机械加工基础知识

金属切削原理与切削刀具

一、概述

(一)机械制造——将原材料制成“机械零件”并装配成“机器”的一系列活动。

机械制造流程：

1、市场调研→确定产品→策划→预设机构、部门；

2、图样设计→编制工艺→试制→设施厂房、设备、工装；

3、原材料采购→毛坯制造（铸造、锻压、冲压等）→热处理→机械加工（零

件制作）→装配→调试→产品销售市场。

（二）切削加工的分类

切削加工是利用切削工具从工件上切去多余材料的加工方法。通过切削加工，使加工变成符合图样规定的形状、尺寸和表面粗糙度等方面要求的零件。切削加工分为机械加工和钳工两大类。

1.机械加工是利用机械力对各种工件进行加工的方法。它一般是通过工人

操纵机床设备进行加工的，其方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、珩削、超精加工和抛光等。

2.钳工加工一般在钳台上以手工工具为主，对工件进行加工的各种方法。（三）.切削加工的特点和作用

切削加工具有如下主要特点：

1.切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛，且可获得很高的加工精度和很

低的表面粗糙度。

2.切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的范围较大。

3.切削加工的生产效率较高。

4.切削过程中存在切削力，刀具和工件均具有一定的强度和刚度，且刀具材

料的硬度必须大于工件材料的硬度。

正是因为上述第四个特点，限制了切削加工在细微结构和高硬高强等特殊材料加工方面的应用，从而给特种加工留下了生存和发展的空间。

（四）切削加工的发展方向

随着科学技术和现代工业日新月异的飞速发展，切削加工也正朝着高精度、高效率、自动代、柔性化和智能化方向发展，主要体现在以上三个方面：

1.工设备朝着数控技术、精密和超精密、高速和超高速方向发展。

2.具材料朝超硬刀具材料方向发展。

3.生产规模由目前的小批量和单品种大批量抽多品种变批量的方向发展，生产

方式由目前的手工操作、机械化、单机自动化、刚性流水线自动化向柔性自动化和智能自动化方向发展。

二、金属切削过程及切削原理

（一）.金属切削—是指机械零件中金属（黑色金属和有色金属）制品成形过程；是机械零件加工中主要部分；即：通过“机床与刀具的相对运动”，切去坯件上多余的金属材料，获得形状、位置、尺寸和表面质量符合设计图样预期要求的机械零件的全过程；

金属切削过程——材料变形的过程：金属切削过程中，刀具与工件作相对运动。在运动力（切削力）的作用下，金属材料表层首先受到刀具的挤压，发生了弹性变形，当切削力超过被切材料的弹性极限时，便发生了塑性变形（塑性材料），内部组织受到破坏，在切削力的继续作用下，金属层就被挤下来。所以说：切屑不是切下来，而是被挤下来。因此切削过程，实际上是个材料变形过程。这个变形过程对被切材料的化学成份、物理性能、机械性能、热处理状态有关，也对刀具材料的性

能和刀具的几何角度有关，还对机床的刚性、工艺系统的刚性、冷却液都有关。因此是一个相当复杂的过程。在生产实践中逐个的去认识它、分析它，也是衡量对金属切削加工理解深浅的标准。

如：①被切材料是（钢、铝、紫铜等）塑性较大的材料，切削过程有四个阶段；

即：挤压（弹性变形），滑移（塑性变形）挤裂和切离而变成切屑；

②被切材料是（铸铁、青铜等）脆性较大的材料，切削过程只有三个阶段；

即：挤压、挤裂和切离，因为脆性材料未经塑性变形就被挤裂。

当然：切削过程中的各个阶段是连续的，非常复杂的，我们暂时不作分析。

只是对刀具有关的问题作一简单的说明——也就是磨擦和发热。

由于切削过程中，刀具前刀面与切屑的强烈磨擦，刀具主后面与切削表面的磨擦，刀具付后面与已加工表面的磨擦。上面这些磨擦属于——外磨擦。

切削过程中，在高温高压、剧裂的变形中，材料内部分子间也发生了剧烈的磨擦这属于——内磨擦。

由于外磨擦和内磨擦产生了很高的热量，当切削热超过刀具的红热极限温度时，刀具就失去切削能力。为了降低切削热，就要减小切屑变形和磨擦。故是分析刀具材料、几何角度之前必须搞清的问题。

从切屑变形过程中可以知道：增大前角、主后角、付后角可以减小外磨擦，同时减小内磨擦（减小切屑变形）。因而减小发热，有利于切削，有利于提高刀具耐用度。但前角和后角增大，契角减小，

刀具强度降低，所以是矛盾的两个方

面。因此如何合理地选择刀具材料、几

何角度和切削用量是金属切削中一门主

要的技术。右图是切削过程中材料变形

的示意图：切削过程示意图

（二）切屑的形状 ① 崩碎切屑：（脆性材料）象：铸铁、青铜等

② 挤裂切屑：（硬性材料）象：高碳钢、淬硬钢、铝铁青铜、有些铸造铝合金也属挤裂切屑。

带状切屑：（塑性材料或韧性材料），如：低碳钢、低碳合金钢、不

锈钢、硅钢、镍铬钢、软铝、紫铜等。

（三）切削加工中的必备条件：

1..工件与刀具必须有相对运动；

2. 刀具连续不断的进给（纵向、横向、斜向或圆周）；

3. 主运动和辅助运动如何定义？

一般：车、铣、镗、磨等----旋转运动为主运动，进给为辅助运动；

创、扦、拉等-----直线运动为主运动，间接进给为辅助运动；

（四）切削力的计算：

切削过程中，被切金属层变形和磨擦产生了阻力——这个力称为切削力；机床必须具备足够的动力，这个动力必须大于被切材料分子结合力才能从母体上切下切屑。

刀具对被切层的挤压，迫使被切层产生弹性变形与塑性变形的力——称于变形抗力；由于切屑沿着刀具前面流出，产生了磨擦力，刀具后面与工件磨擦也产生了磨擦力，这些力合起来就是总的切削力；用P 来表示，

即：P = P 2z+Px 2+Py 2 ；

Pz--主切削力：作用在切削速度方向上，消耗动力占总切削力的90%以上因

此设计机床、夹具、刀杆、刀具、刀片和选择切削用量时主要考虑Pz 。

切

屑

的

形

状