数控车削刀具工作部分的基本概念和结构详解

1.车削加工的基本运动和加工表面

以图1-12所示的外圆车削为例，工件的旋转运动和刀具的进给运动共同作用完成了外圆的车削加工。

基本运动：

（1）主运动 工件旋转运动是外圆车削的基本运动，其消耗的功率最大。主运动转速用n表示，单位为r/s或r/min，车削加工常用r/min。

（2）进给运动 刀具的连续移动是刀具连续去除材料的保证，其消耗的功率远小于主运动。

切削表面：

（1）已加工表面 切削后在工件上形成的新表面，加工过程中逐渐扩大。

（2）待加工表面 工件上待切除切削层的表面，加工过程中逐渐缩小。

（3）过渡表面 切削刃正切削的表面，位于已加工表面与待加工表面之间，加工过程中不断变化。

2.切削用量

切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量三个加工参数的总称，所以又称切削用量三要素，如图1-13所示。

图1-12 外圆车削切削运动与切削表面

图1-13 切削用量三要素

1）切削速度是切削刃上选定点的线速度，用v表示，单位为m/min。

2）进给量有每分钟进给量v_f（mm/min）与每转进给量f（mm/r）两种，两者关系为

v_f=nf

3）背吃刀量是已加工表面与待加工表面的垂直距离，用a_p表示，单位为mm。

3.车刀切削部分的几何要素

所有的车削刀具都是由刀柄（刀体）和刀头（刀齿）组成，如图1-14所示。刀柄（刀体）用于夹持刀具，刀头或刀齿构成刀具的切削部分，承担着切削的工作。所谓几何要素即构成几何体的点、线、面。

刀具切削部分的几何要素可归纳为三个刀面、两条切削刃和一个刀尖，具体如下。

（1）前刀面A_γ 切屑流出的表面。

（2）主后刀面A_α 与过渡表面相对的表面。

（3）副后刀面A_α′ 与已加工表面相对的表面。

（4）主切削刃S 前刀面与主后刀面的交线。

（5）副切削刃S′ 前刀面与副后刀面的交线。

（6）刀尖 主切削刃与副切削刃的交点。

理论上刀尖是一个几何点，实际上刀尖不可能绝对的“尖”。另外，根据切削加工的需要，有时人为地将刀尖磨成一定的形状——过渡刃，如图1-14b、c、d所示。

图1-14 外圆车刀切削部分的几何要素

a）外圆车刀 b）理想刀尖 c）圆弧过渡刃 d）直线过渡刃(www.xing528.com)

4.刀具标注角度

刀具标注角度是刀具设计、制造和刃磨时所必需的刀具几何参数。刀具角度的标注必须在一定的参考坐标系中进行。常用的刀具参考系有正交平面参考系、法平面参考系及背平面和假定工作平面参考系，如图1-15所示。

图1-15 刀具标注角度参考系

a）正交平面参考系 b）法平面参考系 c）背平面、假定工作平面坐标系

（1）刀具标注角度参考系涉及的基准平面 主要有以下五个。

1）基面p_r：通过切削刃上的选定点并与该点主运动切削速度v垂直的平面。

2）切削平面p_s：通过切削刃上的选定点与切削刃相切且垂直于基面的平面。

3）正交平面p_o：通过切削刃上的选定点并同时垂直于基面与切削平面的平面。

4）法平面p_n：通过切削刃上的选定点并垂直于主切削刃（或切线）的平面。

5）背平面p_p和假定工作平面p_f：背平面是通过切削刃上的选定点，平行于刀杆轴线并垂直于基面的平面；假定工作平面是通过切削刃上的选定点，同时垂直于刀杆轴线和基面的平面。

（2）刀具标注角度参考系 主要有以下三个，见图1-15。

1）正交平面参考系：基面p_r、切削平面p_s和正交平面p_o构成的参考系。

2）法平面参考系：基面p_r、切削平面p_s和法平面p_n构成的参考系。

3）背平面和假定工作平面参考系：基面p_r、背平面p_p和假定工作平面p_f构成的参考系。

刀具标注角度参考系平面投影视图及主要刀具标注角度如图1-16所示。

图1-16 刀具标注角度参考系平面投影视图及主要刀具标注角度

研读图1-16时注意联系前面讲到的刀具切削部分的几何要素、参考平面和坐标参考系方面的知识，并注意下面谈到的标注角度的定义，特别提醒的是要注意各种角度的正、负方向。

刀具的标注角度主要包括：

（1）在正交平面p_o中标注的角度 主要有以下三个。

1）前角γ_o：在正交平面p_o中度量的前刀面与基面之间的夹角。

2）后角α_o：在正交平面p_o中度量的主后刀面与切削平面之间的夹角。

3）楔角β_o：在正交平面p_o中度量的前刀面与主后刀面之间的夹角，β_o=90°-（γ_o+α_o）。

（2）在基面p_r中标注的角度 主要有以下三个。

1）主偏角κ_r：在基面p_r中度量的主切削刃的投影与进给运动方向间的夹角。

2）副偏角κ_r′：在基面p_r中度量的副切削刃的投影与进给运动方向间的夹角。

3）刀尖角ε_r：在基面p_r中度量的主切削刃和副切削刃投影间的夹角，ε_r=180°-（κ_r+κ_r′）。

（3）在切削平面p_s中标注的角度 一般用于标注刃倾角。

刃倾角λ_s：在切削平面p_s中主切削刃与基面间的夹角。

（4）在法平面p_n中标注的角度 与正交平面中度量的角度类似，有法前角γ_n、法后角α_n和法楔角β_n，见图1-16中N—N断面图。

（5）在背平面p_p和假定工作平面p_f中标注的角度 与前述类似，有背前角γ_p、背后角α_p、背楔角β_p和侧前角γ_f、侧后角α_f、侧楔角β_f，见图1-16中P—P断面图和F—F断面图。