第一章切削加工的基本要素
第一章金属切削过程的基础知识
进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位 移，单位是mm/r（毫米/转）。
对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行 工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一 个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。
1.1.2.3 刀具工作角度的参考系
上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主 运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考 系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角 度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合
成切削运动方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。
例如，图1.10所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于
tanγn =tanγ0.cosλs cotαn =cotα0.cosλs
1.1.3.1主剖面与法剖面内的角度换算
以前角计算公式为例，公式推导如下：
tan n
ac Ma
tan o
ab Ma
tan n tan o
ac Ma Ma ab
ac ab
coss
tan n tan o cos s
1.1.3.2 主剖面与任意剖面的角度换算
（3）合成运动与合成切削速度
当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一 点相对工件的运动称为合成切削运动，其大小与方向用 合成速度向量ve表示。如图1.3所示，合成速度向量等 于主运动速度与进给运动速度的向量和。即
ve=vc+vf
(1.1)
图1.3 切削时合成切削速度
1.1.1.2 切削用量三要素
合成切削运动方向ve不同，后刀面与加工表面之间的接触
金属切削加工的基本知识
进给速度vf是单位时间内刀具对工件沿进给方
向的相对位移，单位是mm/s或mm/min。
进给量f是工件或刀具每回转一周时两者沿进
给运动方向的相对位移，单位是mm/r。
二者关系：
vf=f×n
切 削 用 量 三 要 素
（3）背吃刀量 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距 离，单位为mm。 外圆柱表面车削的深度可用下式计算： ap=（dw-dm）/2 mm 对于钻孔工作 ap=dm/2 mm 上两式中 dm——已加工表面直径（mm） dw—— 待加工表面直径（mm）
（3）金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，分天然和人造两种。
特点：
耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、
高耐磨的材料；
其热稳定性差， 强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。
（4）立方氮化硼
由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。
切 削 层 横 截 面 要 素
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的 截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的 负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (λs= 0)
ac＝ f sinκr
2. 切削宽度 aw
aw＝ ap/sinκr
3. 切削层面积 Ac ( κr = 0)
特点：Leabharlann 有很高的硬度及耐磨性； 热稳定性好，可用来加工高温合金； 化学惰性大，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁； 有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第二节 金属切削过程中的基本规律
一、切削变形
1.变形区的划分
《金属切削原理与刀具》知识点总结
I 切削原理部分第1章刀具几何角度及切削要素1、切削加工必备三个条件：刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能2、切削运动：刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。
分为主运动和进给运动。
1）主运动是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。
有且仅有一个。
运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动）直线运动（刨削、拉削的刀具运动）运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。
2）进给运动：使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去的运动。
进给运动的速度一般较低，功率也较少。
其数量可以是一个，也可以是多个。
可以是连续进行的，也可以是断续进行的。
可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。
运动形式：连续运动：如车削；间歇运动：如刨削。
一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；没有进给运动，如拉削。
运动主体：工件，如铣削、磨削；刀具，如车削、钻削。
3、切削用量切削用量是指切削速度c v 、进给量f （或进给速度）和背吃刀量p a 。
三者又称为切削用量三要素。
1）切削速度c v （m／s 或m／min）：切削刃选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。
主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定1000dn v c π=式中：d-工件或刀具的最大直（mm）n-工件或刀具的转速(r/s 或r/min)2）进给量f：工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mm／r（或mm／双行程）。
3）背吃刀量p a （切削深度mm）2m w p d d a -=式中:w d -工件上待加工表面直径（mm）；m d -工件上已加工表面直径（mm）。
4、工件表面：切削过程中，工件上有三个不断变化的表面待加工表面：工件上即将被切除的表面。
过渡表面：正被切削的表面。
下一切削行程将被切除。
己加工表面：切削后形成的新表面。
5、刀具上承担切削工作的部分称为刀具的削部分，刀具切削部分由一尖二刃三面组成。
第一章 金属切削基本知识
刀具角度对加工过程的影响
1. 前角（0） ① 减小切屑的变形；
作用 ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
a .减小切削力和切削热； 所以 0 ： b .减小刀具的磨损；
c .提高工件的加工精度和表面质量。
0
0选择：
加工塑性材料和精加工—取大前角（ 0 ） 加工脆性材料和粗加工—取小前角（0 ）
前角（0）可正、可负、也可以为零。
➢ 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
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
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
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
c）切削
后角（ 0）只能是正的。
精加工： 0= 80~120 粗加工： 0= 40~80 3 . 主偏角（kr）
作用：改善切削条件，提高刀具寿命。
减小kr：当ap、f 不变时，则 aw 、ac — 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
dw
ap
dm
但减小kr
Fy 、
n
Fx ，加大工件的变形
挠度，使工件精度降
化学惰性
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
耐磨性 低 加工质量
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
机械加工知识
山东峨嵋冶金耐火材料制品有限公司员工培训教材机械加工常识机械部主编：张伟第一章切削加工常识第一节切削要素及其选择一、切削用量切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量的总称，一般叫做切削三要素。
在切削加工中，需要根据不同的工件材料、刀具材料和其他技术、经济要求来选择适宜的切削用量。
其分别定义如下：1、切削速度是指刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度（大多数切削的主运动采用回转运动）。
回转体（刀具或工件）上选定点的切削速度υc(单位是m/min或m/s)的计算公式为：υc = πdn/1000式中 d——工件或刀具上选定点的回转直径(mm)；N——工件或刀具的转速（r/s或r/min）。
当转速n一定时，刀具切削刃各点的切削速度不同。
考虑到切削用量将影响刀具的磨损和已加工表面质量等，确定切削用量时应取最大的切削速度，如外圆车削时应取待加工表面的切削速度；钻头钻孔，应取钻头外径的切削速度。
切削速度对刀具的使用寿命影响很大，例如用硬质合金车削，当切削速度为80米/分钟时，刀具使用寿命是60分钟，而切削速度提高为160米/分钟时，刀具寿命只有3.75分钟，相差16倍。
这是随着切削速度提高，切削温度提高很快，摩擦加剧，使刀具迅速磨损。
切削速度由刀具材料的耐热性决定，同时受被加工材料的加工性影响很大。
例如一把铣刀铣合金钢时选用8米/分钟的切削速度，而铣削铝合金时，同一把铣刀可达到200米/分钟。
由于切削速度决定了刀具耐用度和工件的加工质量，所以非常重要。
若要用切削速度求转速：n =υc×1000 / πd 80×1000 80000 例如φ100圆钢，80m/min，求转速n，则 n = ————— = ————≈255转2、进给量（走刀量）πd 314 进给量包括进给速度和每齿进给量。
进给速度进给速度是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，符号用f，单位mm/r（毫米/转）。
第一章切削加工基础知识
第⼀章切削加⼯基础知识第⼀章切削加⼯基础知识⼀、本章的教学⽬的与要求本章主要介绍了机械加⼯基础知识。
重点应掌握切削运动及切削⽤量概念；切削⼑具及其材料基本知识；切削过程的物理现象及控制；砂轮及磨削过程基本知识；材料切削加⼯性概念；机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量的概念等。
掌握本章内容为后续内容的学习打基础，为初步具备分析、解决⼯艺问题的能⼒打基础，为学⽣了解现代机械制造技术和模式及其发展打基础。
学⽣学习本章要注意理论联系⽣产实践，才能更好体会，加深理解。
可通过课堂讨论、作业练习、实验、校内外参观等及采⽤多媒体、⽹络等现代教学⼿段学习，以取得良好的教学效果。
为学好本章内容，可参阅邓⽂英主编《⾦属⼯艺学》第4版、傅⽔根主编《机械制造⼯艺基础》(⾦属⼯艺学冷加⼯部分)、李爱菊等主编《现代⼯程材料成形与制造⼯艺基础》下册及相关机械制造⽅⾯的教材和期刊。
⼆、授课主要内容1切削运动和切削要素主要学习零件表⾯的形成、切削运动、切削⽤量、切削层参数2切削⼑具和切削过程主要学习切削⼑具材料、车⼑、刨⼑、镗⼑、⿇花钻、铣⼑的结构及⼑具⼏何⾓度，切削的形成及形态、积屑瘤、切削⼒、切削热和切削温度、⼑具磨损和⼑具耐⽤度3磨具和磨料切削主要学习磨具和磨削原理4材料的切削加⼯性主要学习衡量材料切削加⼯性能的指标、常⽤材料的切削加⼯性、改善材料切削加⼯性的⽅法5机械加⼯⼯艺过程基本概念主要学习⼯艺过程的基本概念、⼯件的安装和夹具、基准及其选择原则、⼯件在夹具中的定位6机械加⼯质量的概念主要学习机械加⼯精度、机械加⼯表⾯质量三、重点、难点及对学⽣的要求（掌握、熟悉、了解、⾃学）让学⽣重点掌握切削运动及切削⽤量概念、切削⼑具及其材料基本知识、切削过程、砂轮及磨削过程、材料切削加⼯性、机械加⼯⼯艺过程基本概念；机械加⼯质量等概念。
四、要外语词汇主运动：primary motion进给运动：feed movement车⼑：turning tools⼑具材料：cutting tools materials切削过程：cutting process磨具：abrasive grinding tools表⾯质量：machining quality of machined surfaces五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、⽰数等）主讲（板书）+课堂讨论+作题练习+实验+多媒体课件+实物六、复习思考题1.试说明下列加⼯⽅法的主运动和进给运动：a.车端⾯；b.在钻床上钻孔；c.在铣床上铣平⾯；d.在⽜头刨床上刨平⾯；e.在平⾯磨床上磨平⾯。
切削加工概论
三、机床的切削运动
1、机床的切削运动
主运动：切除工件上的切削层，使之成为切屑，形成工件新表 面的运动。 进给运动：使切削层不断投入切削的运动。
a)车削 b)钻削 c) 铣削 d)刨削 e)磨削 f)滚齿 图1.2 切削运动简图
几种典型机床的切削运动见表1.1。 表1.1 几种典型机床的切削运动
（二）、切削加工的特点和作用
切削加工的精度和表面粗糙度范围广泛。 切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量范围较大。 切削加工的生产率较高。 切削加工存在切削力，刀具和工件均需具有一定刚度 和强度，且刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度
（三）、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、自动化、柔性化和智能化 方向发展，体现在以下三方面：
切削用量三要素：切削速度、进给量、吃刀量（背吃刀量、侧吃刀 量、进给吃刀量） （1）切削速度 ①主运动为回转运动： c v
c（切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度）
(m s) v c dn (m min ) 1000 60 1000
dn
d－切削刃选定点处工件或刀具直径，mm。 n－工件或刀具的转速，r/min。
退火或正火 调质 淬火 磨削加工
毛坯
粗加工
半精加工 刀具精加工 时效
精密加工
超精密加工
二、零件的种类及组成
1、零件的种类 按结构可分类6类（1）轴类（2）盘套类（3）支架箱体类 （4）六面体类（5）机身机座类（6 ）特殊类零件 2、组成零件的表面 组成零件常见的表面有外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、 齿形、成形面及各种沟槽等。
圆柱面
圆锥面
回转体成形表面 平面
金属切削加工的基本知识
第一章金属切削加工的根本学问教学方法导入课：金属切削加工，通常又称为机械加工，是通过刀具与工件之间的相对运动，从毛坯上切除多余的金属，从而获得合格零件的加工方法。
切削加工的根本形式有：车、铣、刨、磨、钻等，包括钳工加工〔錾、锉、锯、刮削、钻孔、铰孔、攻丝、套丝等〕一般状况下，通过铸造、锻造、焊接及轧制的型材毛坯精度低和外表粗糙度大，必需进展切削加工才能成为零件。
本章主要介绍金属切削加工中的根本规律和现象。
讲授课：第一节金属切削加工的根本概念一、切削运动和切削要素1、切削运动切削运动是为了形成工件所必需的刀具和工件之间的相对运动。
切削运动按其作用不同，分为主运动和进给运动。
（1）主运动是切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动；一般切削运动中，主运动只有一个。
各种机械加工的主运动：车削：工件的旋转铣削：铣刀的旋转刨削：刨刀〔牛头刨〕或工件〔龙门刨〕的往复直线运动钻削：刀具〔钻床上〕或工件〔车床上〕的旋转。
（2）进给运动是使的切削层金属不断地投入切削，从而切出整个外表的运动；进给运动可以是一个或多个。
各种机械加工的进给运动：车削：刀具的移动铣削：工件的移动钻孔：钻头沿轴向移动内外圆磨削：工件旋转和移动切削加工过程中，为实现机械化和自动化，提高效率，除切削运动外，还需要关心运动。
如切入运动，空程运动，分度转位运动、送夹料运动及机床掌握运动等。
切削过程中形成三个外表：待加工外表、加工外表、已加工外表2、切削要素包括切削用量和切削层横截面要素。
（1）切削用量三要素1）切削速度v是主运动的线速度〔m/s 或m/min 〕a = d w旋转主运动：2） 进给速度 v f 或进给量 fv f ：单位时间内刀具对工件沿进给方向的相对位移〔 mm/s或 mm/min 〕进给量 f ：工件或刀具每转一周，刀具对工件沿进给方向的相对位移。
〔mm/r 〕切削时间 t = L/v f = L/nf3〕背吃刀量 a p 〔切削深度〕工件已加工外表和待加工外表的垂直距离〔mm 〕 教学方法 外圆车削： - d p 2钻孔： a = d mp 2合成切削运动 ：v e = v +v f 〔向量的关系〕（2） 切削层横截面要素切削层是指刀具与工件相对移动一个进给量时，相邻两个加工外表之间的金属层，切削层的轴向剖面称为切削层横截面。
切削加工基本知识
切削加工基本知识第一节概述一、切削加工切削加工是用工具去除毛坯上多余的材料，以获得具有所需要的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度的零件的加工方法。
切削加工通常分为机械加工（简称机加工）和钳工两大类。
机械加工是通过操纵机床对工件进行的切削加工，如车、铣、刨、磨、镗、钻、拉、插及齿形加工等。
由于现代机械产品的精度和性能要求越来越高，对零件的加工质量也提出了更高的要求。
目前除少数零件采用精铸、精锻或粉末冶金直接获得外，绝大部分零件都需经过切削加工才能保证其精度。
因此，掌握切削加工的基本规律，正确地组织生产，对于实现优质、高产、低耗有着十分重要的意义。
钳工一般是指手持工具进行的装配、维修或切削加工，如划线、錾、锯、锉、刮研、攻螺纹和套螺纹等。
虽然钳工使用的工具简单，操作灵活，加工方法多种多样，但生产率低，劳动强度大，因而只有在装配和维修时，才比较经济和方便。
随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，钳工工具和操作方法也在不断改进和发展。
要实现切削过程，必须具备以下3 个条件：（1）工件与刀具之间要有相对切削运动；（2）刀具材料必须具有一定的切削性能；（3）刀具必须具有合理的切削角度。
二、切削运动和切削用量（一）切削运动切削加工是靠刀具和工件之间作一定的相对运动来实现的，这个相对运动称为切削运动，它包括主运动和进给运动。
1．主运动形成机床切削速度或消耗主要动力的运动叫主运动。
没有这个运动，切削加工就无法进行。
它可以是旋转运动，也可以是往复直线运动，如车削时工件的旋转，钻、铣、磨削时刀具的旋转，刨削时（牛头刨）刨刀的往复直线运动等都是主运动。
2．进给运动使工件多余的材料不断投入切削的运动叫进给运动。
没有这个运动，就不能进行连续切削。
它可以是直线运动、旋转运动或两者的组合，如车削和钻削时刀具的移动，铣、刨（牛头刨）时工件的移动，磨外圆时工件的旋转和轴向移动等。
无论那种切削加工，都必须有主运动和进给运动，但主运动只有一个，而进给运动可以有多个。
机械制造技术课后习题及答案
机械制造技术习题第一章金属切削加工的基本知识1-1，切削加工由哪些运动组成？它们各有什么作用？析：切削加工由主运动和进给运动组成。
主运动是直接切除工件上的切削层，使之转变为切削，从而形成工件新包表面。
进给运动是不断的把切削层投入切削，以逐渐切除整个工件表面的运动。
1-2，何为切削用量?简述切削用量的选择原则。
析：切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。
与某一工序的切削用量有密切关系的刀具寿命，一般分为该工序单件成本最低的经济寿命和最大生产率寿命两类。
原则：一般是提高刀具耐用度的原则，并且保证加工质量。
粗加工时，大的切削深度、进给，低的切削速度；精加工时，高的切削速度，小的切削深度、进给。
1-3,常见的切削类型有几种？其形成条件及加工的影响是什么？析：切削加工就是指用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。
楼主想要了解的是不是切削加工的分类金属材料的切削加工有许多分类方法。
常见的有以下3种。
按工艺特征区分切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构以及切削工具与工件的相对运动形式。
按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。
按切除率和精度分可分为：①粗加工：用大的切削深度，经一次或少数几次走刀从工件上切去大部分或全部加工余量，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工加工效率高而加工精度较低，一般用作预先加工，有时也可作最终加工。
②半精加工：一般作为粗加工与精加工之间的中间工序，但对工件上精度和表面粗糙度要求不高的部位，也可以作为最终加工。
③精加工：用精细切削的方式使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等。
精加工一般是最终加工。
④精整加工：在精加工后进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。
金属工艺学第一章 金属切削基础知识
主要的影响因素
切削速度 （切中碳钢） <5m/min不产生 5~50m/min形成
控 制 措 降低塑性 施
(正火、调质)
>100 m/min不形成 选用低速或高速
冷却润滑条件
300~500oC最易产 生 >500oC趋于消失
选用切削液
第三节 金属切削过程
三、切削力与切削功率
1、切削力的构成与分解
切削力的来源
热处理变形 不需要
用途
各种刀片
1200
（12~14）
高硬度钢材 精加工
人造金刚石
HV10000 (硬质合金为 HV1300~1800)
700~800
不宜加工钢铁材 料
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具角度
各种刀具的切削部分形状
第二节 刀具材料及刀具构造
二、刀具角度
1、车刀切削部分的组成
三面
两刃 一尖
（2）作用 ①冷却 ②润滑
第三节 金属切削过程
五、刀具磨损和刀具耐用度
1、刀具磨损形式
（1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 (通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度) （3）前后刀面同时磨损
2、刀具磨损过程：
前面磨损、后面磨损、前后面同时磨损 。 刀具磨损过程： 初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段
刀尖高低对刀具工作角度的影响
车刀刀杆安装偏斜对刀具角度的影响
② 进给运动的影响
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具结构
刀具的结构形式很多，有整体式、焊接式、机夹 不重磨式等。
目前一般整体式的多为高速钢车刀，其结构简单， 制造、使用都方便。而对于贵重刀具材料，如硬质合 金等，可采用焊接式或机夹不重磨式。焊接式车刀结 构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用 广泛。
第 一章 金属切削的基础知识
背吃刀量
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。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。即ap=(dw-dm)/2 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)。
切削层参数
二、刀具角度
刀具的组成部分
（１）刀具静止参考系
劈柴
斧头角度
切西瓜
水果刀角度
外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分 （又称刀头）由前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削 刃和刀尖所组成。其定义分别为： （1）前面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面。 （2）主后面 刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表 面。 （3）副后面 刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。 （4）主切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切 削工作。 （5）副切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃 完成切削工作，并最终形成已加工表面。 （6）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可 以是小的直线段或圆弧。
切削速度 Vc
切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度 主运动为旋转运动： 切削速度一般为其最大线速度。
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 Vc = πdn/1000 m/s 或 m/min 式中：d：工件或刀具的直径，mm n: 工件或刀具的转速，r/s 或r/min
（３）高速钢
高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工 具钢。它的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质 合金，但强度和韧度却高于硬质合金(表1—1)， 工艺性较硬质合金好，而且价格也比硬质合金 低。普通高速钢如W18Cr4V是国内使用最为普 遍的刀具材料，广泛地用于制造形状较为复杂 的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀 具和其他成形刀具等。
机械制造工程学(卓越)第一章 金属切削的基本要素
机械制造工程学
教师: 季国顺
2019年11月16日
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
第一章 金属切削的基本要素
1.1 工件表面的形成方法和成形运动 1.2 加工表面和切削用量三要素 1.3 刀具角度 1.4 切削层参数 1.5 刀具材料
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
一、刀具切削部分的结构要素
归结起来： “三面两刃一尖”
后刀面Aα 前刀面Ar 副后刀面Aα’
交线
主切削刃s
连接部分
刀尖
交线
副切削刃s’
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
1. 刀具标注角度参考坐标系
前提条件： 不考虑进给运动； 车刀刀尖与工件中心等高； 刀杆中心线与进给方向垂直； 刀具的安装面与基面 Pr 平行；
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
例1-5 螺旋槽铣刀铣削加工螺杆，如图1-8d所示。 母线：空间曲线，铣刀刀齿回转面与螺旋槽面相切形成，分解为：刀盘 的回转运动B1和铣刀轴线沿螺杆轴线的螺旋复合运动B21A22 导线：螺旋线，由螺旋复合运动B21A22形成，与母线形成运动的一部 分重合。
3. 切削深度 外圆车削切削深度
钻削切削深度
ap
dw
dm 2
mm
ap
dm 2
mm
(1-3) (1-4)
杭州电子科技大学机械电子工程研究所数控技术实验室
1.3 刀具角度
1.3 .1刀具切削部分的结构要素
前刀面 A 加工时，切屑流经的表面。 后刀面 A 与主切削刃毗邻，且与工件过渡表面相对的刀具表面。 副后刀面 A 与副切削刃毗邻，且与工件已加工表面相对的刀具表面。 切削刃 S 前刀面上直接进行切削的边锋。有主切削刃 S 和副切削刃 S 。 刀尖 主、副切削刃相衔接处很短的一段切削刃，通常也称为过渡刃。 有点刀尖、圆弧刀尖和倒角刀尖三种。
切削加工的基本要素
切削加工的基本要素
1、切削的基本过程
切削的基本条件：刀具和工件之间存在相对运动
切削的挤压过程：
前刀面挤压切削层金属，产生剪切滑移
产生塑性滑移区，形成切屑流后刀面挤压保留金属层，产生弹性挤压区，形成已加工面2、切削质量三要素
目标性要素：尺寸精度
形位公差
表面粗糙度
3、切削用量三要素
手段性要素：切削速度Vc
切削深度ap
进给量f
机床概念及其发展方向
1、机床的功用及定义
机床的基本功用：提供刀具和工件之间的相对运动
机床定义的要点：利用刀具对金属毛坯进行切削的加工设备
2、机床的发展方向
（1）扩大工艺范围
减少装夹次数，一机多能，目的在于精度和效率（2）提高加工精度
永恒的主题，受时代的要求与条件的影响
（3）提高生产效率
提高机床的切削速度，但会受到材料的限制
缩短辅助时间：
改进机床的换刀、辅助运动
改进夹具的操作性
提高操作者的技术水平和熟练程度
（4）提高自动化程度
凸轮机械化、开关电气化、数控智能化
目的在于精度和效率。
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1.3.1 刀具结构
刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合
图1-14-0 各种刀具切削部分的形状
18
1.3.2 刀具几何角度
刀具标注角度坐标系（正交平面坐标系）
1）基面 Pr ：通过切 削刃选定点与主运动 方向垂直的平面。基 面与刀具底面平行。
2）切削平面 Ps：通 过切削刃选定点与主 切削刃相切且垂直于 基面Pr的平面。
若主运动为往复运动时，其平均速度为：
vc
2l nr 1000
式中 nr —— 主运动每秒钟往复次数（str/s）；
l —— 往复运动行程长度（mm）。
12
1.2 加工表面与切削用量三要素
➢ 进给量f：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，
两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。
对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削 工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀 齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀 齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。
1.2 加工表面与切削用量三要素
加工表面
[例]外圆车削：工件作旋转运动，刀具作纵向直线运动→形成外圆表面。
在新表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面（图1.12）：
待加工表面：即将被切去金属层的表面;
加工表面（过渡表面）：切削刃正在切 削着的表面; 已加工表面：已经切去一部分金属 形成的新表面。
图1-12车削时的切削运动
9
车削时的切削运动
•
10
1.2 加工表面与切削用量三要素
切削用量 vc、f 、 ap 称之为切削用量三要素
11
1.2 加工表面与切削用量三要素
切削用量 vc、f 、 ap 称之为切削用量三要素
➢ 切削速度vc
vc
Dn
1000
式中 n —— 主运动转速（r/s）；
d —— 刀具或工件的最大直径（mm）。
刀具标注角度
1）前角γo ➢ 在正交平面内测量，
γ
′
0
➢是 前 刀 面 与 基 面 的 夹 角。
α0′
A
κr
α0
γ0
κ r′
f
εr
A向
λs
通过选定点的基面位于 刀 头 实 体 之 外 时 γo 定 为 正值；位于刀头实体之 内时γo定为负值。
图1-20 车刀的主要角度
23
通过选定点的 基面位于刀头 实体之外时γo 定为正值；
a）焊接式车刀
b）整体式车刀
图1-14 车刀的结构
c）机夹式车刀
16
1.3.1 刀具结构
前刀面 切屑流过的表面
后刀面 与过渡表面相对的刀具表面 后刀面分为主后刀面与副后刀面
切削刃 前刀面上直接进行切削的边锋 主切削刃指前刀面与主后刀面相交的
锋边； 副切削刃指前刀面与副后刀面相交的
锋边。
刀尖 可以是主、副刀刃的实际交点， 也可以是主、副刀刃连接起来的一段 刀刃 它可以是圆弧，也可以是直线
通过选定点的 基面位于刀头 实体之内时γo 定为负值。
前角γo
24
通过选定点的 基面位于刀头 实体之外时γo 定为正值；
3）正交平面 Po ：通 过切削刃选定点垂直 于基面Pr和切削平面 Ps的平面。
正交平面 Po
前刀面 A
副切削刃
基面 Pr
切削平面 Ps 主切削刃
主后刀面
图1-18 车刀正交平面坐标系
19
确定车刀角度的参考平面
vc
•
20
1.3.2 刀具几何角度
21
车刀正交平面坐标系
22
1.3.2 刀具几何角度
第1章 切削过程的基本要素
本章要点
工件表面的形成方法与 成形运动 加工表面与切削用量 三要素 刀具角度
切削层参数与切削方式 刀具材料
1
1.1 工件表面的形成方法和成形运动
形成方法
➢ 轨迹法 ➢ 成形法 ➢ 相切法 ➢ 展成法
a）轨迹法
b）成形法
c）相切法
d）展成法
图1-4 零件表面成形方法
2
切削加工的成形运动
3
示例 典型表面加工方法
表1-1 外圆表面加工方法
工件
刀具
主运动 进给运动 主运动 进给运动
表面成形原理图
R
T
车削
成形车削
拉削
研磨
RR
铣削
成形磨（横磨）
T/ R R
RRT
R
T/ R
外圆磨
无心磨
车铣加工
滚压加工 4
示例 典型表面加工方法
表1-2 内圆表面加工方法
工件
刀具
主运动 进给运动 主运动 进给运动
显而易见
vf=f·n=fz·z·n
mm/s或mm/min
13
1.2 加工表面与切削用量三要素
➢ 背吃刀量ap ：主刀刃与工件切削表面接触长度在主运 动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量 的值。
车削和刨削加工：
背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间垂 直距离，单位为mm。
外圆柱表面车削：
ap=（dw-dm）/2 mm
钻削加工：
ap=dm/2
mm
上两式中 dm——已加工表面直径（mm）
dw——待加工表面直径（mm）
14
机械制造技术基础 第1章 切削过程的基本要素
1.3 刀具角度
15
1.3.1 刀具结构
车刀
➢ 外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。 ➢ 车刀的切削部分由3个刀面（前刀面、主后刀面和副后刀 面），2个刀刃（主切削刃和副切削刃）和1个刀尖组成。
主运动
指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动 的速度即切削速度，用vc （m/s）表示。
进给运动
指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用 进给量（f—mm/r）或进给速度（vf —mm/min）表示。
定位和调整运动
使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深 度，工件分度等。
◆ 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完 成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用 T 表示），也可以 是回转运动（用 R 表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动 执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。
表面成形原理图
RT
RT
TR
R
T
钻
扩
铰
T
T
拉
镗 挤
RRT
内圆磨
无心磨
R T/ R
行星式内圆磨 5
示例 典型表面加工方法
表1-3
工件
刀具
主运动 进给运动 主运动 进给运动
平面加工方法
表面成形原理图
TT
刨
插
TR周铣端铣平磨端面平磨R
T
车
T
拉
6
示例 典型表面加工方法
表1-4 螺纹加工方法
工件
刀具
主运动 进给运动 主运动 进给运动
表面成形原理图
R
T
车螺纹
板牙
RT
丝锥
RRT RR
铣螺纹
梳形铣 刀
旋风铣
磨螺纹
滚压 7
示例 典型表面加工方法
表1-5 齿形加工方法
工件
刀具
主运动 进给运动 主运动 进给运动
表面成形原理图
TR
铣齿
指状铣 刀铣齿
成形 磨齿
R/T R RT T
滚齿 插齿
剃齿
R/T R
蜗杆砂轮磨齿
碟形砂轮磨齿
锥形砂轮磨齿
8