第一章金属切削原理(2011年)
《金属切削原理与刀具》知识点总结
《金属切削原理与刀具》知识点总结第一章金属切削原理金属切削原理是金属切削工艺的基础，本章主要介绍了金属切削的基本原理，包括金属切削过程、刀具与被切削材料接触形式、切削能量与热力学原理、切削硬度与切削力的关系等。
第二章刀具材料与结构刀具材料与结构对切削加工的质量和效率有重要影响，本章主要介绍了刀具材料的选择与评价，以及刀具的结构与分类。
刀具材料的选择包括一般刀具材料、质子刀具材料和陶瓷刀具材料等。
第三章切削力分析与测定切削力是切削加工过程中的重要参数，正确定量和测定切削力对于提高切削加工的效率和质量至关重要。
本章主要介绍了切削力的分析与计算方法，以及切削力的测定方法，包括间隙力法、应力传感器法、功率法和应力波法等。
第四章刨削刨削是一种通过切削工具的多齿切削运动将金属材料切割成所需形状和尺寸的加工方法。
本章主要介绍刨削的工艺流程、刨削用刀具和切削参数的选择，以及刨削的切削力分析与测定方法。
第五章车削车削是一种利用车床刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工领域。
本章主要介绍了车削的工艺流程、车削刀具的选择和切削参数的确定，以及车削的主要工艺规律和效果评定方法。
第六章铣削铣削是一种通过旋转刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工和模具制造等领域。
本章主要介绍了铣削的工艺流程、铣削刀具的选择和切削参数的确定，以及铣削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第七章钻削钻削是一种利用钻头进行切削的加工方法，广泛应用于孔加工和螺纹加工等领域。
本章主要介绍了钻削的工艺流程、钻头的选择和切削参数的确定，以及钻削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第八章线切割线切割是一种利用细金属丝进行切削的加工方法，主要用于金属板材的切割。
本章主要介绍了线切割的工艺流程、线切割刀具的选择和切削参数的确定，以及线切割中的切削质量评价方法和切削速度对切割效果的影响。
此外，本书还包括金属切削中的润滑与冷却、数控机床中的刀具管理、切削机床中的刀具装夹等内容，为读者提供了全面的金属切削工艺和刀具知识。
金属切削原理
三、切削层参数
•切削层厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量 的切削层参数。 hD＝f•sinκ r •切削层宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度 量的切削层参数。 bD＝ap／sinκ r •切削层横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面 积。 AD＝hD•bD=ap•f
常用刀具材料有碳素工具钢(如T10A、T12A)、合金工具钢 （如9SiCr、CrWMn）、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、 立方炭化硼等。
二、常用刀具材料
常用刀具材料的种类及其特性 • 碳素工具钢 • 高速钢 • 硬质合金 • 其它刀具材料（涂层刀具、陶瓷、金刚石、立方氮
化硼 ）
• 优点、缺点、种类、常用牌号、应用等
1. 金属切削过程
刀具从工件上切除多余的金属的过程，并使工件得到符 合图纸要求的尺寸、形状和表面质量。
必须具备以下三个条件： 1.工件和刀具之间要有相对运动及，即切削运动； 2.刀具材料必须具备一定的切削性能； 3.刀具必须有合理的几何参数，即切削角度等。
一、切削运动与切削用量 1.工件加工表面
在切削过程中，工件上存在三个不断变化的表面：
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有关，但切削层 横截面积 AD 只与 hD、bD 或 f、ap有关。
§1-2 刀具材料
•刀具材料通常是指刀具切削部分的材料。 •加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于 刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状是决 定刀具切削性能的主要因素。 •金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还 要求刀具材料具备一定性能。
金属切削原理的课件
(2)进给量
进给量是指单位时间内刀具和工件在进给 运动方向上相对位移。 当主运动是回转运动时，进给量指工 件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的 相对位移量，单位为mm/r； 当主运动是直线运动时，进给量指刀 具或工件每往复直线运动一次，两者沿进 给方向的相对位移量，单位为mm/str或 mm/单行程； 对于多齿的旋转刀具(如铣刀、 切齿刀)，常用每齿进给量 fz，单位为 mm/z或mm/齿。它与进给量f的关系为 f=zfz 进给速度为 vf=fn=zfzn
2)刀刃
①主切削刃 ②副切削刃 前刀面与主后刀面在空间的交线。 前刀面与副后刀面在空间的交线。
3)刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃 二条刀刃汇交的一小段切削刃。 在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性， 一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
(2)车刀切削部分的主要角度
• 刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量 时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削 部分几何形状（各表面空间位置）的重要参 数。 • 参考系：用于定义和规定刀具角度的各基 准坐标面。 • 参考系：刀具静止参考系和刀具工作参考 系。
(2)切削层公称宽度bD
在给定瞬间，作用于主切 削刃截形上两个极限点间 的距离，在切削层尺寸平 面中测量，单位为mm。
垂直于正在加 工的表面（过渡表 面）度量的切削层 参数。
(3)切削层公称横截面积AD
在给定瞬间，切削层在 切削层尺寸平面里的实 际横截面积， 2 单位为mm 。
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有 关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD 或f、a p有关。
(一)切削运动
1.零件表面的形成
车外圆面
车成形面
车床上镗孔
【VIP专享】第 一 章 金属切削原理
第一章金属切削原理1、基本定义（1）切削运动：工件和刀具之间的相对运动。
通常，切削运动按其作用可分为主运动和进给运动，这两个运动的向量和，称为合成切削运动。
（2）切削用量三要素：1）切削速度Vc（切削刃上选定点相对于工件沿主运动方向的瞬时速度。
单位：m/s 或m/min（r/s 或r/min )2）进给速度Vf（切削切削刃上选定点相对于工件沿进给运动方向的瞬时速度。
单位：mm/s 或mm/min）或进给量f（工件或刀具每回转一周或往返一个行程时，两者沿进给运动方向的相对位移。
单位：mm/r 或mm/d•str（double stroke双行程）3）背吃刀量ap (切削深度)（在基面上）垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸。
单位：mm 例如，外圆车削: ap＝(dw-dm)/2（3）刀具几何参数最常用的刀具标注角度参考系1)正交平面参考系；组成：①基面Pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。
通常平行于车刀的安装面（底面）。
基面中测量的刀具角度：主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf方向之间的夹角。
副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf反方向之间的夹角。
刀尖角εr 主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。
εr=180°-(κr ＋κr′)。
εr是标注角度是否正确的验证公式之一。
②切削平面Ps 通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。
切削平面中测量的刀具角度：刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。
③正交平面Po 通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。
正交平面中测量的刀具角度：前角γo 前刀面与基面之间的夹角。
后角αo后刀面与切削平面之间的夹角。
楔角βo前刀面与后刀面之间的夹角。
书上第九页图11-1 外圆车刀正交平面参考系的标注角度2)法平面参考系；3)假定工作平面与背平面参考系2、金属切削过程（1）切削层的变形第Ⅰ变形区近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第Ⅲ变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区。
第1章 金属切削原理 《机械制造技术》课件
图1-7 车刀的主要标注角度
1.2.3 刀具的工作参考系及工作角度
如前所述，刀具的标注角度是在忽略进给速度 的影响，且 刀具安装在理想工作位置的情况下确定的。在实际的切削加工 中，当刀具进入工作状态后，由于刀具安装位置和进给运动的 影响，选定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置 相对于假定的理想状态发生了改变，即上述标注角度会发生一 定的变化。而刀具角度变化的根本原因是切削平面、基面和正 交平面位置的改变，因此，研究切削过程中的刀具角度，必须 以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系，这种 参考系称为工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称为工 作角度。
刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参 考系。但在标注可转位刀具或倒刃倾角刀具时，常用法平面参 考系。在刀具制造过程中，如铣削刀槽、刃磨刀面时，常需用 假定工作平面、背平面参考系中的角度，或使用前、后刀面正 交平面参考系中的角度。这四种参考系刀具角度是ISO 3002/1—1997标准所推荐的。本章只介绍前三种。
1.2.2 刀具静止参考系和刀具的几何角度
3. 刀具几何角度与标注 刀具的几何角度是指刀具上的切削 刃、刀面与参考系中各参考面间的 夹角，用以确定切削刃、刀面的空 间位置。由于切削刃上各点的主运 动方向可能不同，因此据其建立的 参考系的方位也是变化的，所以定 义的角度必须指明是切削刃上选定 点的角度；凡未经特殊注明的，均 指切削刃上与刀尖毗连的那一点的 角度。在刀具静止参考系中度量标 注的角度通称刀具角度，如图1-7 所示。
2. 金刚石
金刚石刀具有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚 石刀 具和金刚石复合刀具。天然金刚石由于价格昂贵等原因， 应用很少。人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨 转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚 度约0.5 mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。
金属切削原理(基本理论)
减小切屑与刀具前刀面的摩擦，并能降低切削温度，所以不易
产生积屑瘤。
积屑瘤对切削过程的影响
1. 影响刀具耐用度：
积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑
瘤相对稳定时，可代替切削刃进行切削。切削刃和前刀面
都得到积屑瘤的保护，减少了刀具的磨损，提高刀具耐用
如铜、20钢、40Cr钢、1Crl8Ni9Ti等，随着工件材料的强
度和硬度的依次增大，摩擦系数μ略有减小；
这是由于在切削速度不变的情况下，材料的硬度、强度
大时，切削温度增高，故摩擦系数下降。
切削厚度ac增加时， μ也略为下降；如20钢的ac从0.
lmm增大到0. 18mm， μ从0 .74降至0 .72。因为ac增加
最后长成积屑瘤。
影响积屑瘤产生的因素：
①工件材料的影响：塑性高的材料，由于切削时塑性
变形较大，加工硬化趋势较强，积屑瘤容易形成；而
脆性材料一般没有塑性变形，并且切屑不在前刀面流
过，因此无积屑瘤产生。
②切削速度主要通过切削温度影响积屑瘤。
低速(Vc＜3～5m／min)时，切削温度较低（低于
300℃），切屑流动速度较慢，摩擦力未超过切屑分子的结
工件母体分离，一部分变成切屑，很小一部分留在已加
工表面上。
第Ⅰ变形区
近切削刃处切削层内产生的塑性变形区——剪切滑移变形；
第Ⅱ变形区
与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区——挤压变形；
第Ⅲ变形区
近切削刃处已加工表层内产生的变形区——已加工表面变形。
三） 第一变形区内金属的剪切变形
追踪切削层上任一点P，可以观察切屑的变形和形
系数ξ可直观反映切屑的变形程度，并且容易测量。
金属切削原理【详解】
金属切削原理解析本文档由深圳机械展SIMM整理，详细介绍金属切削原理。
金属切削原理并不是一两句话可以精炼概括的，是一个复杂的知识体系，这个知识体系也是机械制造工艺及设备专业的专业基础课，庞丽君写的《金属切削原理》可作为高等院校机械类及有关专业本科、专科的教材，也可供机械类和相近专业的其他类型学校的师生和工程技术人员参考透彻理解金属切削原理需要了解切削运动、加工表面和切削用量三要素，刀具几何角度及其选择，刀具工作角度，切削层参数，切削方式，还包括金属切削过程，切削力，切削热与切削温度，刀具磨损和使用寿命，工件材料的切削加工性，已加工表面质量，刀具合理几何角度和切削用量的选择，磨削，以及刀具材料的分析及选择、车刀的结构分析与应用、孔加工过程分析、刀具的结构分析与应用、拉刀的结构特点与使用、铣削过程分析与铣刀的选择和其他刀具的结构与应用。
以下为一些重要知识的整理：基面：切削刃上任意一点的基面是通过这一点并与这一点的切削速度相垂直的平面。
切削原理：金属切削必须具备两种运动，车削时的切削运动是工件的旋转运动；进给运动，使新的金属不断的投入切削的运动。
也就是使切削过程在所需要的方向继续下去的运动，进给运动可能有一个以上，车削时的进给运动是刀具的连续移动。
1、切削用量的选择原则粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
从刀具的耐用度出发，切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给量，最后确定切削速度。
2、背吃刀量的确定背吃刀量由机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。
确定背吃刀量的原则：（1）在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5μm~25μm时，如果数控加工的加工余量小于5mm~6mm,粗加工一次进给就可以达到要求。
金属切削的基本原理
金属切削的基本原理金属切削的基本原理1. 引言金属切削作为一种重要的制造工艺，在现代工业中得到广泛应用。
了解金属切削的基本原理对于提高生产效率和产品质量至关重要。
本文将深入探讨金属切削的原理和相关概念。
2. 金属切削的定义和概述金属切削是指通过工具在金属材料上切削形成所需形状的制造过程。
这种切削通过将刀具与金属工件相对移动来去除材料，从而实现目标形状。
金属切削常用于车削、铣削、钻削等加工过程中。
3. 切削过程的基本元素金属切削包括以下基本元素：3.1 切削工具切削过程中使用的工具通常由坚固的材料制成，如高速钢、硬质合金等。
切削工具的类型和几何形状根据切削操作的需求而变化，比如刀片、铣刀、钻头等。
3.2 金属工件金属工件是经过切削加工的目标。
它可以是圆柱形、平面形或复杂形状的。
不同材料的切削特性也会影响切削过程的选择和参数设定。
3.3 切削速度切削速度是指工具切削过程中与工件接触部分的相对速度。
合适的切削速度可以提高加工效率和工件表面质量，但过高的切削速度可能导致工具磨损和加工表面粗糙度增加。
3.4 进给速度进给速度是指工具与工件相对运动的速度。
适当的进给速度可以控制切削过程中材料的去除率，同时避免过度磨损和切削力过大。
3.5 切削深度切削深度是指工具进入工件的深度，即每次切削过程中所移除的金属厚度。
切削深度的选择应根据工件的要求、切削力和工具稳定性等因素考虑。
4. 金属切削的力学原理金属切削的力学原理主要涉及三个力：切削力、切向力和主动力。
4.1 切削力切削力是指在金属切削过程中作用在切削工具上的力。
它由切削材料的去除、摩擦和变形引起。
切削力的大小和方向取决于切削工艺参数、切削材料和刀具等。
4.2 切向力切向力是指垂直于切削方向的力。
它使工件保持在切削位置，并防止工件偏离切削方向。
切向力的大小和方向直接影响切削的稳定性和表面质量。
4.3 主动力主动力是指在金属切削过程中将工具向工件施加的力。
它与切削深度和切削速度等直接相关。
机械制造 第一章金属切削原理
五、切削层参数 （一）切削厚度 （二）切削宽度 （三）切削层面积
六、刀具材料 （一）刀具材料的性能 1、高的硬度和耐磨性 2、足够的强度和冲击韧度 3、高耐热性 4、良好的工艺性 （二）常用刀具材料的种类与特性 1、普通刀具材料：常见的普通刀具材料有碳 素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金 和涂层刀具材料等，其中后三种用得较多。
２、超硬刀具材料：超硬刀具材料用的较多的 有陶瓷、人造聚金刚石和立方氮化硼等。
第二节 金属切削过程 一、切削层的变形 （一）第一变形区 工件材料的圆形晶粒受刀具作用，产生 剪切变形时，晶格内的晶面间发生滑移，使 晶粒变为椭圆形。从OA线开始塑性变形， 到OM线晶粒的剪切滑移完毕。
（二）第二变形区 切屑从前刀面排出时，进一步受到前刀 面的挤压和摩擦，使靠近前刀面的金属纤维 化，萁方向平行于前刀面。
2、后角：主后刀面与主切削平面间的夹角。 后角的作用是减少刀具主后面与工件过渡表 面之间的摩擦与磨损。增大后角，有利于提 高刀具耐用度。但后角过大，也会减弱切刃 强度，并使散热条件变差。
3、主偏角：主偏角是主切削平面与假定工作 平面间的夹角。在相同的背刀吃量和进给 量的情况下，主偏角减小，可使主切削刃 单位长度上的负载减小，且刀尖散热条件 改善，提高刀具耐用度。但主偏角减小， 又会使背向力增大，容易引起振动和刚度 较差的工件产生弯曲变型。
（二）刀具切削角度参考平面 1、基面：通过主切削刃上选定点，垂直于该 选定点合成切削运动向量的平面。
2、主切削平面：主切削平面是通过主切削刃 上选定点，与主切削刃相切并垂直于基平面。
3、正交平面：正交平面是通过主切削刃上选 定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。
（三）刀具的标注角度 1、前角：前刀面与基面间的夹角。前角大， 刀具锋利。这时切屑层的塑性变形和摩擦阻 力减小，切削力和切削热降低。但前角过大 会使切削刃强度减弱，散热条件变差，刀具 寿命下降，甚至会造成崩刃。
金属切削原理.doc
第1章、第2章金属切削原理是非题1.金属切削刀前角、刃倾角均有正负之分。
（√）2.零件的表面层金属发生冷硬现象后，其强度和硬度都有所增大。
（√）3.在中等速度切削加工时，热效应使硬质合金刀具产生磨损，其主要形式包括：相变磨损、扩散磨损和氧化磨损。
（x ）4.切削力随着切削速度增加而增加。
（ x ）名词解释1. 积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续性切削的情况下，加工钢料等塑性材料时，常在前刀面切削处黏着一块剖面呈三角形的硬块。
2．后角γ3．刀具耐用度填空题1．磨削加工时，提高砂轮速度可使加工表面粗糙度数值变小，提高工件速度可使加工表面粗糙度数值变小，增大砂轮粒度号，可使加工表面粗糙度数值变大。
2．金属切削刀具的磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损、前刀面和后刀面同时磨损、化学磨损几种形式。
3．金属切削加工时，切屑沿前刀面变形称第2变形区，其特点是使靠近前刀面处的金属纤维化，纤维化方向基本上和前刀面平行。
4．金属切削加工时，切屑第3变形区是指以加工表面变形，其特点是产生变形和回弹，造成表面金属纤维化与加工硬化 . 。
5．切削三要素是指金属切削过程中的1）切削速度、2）进给量和3）背吃刀量三个重要参数，其中对刀具寿命影响最大的是4）切削速度。
6．刀具前角大，则刀具强度 1）降低；增大刀具主偏角和副偏角，则已加工表面粗糙度 2）增大。
7.常用刀具材料是1）硬质合金 2）高速钢，后者适合制造复杂刀具，前者韧性不足且工艺性差。
8．拉削图形指拉刀从工件上把拉削余量切下来的顺序，通常都用图形表达，可分为1）分层式 2）分块式 3）综合式。
10．材料的切削加工性指工件材料加工的难易程度，它是一个相对的概念。
11．材料的相对加工性Kr值越大，则这种材料越容易加工。
12．金属切削加工时，后刀面和已加工表面的挤压和摩擦称第第三变形区，其结果使加工表面晶粒纤维化和加工硬化。
13．金属切削过程中切削力的来源主要有两个，即切削层金属、切屑和工件表层金属的弹塑性变形所产生的抗力和刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。
2011切削原理11-15精品文档77页
3.1.1 切屑的形成过程
挤压与切削
正挤压：金属材料受挤压时，最大 剪应力方向与作用力方向约成45°
偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
45° M A F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
切削：与偏挤压情况类似。弹性变 形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应 力与滑移量继续增大，达到断裂强度 →切屑与母体脱离。
滞流层
平行于前刀面的纤维层，其变形程度比切屑上层大几倍 到几十倍。
应力分布
图3-9 切屑和前刀面摩擦情况示意图
13
3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤
积屑瘤成因
◆ 一定温度、压力作用下，切屑底层与前刀面发生粘接； 摩擦力>切屑材料内部结合力 ◆ 粘接金属呈楔形，严重塑性变形，产生加工硬化。
积屑瘤形成过程
第3章 切削与磨削原理
本章要点
切屑的形成过程 切削力及其影响因素 切削热与切削温度 积屑瘤、残余应力和 加工硬化 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择
1
机械制造技术基础
第3章 切削与磨削原理 Cutting and Grinding Theory
3.1 切削过程
2
切削过程
刀具从工件表面切除多余材料,从切屑形成开始到已加工 表面形成为止的完整过程。
LD
◆ 变形系L 数 越LLc大Dh ，剪（切3-2角）越小。图3-8 切屑与切削层尺寸
当γ0 = 0～30°，Λh ≥1.5时， Λh与ε相近。
当γ0 <0或Λh <1.5时，Λh不适用
11
3.1.3 前刀面上刀-屑的摩擦与积屑瘤
《金属切削原理》第1章[基本定义]
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第一章基本定义第一节概述一、切削加工的定义切削加工：使用切削工具从毛坯上切除多余的材料，从而获得具有一定形状、精度和表面质量的零件。
二、实现切削加工的条件1、刀具与工件之间的相对运动；2、刀具具有一定的空间几何形状；3、满足切削需要的刀具材料性能。
三、金属切削加工的重要性机械制造中所用的工作母机80％～90％为金属切削机床1957年美国钢产量1亿吨1500万吨变成切屑四、切削加工的种类车、铣、刨、磨、钻、镗、铰、拉五、切削加工的发展史秦铜车马轴承磨削汉五铢钱车削；弩机工具（钻、锉）1668 明马拉铣床脚踏砂轮制作天文仪器1775 英加工蒸汽机汽缸汽缸镗床1818 美铣床1865前后各种机床出现（车、刨、插、齿轮、螺纹）1864 法刀具几何形状对切削力的影响1870～1877 俄切屑形成和种类1898 美高速钢1927 德硬质合金1932 美切削用量手册1960以后涂层刀具、陶瓷刀具等出现五、本课程在专业教学中的地位切削原理→刀具→机制工艺第二节切削运动与切削用量一、切削运动按其所起作用分为主运动进给运动1、主运动使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动特点：速度最高、消耗功率最大、回转或直线运动、连续或往复运动、只有一个2、进给运动使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成工件表面的运动特点：速度低、消耗功率小、回转或直线运动、连续或间歇运动、可能不止一个（拉削无）二、工件上的三个表面（切削过程中，通常存在）1、待加工表面工件上即将被切除的表面，逐渐减小，直至切去2、已加工表面刀具切削后形成的新表面，逐渐扩大3、过渡表面（加工表面）刀刃正切削着的表面，处于两者之间，不断改变三、切削层参数切削层：工件上正被刀具切削着的一层金属切削层横截面：切削层被Pr截得的截面切削层参数：切削层公称厚度hD：⊥过渡表面度量切削层公称宽度bD：∥过渡表面度量切削层公称面积AD：切削层横截面面积切削层参数决定刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小四、切削用量三要素包括切削速度v、进给量f、被吃刀量（切削深度）ap1、切削速度 v切削加工时，刀刃上选定点相对工件的主运动速度线速度 m/s 或 m/min v＝πdn/1000d：选定点的旋转直径mmn：主运动转速r/s或r/min2、进给量 f工件或刀具的主运动每转或每行程时，工件和刀具之间在进给运动方向上的相对位移量f：进给量mm/r 或 mm/str（双行程）vf：进给速度vf＝nf mm/s 或 mm/minfz：每齿进给量f=Z²fz3、背吃刀量 ap在同时垂直于主运动和进给运动方向的方向上度量的切削层尺寸mm ap=(dw-dm)/2作业：分析各种加工方式的切削运动和切削用量作业：标注各种切削加工的切削层参数第三节刀具的组成一、刀具的组成装夹部分（刀柄、刀杆）用于正确安装在机床上的部分切削部分（刀头）前刀面 Aγ主切削刃 S后刀面 Aα副切削刃 S'副后刀面 Aα' 过渡刃（刀尖）进给运动主运动二、刀面Aγ：切屑沿其流出的刀面Aα：与工件上过渡表面对应的刀面Aα'：与工件上已加工表面对应的刀面三、刀刃S：Aγ与Aα相交得到的边锋，完成主要金属切削工作S'：Aγ与Aα'相交得到的边锋，协同S完成工作，最终形成已加工表面过渡刃：连接S与S'的一段刀刃（直线或圆弧）作业：制作车刀模型（类型、材质自定）第四节刀具的几何参数一、切削角度与相应的参考系1、角度标注角度：图纸上标注的角度 刃磨角度 静态角度 工作角度：刀具在实际工作状态下的角度 动态角度 2、参考系标注参考系：用来定义刀具标注角度的参考系，以刀具结构为基础，建立在刀具假定安装位置和假定切削运动基础上工作参考系：用来定义刀具的工作角度的参考系，建立在刀具实际安装位置和实际切削运动基础上 3、标注参考系的假定条件（因刀具不同而不同）： 回转刀具：进给运动速度的方向⊥或∥于刀具轴线车刀：进给运动只考虑方向，不考虑大小（即不考虑合成切削运动） 刀刃上选定点与工件中心等高 刀杆⊥工件轴线 二、刀具的标注参考系1、正交平面参考系（主剖面参考系） Pr Ps Po （Po 系） Pr （基面）：过S 上选定点，与假定v 方向⊥的平面 Ps （切削平面）：过S 上选定点，与S 相切且⊥Pr 的平面 Po （正交平面）：过S 上选定点，⊥Pr 和Ps 的平面2、法平面参考系（法剖面参考系） Pr Ps Pn （Pn 系） Pn （法平面）：过S 上选定点，⊥S 的平面3、背平面和假定工作平面参考系（进给切深剖面参考系） Pr Pp Pf （Pf 系） Pf （假定工作平面）：过S 上选定点，⊥Pr，∥vf 方向的平面 Pp （背平面）：过S 上选定点，⊥Pf 和Pr 的平面PrPsPovPoPsPrPrPsPnv Pn 与Pr 交线PsPr4、前后刀面正交剖面参考系（最大前角最小后角参考系） Pr 、Pg 、PbPg （前刀面正交剖面）：过S 上选定点，⊥Pr，⊥A γ的平面 Pb （后刀面正交剖面）：过S 上选定点，⊥Pr，⊥A α的平面P －P 剖面 (P p ) N －N 剖面 (P n )P s 与P p 的交线 P ｓ与P r 的交线P n 与P r 的交线 P rP rR 视图(P r )P r P rO －O 剖面(P o ) RRS S 'S 'S 视图 (P s )PPP pP pP n 与P s 的交线oP o P nP f oP o P r 切削刃上选定点O OFFNNA αA αA αA αA γA γA γ A γγpβpa p++ ++ + +－ － － －－－++－－a f βfγf v fva o βoγoa nP s +－ k rr K 'εrγnβnλs F －F 剖面(P f )S三、刀具的标注角度 1、Po 系的标注角度 κr （主偏角）：Pr 中度量Ps 与Pf 的夹角 λs （刃倾角）：Ps 中度量S 与Pr 的夹角 γo （前角）：Po 中度量Pr 与A γ的夹角 αo （后角）：Po 中度量Ps 与A α的夹角 在S'上建立Po'系得到角度 αo'（副后角）：Po'中度量Ps'与A α'的夹角PrPp PfvPfPpPrκr'（副偏角）：Pr'中度量Ps'与Pf 的夹角 角度的作用：λs 、γo 确定A γ空间位置 κr 、αo 确定A α空间位置 κr'、αo'确定A α'空间位置 λs 、κr 确定S 空间位置 六个独立角度λs 、γo 、κr 、αo 、κr'、αo' 三个派生角度 βo （楔角）：Po 中度量A γ与A α的夹角 γo+βo+αo ＝90° ψr （余偏角）：Pr 中度量S 与Pp 的夹角 κr+ψr ＝90° εr （刀尖角）：Pr 中度量S 与S'的夹角 κr+εr+κr'＝180° 2、Pn 系的标注角度 六个独立角度λs 、κr 、κr'、γn 、αn 、αn' γn （法前角）： Pn 中度量A γ与Pr 的夹角 αn （法后角）： Pn 中度量Ps 与A α的夹角 αn'（副法后角）： Pn'中度量Ps'与A α'的夹角 3、Pf 系的标注角度 六个独立角度γp 、αp 、γf 、αf 、αf'、αp'、 γp （背前角）： Pp 中度量A γ与Pr 的夹角 αp （背后角）： Pp 中度量Ps 与A α的夹角 γf （侧前角）： Pf 中度量A γ与Pr 的夹角 αf （侧后角）： Pf 中度量Ps 与A α的夹角 αf'（副侧后角）： Pf'中度量A γ'与Pr'的夹角 αp'（副背后角）： Pp'中度量Ps'与A α'的夹角作业：绘制模型刀具的测绘图（标注各参考系独立角度）课堂练习：在90度左偏车刀建立参考系，标注角度。
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机械制造工程学
金属切削原理
授课：张传伟
2020年1月10日星期五
西安科技大学机械制造工程学院
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1 金属切削原理
本讲提要
基本定义 切削运动和切削用量 刀具组成
本讲重点
切削运动 切削用量三要素 刀具组成要素（三面二刃一尖）
2020年1月10日星期五
西安科技大学机械制造工程学院
2020年1月10日星期五
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Байду номын сангаас
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(1)主运动
【主运动】由机床提供的刀具与工件间主要的相对运动， 它使刀具切削刃极其毗邻的刀具表面切入工件材料,从而 形成工件新表面的运动
【主要特征】速度高、消耗功率大、通常只有一个 【形式】直线或旋转 【状态】连续或间歇 【主运动方向】在不考虑进给运动的条件下，切削刃上选
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1.1基本定义
• 金属切削过程
工件与刀具相互作用的过程
• 金属切削加工
用刀具从工件表面上切除多余的材料，使工件 的几何形状、尺寸精度、表面质量等各个方面均符 合技术要求，同时要求高质量，高效率，低成本。
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1.1基本定义
• 实现切削过程的三个条件 切削运动
【主要特征】速度低、消耗功率小、可以有多个 【形式】直线或旋转，或他们的组合 【状态】连续或间歇 【进给运动方向】不考虑主运动的条件下，切削刃上选定
点相对于工件的瞬时运动方向。 【进给速度vf 】切削刃上选定点相对于工件的进给运动
的瞬时速度。
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• 其中： dw—工件待加工表面的直径(mm)； dm—工件已加工表面的直径(mm)。
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(4)切削用量三要素
切削速度vc 进给量f 背吃刀量（切削深度）ap
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切削加工的成形运动
在切削和磨削加工中，工件表面的形状、尺寸及相互 位置关系是通过刀具相对于工件的运动形成的。按照在切 削过程中所起的作用，切削运动可分三类：
进给量f
在主运动每转一转或往返一行程时，刀具在进给运动方 向上相对于工件的位移量，单位是mm/r(用于车削、镗 削等)
往复直线运动＿mm/d.str(毫米/双行程，double stroke) (刨削、磨削)。
进给量表示进给运动的速度。进给运动速度还可以用进 给速度Vf（单位mm/s) 每齿进给量fz(铣刀、铰刀等多刃刀具，单位是mm/齿)表 示。
Vf=nf=n其zf中z ： n—主运动的转速(mm/s)； z—刀齿齿数。
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(3)合成切削运动
合成切削运动： 由主运动和进给运动合成的运动
合成切削运动方向： 切削刃上选定点相对于工件瞬时合成切削运动
的方向 合成切削运动速度ve：
切削刃上选定点相对于工件沿合成切削运动的瞬时速度 合成切削速度角η ：
瞬时主运动方向与合成切削运动方向之间的夹角 进给运动角φ :
瞬时主运动方向与进给运动方向之间的夹角
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外圆车削的切削运动
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平面刨削的切削运动
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此刀具切削刃上某一点与工件的相对运动应是上述两运动 的合成。其合成速度 。
•1.1.1.1工件加工表面
在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变 化的表面。 待加工表面 [工件上即将切除的表面] 已加工表面 [工件上已经切除而形成的新表面] 过渡表面(切削表面) [工件上正在切削的表面，
介于已加工表面和待加工表面之间]。
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1）主运动 直接切除工件上的切削层，以形成工件新 表面的基本运动。主运动通常是切削运动中速度最高、消 耗功率最多的运动，且主运动只有一个。主运动的速度以 表示，称作切削速度。
2）进给运动 是指不断地把切削层投入切削的运动。它 的速度较低。进给运动可能是连续性的运动，也可能是间 歇性的。进给运动有时仅有一个，但也可能有几个。进给 运动的速度用进给量f或进给速度vf表示。
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外圆车削的加工表面
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平面刨削的加工表面
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1.1.1.2 切削运动
切削运动 刀具与工件间的相对运动（即表面成
形运动） 切削运动可分为主运动和进给运动。 主运动和进给运动的向量和称为合成切 削运动
• 车削外圆时的切削速度计算公式： V=π dwn/1000 其中: dw—工件待加工表面的直径(mm)； n—工件的转速(r/s)。
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(2)进给运动
【进给运动】使主运动能够依次或连续进行，切除工件上 多余材料, 形成满足一定要求的已加工表面的运动
工件与刀具之间要有相对运动
刀具的切削性能
刀具材料必须具备一定的切削性能
刀具的切削角度
刀具必须具有合理的几何参数
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工件加工
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1.1.1切削运动与切削用量
定点相对于工件的瞬时运动方向 【切削速度vc】切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬
时速度
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切削速度vc
• 刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的速度， 单位为m/s。
–由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时 常用最大切削速度代表刀具的切削速度。
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背吃刀量（切削深度）ap
• 在垂直于主运动方向和进给方向的工作平面内测量 的刀具切削刃与工件切削表面的接触长度。
• 注：它是主切削刃的工作长度在包含主运动和进给 运动速度的平面的垂线上的投影长度。
• 对于外圆车削，背吃刀量为工件上已加工表面和待 加工表面间的垂直距离，单位为mm。
•
ap=(dw-dm)/2