金属切削原理与刀具
金属切削原理与刀具
金属切削原理与刀具金属切削是指通过刀具对金属材料进行加工削除的过程，是金属加工领域中常见且基础的一种加工方式。
人们在制造和加工各种金属制品的过程中，常常需要通过切削来将金属材料加工成所需的形状和尺寸。
本文将深入探讨金属切削的原理以及相关的刀具类型。
一、金属切削原理金属切削的原理是利用刀具对金属工件进行力学削除材料的过程。
主要原理可以归纳为以下几点：1. 刀具与工件的相互作用力：切削过程中，刀具施加在工件上的作用力可以分为切割力、摩擦力、压力等。
切割力使刀具沿着切削方向削除金属，摩擦力影响工件表面的质量，而压力则有助于防止振动和提高切削质量。
2. 刀具与工件的接触面积：切削过程中，刀具与工件的接触面积较小，集中在切削刃上。
通过提高切削刃的硬度和耐磨性，可以减少切削面的磨损，延长刀具的使用寿命。
3. 金属切削时的切削角度：切削角度是指刀具切削刃与工件表面法线之间的夹角。
合理选择切削角度可以使切削过程更加顺利，减少切削力和切削温度。
二、常见的刀具类型不同的金属切削需求需要选择不同类型的刀具。
以下将介绍几种常见的刀具类型及其特点：1. 钻头：用于钻孔加工的刀具，主要特点是具有较高的刚性和旋转精度。
根据孔径的大小，可以选择不同类型的钻头，如常规钻头、中心钻头和孔径加工钻头等。
2. 铣刀：用于面铣、端铣、槽铣等加工的刀具，形状像一把小锯齿，可通过旋转进行切削。
铣刀可分为平面铣刀、球头铣刀、棒铣刀等多种类型，适用于不同形状和尺寸的金属切削。
3. 刀片：用于车削加工的刀具，通常由硬质合金制成，具有较高的耐磨性。
刀片形状多样，如可直线切削的刀片、可拐弯切削的刀片等，适用于不同形状和尺寸的车削加工。
4. 锯片：用于锯切金属材料的刀具，常用于金属管、金属板的切割。
根据不同的锯片规格和齿型，可以实现不同精度和效率的锯切加工。
5. 切割刀具：包括切割刀片和切割车刀等，主要用于金属材料的切割和切断。
根据切割的需求和要求，选择合适的切割刀具可以提高加工效率和切割质量。
金属切削原理与刀具的应用
金属切削原理与刀具的应用1. 金属切削原理金属切削是通过机床上的刀具对金属工件进行切削、铣削、车削、钻孔等加工过程。
在金属切削过程中，刀具与工件之间的相对运动产生切削力，使刀具将工件上的金属材料去除，从而实现对工件的加工。
以下是金属切削的基本原理：1.切削速度：切削速度是指刀具切削工件的速度。
切削速度的选择应根据工件材料、刀具材质和切削类型等因素来确定。
高速切削可以提高生产效率，但也会对刀具和工件产生一定的热影响。
2.进给量：进给量是指刀具在单位时间内前进的距离。
进给量的选择取决于工件表面的粗糙度要求、切削力和刀具的耐久度等因素。
3.切削深度：切削深度是指刀具切削时的最大切削量。
切削深度的选择应根据工件材料的硬度、刀具的尺寸和工艺要求来确定。
4.切削力：切削力是指刀具对工件施加的力。
切削力的大小受到切削参数、刀具材质和刀具几何形状的影响。
2. 刀具的应用刀具是金属切削过程中起到切削作用的工具。
不同的工件和切削任务需要选择合适的刀具来进行加工。
以下是常见的刀具及其应用：1.钻头：钻头用于钻孔加工，适用于加工圆孔和柱形孔。
常见的钻头有直柄钻头和 Morse 锥柄钻头两种。
2.车刀：车刀用于车削加工，常用于加工圆柱形工件的外轮廓。
车刀有内刀和外刀之分，可以用于精细车削和粗车削等不同工艺要求。
3.铣刀：铣刀用于铣削加工，可以用于多种铣削操作，如平面铣削、立体铣削、开槽铣削等。
铣刀可分为立铣刀、面铣刀和球形铣刀等。
4.刨刀：刨刀用于刨削加工，可以进行铺刨、面刨和纵切削等操作。
刨刀可根据切削刃的数量和类型来分类，如单刃刨刀、多刃刨刀和筷子刨刀等。
5.刀片：刀片用于各种切削加工，如割断、倒角、切割等。
刀片的种类繁多，根据刀片的应用需求和加工材料的类型来选择合适的刀片。
3. 刀具材料选择刀具材料选择是决定刀具性能的关键，不同的刀具材料有着不同的加工性能和适用范围。
以下是常见的刀具材料及其特点：1.高速钢（HSS）：高速钢具有良好的耐磨性和耐热性，适用于中等切削速度和较硬的工件材料。
金属切削原理讲义及刀具
金属切削原理讲义及刀具一、金属切削原理金属切削是指用刀具对金属材料进行切削加工的过程。
它是制造业中最常见的加工方法之一、金属切削原理主要涉及到力学、热学、材料学、机械设计等多个学科。
1.金属切削力学金属切削的力学主要涉及到塑性变形、弹性变形、剪切应力等方面。
在切削过程中，刀具通过施加剪切力对金属材料进行剪切。
金属在剪切区域受到的应力会导致金属发生塑性变形，形成切屑。
2.金属切削热学金属切削过程中，由于摩擦和变形的能量损耗，切削区域会产生高温。
这些热量会传导到刀具和切削区域，导致材料软化和刀具磨损。
因此，及时冷却切削区域和刀具是非常重要的，可以通过切削润滑剂和冷却剂来实现。
3.金属切削材料学金属切削材料学主要研究刀具材料和工件材料之间的相互作用。
选择合适的刀具材料和工件材料对于获得良好的切削效果至关重要。
刀具材料需要具有一定的硬度、耐磨性和耐冲击性，以适应切削过程中的高负荷和高速度。
而工件材料的硬度、强度和塑性等性质则会影响到切削加工的难易程度。
4.金属切削的刀具刀具是金属切削过程中的重要工具，它直接与工件接触，对工件进行加工。
不同的切削操作需要使用不同类型的刀具。
常见的金属切削刀具包括刀片、铣刀、车刀和钻头等。
-刀片：刀片是金属切削中最为常用的刀具，它可用于车削、铣削、镗削等工艺。
刀片一般由高速钢制成，也有使用硬质合金和陶瓷材料制造的高级刀片。
-铣刀：铣刀是一种用于铣削操作的刀具。
它主要用于在工件上形成平面、槽口和曲面等形状。
-车刀：车刀是用于车削加工的刀具，它通过旋转刀具将工件上的旋转刀具切削掉。
-钻头：钻头是用于钻孔加工的刀具，它通过旋转切削力将工件上的孔切削掉。
以上只是金属切削原理及刀具的简要介绍，金属切削涉及的知识和技术极为广泛和复杂，需要深入学习和实践才能掌握。
通过不断的学习和实践，我们可以了解金属切削的原理和技术，并且选择合适的刀具进行加工，提高加工效率和质量。
2.王明玉,杨炯.金属材料切削原理与刀具[M].湖南大学出版社,2024.。
金属切削原理与刀具
摩擦阻力Ff与切削流动推力T：
Ⅲ区：积屑瘤的高度随切削速度的增加而减小，当到达边界时，积屑瘤 消失。速度高，切屑温度高被软化，摩擦阻力下降，滞留倾向减弱。
Ⅳ区：切削速度进一步提高，由于切削速度较高而冷焊消失，此时积屑瘤 不再存在，当切屑底部的纤维化依然存在，切屑的滞留倾向也依然存在。
积屑瘤的形成及其影响
AD sin( o ) Fp F sin( o ) sin cos( o )
tan( o ) Fp / Fc
tan
切屑变形过程
被切削金属层好比一叠
卡片，刀具进行切削时
，卡片之间发生滑移。
切屑变形程度
1. 变形系数
切削层经塑性变形后，厚度增加，长度缩小，宽度基本不变。可用 其表示切削层的变形程度。
切屑的类型及控制
切屑的控制
切削加工中采用适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断， 形成“可接受”的良好切屑。
1 ）采用断屑槽 对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切 屑卷曲半径减小。
切屑的类型及控制
切屑的类型及控制
2）改变刀具角度
增大刀具主偏角 切削厚度变大，有 利于断屑。
减小刀具前角 可使切屑变形加大， 切屑易于折断。
Ff 进给力
Fc 主切削力 F 切削合力
F
Fc F
2
2 N
F F F2ຫໍສະໝຸດ 2 C P2 f切削力的分解
切屑的受力分析
第一步：受力分析 前刀面：
法向力 Fn
摩擦力 Ff
切屑形成力 F
剪切面：
正压力 Fns 剪切力 Fs
AD sin
Fs As
切屑的受力分析
金属切削原理与刀具
副切削刃14副后面定向角α o'、κ r'
3．切断刀 四面八角 习惯上标注左切削刃上的 角为主角，右刃为派生角 度
rR 180 rL sR sL
前面定向角γ o、λ sL 后面定向角α o、κ rL 左 副 后 面 定 向 角 α oL' 、 κ rL' 右副后面定向角α oR'、 κ rR'
lA tm f ap 式中
(1-4)
l 刀具行程长度 A 半径方向加工余量
tm
dlA
1000a p f c
(1-5)
由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均 可降低切削时间。
3．材料切除率Q 它是单位时间内所切除材料的体积，是衡 量切削效率高低的另一个指标，单位 为mm3／min.
4．倒角刀尖、倒棱的参数 一面二角 倒角刀尖刃：
倒角切削刃后角α 偏角κ
rε oε
倒棱刃：
倒棱刃前角γ 倒棱刃倾角λ 倒棱刃宽度bγ
o1 s1=λ s 1来自第五节 刀具的工作角度 一、刀具工作参考系及工作角度
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，这种参考系称工作参考系。用工作参 考系定义的刀具角度称工作角度。
o o
e
加工内表面时， 情况相反
三、进给运动对工作角度的影响 1．进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工 作主、副偏角的影响
(1-13)
(1-14)
(1-15)
令式（ 14） sin r 式（ 15） cos r可得 1 1
金属切削原理与刀具
第四章 切削条件的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性 第二节 切削液 第三节 刀具几何参数的合理选择 第四节 切削用量的合理选择
第一节 工件材料的切削加工性
“指对某种材料进行加工的难易程度”
相对加工性：Kr
Kr
V60 (V60 ) j
改善材料切削加工性的主要途径
1、热处理，改变材料的组织和机械性能 2、合理选用刀具材料 3、调整材料的化学成分
f
0.14
a0.04 p
三、影响切削温度的因素
3. 刀具几何参数对切削温度的影响 控制切削温度的措施
γO ↗
1、正确使用切削液
θ ℃↙
2、合κ理选r 择↗切削用量
在满足工艺要求的前提下，取小的
θ ℃↗
vc较大的
ap、f
3、γ改O↗r善ε刀↗具几θ何℃条↙件：
θ ℃↙
第四节 刀具磨损
一、刀具的磨损形式：
二、刀具磨损的原因
4. 氧化磨损： 刀具上的表面膜被切屑或工件表面划擦掉后，在高温 下（700~800℃）与空气中的氧作用产生松脆氧化物， 造成刀具磨损。
综上所述：
三、刀具磨损过程与磨损标准
11、、刀具磨损过程
2、刀具磨损标准（磨损限度）
“指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的 最大磨损尺寸”。以VB表示
2、产生条件： ①中等速度切削塑性材料。
②切削区的温度、压力和界 面状况符合在刀面上发生 冷焊的条件。
2、特点： ①硬度是工件材料的2~3.5倍，
可以代替刀具切削。
②周而复始的生长、脱落。
3. 对切削过程的影响：
4、精加工控制积屑瘤的措施
①
积屑瘤代替刀刃进行切削，保护 了刀刃，增大了前角。
金属切削原理及刀具
金属切削原理及刀具§1切削运动和切削用量刀具从毛坯上切除多余金属，从而获得在行状上、尺寸精度上和表面质量都合乎预定要求的加工，称为金属切削加工。
在切削加工过程中，刀具与工件相互接触且存在着相互运动，这种相互运动的过程称为金属切削过程。
在切削过程中，将产生各种物理现象及其变化，这些都是金属加工原理所要研究的内容。
一．切削运动1）主运动切削时直接切除工件上的金属层，使之转变为切屑的运动，称为主运动。
通常，主运动的速度最高，消耗的功率最大。
主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成。
车削时工件的旋转运动是主运动。
一种切削加工方法其主运动只有一个。
2）进给运动不断地将多余金属投入切削，以保证切削连续进行的运动，称为进给运动。
进给运动的速度较低，消耗的功率较小。
车削的时候，车刀的纵向移动和横向移动都属于进给运动。
一种切削加工方法其进给运动不限于一个。
在切削过程中，被切金属层不断地被切削而转变为切屑，从而加工出所需要地工件表面。
在工件表面形成的过程中，工件上有三个不断变化着的表面。
（1）已加工表面切削后在工件上形成的新表面。
（2）待加工表面即将被切除的表面。
（3）加工表面切削刃正在切削着的表面。
二．切削用量切削用量是衡量切削运动和切削力大小的参数。
它包括三个要素：切削速度、进给量、切削深度。
切削用量的大小，反映单位时间内的金属切除量。
它是衡量生产率的重要参数之一。
1．切削速度即主运动的线速度，即m/s。
其中，为工件待加工表面直径，n为工件转速；由于刀刃上各点相对于工件的旋转半径不同，因而刀刃上各点的切削速度也不相同。
计算时，应以最大速度为准。
2．进给量当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上的位移量。
车削时，工件旋转一周，刀具沿进给方向的位移量。
显然，进给量的大小反映着进给速度的大小关系为：3．切削深度工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。
车削时，车削深度是待加工表面直径与已加工表面直径差的一半，即，其中，为工件已加工表面直径。
《金属切削原理与刀具》
《金属切削原理与刀具》金属切削原理与刀具(刀具部分)一、引言金属切削技术是现代制造业中最常用的加工方法之一、在金属切削工艺中，刀具扮演着重要的角色。
刀具的选择和使用直接影响到加工效率和加工质量。
本文将介绍金属切削原理以及常见的几种刀具类型及其使用特点。
二、金属切削原理金属切削原理是指用刀具对金属材料进行加工时，通过切削力将金属材料分离，形成所需形状和尺寸的工件。
切削过程中，刀具与金属材料之间会发生以下几个要素：切削速度、进给量、切削深度以及刀具材料。
合理控制这些要素可以达到更好的切削效果。
三、常见刀具类型及其使用特点1.铣刀铣刀是一种常用的刀具，广泛应用于金属零件的加工中。
铣刀主要用于将工件上的金属材料进行加工，切削下去，并形成所需的形状和尺寸。
铣刀通常由数个齿刃组成，其形状和数量根据加工需求而定。
铣刀的使用特点是高效、精确，适用于复杂形状的加工。
2.钻头钻头是用于孔加工的刀具，通常用于将金属材料中心钻孔，并逐渐扩大孔径。
钻头通常具有一个中心刀尖，可用于定位，并有多个切削刃，用于切削金属材料。
钻头可分为普通钻头和铺地钻头两种类型，前者主要应用于一般孔加工，后者适用于加工更大直径的孔。
3.螺纹刀螺纹刀是一种用于螺纹加工的刀具。
螺纹刀通常具有螺纹形状的刀刃，可将其螺纹形状切削到工件上，以形成所需的螺纹。
螺纹刀可分为单齿和多齿两种类型，根据加工需求选择合适的螺纹刀。
4.镗刀镗刀是一种用于加工孔的刀具，通常用于加工较精密的孔，如配合孔、镗孔等。
镗刀具有多个切削刃，能够同时加工多个切削面。
镗刀的使用特点是能够得到高精度和表面质量好的孔加工效果。
四、刀具的选用与使用注意事项在选择刀具时，需要考虑以下几个方面：工件的材料、形状和尺寸要求、切削速度以及切削负载等。
不同的刀具具有不同的切削特性，适用于不同的切削条件。
同时，在使用刀具时，要保证刀具的良好状况，及时更换磨损严重的刀片，保证加工质量。
总之，金属切削原理与刀具是现代制造业中不可或缺的一部分。
金属切削原理与刀具(课)课件
立方氮化硼
具有极高的硬度，适用于加工 高硬度材料，如淬火钢和硬质
合金。
刀具结构
切削刃
刀柄
刀槽
刀面
刀具上用于切削的锋利 部分，其形状和角度对 切削效果有很大影响。
连接刀具和机床的部分， 要求具有足够的刚性和 稳定性。
为了容纳切屑和增强排 屑效果，在刀具上设置
的凹槽。
刀具上与工件接触的部 分，要求具有较低的摩 擦系数和较高的耐磨性。
切屑的控制
切屑控制是金属切削过程中的重要环节，通过合理选择刀具 几何形状、切削用量和冷却润滑条件，可以有效地控制切屑 的形状、大小和排出方向，避免切屑对刀具和加工表面的损伤。
切削力与切削振 动
切削力
切削过程中，刀具对工件施加压力，使工件产生变形和切屑，这个力称为切削力。 切削力的大小直接影响切削效率和加工质量，是金属切削过程中的重要参数。
进给量定义
工件或刀具在单位时间内 沿进给方向相对于刀具的 移动量。
切削热与切削温度
切削热的产生
切削温度对加工的影响
切削过程中因克服工件与刀具之间的 摩擦以及工件材料的弹性变形和塑性 变形而产生大量的热量。
切削温度过高会导致刀具磨损加剧， 工件表面质量下降，甚至引起刀具和 工件的变形，影响加工精度。
切削温度的影响因素
切削温度主要受切削用量、刀具几何 参数、刀具材料和工件材料等因素的 影响。
02
金属切削刀具
刀具材料
01
02
03
04
硬质合金
具有高硬度、高耐磨性和良好 的高温性能，广泛应用于切削
刀具。
高速钢
具有较好的韧性和热稳定性， 常用于制造复杂刀具和大型刀
金属切削原理与刀具
金属切削原理与刀具
金属切削原理与刀具：
一、金属切削原理
1. 切削力学：切削力定义为金属切削过程中由刀具与工件之间产生的
相互作用力，根据其本质不同可分为动切削力、静切削力和剪切力。
2. 切削热：金属切削过程发生了热量交换，热量大部分是从刀具释放
到工件上，少量热量是从环境里侧移到刀具或者从工件侧移到刀具，
这个过程称为切削热。
3. 切削噪声：切削时由工件与刀具磨擦、刀具与被切物断裂等发出的
噪声，又称切削噪声，是金属切削的重要的污染源之一。
二、金属切削刀具
1. 铣刀：铣刀是一种坚硬的刀具，用于进行几何体表面的金属切削。
它由刀片、刀头、刀杆组成，可根据刀的形状及功能分类为直角铣刀、圆角铣刀、角铣刀、平铣刀等。
2. 内丝锥：内丝锥是用来进行内孔加工的刀具，其分类主要有逆槽内
丝锥和普通内丝锥两种。
它们的工作原理是通过在回转时刮刀后，将
产生的碎屑转到内部进行切削，从而实现内丝的加工。
3. 铰刀：铰刀是一种特殊的铣刀，用于执行开铰、圆弧削、下铰和虚
边倒铰等加工。
它包括刀体和刀杆两个部分，刀体由刀片和刀杆组成，刀杆可以向任意一个方向旋转以达到改变切削角度的目的。
4. 牙铰刀：牙铰刀是切削螺纹的特殊刀具，其外形比普通铰刀大，假牙形状有利于防止刀具与螺纹滑动，即牙铰刀具有牙齿状的刀具，利用微调牙齿的方法调节刀具的切削角度，从而形成不同形状的螺纹。
机械制造技术基础金属切削原理与刀具教材课程
目 录
• 金属切削原理 • 金属切削刀具 • 切削过程与控制 • 典型材料的切削加工 • 切削加工技术发展与新趋势
01 金属切削原理
切削运动与切削用量
切削用量
切削过程中的三个主要参数， 包括切削速度、进给量和切削 深度。
进给量
刀具在工件上每转或每行程时 被切除的金属层厚度或长度。
加工表面质量与刀具刃磨技术
加工表面质量
加工表面的质量直接影响工件的使用性能和寿命。刀具的刃磨质量和刃磨技术对加工表面 质量有着至关重要的影响。
刀具刃磨技术
为了获得良好的加工表面质量，需要对刀具进行正确的刃磨。刃磨时要选择合适的砂轮、 磨料和磨液，控制刃磨参数和刃磨工艺，确保刀具锋利、几何角度正确。
陶瓷
陶瓷刀具具有极高的硬 度和耐磨性，适用于加 工各种材料，尤其是硬
材料。
立方氮化硼
立方氮化硼刀具具有超 高的硬度和耐磨性，适 用于加工各种难加工材
料。
刀具几何参数
前角
前角的大小影响切削力和切削 温度，增大前角可以减小切削
力，降低切削温度。
后角
后角的大小影响刀具的磨损和 切削表面质量，增大后角可以 减小刀具磨损，提高切削表面 质量。
详细描述
钢铁材料具有较高的硬度和耐磨性，因此需要选择硬质合金或高速钢刀具进行切削。在切削过程中， 应适当调整切削速度、进给量和切削深度，以获得较好的切削效果和表面质量。同时，为了减少刀具 磨损和提高切削效率，可以采用涂层技术对刀具进行表面处理。
有色金属材料的切削加工
总结词
有色金属材料具有较低的硬度和较高的塑性，其切削加工需要针对其物理特性进行刀具 选择和切削参数调整。
金属切削原理与刀具
2. 机夹式车刀的常用结构形 式
常用机夹式车刀的夹紧结构有上压式、自锁式和弹性压紧式
ａ）上压式
图５-６ 机夹式车刀夹紧结构形式
ｂ）自锁式
ｃ）弹性压紧式
图５-７ 上压式切断车刀和内、外螺纹车刀
ａ）切断车刀
ｂ）外螺纹车刀 ｃ）内螺纹车刀
a) 上压式：如切断车刀，内、外螺纹车刀都采用上压式，并一般都采用V 形槽底的刀片，以防止切削时受力后，刀片发生转动。
b) 自锁式：可调切断直径的机夹式切断刀，采用压制成形的断屑槽刀片， 其槽形能使切屑变窄(如下图)，避免切屑卡死在槽内而使刀片折断。根 据切断工件直径，可调节刀板在刀夹中伸出距离。一般径向进给时， 才推荐自锁式夹紧结构。
c) 弹性压紧式：若需径向进给加工时，一般推荐采用弹性压紧式，例如 仿形加工和越程槽加工等，所用的刀片见下图：
3) 上压式夹紧：对于不带孔的刀片，特别是带后角的刀片，则需采 用上压式夹紧，其结构如图所示。利用桥型压板或鹰爪形压板通过螺钉从 上面将刀片夹紧。
这种夹紧形式的夹紧力与切削力方向一致，夹紧可靠；结构简单， 刀片转位和装卸方便，制造容易；刀片在刀槽内能两面靠紧，可获得较高 的刀尖位置精度。但压板会妨碍切屑的流出；夹固元件易被损伤；刀头体 积大，影响操作。
3) 封闭槽、切口槽：刀片焊接面积最大，刀片焊接牢靠。焊接后，刀片内应 力大，易产生裂缝。适用于C1刀片。
5. 车刀刀柄与刀头形状和尺寸
刀柄横剖面形状有矩形、正方形和圆形三种，其中以矩形刀柄应用最多。 刀头形状可分为直头和偏头两种。直头结构简单，制造方便；偏头通用性 好，能车外圆和端面。
图５-５ 常用焊接式车刀 ａ）直头外圆车刀 ｂ）90°偏头外圆车刀 ｃ）45°偏头车刀 ｄ）切断车刀
金属切削原理及刀具
金属切削原理及刀具金属切削是制造业中常见的加工方法，其原理和刀具选择对加工质量和效率有着重要影响。
本文将就金属切削原理及刀具进行详细介绍，希望能为相关行业提供一些参考和帮助。
金属切削原理。
金属切削是利用刀具对金属材料进行加工的方法，其原理是通过刀具对金属材料进行切削，使其产生变形或者去除部分材料，从而得到所需形状和尺寸。
金属切削原理的核心是切削力的作用，切削力是刀具对工件产生的力，其大小和方向对加工质量和刀具寿命有着重要影响。
切削力的大小受到多种因素的影响，包括切削速度、进给量、切削深度、刀具材料和刀具几何形状等。
在金属切削过程中，切削速度的选择要根据工件材料和刀具材料来确定，一般来说，切削速度越大，切削力越大，切削效率也越高。
进给量和切削深度的选择要根据工件材料和所需加工质量来确定，一般来说，进给量和切削深度越大，切削力也越大，但加工效率也越高。
刀具材料和几何形状的选择对切削力也有着重要影响，不同的刀具材料和几何形状适用于不同的加工条件和工件材料。
刀具选择及应用。
在金属切削过程中，刀具的选择对加工质量和效率有着至关重要的影响。
常见的金属切削刀具包括车刀、铣刀、钻头、刨刀等，它们在不同的加工条件下有着不同的应用。
车刀是用于车削加工的刀具，其主要用途是对工件进行外圆或内孔的加工。
铣刀是用于铣削加工的刀具，其主要用途是对工件进行平面、曲面或者齿轮等的加工。
钻头是用于钻削加工的刀具，其主要用途是对工件进行孔加工。
刨刀是用于刨削加工的刀具，其主要用途是对工件进行平面的加工。
在选择刀具时，需要考虑工件材料、加工形式、加工条件等多个因素，以确定最适合的刀具。
不同的刀具材料和几何形状适用于不同的加工条件和工件材料，因此需要根据具体情况进行选择。
总结。
金属切削是制造业中常见的加工方法，其原理和刀具选择对加工质量和效率有着重要影响。
切削力的大小受到多种因素的影响，刀具选择需要考虑工件材料、加工形式、加工条件等多个因素。
金属切削原理和刀具
金属切削原理和刀具5.1切削刀具的角度切削刀具的角度主要包括：前角、背前角、后角、背后角、主偏角、副偏角和刃倾角。
5.11切削刀具角度基础知识a）刨刀 b）钻头 c）铣刀刨刀、钻头、铣刀的切削部分刀具角度的参考系主偏角刃倾角s切削刀具角度实例右偏刀车端面的标注角度切削刀具角度实例车槽刀的标注角度5.2金属切削原理研究金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律的一门学科。
在设计机床和刀具、制订机器零件的切削工艺及其定额、合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时，都要利用金属切削原理的研究成果，使机器零件的加工达到经济、优质和高效率的目的。
5.21金属切削原理的主要内容主要内容包括金属切削中切屑的形成和变形、切削力和切削功、切削热和切削温度、刀具的磨损机理和刀具寿命、切削振动和加工表面质量等。
切屑形成机理从力学的角度来看，根据简化了的模型，金属切屑的形成过程与用刀具把一叠卡片1′、2′、3′、4′、……等推到 1、2、3、4、……等位置的情形相似，卡片之间相互滑移即表示金属切削区域的剪切变形。
经过这种变形以后,切屑从刀具前面上流过时又在刀、屑界面处产生进一步的摩擦变形。
通常，切屑的厚度比切削厚度大，而切屑的长度比切削长度短，这种现象就叫切屑变形。
金属被刀具前面所挤压而产生的剪切变形是金属切削过程的特征。
由于工件材料、刀具和切削条件不同,切屑的变形程度也不同,因此可以得到各种类型的切屑。
5.22金属切削原理之积屑瘤在用低、中速连续切削一般钢材或其他塑性材料时, 切屑同刀具前面之间存在着摩擦,如果切屑上紧靠刀具前面的薄层在较高压强和温度的作用下，同切屑基体分离而粘结在刀具前面上,再经层层重叠粘结,在刀尖附近往往会堆积成一块经过剧烈变形的楔状切屑材料，叫做积屑瘤。
积屑瘤的硬度较基体材料高一倍以上，实际上可代替刀刃切削。
积屑瘤的底部较稳定，顶部同工件和切屑没有明显的分界线,容易破碎和脱落,一部分随切屑带走，一部分残留在加工表面上，从而使工件变得粗糙。
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② 钼系高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V2，简称M2，
具有较好的力学性能，适合制作承受较大冲击力的刀具、结构 比较薄弱的刀具和截面较大的刀具、各种热轧刀具和抵抗冲击 的刀具。但热处理易脱碳、易氧化和淬火温度窄等 W9Mo3Cr4V是另一钼系类牌号的普通高速钢，简称W9， 具有较好的抗弯强度、冲击韧度、热塑性、热稳定
第一章 金属切削设备的基本知识
图1.8 进给运动对工作角度的影响
第一章 金属切削设备的基本知识
（2）横向进给运动对工作角度的影响 车槽或切断时，假定工作（进给）平面pf与正交平面p0重合。
2．刀具安装位置对工作角度的影响（对前、后角的影响）
（统一设刀具的刃倾角为零）在安装车刀时，若刀 尖与工件中心等高，则切削平面Ps与车刀底面垂直，基 面与底面平行，刀具工作前、后角与标注前、后角相等； 若将刀尖安装得高于工件中心，则工作基面和工作切削 平面的位置相对于静止参考系发生倾斜，使刀具的工作 前角增大、工作后角减小；若将刀尖安装得低于工件中 心，则刀具的工作前角减小、工作后角增大，如图1.9所 示。在实际生产中，粗车外圆时常将刀尖装高一个值， 为dw×（1～50）/100；精车外圆时常将刀尖装低一个 值，为dw×（1～50）/100。
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第一章 金属切削设备的基本知识
3．背吃刀量ap 背吃刀量是指工件上已加工表面至待加工表面间的 垂直距离。（通过切削刃基点垂直于假定工作平面方向 测量的的吃刀量）对于外圆车削，如图1.14所示，背吃 刀量可按下式计算:
d w dm ap 2
第一章 金属切削设备的基本知识
（3）工作正交平面Poe。是指通过切削刃上的选定点并同时与工作
基面和工作切削平面相垂直的平面。
第一章 金属切削设备的基本知识
图1.7 刀具工作参考系平面
第一章 金属切削设备的基本知识
1．进给运动对工作角度的影响
（1）纵向进给运动对工作角度的影响 以车外圆为例，如图1.8所示。车削时工件作旋转主运动，车刀 作纵向进给运动，由这两个运动的合成运动所形成的加工表面实际
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第一章 金属切削设备的基本知识
第二节 刀具材料
一、刀具材料应具备的性能 1．高硬度；2．良好的耐磨性；3．足够的强度和韧性；4．高耐热性； 5．良好的工艺性和经济性 二、刀具材料的种类（工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷材料、超硬刀具 据材料等） 刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金和超硬材料的出现，都是随 着机床主轴转速提高、功率增大，主轴精度的提高，机床刚性的增加而逐 步发展的。同时由于新的工程材料不断出现，也对切削刀具材料的发展起
（一） 切削用量要素（工艺要素，包括切削速度、进给量、背吃刀量三要素） 1．切削速度vc 切削速度是指主运动的线速度。（刀具切削刃上某一点相对于待加工 表面在主运动方向上的瞬时线速度）
2．进给量f 进给量是指主运动每转一转（每行程），刀具沿进给运动方向相对于 工件的位移量。钻削、铣削时还可用每齿进给量fz表示。进给运动有时还用 进给速度f来表示，它们的关系是：
第一章 金属切削设备的基本知识
图1.6 车刀的主要标注角度
第一章 金属切削设备的基本知识
其他静止参考系简介
法剖面静止参考系
（1）法剖面Pn：通过切削刃选定点垂直于切削刃的平面。 （2）构成：基面Pr、切削平面Ps、法剖面Pn。 （3）标注角度：变化的只有所在的测量平面不同，在法剖面中测量的角度法前 角rn，法后角an。 假定工作平面、背平面静止参考系 （1）假定工作平面Pf：通过切削刃上选定点，平行于假定进给方向且垂直于基 面的平面 背平面Pp：通过切削刃上选定点，同时垂直于假定工作平面和基面的平面 （2）构成：基面、切削平面、假定工作平面构成加工工作平面静止参考系；基 面、切削平面、背平面构成背平面静止参考系。 （3）标注角度：在假定工作平面中测量的侧前角ro，侧后角ao；在背平面中测 量的背前角ro，背后角ao
在主切削平面内测量的角度如下。
（5）刃倾角s。是指主切削刃与基面之间的夹角。刃倾 角有正、负和零度之分：当刀尖处于主切削刃上最高点时 为正值；当刀尖处于主切削刃上最低点时为负值；当主切 削刃与基面重合时为零度刃倾角。 在副正交平面内测量的角度如下。 （6）副后角。是指副后刀面与副切削平面之间的夹角。
第一章 金属切削备的基本知识
图1.9 刀具安装高度对工作角度的影响
（2）刀杆轴线不垂直于进给运动方向的影响（对主偏角和副偏角的影响） 安装时，刀杆的轴线不垂直于进给运动方向，则会影响在基面内测得的 相应角度。（G为刀杆对称面的垂线与进给方向的夹角） 第一章 金属切削设备的基本知识
四、切削要素（切削用量要素和切削层公称截面积要素）
第一章 金属切削设备的基本知识
图1.1 常见机械加工方法的切削运动 第一章 金属切削设备的基本知识
3．合成切削运动
是由主运动和进给运动合成的运动。 1.1.2 工件上的加工表面 1．待加工表面
工件上有待切除的表面。
2．已加工表面 工件上经刀具切削后形成的表面。
3．过渡表面
工件上被切削刃正在切削着的表面，它总是处在待 加工表面与已加工表面之间，也称切削表面或加工表面。
时为零度后角；当后刀面与基面之间的夹角小于90° 时，后角为正值；当后刀面与基面之间的夹角大于90° 时，后角为负值。 在基面内测量的角度如下。
第一章 金属切削设备的基本知识
（3）主偏角r。是指主切削刃在基面上的投影与假定进 给方向之间的夹角。 （4）副偏角r。是指副切削刃在基面上的投影与假定进 给反方向之间的夹角。
高速钢安按切削性能可以分为普通高速钢和高性能高速钢。
第一章 金属切削设备的基本知识
（1）普通高速钢常用的种类如下。 ① 钨系高速钢。典型牌号是W18Cr4V，简称W18。具有
较好的综合性能。适合制作螺纹车刀、成形车刀、拉刀和齿轮
刀具等形状复杂的刀具。但强度和韧性低，不适合制作大截面 的刀具；热塑性较差，不适合制造热成形刀具。
第一章 金属切削设备的基本知识
（1）切削层公称厚度hD。是指在切削层横截面内，垂直于过渡 表面度量的切削层尺寸。（切削刃两瞬时位置过渡表面间的厚 度）
hD f sin r
（2）切削层公称宽度bD。是指在切削层横截面内，平行于过渡 表面度量的切削层尺寸。
bD ap / sin r
（3）切削层公称横截面积AD。切削层公称横截面积是指切削 层横截面的实际面积。
第一章 金属切削设备的基本知识
（1）主切削刃S。主切削刃是指前刀面与后刀面的交
线，又称主刀刃。它完成主要的切削工作。
（2）副切削刃S。副切削刃是指前刀面与副后刀面的交 线，又称副刀刃。它配合主切削刃完成切削工作，最终 形成工件的已加工表面。 3．一尖 一尖即刀尖，是指主、副切削刃的交点。在实际应 用中，通常刀尖用短直线或圆弧取代，介于主、副切削
制造、刃磨和测量的几何参数，由于这些参数都是在
非切削状态下进行的，（假定工作条件）故其所在的 平面参考系称为静止参考系，如图1.5所示。静止参考 系由以下平面组成。 （1）基面Pr。基面是指通过切削刃上的选定点并垂直于
假定主运动方向的平面。
第一章 金属切削设备的基本知识
（2）切削平面Ps
切削平面是指通过切削刃上的选定点，与该切削刃 相切并垂直于基面的平面。因刀具的切削刃有主切削刃 和副切削刃之分，所以切削平面也分为主切削平面和副 切削平面。 （3）正交平面Po 正交平面是指通过主切削刃上的选定点并同时垂直 于基面和主切削平面的平面。此外，通过副切削刃上的 选定点并同时垂直于基面和副切削平面的平面，称为副 切削刃的正交平面，即副正交平面。（其他静止参考系
（二） 切削层公称截面要素 1．切削层参数
切削层是指切削时，切削刃在一次进给中从工件的待加工表面上切除 的那一层金属。外圆车削时，工件转一转，车刀从位置I移到位置II，前进 了一个进给量。图中所示的阴影部分即为切削层，其截面尺寸的大小为切 削层参数，它决定了刀具所受的负荷大小及切削尺寸，还影响切削力、刀 具磨损、工件表面质量和生产率。
第一章 金属切削设备的基本知识
在正交平面内测量的角度如下。
（1）前角0。是指前刀面与基面之间的夹角，前角有
正、负和零度之分：若基面在前刀面之上为正值，称为 正前角；若基面在前刀面之下为负值，称为负前角；若 基面与前刀面重合为零度前角。 （2）后角0。是指主后刀面与切削平面之间的夹角。
后角也有正、负和零度之分：当后刀面与切削平面重合
Pn Po 90° Ps
v 90° Pf 90° v 90° Pp
vf
vf 90° 90° 90° Pr 切削刃上选定点 Pr 安装基面
(a) 正交平面与法平面参考系
90°
90°
刀刃上选定点 安装基面
(b) 假定工作平面、背平面参考系刀具静止参考系
（三）刀具工作角度的参考系和刀具的工作角度
刀具工作角度参考系平面 刀具工作参考系与基准平面，是依据合成切削运动方向来确定的， 如图1.7所示。 （1）工作基面Pre。是指通过切削刃上的选定点并与合成切削速度方 向相垂直的平面。 （2）工作切削平面Pse。是指通过切削刃上选定点与切 削刃相切并垂直于工作基面的平面（平行于合成切削速度方向）。
金 属 切 削 机床与刀具
第一章 金属切削设备的基本知识
1.1 切削运动及形成的表面
1.1.1 切削运动
在金属切削加工过程中，工具与工件之间必须有相 对运动，这种相对运动称为切削运动，如图1.1所示。 1．主运动 是形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。
2．进给运动
是使工件多余的材料不断被去除的工作运动。
工作角度参考系）
第一章 金属切削设备的基本知识
图1.5 刀具的静止参考系
第一章 金属切削设备的基本知识