进给量较大的愈大，则后角应愈小；反之亦然。如进给量较大的外圆车刀后角外圆车刀后角=68，而每齿进刀量不超过，而每齿进刀量不超过0.01mm的圆盘铣刀后角的圆盘铣刀后角=30。这是因为切削厚度较大时，切削力较大，切削温度也较高，为了保。这是因为切
42、削厚度较大时，切削力较大，切削温度也较高，为了保证刃口强度和改善散热条件，所以应取较小的后角。切削厚度愈小，切削证刃口强度和改善散热条件，所以应取较小的后角。切削厚度愈小，切削层上被切削刃的钝圆半径挤压而留在已加工表面上并与主后刀面挤压摩擦层上被切削刃的钝圆半径挤压而留在已加工表面上并与主后刀面挤压摩擦的这一薄层金属占切削厚度的比例就越大。若增大后角，就可减小刃口钝的这一薄层金属占切削厚度的比例就越大。若增大后角，就可减小刃口钝圆半径，使刃口锋利，便于切下薄切屑，可提高刀具耐用度和加工表面质圆半径，使刃口锋利，便于切下薄切屑，可提高刀具耐用度和加工表面质量。量。2.2 2.2 刀具切削的几何角
43、度刀具切削的几何角度2.2.5后角后角 o的功用及选择的功用及选择（2）适当考虑被加工材料的力学性能。工件材料的硬度、强度较高时，）适当考虑被加工材料的力学性能。工件材料的硬度、强度较高时，为保证切削刃强度，宜选取较小的后角；工件材料的硬度较低、塑性较大为保证切削刃强度，宜选取较小的后角；工件材料的硬度较低、塑性较大以及易产生加工硬化时，主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影以及易产生加工硬化时，主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此时应取较大的后角；加工脆性材料时，切削力集中在刀刃附近，响较大，此时应取较大的后角；加工脆性材料时，切削力集中在刀刃附近，为强化切削刃，宜选取较
44、小的后角。为强化切削刃，宜选取较小的后角。（3）考虑工艺系统的刚性。工艺系统刚性差，易产生震动，为增强刀）考虑工艺系统的刚性。工艺系统刚性差，易产生震动，为增强刀具对震动的阻尼，应选取较小的后角。具对震动的阻尼，应选取较小的后角。（4）考虑加工精度。对于尺寸精度要求高的精加工刀具（如铰刀等），）考虑加工精度。对于尺寸精度要求高的精加工刀具（如铰刀等），为减小重磨后刀具尺寸的变化，保证有较高的耐用度，后角应取得较小。为减小重磨后刀具尺寸的变化，保证有较高的耐用度，后角应取得较小。车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用482.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几
45、何角度2.2.5后角后角 o的功用及选择的功用及选择当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的合理前角如当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的合理前角如表表2-2所示。所示。表表2-2硬质合金车刀合理后角的参考值硬质合金车刀合理后角的参考值2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.5后角后角 o的功用及选择的功用及选择工工件件材材料料合合理理后后角角粗粗车精精车低碳低碳钢8101012中碳中碳钢5768合金合金钢5768淬火淬火钢810不不锈钢（奥氏体）（奥氏体）68810灰灰铸铁4668铜及及铜合金（脆）合金（脆）4668铝及及铝合金合金8101012钛合金合金
46、1.177GPa10151主偏角和副偏角功用主偏角和副偏角功用主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角和副偏角可使刀主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角和副偏角可使刀尖角尖角 r增大，刀尖强度提高，散热条件改善，因而刀具耐用度高。还可降增大，刀尖强度提高，散热条件改善，因而刀具耐用度高。还可降低加工表面残留面积的高度，故可减小加工表面的粗糙度。主偏角和副偏低加工表面残留面积的高度，故可减小加工表面的粗糙度。主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。如车削外圆时，增大主偏角，可使角还会影响各切削分力的大小和比例。如车削外圆时，增大主偏角，可使背向力背向力Fp减小，进给力减小，
47、进给力Ff增大，因而有利于减小工艺系统的弹性变形和震增大，因而有利于减小工艺系统的弹性变形和震动。动。2主偏角和副偏角的选择主偏角和副偏角的选择工艺系统刚性较好时，主偏角宜取较小值，如工艺系统刚性较好时，主偏角宜取较小值，如 r=3045，例如选用，例如选用45偏刀；当工艺系统刚性较差或强力切削时，一般取偏刀；当工艺系统刚性较差或强力切削时，一般取 r=6075，例如，例如选用选用75偏刀。车削细长轴时，取偏刀。车削细长轴时，取 r=9093，以减小背向力，以减小背向力Fp。副偏角的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为副偏角的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为515，粗加，粗加工时取
48、大值，精加工时取小值。切断刀、锯片刀为保证刀头强度，只能取工时取大值，精加工时取小值。切断刀、锯片刀为保证刀头强度，只能取很小的副偏角，一般为很小的副偏角，一般为12。2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.6主偏角主偏角 r、副偏角、副偏角 r及过渡刃的功用及选择及过渡刃的功用及选择2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.6主偏角主偏角 r、副偏角、副偏角 r及过渡刃的功用及选择及过渡刃的功用及选择硬质合金车刀合理主偏角的参考值见表硬质合金车刀合理主偏角的参考值见表2-3。加加工工情情况况参考参考值（）主偏角主偏角副偏角副偏角粗粗车工工艺系系统刚性好性
49、好45，60，75510工工艺系系统刚性差性差65，75，901015车细长轴、薄壁零件、薄壁零件90，93610精精车工工艺系系统刚性好性好4505工工艺系系统刚性差性差60，7505车削冷硬削冷硬铸铁、淬火、淬火钢1030410从工件中从工件中间切入切入45603045切断刀、切槽刀切断刀、切槽刀609012表表2-3硬质合金车刀合理主偏角和副偏角的参考数值硬质合金车刀合理主偏角和副偏角的参考数值2.2 2.2 刀具切削的几何角度刀具切削的几何角度2.2.7刃倾角刃倾角 s的功用及选择的功用及选择1刃倾角功用刃倾角功用刃倾角主要影响切屑流向和刀尖强度。刃倾角主要影响切屑流向和刀尖强度。刃倾
50、角对切屑流向的影响如图刃倾角对切屑流向的影响如图2-16所示。刃倾角为正值，切削开始所示。刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对精加工和半精加工有利，如图工表面，对精加工和半精加工有利，如图2-16（b）所示。刃倾角为负）所示。刃倾角为负值时，切削中切屑流向已加工表面，如图值时，切削中切屑流向已加工表面，如图2-16（a）所示，容易缠绕和）所示，容易缠绕和划伤已加工表面。划伤已加工表面。负刃倾角有利于提高刀尖强度，如图负刃倾角有利于提高刀尖强度，如图2-17所示。刃倾角为负值时，所