金属切削切削运动、切削用量的基本概念
金属切削与机床金属切削的基本概念资料
第1章 金属切削的基本概念
3． 合成切削运动
由主运动和进给运动合成的运动，称为合成切削运动。 刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为该点 的合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度，如图1－1 所示。
第1章 金属切削的基本概念 1.1.2 加工表面
切削加工时在工件上会形成依次变化的三个表面， 如图 1-2所示。
刃在基面上投影的平面。
第1章 金属切削的基本概念
2） 法平面参考系（Pr－Ps-Pn） 法平面参考系由基面Pr、切削平面Ps和法平面Pn组成，如 图1-7(a)所示。 法平面Pn： 通过切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。
第1章 金属切削的基本概念
3） 假定工作平面、背平面参考系（Pr-Pf-Pp） 假定工作平面、背平面参考系由基面Pr、假定工作平面Pf、 背平面Pp组成，如图1-7(b)所示。 (1) 假定工作平面Pf：通过切削刃上选定点，平行于假定
速度。
vf=fn
（1-2）
式中: vf——进给速度（mm/s）； n——主轴转速（r/s）； f——进给量（mm/r）。
第1章 金属切削的基本概念
3． 背吃刀量ap
背吃刀量一般是指工件上已加工表面和待加工表面间的 垂直距离。 如纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：
ap
dw
dm 2
（1－3）
式中:dw——工件待加工表面直径（mm）；
第1章 金属切削的基本概念 图1-1 切削运动
第1章 金属切削的基本概念
2． 进给运动
机械制造工艺基础知识点总结
机械制造工艺基础知识点第一章金属切削加工基础知识一、切削加工基本概念1、成形运动（切削运动）是为了形成工件表面所必需的、刀具与工件之间的相对运动。
成形运动（切削运动）包括主运动和进给运动。
2、主运动是指直接切除工件上的切削层，形成已加工表面所需的最基本运动。
一般来讲，主运动是成形运动中速度最高、消耗功率最大的运动，机床的主运动只有一个。
3、进给运动是指不断地把切削层投入切削的运动，以加工出完整表面所需的运动。
进给运动可能有一个或几个，通常运动速度较低，消耗功率较小。
4、切削过程中，工件上形成三个表面1）待加工表面——将被切除的表面；2）过渡表面——正在切削的表面；3）已加工表面——切除多余金属后形成的表面。
5、切削用量三要素1）切削速度v c切削刃上选定点在主运动方向上相对于工件的瞬时速度。
2）进给量f在进给运动方向上，刀具相对于工件的位移量，称为进给量。
3）背吃刀量a p背吃刀量是在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的切削深度。
6、成形运动简图7、切削层尺寸要素(1)切削层：刀具切过工件的一个单程，或只产生一圈过渡表面的过程中所切除的工件材料层。
(2)切削层尺寸平面：通过切削刃基点并垂直于该点主运动方向的平面，称为切削层尺寸平面。
(3)切削层尺寸要素①切削厚度:指在切削层尺寸平面内，沿垂直于切削刃方向度量的切削层尺寸。
②切削宽度：指在切削层尺寸平面内，沿切削刃方向度量的切削层尺寸。
③切削面积：是指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面面积。
二、刀具角度1、车刀的组成三个刀面：前面、主后面、副后面两个切削刃：主切削刃、副切削刃一个刀尖2、辅助平面1）基面：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。
2）主切削平面：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。
3）正交平面：通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。
3、车刀的标注角度γ（1）前角在正交平面中测量，是刀具前面与基面之间的夹角。
金属切削过程的基础知识
1. 切削运动
金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。依其 作用不同，可把切削运动分为主运动与进给运动。
（1）主运动
主运动是切除多余金属层以形成工件要求的形状、尺寸 精度及表面质量所必须的基本运动，是速度最高、消耗功率 最大的运动。这种运动在切削过程中只能有一个。车削的主 运动是工件的回转运动。
前角γ0e和工作后角αoe都与其标注前
角γo和标注后角αo不同，它们之间的 关系见下式：
vc
第一节 基本概念
γ oe γ o η ；α oe α o η
η称为合成切削速度角，是 主运动方向与切削速度方向 的夹角：
tanη vf f
vc π d
vc
第一节 基本概念
（2）纵车
当考虑进给运动后，切削刃上选定点的运动轨迹是一螺旋线，这时的切削 平面Pse是过选定点与螺旋面相切的平面，刀具工作角度的参考系（Pse、Pre） 倾斜了一个角η，则工作进给剖面内的工作角度为：
第一节 基本概念
（1）前刀面
切屑流经的表面称为前刀面，记为Ar。
（2）后刀面
后刀面分为主后刀面和副后刀面。与工 件上加工表面相对的表面称为主后刀面，记 为Aa。与工件上已加工表面相对的表面称为 副后刀面，记为Aa’。
（3）切削刃 前刀面与主后刀面的交线，称
为主切削刃，用以完成主要切除 工作，记作S；前刀面与副后刀 面的交线，称为副切削刃，辅助 参与形成己加工表面，记作S’。 （4）刀尖
切削主运动和进绘运动的合成称合成切削运动，亦即刀具切削刃上某一点
相对工件的运动，其大小与方向用合成速度向量 ve 表示。
ve vc v f
第一节 基本概念
2. 切削用量三要素
金属切削加工概述
（３）工件表面 切削加工过程中，工件上有三个不断变化着的表面，如外圆车削 时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工件的外圆 表面。 ①已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面。 ②待加工表面：工件上有待切除切削层的表面。 ③过渡表面：主切削刃正在加 工的表面称为过渡表面，它是 待加工表面与已加工表面的连 接表面，如图。
机械 加工
利用刀具 进行加工
车削 钻削 插削
铣削 铰削 拉削
刨削 镗削 锪削
利用磨料 进行加工
磨削 珩磨
研磨 超精加工
机器零件的基本表面包括：外圆、内圆（孔）、平 面和成形面，基本表面主要由各种切削加工方法获 得。要完成零件表面的切削加工，刀具和工件应具 备形成表面的相对运动，即切削运动。
切削运动：是指刀具和工件的相对运动 切削运动分为主运动和进给运动
主、副偏角小时，已 加工表面残留面积的 高度hc亦小，因而可 减小表面粗糙度的值 ，并且刀尖强度和散 热条件较好，有利于 提高刀具寿命。
前角的影响 •正前角大，切削刃锋利 •前角每增加1°，切削功率减 少1% •正前角大，刀刃强度下降；负 前角过大，切削力增加。
Ø 被切削对象塑性越大，前角越大。 Ø 刀具切削部分的材料高速钢前角可大于硬质合金钢。 Ø 粗加工前角应取小些，精加工时前角应取大些。
1.1 金属切削 加工 概述
1.1.1切削运动和切削用量
切削加工的概念：切削加工是利用刀具和工件的相对 运动，刀具从毛坯或型材上切除多余的材料，以便获 得精度和表面粗糙度均符合要求的零件的加工过程。
切削加工分类：分为钳工和机械加工。钳工：通过 工人手持工具进行切削加工。机械加工：采用不同 的机床（如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等）对 工件进行切削加工。
机械制造工程学金属切削原理及刀具习题1
一、高速钢外圆车刀主剖面参考系前角o、后角o、主偏 角r和刃倾角s的标注
如附图1所示，定义分别为： (1)前角 γo——过切削刃选定点在主剖面 (Po) 内测量的前刀面Ar和基面Pr的夹角(有 +、－)； (2)后角αo——过切削刃选定点在主剖面(Po) 内测量的主后刀面Ar和切削平面Ps 的夹角(有+、—)； (3) 主偏角 kr—— 过切削刃选定点在基面 Pr 内 测量的主切削刃和进给方向的夹角； (4)刃倾角λs——过切削刃选定点在切削平面 Ps内测量的切削刃 S和基面Pr的夹角(有+、－)。
3．端面车削、切削用 量的概念如下： 进给量 f：主轴转一 转时，车刀相对工件径 向移动的距离。 背 吃 刀 量 p： 沿 着 工件轴线测量的待加工 表 面与已加工表面的距 离。 [答案] 见例图1. 2。
最大前角计算
刃上的几何角度，并说明以上各角度的定义，当刀尖装高h 后，工作角度如何计算? [ 分析 ]1．刃倾角的正、负在外圆车刀标注角度时，易出 现错误。标注时，S向 视图中刀尖向下为正刃倾角，刀尖向上为负刃倾角。如果以 整体刀具理解，则刀尖低为负刃倾角，刀尖高为正刃倾角。 2．在回答各角度的定义时，一定要严格。如前角：在主 切刃选定点的正交平面(也称主剖面)内测量，前刀面与基面 之间的夹角。
(3)背吃刀量(钻削深度) αp：αp=dm／2，单位为mm。 (4) 切削厚度 hD：切削厚度系指垂直于主切削刃在基 面上投影方向测出的切削层断面尺寸，即 hD=fz sinkγ = f sinkγ /2 mm 由于主切削刃上各点的主偏角不等，因此各点的切 削厚度也不相等。 (5) 切削宽度 bD：切削宽度系指在基面上所量出的主 切削刃参加工作的长度，即 bD=αp/ sinkγ =d/2 sinkγ mm 切削面积 AD：对麻花钻来讲，切削面积实际上系指 每个刀齿的切削面积，即 AD=hD bD=fz αp = f d / 4 mm2
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。
2 金属切削基础知识
高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性 能高速钢；按制造工艺不同，可分为熔炼高速钢和 粉末冶金高速钢。
（1）切削用量
切削速度 进给量
vc
nd
1000
3.14 220 75 1000
51.8（1 m/min）
背吃刀量
f 60l 601.6 0.44（mm/r）
n 220
ap
dw
dm 2
75 66 2
4.5（mm）
（2）切削层参数
切削厚度
hD f sinr 0.44 sin 75 0.43（mm）
立方氮化硼：是由六方氮化硼在高温高压下转化 而成的，硬度高，耐磨性好。它主要用于加工淬火 钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。
四、刀具种类
由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工 艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的 结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类 很多。
按用途和加工方法，刀具可分为切刀类、孔加工 刀具、拉刀类、铣刀类、螺纹刀具、齿轮刀具、磨具 类、自动线刀具和数控机床刀具等。
bD
aP sin kr
AD hDbD ap f
二、切削方式
1．直角切削和斜角切削
如右图所示：
切屑沿刀刃 法向流出
切屑流出方向
直角切削：是指刀
刃垂直于合成切削运
λs
动方向的切削方式。 斜角切削：是指刀刃
《金属加工与实训》第3章第2节 切削运动与切削用量
（2）进给量（f）
进给量是指主运动的一个循环内（一转或一次往复行程）刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，用符号f表示。
车削外圆时的进给量为工件每转一圈，刀具沿进给运动方向所移动的距离，单位为mm/r；刨削时的进给量为工具（或工件）每往复一次，工件（或刀具）沿进给运动方向所移动的距离，单位为mm/str（毫米/往复行程）。
课程小结
1、切削运动的基本概念。
2、切削用量三要素的选择。
课后作业
列举常见切削加工方法的切削运动
导入新课
金属切削加工时利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层，以获得具有一定加工精度和表面质量的机械零件的加工方法，它是机械制造工业中应用最广泛的一种加工方法。
本次课我们将来学习切削运动的相关知识。
新课讲授
第3章金属切削加工基础
第2节切削运动与切削用量
一、切削运动
切削运动是在切削过程中，加工工具与工件间的相对运动，它包括主运动和进给运动两个基本运动。
二、切削用量及其选用原则
1、切削用量
切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量，要完成切削加工，这三者缺一不可，故又称切削三要素。
（1）切削速度（vc）
切削速度是指切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，用符号vc表示，单位为m/min或m/s。当主运动是旋转运动时，切削速度是指圆周运动的最大线速度，
3、辅助运动
机床在切削加工过程中还需一系列辅助运动，其功能是实现机床的各种辅助动作，为表面成形运动创造条件。
4、加工表面
在切削过程中，工件上会形成待加工表面、已加工表面和过渡表面三种表面
①待加工表面：工件上待切除的表面。
②已加工表面：工件上经刀具切削后形成的表面。
金属切削过程与刀具的基本知识
0
γ
0
′
α0′
A
κ
κ r′
r
f
A向
ε
r
λ
s
图2-50 车刀的主要角度
42
5) 刃倾角λ
s
在切削平面中测量，主切削刃与基面的夹角。
υ
c
刀尖为切削刃最高点时为 正，反之为负。
刃倾角可控制切屑流出方 向和刀头强度。
刃倾角一般 –50 ～ 50 主切削刃
刃倾角λ
s
基面投影线
43
1.1.2刀具角度
20
1.1.2刀具角度
刀具切削部分的组成
(3)副后刀面：刀具上与工件已加工表面相对的表面。 (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。
21
1.1.2刀具角度
刀具切削部分的组成
(5)副切削刃:前刀面与副后刀面的交线，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:连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是 小的直线段或圆弧．
正交平面 Po 前刀面 A 基面 Pr 切削平面 Ps 主切削刃 副切削刃 主后刀面
正交平面参考系
32
3.其它刀具标注参考系
（1）法平面pn与法平面参考系
1)法平面 刃的平面 通过切削刃上选定点并垂直于切削
2)法平面参考系 pr 、 ps 、pn 组成的参考系。 （图1-4） 刀具角度标注见图1-5。
1.1.2刀具角度 1)前角γ 0
基面投影线
υ
c
前刀面投影线
前角γ
0
37
1.1.2刀具角度
刀具标注角度
1）前角γo 在正交平面内测量， 是前刀面与基面的夹角 。前刀面在基面之下γo 定为正值；前刀面在基 面之上时γo定为负值。 γo 影 响 切 削 难 易 程 度 。增大前角可使刀具锋 利，切削轻快。但前角 过大，刀刃和刀尖强度 下降，刀具导热体积减 小，影响刀具寿命。
机械制造技术-金属切削过程基本知识
图(b), 刀具的背棱顶在已加工表面上, 切削刃无法
刀 切入, 切削条件被破坏。可见, 在这种场合下, 只考虑
具 工 作
主运动的假定条件是不合适的, 还必须考虑进给运动 速度的影响, 也就是必须考虑合成切削运动方向来确
角 度
定刀具工作角度的参考系；
的 参 考
图(c), 刀具后刀面与已加工表面全面接触, 摩擦严 重。
度 的
刀具标注角度
参 考
的参考系的形成
系 如右图动画所示,
由基面、切削平
面、主剖面等平
面构成了主剖面
参考系。
(1)基面Pr
通过切削刃选定点, 垂直于假定主运动方向
的平面。
刀
通常, 基面应平行或垂直于刀具上便于制造、
具 标
刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。
注 角
例如, 图示为普通车刀或刨刀的基面, 它平行
Pr-Ps组成的一个
正交的主剖面参
刀 考系, 这是目前生
具 标
产中最常用的刀
注 角
具标注角度参考
度 的
系。图中同时也
参 考
表示了一个由Pn-
系 Pr- Ps 组成的法
剖面参考系。在
实际使用时一般
是分别使用某一
(5)进给剖面 Pf 和背平面Pp及其
组成的进给、背平面参考系
进给剖面Pf是通过切削刃选定
度 的
于刀具底面。钻头、铣刀和丝锥等旋转类刀具,
参 考
其切削刃各点的旋转运动(即主运动)方向, 都垂
系 直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面, 故其
基面Pr就是刀具的轴向剖面。
(2)切削平面 Ps
通过切削刃选定点, 与主切削刃相切, 并垂直
金属切削的基本概念问题
金属切削的基本概念问题用金属切削刀具从工作上切除多余的(或预留的)金属, 从而获得在形状上、尺寸精度及表面质量上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，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它由金属切削机床来完成。
机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统，切削过程的各种现象、规律及其本质，都要在这个工艺系统的运动状态中去考察研究。
一、车削中的运动和加工表面车削加工是一种常见的典型的切削加工方法。
如图所示，普通外圆车削加工中的切削运动是由两种运动单元组合成的，其一是工件的回转运动，它是切除多余金属以形成加工表面的基本运动；其二是车刀的(纵向或横向)进给运动，它保证了切削工作的连续进行。
在切削运动作用下，工件上的切削层不断地被车刀切削并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。
在这一表面形成的过程中，碳硫分析仪工件上有三个不断变化着的表面：待加工表面：即将被切去金属层的表面；加工表面：切削刃正在切削的表面；已加工表面：已经切去多余金属而形成的新表面。
这些定义也适用于其他切削加工。
二、切削运动单元及其组合概念各种切削加工的切削运动，都是由一些简单的运动单元组合而成的。
直线运动和回转运动，是切削加工的两个基本运动单元。
不同数目的运动单元，按照不同大小的比值、不同的相对位置和方向进行组合，即构成各种切削加工的运动。
例如：一个直线运动刨削、拉削等；一个回转运动圆盘拉刀加工；一个回转运动和一个直线运动组合碳硫分析仪车削、镗孔、铣削、钻削、铰孔、车螺纹、攻丝等，它是目前应用最广泛的一种组合形式；式中：d——工件直径dw或刀具(砂轮)直径do(mm)：n——工件或刀具(砂轮)的转速(r/min)。
对于旋转体工件或旋转类刀具，在转速一定时，由于切削刃上各点的回转半径不同，因而切削速度不同。
在计算时，应以最大的切削速度为准。
如外圆车削时计算待加工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。
这是因为从刀具方面考虑，速度大的地方，发热多，磨损快，应当予以注意。
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（2）进给速度、进给量和每齿进给量
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（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，单位是mm/s(mm/min)
ve=ve+vf
切削时合成切削速度
1.1.2 切削用量三要素
ve、f 、 ap称之为切削用量三要素。
（1）切削速度
大多数切削加工的主运动采用回转运动。回旋体（刀具或工件）上外圆或
vc=
m/s 或 m/min
dn
式中 d－工件或1刀0具00上某一点的回转直径（mm)
n－工件或刀具的转速（r/s或r/min)
内容提要
本次课主要介绍金属切削切削运 动、切削用量的基本概念
1. 1 切削运动
如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了
图1.1车削时的切削运动
待加工表面：即将被切去金属层的表面;
加工表面：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。
1. 1 切削运动
金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。但是，按 切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分，可分为主运动
和进给运动。如图1.1所示。
（1）主运动 主运动是切下金属所必须的最主要的运动。通常它的速
度最高，消耗机床功率最多。
（2）进给运动 使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可以是连续运动，
也可以是间歇运动。
（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
dw—— 待加工表面直径（mm）
（4）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 低的一个指标，单位mm3/min
Q=1000ap·f·vc
显然
vf=f·n=fz·z·n mm/s或mm/min
（3）背吃刀量ap
对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap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。
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）