第1章 金属切削的基础知识
合集下载
第一章金属切削过程的基础知识
进给速度vf是单位时间的进给量，单位是mm/s(mm/min)
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
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
（2）进给速度vf和进给量f
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
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
金属切削加工的基础知识
n——主运动每分钟的往复次数，单位 str/min。
(2) 进给量 f
表示进给运动速度大小的方法有三种，即进给速度 vf，进给量 f，每齿进给量 fz。 进给速度 vf 是指切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动速度。单位为 mm/s。 进给量 f 是指主运动每转一转，或一个双行程，工件或刀具在进给运动方向上的相对位移量。
程中它的面积逐渐扩大。
过渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面，又称加工表
面。它在主运动的下一转里被切除，或者由下一切削刃切除(多齿 图 1-5 工件的加工表面和被吃刀量 刀具)。
单位为 mm/r 或 mm/str。
每齿进给量 fz 是指多齿刀具每转一齿，工件和刀具在进给运动方向上的相对位移量。单位为 mm/z。
(3) 背吃刀量 ap
切削过程中，通常会在工件上形成三个表面，如图 1-5 所示。
待加工表面：工件上即将被切除的的表面。在切削过程中它
的面积不断减少，直至全部切去。
已加工表面：工件上刀具切削后形成的新鲜表面。在切削过
v
d wn 60 1000
(m/s)
(1-1)
式中：dw——完成主运动的刀具或者工件的最大直径，单位 mm。 n ——主运动的转速，单位 r/min。
当主运动为往复运动时(如刨削)，则切削速度为往复运动的平均速度。
v
2Ln 60 1000
(m/s)
(1-2)
式中：L——往复运动的形成长度，单位 mm。
常用的金属切削加工方法有：车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削等。
1.1 工件表面的形成方法及所需的成形运动
任何零件的表面都可以看作由若干个基本表面按照一定的关系组合而成。如图 1-1 所示机器零 件上常用的典型表面有：平面、圆柱面、圆锥面和各种成形表面。
机械制造技术考点汇总
第一章 金属切削基础1.基本知识：①工件上的加工表面：3个不断变化着的表面 (1) 待加工表面。
工件上行将被切除的表面。
(2) 已加工表面。
工件上经刀具切削后产生的新表面。
(3) 过渡表面。
工件上由切削刃正在切削着的表面，位于待加 工表面和已加工表面之间，也称作加工表面或切削表面。
②切削运动：直接完成切除加工余量任务，形成所需零件表面的运动包括主运动和进给运动（合成切削运动）主运动及进给运动：可能是连续，也可能是间歇的；可能是直线运动，也可能是回转运动；可由刀具和工件分别完成(如车削和刨削)，也可由刀具单独完成(如钻孔)，但很少由工件单独完成；可以同时进行(如车削、钻削)，也可以交替进行(如刨平面、插键槽)；③切削用量：切削用量用来定量描述主运动、进给运动和投入切削的加工余量（切削层）厚度。
切削速度：刀刃上选定点的主运动的线速度 单位：m/s 或m/min当主运动为旋转运动时，可按右式计算 切削刃上各点的切削速度是不同的进给量：主运动的每一转或每一行程，刀具和工件沿进给运动方向的相对位移量称。
znf fn v Z f ==背吃刀量：工件上已加工表面和待加工表面间的距离切削用量三要素：切削速度；进给量；背吃刀量2.金属切削刀具的几何参数①刀具切削部分的结构要素：刀具组成：夹持部分（刀柄）；切削部分（刀头） 切削部分组成：三面、两刃、一尖②切削平面切削角度分析：参考PPT1000dnv π=第二章金属切削的基本规律及其应用1.切屑的种类及其变化①分类：带状切屑；底面光滑，背面呈毛茸状挤裂切屑；底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状节状切屑；底面已不光滑，呈粒状金属块的堆砌崩碎切屑：不规则块状颗粒②影响切屑形状的因素：工件材料、切削速度、进给量、刀具角度③切屑形状对加工过程的影响：切削过程平稳性、表面质量④切屑控制：卷曲和折断2.切削层金属的变形①三个变形区②变形程度的表示：变形系数；剪切角；剪应变变形系数PS：能表示变形程度的参数：切屑形态（方便、定性）；剪切角（定量）；变形系数（纯挤压，易测）；剪应变（纯剪切，较合理，忽略挤压）③刀—屑接触区的变形与摩擦第二变形区特征:切屑底层晶粒纤维化,流速减慢,甚至滞留。
机修钳工工艺学第四版教学课件第一章金属切削基础知识
2. 影响切削力的因素
主要因素有： （1）工件材料 工件材料的强度、硬度越高，切削力就越大。 （2）切削用量 切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量， 其次 是进给量，切削速度对切削力影响较小。
（3）刀具角度 刀具几何角度中对切削力影响最大的是前角、主偏 角和刃倾角。 （4）切削液 合理选择切削液可以减小塑性变形和刀具与工件间 的摩擦，使切削力减小。
如有“啪啪”响声，则表示其中有水分。
4. 机械杂质
在油溶性切削液中取样100ml，用100目铜丝网将其过
滤，检查铜丝网上有无杂质。
§1-5 钳工常用的刀具材料
一、刀具切削部分材料应具备的性能
1. 硬度和耐磨性
刀具材料硬度必须高于被加工件材料硬度才能进行正 常的切削。硬度是刀具材料应具备的最基本特性。
式中 υf——车削时进给速度，mm/min； n——工件或刀具的转速，r/min； ƒ——进给量，mm/r。
3. 背吃刀量
背吃刀量是指在通过切削刃基点并垂直于工作平面的 方向上测量的两平面间的距离（通常所指的工件已加工 表面和待加工表面间的垂直距离）。车削外圆时为：
式中 ap——背吃刀量，mm； dw——待加工表面直径，mm； dm——已加工表面直径，mm。
5. 导热性
刀具材料应具有良好的导热性，以便切削时产生的热 量能迅速散发。
6. 抗粘接性
防止工件与刀具间在高温、高压下互相吸附产生粘接。
7. 良好的工艺性和经济性
刀具材料应便于制造而且制造成本低廉。
二、钳工常用的刀具材料
1. 粗加工时切削液的选用
粗加工时，切削用量较大，产生大量的切削热。这时 主要是要求降低切削温度，应选用冷却为主的切削液， 如3%～5%乳化液。硬质合金刀具耐热性较好，一般不用 切削液。
金属切削基础
3
法平面参考系 : 基面+法剖面+切削平面
4
背平面参考系 : 基面+进给平面+切深平面
刀 具标注角度参考系
基面
基面Pr： “通过主切削刃上选定点垂直于主运动方向的平面”
切削平面
切削平面Ps： 通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面
主剖面
主剖面Po： 通过主切削刃上选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面
切削厚度：hD
“沿着过渡表面度量的切削层尺寸” bD=ap/sinКr (mm)
切削宽度：bD
AD=hD∙bD (mm2)
切削面积：AD
AD=f∙ap (mm2)
对于外圆车削：
01
刀具切削部分承受的载荷大小；
02
决定了切削的尺寸和形状；
切削层的大小和形状影响：
三、残留面积：
刀尖角：
三、刀具的标注角度
在正交平面(主剖面)内测量的角度 后角：αo “后刀面与切削平面的夹角” 前角：γo “前刀面与基面之间的夹角”。
在切削平面内：
刃倾角：λS
“主切削刃与基面之间的夹角”
正交平面参考系车削外圆角度标注
基面: 主偏角、副偏角、刀楔角、刀
尖园弧半径
进给平面(假定工作平面）: 侧前角、侧后角
01
正交平面参考系: 基面+主剖面+切削平面
02
法平面参考系 : 基面+法剖面+切削平面
03
背平面参考系 : 基面+进给平面+切深平面
04
刀 具标注角度参考系
明确表示刀具切削过程中的角度
前角、后角
主偏角、付偏角
刃倾角
机械制造技术基础第1章金属切削加工基础知识 共116页
吃刀量asp，也常称为切削用量三要素。
• （1）切削速度
• 切削速度即主运动的速度。 • ① 主运动为旋转运动 • 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径
• 处的线速度v：c60 d 1n 000(m /s或 者 m /m in)
• d——完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)； • n——主运动的转速(rad/S或r/min)。
（2）进给运动和进给速度
① 由机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件上 多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。
② 进给运动可以用进给速度vf或进给量f、fz、af来表示。
③ 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种 切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。
1.2 切削运动与切削用量
运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这 些成形运动。
例1-1 用普通车刀车削外圆 • 母线——圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 • 导线——直线，由轨迹法形成， 需要一个成形运动A2。 • 表面成形运动的总数为两个，即 Bl和A2，都是简单的成形运动。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
母线
导线
成形法
导线
母线
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
表面成形运动是保证得到工件 要求的表面形状的运动。例 如用车刀车削外圆柱面，形 成母线和导线的方法，都属 于轨迹法。工件的旋转运动 B1，产生母线（圆）；刀具 的纵向直线运动A2产生导线 （直线）。运动B1和A2就是 形成外圆表面两两个成形运 动。
螺旋线
螺纹牙形 渐开线
• （1）切削速度
• 切削速度即主运动的速度。 • ① 主运动为旋转运动 • 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径
• 处的线速度v：c60 d 1n 000(m /s或 者 m /m in)
• d——完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)； • n——主运动的转速(rad/S或r/min)。
（2）进给运动和进给速度
① 由机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件上 多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。
② 进给运动可以用进给速度vf或进给量f、fz、af来表示。
③ 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种 切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。
1.2 切削运动与切削用量
运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这 些成形运动。
例1-1 用普通车刀车削外圆 • 母线——圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 • 导线——直线，由轨迹法形成， 需要一个成形运动A2。 • 表面成形运动的总数为两个，即 Bl和A2，都是简单的成形运动。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
母线
导线
成形法
导线
母线
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
表面成形运动是保证得到工件 要求的表面形状的运动。例 如用车刀车削外圆柱面，形 成母线和导线的方法，都属 于轨迹法。工件的旋转运动 B1，产生母线（圆）；刀具 的纵向直线运动A2产生导线 （直线）。运动B1和A2就是 形成外圆表面两两个成形运 动。
螺旋线
螺纹牙形 渐开线
金属切削加工基本知识
第一章金属切削及机床的基本知识
基本内容： 主要介绍刀具几何角度及工作角度、切削变形
与积屑瘤、切削力、切削热、切削温度、刀具磨 损与刀具耐用度、切削液及刀具几何参数的合理 选择、机床的基本知识等。 2.基本要求：
刀具几何角度和积屑瘤的成因、作用及控制措施 影响切削力、切削热、切削温度、刀具磨损的因 素； 合理选择刀具材料、几何参数、切削液等。
部分表面。
3.切削用量 切削用量是切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量 的总称。
1）切削速度（Vc）是指在切削加工时，切削刃上选定 点相对于工件的主运动瞬时线速度。
Vc=πDn/1000
2）进给量（f）是指工件（或刀具）每回转一周时，刀 具（或工件）在进给运动方向上的相对位移量。
3）背吃刀量（ap）指待加工表面和已加工表面之间的 垂直距离。
度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80 倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和 镜面加工；很高的导热性。 （3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动 很敏感。 （4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金 属及其合金和非金属材料。
3）立方氮化硼刀具
（1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化 硼为原料在高温、高压下合成。
A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，
颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。 B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，
通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性
γoe = γo + µ αoe = αo - µ
2)纵向进给运动对工作角度的影响
机械制造工程学 李伟 谭豫之 第1章 金属切削加工的基础知识1新PPT课件
切削过程中，主运动、进给运动合理的组合，便可以加 工各种不同的工件表面。
切削过程中，工件上形成三个表面，如图1-2所示 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。
切削过程中，为提高 生产效率，机床除切削运 动外，还需要有辅助运动， 如切入运动、分度转位运 动、空程运动及送夹料运 动等。
图1-2 车削加工工件上的表面
1.1.2 切削用量
1、切削用量三要素
1）切削速度 v c ：切削刃的选定点相对于工件主运动的瞬
时速度。主运动是旋转运动时，切削速度计算公式如下：
c
dn
1000
式中 d——工件加工表面或刀具某一点的回转直径（mm）； n——工件或刀具的转速（r/s或r/min）。
2）进给量 f：在工件或刀具的每一转或每一往复行程的时
1、刀具的分类：
刀具的种类很多，根据用途和加工方法不同，通常把刀 具分为以下类型。
1）切刀：包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等。
2）孔加工刀具：包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工 刀具(如钻一铰复合刀具)等。
3）拉刀：包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀) 等。
4）铣刀：包括加工平面的圆柱铣刀、端铣刀等；加工沟槽 的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等；加工特殊 形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。
(1)刀具安装位置对工作角度的影响
图2-8 a)刀尖高于工件轴线 b)刀尖低于工件轴线
5.
图2-9 (θ为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)
5. (2)进给运动对工作角度的影响
图2-1ห้องสมุดไป่ตู้ 横向进给运动对工作角度的影响 图2-10 纵向进给运动对工作角度的影响
切削过程中，工件上形成三个表面，如图1-2所示 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。
切削过程中，为提高 生产效率，机床除切削运 动外，还需要有辅助运动， 如切入运动、分度转位运 动、空程运动及送夹料运 动等。
图1-2 车削加工工件上的表面
1.1.2 切削用量
1、切削用量三要素
1）切削速度 v c ：切削刃的选定点相对于工件主运动的瞬
时速度。主运动是旋转运动时，切削速度计算公式如下：
c
dn
1000
式中 d——工件加工表面或刀具某一点的回转直径（mm）； n——工件或刀具的转速（r/s或r/min）。
2）进给量 f：在工件或刀具的每一转或每一往复行程的时
1、刀具的分类：
刀具的种类很多，根据用途和加工方法不同，通常把刀 具分为以下类型。
1）切刀：包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等。
2）孔加工刀具：包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工 刀具(如钻一铰复合刀具)等。
3）拉刀：包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀) 等。
4）铣刀：包括加工平面的圆柱铣刀、端铣刀等；加工沟槽 的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀等；加工特殊 形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。
(1)刀具安装位置对工作角度的影响
图2-8 a)刀尖高于工件轴线 b)刀尖低于工件轴线
5.
图2-9 (θ为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)
5. (2)进给运动对工作角度的影响
图2-1ห้องสมุดไป่ตู้ 横向进给运动对工作角度的影响 图2-10 纵向进给运动对工作角度的影响
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。
机械制造基础复习资料(答案)
第一章金属切削的基本知识1．切削三要素概念与计算。
切削用量：是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称，这三者又称切削用量三要素。
①切削速度v：在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动v = πdn / 1000 ( m / min )式中 d --- 完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm） n --- 主运动的转速（r / min）②进给量f：工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进给运动中的相对位移量。
vf = n * f （mm / min）③切削深度ap：等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距。
⑴对于外圆车削 ap = （dw - dm) / 2 (mm)⑵对于钻孔 ap = dm / 2 (mm)式中 dw --- 工件加工前直径(mm)；dm --- 工件加工后直径(mm)。
2．①高硬度②高耐热性③足够的强度和韧性④高耐磨性⑤良好的工艺性顾其它。
3．刀具的标注角度定义，作用。
刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。
（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）⑴前角γ0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹角。
前角的作用：前角↑切屑变形↓切削力↓刃口强度↓前刀面磨损↓导热体积↓⑵后角α0：在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。
后角的作用：后角↑后刀面与加工表面间的摩擦↓后刀面磨损↓刃口强度↓导热体积↓⑶主偏角Kr：在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。
主偏角的作用：主偏角↑切削刃工作长度↓刀尖强度↓导热体积↓径向分力↓⑷副偏角Kr’：在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。
副偏角的作用：副偏角↑副后面与工件已加工表面摩擦↓刀尖强度↓表面粗糙度↑⑸刃倾角λS：在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角刃倾角的作用：①影响排屑方向：λS ＞0 °排向待加工表面；λS =0 °前刀面上卷曲λS ＜0 °排向已加工表面；②影响切入切出的稳定性③影响背向分力大小刀具角度的选择原则：1）粗加工塑性材料时，选择大前角γ0，小后角α0，小主偏角Kr，较小或负的刃倾角λs；加工脆性材料时可适当减小前角γ0；加工高硬度难加工材料时，采用负前角(γ0<0°)。
机械制造基础
（2）进给运动
进给运动是指使新的金屑层不断投入切削过程，使其在所需方向上使切 削得以继续下去的运动。进给运动可由一个或多个运动组成。一般情况下，进 给运动的速度较低、消耗功率较小，是形成已加工表面的辅助运动。进给运动 可以是连续的，也可以是间歇的。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
刨、钻、铣削时的切削运动如下图所示：
mm
式中 dm — 已加工表面直径（mm）。
dw — 待加工表面直径（mm）。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
二、刀具切削部分的基本定义 1. 刀具切削部分的构造要素
虽然用于切削加工的刀具种类繁多，但刀具切削部分的组成却有共同点。 车刀的切削部分可看作是各种刀具切削部分最基本的形态。刀具切削部分的 构造要素如下图所示。
为了在设计、制造、刃磨和测量刀具的过程中，能够正确、统一地确定刀 具角度，ISO制订了一套刀具标注角度参考系。
（1）确定刀具标注角度参考系的假定工作条件 假定运动条件：假定的进给速度很小，即可用主运动向量Vc近似代替合成 运动向量Ve。 假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直与刀具的安装定 位平面或轴线。 刀具的标注角度参考平面就是在以上假定条件下确定的。
vc
π dn 1000
m/s或m/min
式中 d — 工件或刀具上某一点的回转直径（mm) n — 工件或刀具的转速（r/s 或r/min）
机械制造基础
第一章 金属切削过程
（2）进给速度、进给量、每齿进给量
进给速度是单位时间内，刀具相对于工件在进给方向上的位移量，记作vf， 单位为mm/s或mm／min。
机械制造基础
其它切削加工的切削运动及工件表面
第一章 金属切削过程
进给运动是指使新的金屑层不断投入切削过程，使其在所需方向上使切 削得以继续下去的运动。进给运动可由一个或多个运动组成。一般情况下，进 给运动的速度较低、消耗功率较小，是形成已加工表面的辅助运动。进给运动 可以是连续的，也可以是间歇的。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
刨、钻、铣削时的切削运动如下图所示：
mm
式中 dm — 已加工表面直径（mm）。
dw — 待加工表面直径（mm）。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
二、刀具切削部分的基本定义 1. 刀具切削部分的构造要素
虽然用于切削加工的刀具种类繁多，但刀具切削部分的组成却有共同点。 车刀的切削部分可看作是各种刀具切削部分最基本的形态。刀具切削部分的 构造要素如下图所示。
为了在设计、制造、刃磨和测量刀具的过程中，能够正确、统一地确定刀 具角度，ISO制订了一套刀具标注角度参考系。
（1）确定刀具标注角度参考系的假定工作条件 假定运动条件：假定的进给速度很小，即可用主运动向量Vc近似代替合成 运动向量Ve。 假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直与刀具的安装定 位平面或轴线。 刀具的标注角度参考平面就是在以上假定条件下确定的。
vc
π dn 1000
m/s或m/min
式中 d — 工件或刀具上某一点的回转直径（mm) n — 工件或刀具的转速（r/s 或r/min）
机械制造基础
第一章 金属切削过程
（2）进给速度、进给量、每齿进给量
进给速度是单位时间内，刀具相对于工件在进给方向上的位移量，记作vf， 单位为mm/s或mm／min。
机械制造基础
其它切削加工的切削运动及工件表面
第一章 金属切削过程
金属切削的基础知识
已加工表面质量越好
2) 后角α0 在正交平面内测量, 主后刀面与切削平面之间
的夹角。
υc
切削平面投影线
后角α0 主后刀面投影线
作用:
减小后刀面与已加工表面之间的摩擦; 它和 前角一样影响刃口的强度和锋利程度。
后角应在60~120内选取; 粗加工取小, 精加 工取大。
3) 主偏角κr
主切削平面与假定工作平面之间的夹角。
• 目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来 保证。
第一章 第二章
金属切削的基础知识 金属切削机床的基本知识
第三章
常用加工方法综述
第四章 精密加工和特种加工简介
第五章
典型表面加工分析
§1-1 切削运动及切削要素
一、零件表面的形成及切削运动
1．主运动―― ―主要完成切削的动，消耗功率最多，一种 加工主运动只有一个。（ ）；
3.车刀的主要角度 为确定刀具的主要角度, 须建立三个相互垂直的
参考平面构 成的静止参考系。
(1) 建立车刀静止参考系 基面 切削平面 正交平面
1) 基面 通过切削刃选定点的平面, 它平行刀具安装的一个 平面, 其方位要垂直于主运动方向。
υc
2) 切削平面 通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。
三、刀具结构 车刀按结构分类, 有整体式、焊接式、机夹式
和可转位式四种型式（见图）。 （它们的特点与常用场合见表1－2。）
表1－2 车刀结构类型、特点与用途
名称
特
点
整体 用整体高速钢制造,刃口较锋利,但价高的刀具 式 材料消耗较大
适 用 场合
小型车床或加工有色金 属
焊接 式
焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上,结构紧 凑,刚性好,灵活性大。但硬质合金刀片经过高 温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹
金属切削过程与刀具的基本知识
α0 γ
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
选择原则：
1、在不引起振动的条件下，一般取较小的 副偏角。精加工刀具必要时需磨出一段Kr′ （副偏角）=0的修光刃，以加强副切削刃 对已加工表面的修光作用。 2、系统刚度较差时，应取较大的副偏角。 3、切断、切槽刀及孔加工刀具的副偏角只 能取很小值（如Kr′=1°~2°），以保证 重磨后刀具尺寸变化量小（例如钻头的倒锥， 如果大了，磨钻头会越细。）
1 在工艺系统刚度允许的条件下， 应采用较小的主偏角，以提高刀具寿 命；加工细长轴则用较大的主偏角。
2 加工很硬的材料，为减轻单位切 削刃上的负荷，宜取较小的主偏角。
3 在切削过程中，刀具需作中间切 入时，应取较大的主偏角。
4 主偏角的大小，还应与工件的形 状相适应，如切阶梯轴，可取主偏角 为90°。
22
1.2 常用刀具材料
第一章 第二节
1. 碳素工具钢、合金工具钢（如钳工工具等） 2. 高速钢（W18Cr4V）（形状复杂的刀具，如铣刀、齿轮刀具等）
3. 硬质合金（YG类（钨钴）、YT类（钨钴钛））
4. 新型材料 （陶瓷材料、金刚石、立方氮化硼 CBN）
23
常用的刀具材料
• 碳素工具钢：如T7、T8、T9…T13等。适合于制 造简单的手工工具，如锉刀、锯条等；
36
第一章 第二节
2.3 前角 orthogonal rake、 （正交平面投影）
前角的选择原则：主要根据工件材料，其次考虑刀具材料和加工条 件选择：
1 、工件材料的强度、硬度低，塑性好，应取较大的前角；加工脆 性材料（如铸铁）应取较小的前角，甚至是负前角。
2 、刀具材料的抗弯强度及韧度高 时，可取较大的前角（如高速钢）。
后角的选择原则：
（1）精加工刀具及切削厚度较小的 刀具（如多刃具），磨损主要发生 在后刀面上，为降低磨损，应取较 大的后角；粗加工刀具要求刀刃坚 固，应取较小的后角。 （2）工件强度、硬度较高时，为保 证刃口强度，宜取较小的后角；工 件材料软、粘时后角摩擦严重，应 取较大的后角；加工脆性材料时， 载荷集中在切削刃处，为提高切削 刃强度，宜取较小的后角。 （3）定尺寸刀具，如拉刀和铰刀等， 为避免重磨后尺寸变化过大，应取 较小的后角。 （4）工艺系统刚度差（如切细长轴） 时，亦取较小的后角，以增大后刀 面与工件的接触面积，减少振动。
• 合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、 锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr等，适合于 制造低速成型刀具，如丝锥；
• 高速钢：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用 的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制 造中速精加工刀具；
• 硬质合金：成分由WC、TiC和Co组成，采用烧结 方法获得
切削平面：通过主切削刃上的某 分，切削部分由三个刀面组成：
一点，与该点加工表面相切的平 前刀面、主后刀面、副后刀面。
面。
正交平面：通过主切削刃上的某 一点，与主切削刃在基面上的投 影垂直的前平刀面面和主后刀面的交线叫主切削刃
前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃
两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对尖锐 28
33
主、副偏角的影响
• 主偏角对切削层的影响
第一章 第二节
f、ap一定，主偏角愈小，bD 愈大 hD愈小
34
第一章 第二节
• 主偏角(副偏角)对残留面积、切削力的影响
35
第一章 第二节
2.3 前角 orthogonal rake、 （正交平面投影）
在主剖面中测量，是前刀面与基 面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利 ，便于切削。前角大，刃口锋利，切 削层的塑性变形和摩擦阻力小，切削 力和切削热降低。但前角不能太大， 否则会削弱刀刃的强度，散热条件变 坏，刀具寿命下降，容易磨损甚至崩 坏。加工塑性材料时，前角可选大些 ，如用硬质合金车刀切削钢件可取 γ0=10° ～ 20° ， 加 工 脆 性 材 料 ， 车刀的前角γ0应减小，例如切削灰铸 铁γ0=5°～15° 。
25
其它刀具材料
陶瓷：常用的刀具陶瓷有两种： Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶 瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨 性和耐热性，其主要缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差， 不能承受较大的冲击载荷。
金刚石：它分三种 天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片
立方氧化硼：由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂 转变而成。
绪论
3. 加工（ processing）方法分类：
• 去除加工 ——
切削加工 腐蚀加工
机械切削加工： 钳工加工
• 增材加工 —— 焊、镀、沉积、生长 ……
• 变形加工 —— 铸、锻、压、弯、挤、轧、
旋 压、拉深、胀型 ……
4
绪论
4.切削加工的特点和地位（ cutting machining）：
1. 加工精度高 ——目前的最高精度是切出来的 2. 工艺范围很宽 ——IT12~IT3, Ra25～Ra0.01 3. 生产率高 4. 加工成本较低 5. 污染较小 6. 要求刀具材料优于工件材料（硬度、强度等） 7. 得到了最广泛的应用
工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向 间歇移动 刨刀横向、垂向、斜向间歇移动
工件转动，同时工件往复移动，砂轮 横向移动 工件转动，同时工件往复移动，砂轮 横向移动 工件往复移动，砂轮横向、垂向移动
11
第一节 切削运动及切削要素
2. 切削用量
• 切削三要素 包括：切削速度 进给量 背吃刀量
12
第一节 切削运动及切削要素
3 、断续切削或粗加工有硬皮的 锻、铸件时，应取较小的前角。
4 、工艺系统刚度差或机床功率不 足时应取较大的前角。
5 、成形刀具或齿轮刀具等为防止 产生齿形误差常取很小的前角甚至零度 的前角。
37
后角
第一章 第二节
在主剖面中测量，是主后面与切 削平面之间的夹角。其作用是减小 刀具后刀面与工件之间的摩擦。但 后角过大会降低切削刃强度，并使 散热条件变差，从而降低刀具寿命 。车削时主后面与工件的摩擦，一 般取α0=6～12°，粗车时取小值 ，精车时取大值。
2.1 切削速度
• 定义： 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。
以 vc 表示，单位 m/s 或 m/min
• 计算公式：
（1）主运动为旋转运动时， vc 为最大线速度
d ——工 1000
n ——工件或刀具的转速，r/s 或 r/min
13
（2）主运动为直线运动时， vc为平均速度
32
副偏角Kr’
在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。 其主要作用是减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦。一般取较小 的副偏角，可减少工件表面的残留面积，改善已加工表面的粗糙度。但 过小的副偏角会使径向切削力增大，在工艺系统刚度不足时引起振动。
在切削深度ap、进给量f、主偏角 Kr相等的条件下，减小副偏角Kr’，可 减小车削后的残留面积，从而减小表 面粗糙度，一般选取Kr′=5～15°。
——占目前机械制造总量的40～60％
5
6
7
8
第一章 金属切削基础知识
第一节 切削运动及切削要素
1. 切削运动
1.1 基本成形表面
圆柱面 －直母线旋转
平面 －直母线沿直线
曲面
－曲母线沿直线或圆
9
主运动Ⅰ：提供切削可能性的运动，主运动只有一个； 进给运动Ⅱ：提供连续切削可能性的运动，进给运动可以有多个。
26
2. 刀具角度
车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下
列要素组成
27
刀具的几何角度 (车刀的基本形状) 第一章 第二节
为了研究刀具的几何角度， 建立三个辅助平面：
各种多齿刀具或复杂刀具， 就其一个刀齿而言，都相当于一
基面：通过主切削刃上的某一点，把车刀。
与该点切削速度方向垂直的平面。 车刀分为切削部分和夹持部
fz
15
• 进给速度，即瞬时速度
用 vf 表示，单位mm/s 或 mm/min
v f fn fz zn
z ——刀具齿数
16
2.3 背吃刀量 back engagement of the cutting edge
• 在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向 的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量 的切削层尺寸。
AD =f × ap
AD 用于计算切削力
FC= kc × AD
20
3.3 切削用量的合理选择问题
(1)粗加工按ap－f－v的顺序选择 a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多 余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛 坯尺寸首先选择ap b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大 的f，减少走刀时间 c、ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提 下选择v
• 即切削深度，用 ap表示，单位mm
17
18
3.切削层参数 parameters cutting layer
包括： 切削层公称横截面积 AD 切削层公称宽度 bD 切削层公称厚度 hD =AD/bD
hD
19
• 切削层公称横截面积 AD= bD ×hD
• AD不包括残留面积，但车削的残留面积很小时
2
绪论
1. 机械加工 machining
借助机械装置将原材料或毛坯改变成零件的过程。
—— 一个古老的概念
通常指常规切削加工或称冷加工（machining）
非常规加工 nontraditional machining
2. 加工 processing
——泛指对材料的处理过程
冷加工——金切加工
热加工——材料液态 成形或塑性成形 3
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
10
机床名称
1、在不引起振动的条件下，一般取较小的 副偏角。精加工刀具必要时需磨出一段Kr′ （副偏角）=0的修光刃，以加强副切削刃 对已加工表面的修光作用。 2、系统刚度较差时，应取较大的副偏角。 3、切断、切槽刀及孔加工刀具的副偏角只 能取很小值（如Kr′=1°~2°），以保证 重磨后刀具尺寸变化量小（例如钻头的倒锥， 如果大了，磨钻头会越细。）
1 在工艺系统刚度允许的条件下， 应采用较小的主偏角，以提高刀具寿 命；加工细长轴则用较大的主偏角。
2 加工很硬的材料，为减轻单位切 削刃上的负荷，宜取较小的主偏角。
3 在切削过程中，刀具需作中间切 入时，应取较大的主偏角。
4 主偏角的大小，还应与工件的形 状相适应，如切阶梯轴，可取主偏角 为90°。
22
1.2 常用刀具材料
第一章 第二节
1. 碳素工具钢、合金工具钢（如钳工工具等） 2. 高速钢（W18Cr4V）（形状复杂的刀具，如铣刀、齿轮刀具等）
3. 硬质合金（YG类（钨钴）、YT类（钨钴钛））
4. 新型材料 （陶瓷材料、金刚石、立方氮化硼 CBN）
23
常用的刀具材料
• 碳素工具钢：如T7、T8、T9…T13等。适合于制 造简单的手工工具，如锉刀、锯条等；
36
第一章 第二节
2.3 前角 orthogonal rake、 （正交平面投影）
前角的选择原则：主要根据工件材料，其次考虑刀具材料和加工条 件选择：
1 、工件材料的强度、硬度低，塑性好，应取较大的前角；加工脆 性材料（如铸铁）应取较小的前角，甚至是负前角。
2 、刀具材料的抗弯强度及韧度高 时，可取较大的前角（如高速钢）。
后角的选择原则：
（1）精加工刀具及切削厚度较小的 刀具（如多刃具），磨损主要发生 在后刀面上，为降低磨损，应取较 大的后角；粗加工刀具要求刀刃坚 固，应取较小的后角。 （2）工件强度、硬度较高时，为保 证刃口强度，宜取较小的后角；工 件材料软、粘时后角摩擦严重，应 取较大的后角；加工脆性材料时， 载荷集中在切削刃处，为提高切削 刃强度，宜取较小的后角。 （3）定尺寸刀具，如拉刀和铰刀等， 为避免重磨后尺寸变化过大，应取 较小的后角。 （4）工艺系统刚度差（如切细长轴） 时，亦取较小的后角，以增大后刀 面与工件的接触面积，减少振动。
• 合金工具钢：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、 锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr等，适合于 制造低速成型刀具，如丝锥；
• 高速钢：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用 的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制 造中速精加工刀具；
• 硬质合金：成分由WC、TiC和Co组成，采用烧结 方法获得
切削平面：通过主切削刃上的某 分，切削部分由三个刀面组成：
一点，与该点加工表面相切的平 前刀面、主后刀面、副后刀面。
面。
正交平面：通过主切削刃上的某 一点，与主切削刃在基面上的投 影垂直的前平刀面面和主后刀面的交线叫主切削刃
前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃
两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对尖锐 28
33
主、副偏角的影响
• 主偏角对切削层的影响
第一章 第二节
f、ap一定，主偏角愈小，bD 愈大 hD愈小
34
第一章 第二节
• 主偏角(副偏角)对残留面积、切削力的影响
35
第一章 第二节
2.3 前角 orthogonal rake、 （正交平面投影）
在主剖面中测量，是前刀面与基 面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利 ，便于切削。前角大，刃口锋利，切 削层的塑性变形和摩擦阻力小，切削 力和切削热降低。但前角不能太大， 否则会削弱刀刃的强度，散热条件变 坏，刀具寿命下降，容易磨损甚至崩 坏。加工塑性材料时，前角可选大些 ，如用硬质合金车刀切削钢件可取 γ0=10° ～ 20° ， 加 工 脆 性 材 料 ， 车刀的前角γ0应减小，例如切削灰铸 铁γ0=5°～15° 。
25
其它刀具材料
陶瓷：常用的刀具陶瓷有两种： Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶 瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨 性和耐热性，其主要缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差， 不能承受较大的冲击载荷。
金刚石：它分三种 天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片
立方氧化硼：由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂 转变而成。
绪论
3. 加工（ processing）方法分类：
• 去除加工 ——
切削加工 腐蚀加工
机械切削加工： 钳工加工
• 增材加工 —— 焊、镀、沉积、生长 ……
• 变形加工 —— 铸、锻、压、弯、挤、轧、
旋 压、拉深、胀型 ……
4
绪论
4.切削加工的特点和地位（ cutting machining）：
1. 加工精度高 ——目前的最高精度是切出来的 2. 工艺范围很宽 ——IT12~IT3, Ra25～Ra0.01 3. 生产率高 4. 加工成本较低 5. 污染较小 6. 要求刀具材料优于工件材料（硬度、强度等） 7. 得到了最广泛的应用
工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向 间歇移动 刨刀横向、垂向、斜向间歇移动
工件转动，同时工件往复移动，砂轮 横向移动 工件转动，同时工件往复移动，砂轮 横向移动 工件往复移动，砂轮横向、垂向移动
11
第一节 切削运动及切削要素
2. 切削用量
• 切削三要素 包括：切削速度 进给量 背吃刀量
12
第一节 切削运动及切削要素
3 、断续切削或粗加工有硬皮的 锻、铸件时，应取较小的前角。
4 、工艺系统刚度差或机床功率不 足时应取较大的前角。
5 、成形刀具或齿轮刀具等为防止 产生齿形误差常取很小的前角甚至零度 的前角。
37
后角
第一章 第二节
在主剖面中测量，是主后面与切 削平面之间的夹角。其作用是减小 刀具后刀面与工件之间的摩擦。但 后角过大会降低切削刃强度，并使 散热条件变差，从而降低刀具寿命 。车削时主后面与工件的摩擦，一 般取α0=6～12°，粗车时取小值 ，精车时取大值。
2.1 切削速度
• 定义： 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度。
以 vc 表示，单位 m/s 或 m/min
• 计算公式：
（1）主运动为旋转运动时， vc 为最大线速度
d ——工 1000
n ——工件或刀具的转速，r/s 或 r/min
13
（2）主运动为直线运动时， vc为平均速度
32
副偏角Kr’
在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。 其主要作用是减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦。一般取较小 的副偏角，可减少工件表面的残留面积，改善已加工表面的粗糙度。但 过小的副偏角会使径向切削力增大，在工艺系统刚度不足时引起振动。
在切削深度ap、进给量f、主偏角 Kr相等的条件下，减小副偏角Kr’，可 减小车削后的残留面积，从而减小表 面粗糙度，一般选取Kr′=5～15°。
——占目前机械制造总量的40～60％
5
6
7
8
第一章 金属切削基础知识
第一节 切削运动及切削要素
1. 切削运动
1.1 基本成形表面
圆柱面 －直母线旋转
平面 －直母线沿直线
曲面
－曲母线沿直线或圆
9
主运动Ⅰ：提供切削可能性的运动，主运动只有一个； 进给运动Ⅱ：提供连续切削可能性的运动，进给运动可以有多个。
26
2. 刀具角度
车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下
列要素组成
27
刀具的几何角度 (车刀的基本形状) 第一章 第二节
为了研究刀具的几何角度， 建立三个辅助平面：
各种多齿刀具或复杂刀具， 就其一个刀齿而言，都相当于一
基面：通过主切削刃上的某一点，把车刀。
与该点切削速度方向垂直的平面。 车刀分为切削部分和夹持部
fz
15
• 进给速度，即瞬时速度
用 vf 表示，单位mm/s 或 mm/min
v f fn fz zn
z ——刀具齿数
16
2.3 背吃刀量 back engagement of the cutting edge
• 在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向 的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量 的切削层尺寸。
AD =f × ap
AD 用于计算切削力
FC= kc × AD
20
3.3 切削用量的合理选择问题
(1)粗加工按ap－f－v的顺序选择 a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多 余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛 坯尺寸首先选择ap b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大 的f，减少走刀时间 c、ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提 下选择v
• 即切削深度，用 ap表示，单位mm
17
18
3.切削层参数 parameters cutting layer
包括： 切削层公称横截面积 AD 切削层公称宽度 bD 切削层公称厚度 hD =AD/bD
hD
19
• 切削层公称横截面积 AD= bD ×hD
• AD不包括残留面积，但车削的残留面积很小时
2
绪论
1. 机械加工 machining
借助机械装置将原材料或毛坯改变成零件的过程。
—— 一个古老的概念
通常指常规切削加工或称冷加工（machining）
非常规加工 nontraditional machining
2. 加工 processing
——泛指对材料的处理过程
冷加工——金切加工
热加工——材料液态 成形或塑性成形 3
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
10
机床名称