金属切削加工的基础知识

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。
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
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↓
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。
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
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
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
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
பைடு நூலகம்
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 °
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。
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
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
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↓
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。
✓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。
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
☆ 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
进给运动
进给运动
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。
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
(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 ‘
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。