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1、线性表面线性表面如何把零件的结构要素转换成机床语言如何把零件的结构要素转换成机床语言第2页/共51页第1页/共51页圆柱面圆柱面（cylindrical surface）第3页/共51页第2页/共51页圆锥面圆锥面（circular conical surface）第4页/共51页第3页/共51页螺旋面螺旋面第5页/共51页第4页/共51页2.工件表面的形成方法及所需运动工件表面的形成方法及所需运动（Forming of surface of the work piece and its required motion）机械制造技术基础机械制造技术基础该表面都属于线性表面：是由一条线（母线）沿
2、着另一条线（导线）运动而形成的轨迹。如何描述这些表面？这些表面有何特点？母线和导线统称发生线。可经济的在机床上加工，且易于保证精度第6页/共51页第5页/共51页（1）轨迹法）轨迹法（tracing）所形成的发生线为：点刀刃相对于工件的所形成的发生线为：点刀刃相对于工件的运动轨迹运动轨迹需要一个独立的成形运动。需要一个独立的成形运动。n 机床上如何形成发生线（母线、导线）机床上如何形成发生线（母线、导线）？（2）相切法）相切法（tangency）所形成的发生线为：旋转的点刀刃相所形成的发生线为：旋转的点刀刃相对于工件的运动轨迹的相切线对于工件的运动轨迹的相切线需要两个独立的成形运动：需要两个独
3、立的成形运动：1.1.刀具除了绕自身轴线的旋转，刀具除了绕自身轴线的旋转，2.2.刀刃相对与工件的移动。刀刃相对与工件的移动。第7页/共51页第6页/共51页 （3）成形法）成形法（Forming）切削刃为一条切削线，与要形成的发生线切削刃为一条切削线，与要形成的发生线完全一致，完全一致，不需要专门的成形运动。不需要专门的成形运动。（4）展成法）展成法(generating)刀具切削刃的形状为一条切削线，它与需要形成的发生线不吻刀具切削刃的形状为一条切削线，它与需要形成的发生线不吻合，切削线运动轨迹的包络线为发生线，合，切削线运动轨迹的包络线为发生线，需要一个复合运动（展成运动）。需要一个复合
4、运动（展成运动）。第8页/共51页第7页/共51页 切削运动与切削用量切削运动与切削用量 要想使工件形成所需表面，刀具与工件之间必须要有相对运动（切削运动）第9页/共51页第8页/共51页切削运动 常用的分类 1.主运动主运动(main motion)定义：定义：由机床提供的刀具与工件间主要的相对运动，使刀由机床提供的刀具与工件间主要的相对运动，使刀具切削刃切入工件材料的运动。具切削刃切入工件材料的运动。特点：特点：速度最高、消耗功率大、通常只有一个速度最高、消耗功率大、通常只有一个,方向：方向：不考虑进给运动的条件下，切削刃上选定点相对于不考虑进给运动的条件下，切削刃上选定点相对于工件的瞬时
5、运动方向工件的瞬时运动方向.2.2.进给运动进给运动 (feed motion)使主运动能够连续进行，切除工件上多余材料使主运动能够连续进行，切除工件上多余材料,形成满足形成满足一定要求的已加工表面的运动，或者定义为保证切削加工一定要求的已加工表面的运动，或者定义为保证切削加工过程得以过程得以持续持续进行所需的运动。进行所需的运动。进给运动可以是连续的运动，也可以是间歇的运动。进给运动可以是连续的运动，也可以是间歇的运动。第10页/共51页第9页/共51页 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以工件来完成；可以是直线运动，也可以是回转运动。正是由于上述不同运动形式和
6、不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。第11页/共51页第10页/共51页外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动 进给运动外圆表面加工方法刀具T/RT主运动 进给运动工件表面成形原理图RRRRRTRRT/R车削成形车削拉削研磨典型表面加工方法典型表面加工方法第12页/共51页第11页/共51页内圆表面加工方法表 面 成 形 原 理 图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动 进给运动刀 具主运动 进给运动工 件RRTRRT/RTRTRTTRTT内圆磨无心磨典型表面加工方法典型表面加工方法第13页/共51页第12页/共51页13主运动 进给运动平面加工方法刀 具主运动 进给运动工
7、 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T典型表面加工方法典型表面加工方法第14页/共51页第13页/共51页14车螺纹板牙主运动 进给运动螺纹加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR典型表面加工方法典型表面加工方法第15页/共51页第14页/共51页15主运动 进给运动齿形加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿典型表面加工方法典型表面加工方法第16页/共51页第15页/
8、共51页 切削速度切削速度V VC C、进给量、进给量f f、背吃刀量、背吃刀量a aspsp称为切削用量三要素。称为切削用量三要素。切削用量三要素切削用量三要素 第17页/共51页第16页/共51页切削速度切削速度v vc c式中n主运动转速（r/s或mmin)；d刀具或工件的最大直径（mm）。切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。vc第18页/共51页第17页/共51页进给量进给量f f工工件件或或刀刀具具的的主主运运动动每每转转一一转转或或每每一一行行程程时时，两两者者在在进进给给方向上的相对位移量。单位为方向上的相对位移量。单位为mm/rmm/r。第19页/共51页第18页
9、/共51页背吃刀量背吃刀量a aspsp对外园车削和平面刨削而言，被对外园车削和平面刨削而言，被吃刀量等于吃刀量等于工件已加工表工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离。面与待加工表面间的垂直距离。a aspsp=(d=(dw w-d-dmm)/2)/2式中式中:d dw w工件待加工表面的直径（工件待加工表面的直径（mmmm）d dm m工件已加工表面的直径（工件已加工表面的直径（mm)mm)第20页/共51页第19页/共51页 制订切削用量的就是确定工序中的背吃刀量ap、进给量f、切削速度v以及刀具耐用度的大小。合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩），在保证质量的前
10、提下，使得切削效率最高和加工成本最低的切削用量。制订合理的切削用量，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本。切削用量的选择一、制订切削用量的原则一、制订切削用量的原则第21页/共51页第20页/共51页车刀的组成：车刀的组成：三面三面 前刀面前刀面A 主后刀面主后刀面A 副后刀面副后刀面A 两刃两刃 主切削刃主切削刃 S 副切削刃副切削刃 S一尖一尖 过渡刃过渡刃前刀面：切屑沿其流出的表面。前刀面：切屑沿其流出的表面。主后刀面：与工件过渡表面相对的表面。主后刀面：与工件过渡表面相对的表面。副后刀面：与工件已加工表面相对的表面。副后刀面：与工件已加工表面相对的表面。主切削刃：前刀面与主后刀面的交线
11、。主切削刃：前刀面与主后刀面的交线。副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。刀尖：主、副切削刃的交点。刀尖：主、副切削刃的交点。1.21.2 刀具结构及几何参数刀具结构及几何参数第22页/共51页第21页/共51页1.21.2 刀具结构及几何参数刀具结构及几何参数第23页/共51页第22页/共51页二、刀具静止参考系（二、刀具静止参考系（Reference system for the marked angles of cutting tool）作用：定义刀具设计、制造、刃磨和测量时刀具几何作用：定义刀具设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数的参考系。参数的参考系。特
12、点：只考虑主运动即切削速度方向，不考虑进给运动特点：只考虑主运动即切削速度方向，不考虑进给运动的影响的影响;并且假定主刃选定点安装于工件中心高度并且假定主刃选定点安装于工件中心高度;刀杆中心线垂直于进给方向。刀杆中心线垂直于进给方向。机械制造技术基础机械制造技术基础vc第24页/共51页第23页/共51页(1)(1)基面基面Pr 通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。测量的某一安装定位平面或轴线。例如，图示为普通车刀或刨
13、刀的基面，它平行于刀具底面。例如，图示为普通车刀或刨刀的基面，它平行于刀具底面。vc第25页/共51页第24页/共51页(2)(2)切削平面切削平面 PsPs 通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于通过切削刃选定点，与主切削刃相切，并垂直于基面的平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的基面的平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的平面平面。第26页/共51页第25页/共51页 (3)(3)主剖面主剖面P Po o和主剖面参考系和主剖面参考系 主剖面是通过切削刃选定点，同时垂直于基面主剖面是通过切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。由此可知，主剖面垂直于主切和切削平面的平面。由此可知
14、，主剖面垂直于主切削刃在基面上的投影。削刃在基面上的投影。Pr-P-Ps s-P-Po o组成正交的主剖面参考系。组成正交的主剖面参考系。第27页/共51页第26页/共51页刀具标注角度刀具标注角度(marked angles of the cutting tool)u刀具的标注角度是指刀具上的切削刃、刀面与参考刀具的标注角度是指刀具上的切削刃、刀面与参考系中各参考平面间的夹角，用以系中各参考平面间的夹角，用以确定切削刃、刀面确定切削刃、刀面的空间位置的空间位置。School of mechanical engineering 第第1 1章章 金属切削的基本定义金属切削的基本定义 机械制造技术
15、基础机械制造技术基础第28页/共51页第27页/共51页ArA向f车刀的主要角度0000rrs02 2）前角）前角oo在在正正交交平平面面内内测测量量，前前刀面与基面之间的夹角。刀面与基面之间的夹角。入体为正入体为正第29页/共51页第28页/共51页图图3.3.3 刀具材料不同时的合理前角刀具材料不同时的合理前角 3.3.4 加工不同材料时的合理前角加工不同材料时的合理前角第30页/共51页第29页/共51页1.前角的主要功用(Functions of rake angle)(1)(1)影响切削区域的变形程度影响切削区域的变形程度影响切削区域的变形程度影响切削区域的变形程度（the defo
16、rmationthe deformation）：）：）：）：增大前角可减小切增大前角可减小切削层塑性变形，减小切屑与前刀面的摩擦，从而减小了切削力、切削削层塑性变形，减小切屑与前刀面的摩擦，从而减小了切削力、切削热、提高刀具耐用度。热、提高刀具耐用度。(2)(2)影响已加工表面质量影响已加工表面质量影响已加工表面质量影响已加工表面质量(machined surface qualities)(machined surface qualities)：增大前角可抑增大前角可抑制积屑瘤和鳞刺的产生，减轻切削过程中的振动。制积屑瘤和鳞刺的产生，减轻切削过程中的振动。(3)(3)影响切刀头的强度、受力性质
17、和散热条件影响切刀头的强度、受力性质和散热条件影响切刀头的强度、受力性质和散热条件影响切刀头的强度、受力性质和散热条件(the strength of tool)(the strength of tool)：增增大前角，切削刃与刀头的强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小。大前角，切削刃与刀头的强度降低，刀头的导热面积和容热体积减小。合理前角合理前角-不同的刀具对应的最大耐用度的前角不同的刀具对应的最大耐用度的前角第31页/共51页第30页/共51页 2.合理前角的选择原则合理前角的选择原则(Laws of selecting optimum rake angle)（1）粗加工、断续切削、刀材
18、强度韧性低而工材强度硬度高，选较小前角；）粗加工、断续切削、刀材强度韧性低而工材强度硬度高，选较小前角；（2）工材塑韧性大、系统刚性差，易振动或机床功率不足，选较大前角；）工材塑韧性大、系统刚性差，易振动或机床功率不足，选较大前角；（3）成形刀具、自动线刀具取小前角；）成形刀具、自动线刀具取小前角；第32页/共51页第31页/共51页ArA向f车刀的主要角度0000rrs2 2）后角）后角 oo在在正正交交平平面面内内测测量量，主主后后刀刀面面与与切切削削平平面面的的夹角。夹角。入体为正入体为正0第33页/共51页第32页/共51页1后角的功用及其对切削过程的影响后角的功用及其对切削过程的影响
19、（1）后角的主要功用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。（2）后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃易切入工件。（3）在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀具用到磨钝时所磨去的金属体积较大，有利于延长刀具使用寿命。（4）后角过大，楔角减小，削弱切削刃的强度，减少散热体积，磨损加剧，刀具耐用度降低。加工条件不同时，存在一个使刀具耐用度最大的合理后角。ArA向f0000rr0第34页/共51页第33页/共51页机械制造技术基础机械制造技术基础School of mechanical engineering 第第3章章 切削条件的合理选择切削条件的合理选择第35页/共51页第34页/共51页2.合理后角的选择
20、合理后角的选择（1）工件强度、硬度较高时，为增加切削刃强度，应选择较小后角；工件材料的塑性、韧性较大时，为减小刀具后刀面的摩擦，可取较大的后角；加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，应取较小的后角。机械制造技术基础机械制造技术基础School of mechanical engineering 第第3章章 切削条件的合理选择切削条件的合理选择第36页/共51页第35页/共51页（2）粗加工或断续切削时，应选较小的后角。精加工或连续切削时，应选用较大的后角。（4）当工艺系统刚性较差，易出现振动时，应减小后角。（5）在尺寸精度要求较严的情况下，为限制重磨后刀具尺寸变化，一般选用较小的后角。机械制造
21、技术基础机械制造技术基础School of mechanical engineering 第第3章章 切削条件的合理选择切削条件的合理选择第37页/共51页第36页/共51页3 3）主偏角）主偏角 r r 在在基基面面内内测测量量，主主切切削削刃刃在在基基面面上上投投影影与与进进给方向的夹角。给方向的夹角。ArA向f车刀的主要角度0000rrsr第38页/共51页第37页/共51页第39页/共51页第38页/共51页 r r的的大大小小影影响响刀刀具具寿寿命命。减减小小主主偏偏角角，主主刃刃参参加加切切削削的的长长度度增增加加，负负荷荷减减轻轻，同同时时加加强强了了刀刀尖尖，增增大大了了散散热
22、热面面积积，使刀具寿命提高。使刀具寿命提高。r r的的大大小小还还影影响响切切削削分分力力。减减小小主主偏偏角角使使吃吃刀刀抗抗力力增增大大，当当加加工工刚刚性性较较弱弱的的工工件件时时，易易引引起工件变形和振动。起工件变形和振动。ArA向f车刀的主要角度0000rrsr第40页/共51页第39页/共51页(1)工艺系统的刚度较好时，主偏角可取小值，如r3045，在加工高强度，高硬度的工件时，可取r1030，以增加刀头的强度。当工艺系统的刚度较差或强力切削时，一般取r6075。车削细长轴时，为了减小径向力，取r9093 因此，合理选择主偏角主要按以下原则：因此，合理选择主偏角主要按以下原则：第
23、41页/共51页第40页/共51页rAA向f车刀的主要角度0000rrs4 4）副偏角）副偏角 r r r r 在在基基面面内内测测量量，副副切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影影与进给反方向的夹角。与进给反方向的夹角。副副偏偏角角的的作作用用是是为为了了减减小小副副切切削削刃刃与与工工件件已已加加工工表表面面之之间间的的摩摩擦擦，以以防防止止切切削削时时产产生生振振动动。副副偏偏角角的的大大小小影影响响刀刀尖尖强度和表面粗糙度。强度和表面粗糙度。rq在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。第42页/共51页第41页/共51页 副切削刃的主要作用是最终
24、形成已加工表面。副偏角rr越小，切削刀痕理论残留面积的高度越小，已加工表面粗糙度值越小，同时小的副偏角rr还可以增强刀尖强度，改善散热条件。但副偏角rr过小，会增加副切削刃参加切削工作的长度，增大副后刀面与已加工表面的摩擦和磨损，因此刀具耐用度较低。此外，副偏角rr太小，也易引起振动，反而增大表面粗糙度值。副偏角rr的大小主要根据工件已加工表面的粗糙度要求和刀具强度来选择，在不引起振动的情况下，尽量取小值。当工艺系统刚度较差或从工件中间切入时，可取rr30304545。在精车时，可在副切削刃上磨出一段r=0r=0、长度为（1.21.21.51.5）f f的修光刃，以减小已加工表面的粗糙度值。用
25、带有修光刃的车刀切削时，径向分力FyFy很大，因此工艺系统刚度必须很好，否则容易引起振动。2 2副偏角的功用与选择第43页/共51页第42页/共51页5）刃倾角s在切削平面内测量，主切削刃与基面的夹角。第44页/共51页第43页/共51页qs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，s常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，s常取正值或零。第45页/共51页第44页/共51页rAA向f车刀的主要角度0000rrs6 6）副后角）副后角 o o o o 在在副副正正交交平平内内测测量量，副副后后面面与与副副切切削削平平面面的的夹角。夹角。副副后后角角的的作作用用是是为为了了减减小小
26、副副后后刀刀面面与与工工件件加加工表面之间的摩擦。工表面之间的摩擦。刀具的标注角度刀具的标注角度 rq车刀的副后角一般取其等于后角。第46页/共51页第45页/共51页在正交平面参考在正交平面参考系中的标注角度系中的标注角度（5）刃倾角）刃倾角s（6）副后角）副后角o 派生角度：派生角度：楔角楔角o、刀尖角、刀尖角r余偏角余偏角rr（3）主偏角）主偏角r（2）后角）后角o（1）前角）前角o六个基本角度：六个基本角度：外圆车刀在正交平面参考系标注的角度外圆车刀在正交平面参考系标注的角度（4）副偏角）副偏角r 第47页/共51页第46页/共51页1.3 1.3 切削层参数与切削方式切削层参数与切削
27、方式切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式 切削层参数切削层参数 由切削刃正在切削的这一层金属叫作由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层切削层。切削层的截面尺寸称为。切削层的截面尺寸称为切削层参数。切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。内度量。已加工表面ADBCfbDaphDvfkr基点过渡表面切削面积残留面积待加工表面第48页/共51页第47页/共51页1.3 1.3 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式切削层公称切削层公称厚度厚度 切削层公
28、称切削层公称宽度宽度 图2-7切削层截面bDhD=ffdwDmaspa）rhDbD=aspb）c）切削层公称横截面积切削层公称横截面积 第49页/共51页第48页/共51页切削方式自由切削：自由切削：只有一条直线切削刃参加切削只有一条直线切削刃参加切削非自由切削：非自由切削：切削刃为曲线或有几条切削刃都参加切削切削刃为曲线或有几条切削刃都参加切削自由切削自由切削非自由切削非自由切削第50页/共51页第49页/共51页直角切削：直角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：斜角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直第51页/共51页第50页/共51页感谢您的观看。第51页/共51页