金属切削加工的基础知识

(H<< rε)：
r2-2H rH2r2frf42
所以： H=f2/8rε 10 h
1.2 金属切削刀具
1.2.1 刀具切削部分的基本定义
l 刀具结构及其几何形状
刀具分类：按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。 按功能：车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖
刀、镗孔刀、成形刀等。
切削部分： 前刀面Ar 主后面Aa 副后面Aa ‘
第1章 金属切削加工的基础知识
1.1 切削加工的运动分析及切削要素 1.2 金属切削刀具 1.3 切削过程中的物理现象 1.4 工件材料的切削加工性 1.5 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
1.1.1 零件表面的形成
☆ 回转体表面：是以直线为母线作旋转运动所形成的表面；成型 方法主要有：车削、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、内外圆磨削等。 如构成轴类、盘套类零件的内外圆、圆锥等。
刃倾角的标注：
刃倾角的作用：
主运动
（1）影响排屑方向： λS ＞0 ° 排向待加工表面 ；
λS ＜0 ° 排向已加工表面；
切削平面
（2）影响切入切出的稳λS定=0性° 前刀面上卷曲
进给运动
（3）影响背向分力大小
正交平面
向
刀具刃倾角的选用：
精加工取λS ≥0 ° 粗加工取λS ＜0 °
加工细长工件采用λS ＞0 °
43 h
1.3 切削过程中的物理现象
1.3.1 切削过程
l 切屑的形成： 推挤作用
切割作用 l 切屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）
✓小带ap状，f切加屑工：塑上性表金面属时毛产茸生状。，下表面光滑的连续切屑，大γ0，高vc， ✓节状（挤裂）切屑：上表面锯齿状，下表面光滑的连续切屑，
较低 vc，较大ap，f 加工中等硬度塑性金属时产生。
分度运动
常见机床的切削运动
机床名称 卧式车床
钻床 铣床 牛头刨床 龙门刨床 内、外圆磨床
平面磨床
镗床
主运动 工件旋转 钻头旋转 铣刀旋转 刨刀往复 工件往复 砂轮旋转
砂轮旋转
镗刀旋转
进给运动 车刀纵向、横向移动
钻头轴向移动 工件纵向、横向、垂直方向移动
工件横向、垂直方向间隙移动 刨刀横向、垂直方向间隙移动 工件旋转、工件往复或砂轮横向移动
金刚石
烧结
高
结晶
高低差
好 结晶
应用
手动工具 低速工具 复杂刀具
脆性金属
通用 塑性金属 连续切塑
性材料 精密加工 精密加工
42
l 切削用量的选择原则：
1） 粗加工时，为提高机械加工效率，首先选择较大的 切削深度，其次是较大的进给量，最后选择中低切削速 度，以保证刀具寿命。 2） 精加工时，为保证加工质量，首先选择较小的切削 深度（保证加工尺寸精度），其次选择较小的进给量 （保证表面粗糙度要求），最后选择低速（高速钢刀具） 或高速（硬质合金刀具）切削，以保证刀具寿命。
刀具后角的选用：粗加工选小后角
基面
r
精加工选大后角
切削平面
选大前角时选小后角以增大刃口强度
进给运动 正交平面
14 h
3. 主偏角Kr： 在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。
4. 副偏角Kr’：在基面内测量的，副切削刃与进给反方向 的夹角。
主偏角和副偏角的标注：
主偏角的作用：主偏角↑ 切削刃工作长加工度表面↓ 刀尖强度↓ 导
主运动
已加工表面 加工表面 待加工表面
K
切削平面
进给运动 正交平面 向
基面
36 h
主运动
待加工表面 加工表面
K
已加工表面 切削平面
正交平面 进给运动
向
基面
37 h
l 刀具角度的选择原则：
1） 粗加工塑性材料时，选择大前角γ0，小后角α0，小 主偏角Kr，较小或负的刃倾角λs；加工脆性材料时可 适当减小前角γ0；加工高硬度难加工材料时，采用负 前角(γ0<0°)。
☆ 平面：是以直线为母线作直线运动形成的表面；如机床导轨 面、轴端面等，成型方法主要有：铣削、刨削、平面磨削等。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
2 h
零件表面的形成方法有：
图1 表面的形成方法
工件往复移动，砂轮横向、垂直移动
镗刀轴向移动、工件轴向移动
5 h
l 加工表面：
已加工表面 加工表面（过渡表面） 待加工表面
待加工表面
主运动
主运动
已加工表面
加工表面
加工表面
已加工表面
待加工表面
进给运动
进给运动
6 h
主运动 待加工表面
已加工表面
已加工表面 加工表面
主运动
待加工表面 加工表面
Leabharlann Baidu
进给运动
进给运动
2）精加工时，一般选择较大后角α0，较小的前角γ0，非 负的刃倾角（λs≥0°），加工细长轴时选择大主偏角 Kr。
38 h
•刀具工作角度
1. 刀具工作参考系（Pre—Pse—Poe）
刀具工作角度又称刀具切削角度：刀具实际切削条件下的 实际角度。
工作参考系与静止参考系的差别：工作条件下，合成切削 速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止条件下合成 速度与切削速度是一致的。
l 基面Pr：过切削刃上同一点，与切
削速度相垂直的平面。 主运动
加工表面
l 正交平面Po（主剖面）：过切削刃
上同一点，与切削平面和基面相垂
直的平面。
切削平面
进给运动 正交平面
22 h
三、刀具标注角度
l 刀具的标注角度是指静止状态下，在 工程图上标注的刀具角度。 前角γ0、后角α0 主偏角Kr、副偏角Kr’ 刃倾角λS
车外圆刀尖安装偏高（低）：
工作前角增大（小），工作后角减小（大）；
镗内孔刀尖安装偏高（低）：
工作前角减小（大） ，工作后角增大（小） 。
（3）刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角度变化 40 h
1.2.2 刀具材料 l 刀具材料的基本性能 1) 高硬度 2) 高耐热性 3) 足够的强度和韧性 4) 高耐磨性 5) 良好的工艺性 五个基本性能相互联系，又相互制约，应根据
通常情况下 vf vc 工作角与标注角近似相等。 如普通车削、镗孔、铣削等。
当 v f 较大时或安装误差较大时必须考虑其影响。 如：车螺纹、铲背、钻孔等。
刀具的安装条件变化也引起了参考系的变化。
39 h
• 对工作角度的影响 （1）进给对工作角度的影响
横向进给： 纵向进给：
γ0e=γ0+μ α0e=α0-μ 工作前角增大，工作后角减小。 （2）刀尖安装高低对工作角度的影响
r
刀具前角的选用：加工塑性材料选大前角 切削平面
加工脆性材料、断续进切给 运削动 选小前角 加工硬材料选用负前角正 交 平 面
13 h
2.刀具标注注后角α0： 在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。
后角的标注：
加工表面
后角的作用：后主角运 动↑ 后刀面与加工表面间的摩擦↓ 后刀 面磨损↓ 刃口强度↓ 导热体积↓
h
主切削刃S 副切削刃S
刀尖
11
加工表面
l 刀具的静止参考系（Pr—Ps—Po系—主运正动 交平面参照系）
（1）静止参照系的假设条件：
假定运动条件：进给量f=0 假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；
刀杆方向与进给方向垂直。
切削平面
进给运动 正交平面
（2）辅助平面：
切削平面Ps：过切削刃上一点，与加工表面相切的平面。 基面Pr：过切削刃上同一点，与切削速度相垂直的平面。 正交平面Po（主剖面）：过切削刃上同一点，与切削平
a)轨迹法
h
b)成形法
c)相切法
d)展成法
3
1.1.2 切削运动
l 概念：用以切除多余金属的刀具与工件间的相对运动 l 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。 进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。 其它运动：吃刀运动
7 h
1.1.3 切削要素
l 切削用量三要素：
切削速度vc:主运动的线速度(m/min)
进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离 背间吃的刀距量 离（ 。切削深度）ap(mm):已加工表面与待加工表面
补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃 切入工件的深度。
l 切削层尺寸平面要素：
切削层：主运动一个周期，相邻两加工
热体积↓ 径向分力↓
主运动
刀具主偏角的选用：一般为30~75°
加工细长工件采用90~93 °
副偏角的作用：副偏角↑ 副后面与工件已加工表面摩擦↓
刀尖强度↓ 表面粗糙度↑
进给运动
刀具副偏角的选用：一般为5~20° 正交平面
特殊要求可采用Kr‘=0 °的修光刃
15 h
5. 刃倾角λS： 在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。
32 h
主运动
切削平面
进给运动 正交平面 向
33 h
例题：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、主剖面和切削平面；
（4）刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加待工加表工面表面
具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。
41 h
l 常用刀具材料的种类及应用
类型
工具钢
碳素工具钢 合金工具钢
高速钢
硬 强 韧 耐耐 度 度 性 热磨
工艺
低 高 好 低 差 切削加
工、热
处理、 刃磨
硬质 合金
钨钴类 （YG)k 通用类(YW)M
钨钛钴(YT)P
粉末冶 金烧结
刃磨
非金属 高性能
h
陶瓷 立方氮化硼
16 h
17 h
一、刀具结构
18 h
切削部分组成
三面
两刃
前刀面Ar
主后面 A副a后面Aa’
主切削刃S 副切削刃S’
一尖
刀尖
19 h
二、刀具静止参考系
1 假设条件
假定运动条件：进给量f=0
假定安装条件：刀尖与工件回转中 心等高；
向垂直。
刀杆方向与进给方
20 h
2 辅助平面
21 h
l 切削平面Ps：过切削刃上一点，与 加工表面相切的平面。
主运动
主运动
加加工工表 表面面 已加已工加表工面表面
基面
基面
切削平面
切削平面
进给运动 正交平面
进给运向动 正交平面
34 h
基面 基面 向
主运动主运动
待加工待表加面工表面 切削平切面削平面 切削Kr 平面 Kr
已加工已表加面工表面 加工表加面工表面
进给运进动给运动
Kr' Kr'
K 正交平正面交平面
35 h
✓粒状（单元）切屑：菱形单元分离体，较低 vc，较大ap，f 加
工硬度较高塑性较差金属时产生。
✓崩碎切屑：不规则屑片，较低 vc，较大ap，f 加工脆性金属时产
生。
44 h
l 切屑变形
（1）第I变形区（剪切区、 塑性变形区）：从开始 发生塑性变形到晶粒剪 切滑移基本完成。
表面（切削刃）之间的材料截面
l切削层公称厚度hD（老标准ac）：
hD=f· sinKr l切削层公称宽度bD（老标准aw）:
bD=ap/sinKr l切削层公称截面积AD：
AD=ap· f=bD· hD l残留面积ΔAD
残留面积高度 ：
H=f/( ctgKr+ctgKr’) rε=0
H=f 2 / 8rε
1）主偏角Kr 主切削刃与进给方向之间的夹角。 2）副偏角Kr’ 副切削刃与进给反方向之间的夹角。
27 h
主运动
加工表面
进给运动 正交平面
28 h
主偏角的作用
主偏角的作用： 影响切削刃工作长度、背向 力和刀具寿命，一般为30~75°，加工细长工 件采用90~93 °。
29 h
副偏角的作用
l 副偏角的作用：影响表面粗糙度
30 h
3 切削平面中测量的角度
l 刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。
当主切削刃与基面平行时λs=0°； 当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时 λs ＞0°；反之λs ≤0°。
31 h
刃倾角的作用
l λS ＞0 ° 切屑排向待加工表面 ； l λS ＜0 ° 切屑排向已加工表面； l λS =0 ° 切屑前刀面上卷曲
23 h
1 正交平面中测量的角度
1)前角γ0 前刀面与基面之间的夹角。 2)后角α0 主后刀面与切削平面之间的夹角。
24 h
主运动
加工表面 切削平面
基面
r
进给运动 正交平面
25 h
前角、后角的作用
l 前角的作用：锋利，影响刀具强度 l 后角的作用：减小后刀面与工件间的摩擦和
磨损
26 h
2 基面中测量的角度
面和基面相垂直的平面。
12 h
l 刀具标角度的定义
l 刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的 刀具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）
1. 刀具标注前角γ0：在正交平面内测量的，前刀面与基
面的夹角。
加工表面
前角的标注：
主运动
前角的作用：前角↑ 切屑变形↓ 切削力↓ 刃口强度↓ 基面
前刀面磨损↓ 导热体积↓
rε≠0
9
h
rε=0 时 在⊿ABD和⊿ACD中
BD=H ctgKr’ DC=H ctgKr
BD+DC=f
H(ctgKr+ctgKr’)=f 所以：H=f/( ctgKr+ctgKr’)
rε≠0 时 H=BD=BE-DE
r O1D 2 O1E 2
r
r 2
(
f 2
)2
移项后两边平方,并忽略H2