11-金属切削原理 机械制造基础 教学课件
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金属切削原理的课件
(2)进给量
进给量是指单位时间内刀具和工件在进给 运动方向上相对位移。 当主运动是回转运动时，进给量指工 件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的 相对位移量，单位为mm/r； 当主运动是直线运动时，进给量指刀 具或工件每往复直线运动一次，两者沿进 给方向的相对位移量，单位为mm/str或 mm/单行程； 对于多齿的旋转刀具(如铣刀、 切齿刀)，常用每齿进给量 fz，单位为 mm/z或mm/齿。它与进给量f的关系为 f=zfz 进给速度为 vf=fn=zfzn
2)刀刃
①主切削刃 ②副切削刃 前刀面与主后刀面在空间的交线。 前刀面与副后刀面在空间的交线。
3)刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃 二条刀刃汇交的一小段切削刃。 在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性， 一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
(2)车刀切削部分的主要角度
• 刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量 时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削 部分几何形状（各表面空间位置）的重要参 数。 • 参考系：用于定义和规定刀具角度的各基 准坐标面。 • 参考系：刀具静止参考系和刀具工作参考 系。
(2)切削层公称宽度bD
在给定瞬间，作用于主切 削刃截形上两个极限点间 的距离，在切削层尺寸平 面中测量，单位为mm。
垂直于正在加 工的表面（过渡表 面）度量的切削层 参数。
(3)切削层公称横截面积AD
在给定瞬间，切削层在 切削层尺寸平面里的实 际横截面积， 2 单位为mm 。
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有 关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD 或f、a p有关。
(一)切削运动
1.零件表面的形成
车外圆面
车成形面
车床上镗孔
机械制造技术基础电子课件第2章金属切削原理与刀具
图2-10 扁钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
②麻花钻。麻花钻是应用最广泛的孔加工刀具，图 2-11所示为标准高速钢麻花钻的结构。
图2-11 标准高速钢麻花钻的结构
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
③中心钻。中心钻是 用来加工轴类零件中心孔 的刀具，如图2-12所示。
图2-12 中心钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
图2-17 不带导柱锥面锪钻
图2-18 端面锪钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
⑦铰刀。铰刀常用来对已有孔进行最后精加工，也可对要求 精确的孔进行预加工，如图2-19所示。其加工精度可达IT8~IT6， 表面粗糙度值达1.6~0.2 μm。铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀。
图2-19 不同种类的铰刀
③角度铣刀。角度铣刀用于铣削成一定角度的沟槽， 有单角铣刀和双角铣刀两种。
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
④锯片铣刀。锯片铣刀用于加工深槽和切断工件，其圆周 上有较多的刀齿。为了减少铣切时的摩擦，刀齿两侧有15′~1° 的副偏角。
⑤立铣刀。立铣刀用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周 和端面上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的 端齿时，可轴向进给运动。
机械制造技术基础
第2章 金属切削原理与刀具
2.1 金属切削加工的基础知识 2.2 刀具结构和刀具材料 2.3 金属切削过程 2.4 切削力与切削功率 2.5 切削热与切削温度
第2章 金属切削原理与刀具
2.6 刀具磨损与刀具耐用度 2.7 切削用量和切削液 2.8 金属材料的切削加工性 2.9 高速切削及刀具
切削刃上的选定点相对工件的进给运动的瞬时速度称为进给 速度（vf），单位为mm/s。它与进给量之间的关系为
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
②麻花钻。麻花钻是应用最广泛的孔加工刀具，图 2-11所示为标准高速钢麻花钻的结构。
图2-11 标准高速钢麻花钻的结构
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
③中心钻。中心钻是 用来加工轴类零件中心孔 的刀具，如图2-12所示。
图2-12 中心钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
图2-17 不带导柱锥面锪钻
图2-18 端面锪钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
⑦铰刀。铰刀常用来对已有孔进行最后精加工，也可对要求 精确的孔进行预加工，如图2-19所示。其加工精度可达IT8~IT6， 表面粗糙度值达1.6~0.2 μm。铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀。
图2-19 不同种类的铰刀
③角度铣刀。角度铣刀用于铣削成一定角度的沟槽， 有单角铣刀和双角铣刀两种。
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
④锯片铣刀。锯片铣刀用于加工深槽和切断工件，其圆周 上有较多的刀齿。为了减少铣切时的摩擦，刀齿两侧有15′~1° 的副偏角。
⑤立铣刀。立铣刀用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周 和端面上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的 端齿时，可轴向进给运动。
机械制造技术基础
第2章 金属切削原理与刀具
2.1 金属切削加工的基础知识 2.2 刀具结构和刀具材料 2.3 金属切削过程 2.4 切削力与切削功率 2.5 切削热与切削温度
第2章 金属切削原理与刀具
2.6 刀具磨损与刀具耐用度 2.7 切削用量和切削液 2.8 金属材料的切削加工性 2.9 高速切削及刀具
切削刃上的选定点相对工件的进给运动的瞬时速度称为进给 速度（vf），单位为mm/s。它与进给量之间的关系为
机械制造技术基础-课件
车刀在结构上可 分为整体车刀、焊 接装配式车刀和机 械夹固刀片的车刀。 如图15、16所示。
图15
图16
（2）孔加工刀具
孔加工刀具一般 可分为两大类：一 类是从实体材料上 加工出孔的刀具， 常用的有麻花钻、 中心钻和深孔钻等； 另一类是对工件上 已有孔进行再加工 用的刀具，常用的 有扩孔钻、铰刀及 镗刀等。
在法平面参考系中，只需标注γn 、 αn 、 κr 和λs四个角度即可确 定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面参考系中，只 需标注γf 、αf 、γp 、 αp 四个角度便可确定车刀的主切削刃和前、 后刀面的方位。
四、刀具的工作角度
在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上 述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、 基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基 面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度， 又称实际角度。
（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。
具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，
如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。
刨刀
图4
钻头
(二）刀具角度的参考系
为了确定刀具切削
部分各表面和刀刃的空 间位置，需要建立平面 参考系。按构成参考系 时所依据的切削运动的 差异，参考系分成以下 两类：
2、车刀安装偏斜对工作角度的影响
图12
当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起 工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的变化,如上图所示。
（二）进给运动对工作角度的影响
1、横向 进给运 动对工 作角度 的影响
图13 车端面或切断时，加工表面是阿基米德螺旋面，如上图所示。因此，实际 的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角μ，使车刀的工作前角γoe增 大，工作后角αoe减小。一般车削时，进给量比工作直径小很多，故螺旋升 角μ很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。但在车端面、切断和 车外圆进给量（或加工螺纹的导程）较大，则应考虑螺旋升角的影响。
图15
图16
（2）孔加工刀具
孔加工刀具一般 可分为两大类：一 类是从实体材料上 加工出孔的刀具， 常用的有麻花钻、 中心钻和深孔钻等； 另一类是对工件上 已有孔进行再加工 用的刀具，常用的 有扩孔钻、铰刀及 镗刀等。
在法平面参考系中，只需标注γn 、 αn 、 κr 和λs四个角度即可确 定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面参考系中，只 需标注γf 、αf 、γp 、 αp 四个角度便可确定车刀的主切削刃和前、 后刀面的方位。
四、刀具的工作角度
在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上 述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、 基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基 面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度， 又称实际角度。
（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。
具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，
如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。
刨刀
图4
钻头
(二）刀具角度的参考系
为了确定刀具切削
部分各表面和刀刃的空 间位置，需要建立平面 参考系。按构成参考系 时所依据的切削运动的 差异，参考系分成以下 两类：
2、车刀安装偏斜对工作角度的影响
图12
当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起 工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的变化,如上图所示。
（二）进给运动对工作角度的影响
1、横向 进给运 动对工 作角度 的影响
图13 车端面或切断时，加工表面是阿基米德螺旋面，如上图所示。因此，实际 的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角μ，使车刀的工作前角γoe增 大，工作后角αoe减小。一般车削时，进给量比工作直径小很多，故螺旋升 角μ很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。但在车端面、切断和 车外圆进给量（或加工螺纹的导程）较大，则应考虑螺旋升角的影响。
金属切削加工基础《机械制造基础》教学课件
二、机床的分类及型号编制
（1） 普通精度机床
（2） 精密机床
（3） 高精度机床
2）按机床的加工精度分
目录
二、机床的分类及型号编制
3） 按机床的自动
化程度分
（1） 手动机床
（2） 机动机床
（3） 半自动机床
（4） 自动机床
目录
二、机床的分类及型号编制
4） 按机 床主 要部 件的 数目 分
（1）单轴机床 （2）多轴机床 （3）单刀机床 （4）多刀机床
（2） 夹加工或选用卧式铣床加工。
目录
二、内圆表面的加工
（3）
箱体和大、中型支架上的轴承支承孔，多选用铣、镗床加工。
各种零件上的销钉孔、穿螺钉孔和润滑油孔，一般在钻床上
（4） 加工。
各种小孔、微孔及特殊机构、难加工材料上的孔，应选用特
（2）MG1432A 表示经过一次重大改进，最大磨削直径 为320 mm的高精度万能外圆磨床。
（3）MB8240/1 表示最大回转直径为400 mm的半自动曲 轴磨床的第一种变型。
目录
二、机床的分类及型号编制
（4）Z3040×16 表示最大钻孔直径为40 mm，最大跨距 为1 600 mm的摇臂钻床。
2.常用刀具材料
2） 高速钢
目录
3） 硬质合
金
一、外圆表面的加工
1.外圆表面的加工方法
1） 粗车
7） 光整加工
6） 精磨
目录
2） 半精车
3） 精车
5） 粗磨
4） 精细车
一、外圆表面的加工
1）外圆表面加工方案分析
2.外圆表面加工方案的选择
外圆表面的加工方案
目录
一、外圆表面的加工
第1章 金属切削原理 《机械制造技术》课件
图1-7 车刀的主要标注角度
1.2.3 刀具的工作参考系及工作角度
如前所述，刀具的标注角度是在忽略进给速度 的影响，且 刀具安装在理想工作位置的情况下确定的。在实际的切削加工 中，当刀具进入工作状态后，由于刀具安装位置和进给运动的 影响，选定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置 相对于假定的理想状态发生了改变，即上述标注角度会发生一 定的变化。而刀具角度变化的根本原因是切削平面、基面和正 交平面位置的改变，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 参考系称为工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称为工 作角度。
刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参 考系。但在标注可转位刀具或倒刃倾角刀具时，常用法平面参 考系。在刀具制造过程中，如铣削刀槽、刃磨刀面时，常需用 假定工作平面、背平面参考系中的角度，或使用前、后刀面正 交平面参考系中的角度。这四种参考系刀具角度是ISO 3002/1—1997标准所推荐的。本章只介绍前三种。
1.2.2 刀具静止参考系和刀具的几何角度
3. 刀具几何角度与标注 刀具的几何角度是指刀具上的切削 刃、刀面与参考系中各参考面间的 夹角，用以确定切削刃、刀面的空 间位置。由于切削刃上各点的主运 动方向可能不同，因此据其建立的 参考系的方位也是变化的，所以定 义的角度必须指明是切削刃上选定 点的角度；凡未经特殊注明的，均 指切削刃上与刀尖毗连的那一点的 角度。在刀具静止参考系中度量标 注的角度通称刀具角度，如图1-7 所示。
2. 金刚石
金刚石刀具有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚 石刀 具和金刚石复合刀具。天然金刚石由于价格昂贵等原因， 应用很少。人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨 转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚 度约0.5 mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。
金属切削基本原理机械制造技术基础幻灯片PPT
第Ⅱ变形区的影响。
)
➢剪 切 角 越 小 、 前 角 越
小，剪切变形量越大
φ
G
OH
γ0 相对滑移系数
Φ-0
φ
90-φ φ
7 .
2.1.1 切屑的形成与切削变形
特
点 在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑
与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
➢ 粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不
力力
种 类 及
◆ 残余张应力： 易使加工表面产生裂纹，降低零件疲劳强度
影 ◆ 残余压应力：
响
有利于提高零件疲劳强度
◆ 残余应力分布不均：
会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度
9 .
2.1.1 切屑的形成与切削变形
23
残 余 应 力
◆ 热塑变形效应：表层张应力，里层压应力
◆ 里层金属弹性恢复：若里层金属产生拉伸变形，则弹性 恢复后表层得到压应力，里层为张应力
刀 具
➢前角增大，刀具容易切入工件，剪切角增大，切削力减小。 加工塑性大的材料时，增大前角则总切削力明显减小；而加工
几 脆性材料时，增大前角对减小总切削力的作用不显著。
何 ➢负倒棱提高了正前角刀具的刃口强度，但同时也增加了负倒 角 棱前角(负前角)参加切削的比例，负前角的绝对值越大，切削 度 变形程度越大，所以切削力越大。
平的凹坑中，形成长度为lfi的
粘接区。切屑的粘接层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。
➢ 滑动区：切屑在脱离前刀面 之前，与前刀面只在一些突出 点接触，切屑与前刀面之间的 摩擦属于外摩擦。
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
8积 .屑
2.1.1 切屑的形成与切削变形
)
➢剪 切 角 越 小 、 前 角 越
小，剪切变形量越大
φ
G
OH
γ0 相对滑移系数
Φ-0
φ
90-φ φ
7 .
2.1.1 切屑的形成与切削变形
特
点 在高温高压作用下，切屑底层与前刀面发生沾接，切屑
与前刀面之间既有外摩擦，也有内摩擦。
➢ 粘结区：高温高压使切屑底 层软化，粘嵌在前刀面高低不
力力
种 类 及
◆ 残余张应力： 易使加工表面产生裂纹，降低零件疲劳强度
影 ◆ 残余压应力：
响
有利于提高零件疲劳强度
◆ 残余应力分布不均：
会使工件发生变形，影响形状和尺寸精度
9 .
2.1.1 切屑的形成与切削变形
23
残 余 应 力
◆ 热塑变形效应：表层张应力，里层压应力
◆ 里层金属弹性恢复：若里层金属产生拉伸变形，则弹性 恢复后表层得到压应力，里层为张应力
刀 具
➢前角增大，刀具容易切入工件，剪切角增大，切削力减小。 加工塑性大的材料时，增大前角则总切削力明显减小；而加工
几 脆性材料时，增大前角对减小总切削力的作用不显著。
何 ➢负倒棱提高了正前角刀具的刃口强度，但同时也增加了负倒 角 棱前角(负前角)参加切削的比例，负前角的绝对值越大，切削 度 变形程度越大，所以切削力越大。
平的凹坑中，形成长度为lfi的
粘接区。切屑的粘接层与上层 金属之间产生相对滑移，其间 的摩擦属于内摩擦。
➢ 滑动区：切屑在脱离前刀面 之前，与前刀面只在一些突出 点接触，切屑与前刀面之间的 摩擦属于外摩擦。
lfi
lfo
切屑与前刀面的摩擦
8积 .屑
2.1.1 切屑的形成与切削变形
《金属切削原理》课件
金属切削在机械制造中的应用
加工精度：金属切削可以精确地加工出各种形状和尺寸的零件 加工效率：金属切削可以提高生产效率，缩短生产周期 加工范围：金属切削可以加工各种金属材料，包括钢、铝、铜等 加工质量：金属切削可以保证加工质量，提高产品的可靠性和耐用性
金属切削在航空航天领域的应用
飞机制造：金属 切削用于制造飞 机机身、机翼、 发动机等部件
新材料硬度 高，耐磨性 好，对刀具 寿命和加工 效率产生影 响
新材料热导 率低，切削 过程中热量 难以散发， 对刀具和工 件产生影响
新材料化学 活性强，易 与刀具材料 发生化学反 应，影响刀 具寿命和加 工质量
新材料加工 难度大，对 刀具材料和 加工工艺提 出更高要求
新材料加工 过程中产生 的废料处理 问题，对环 保和资源利 用提出挑战
切削热的ห้องสมุดไป่ตู้生与散失
切削热的产生：刀具与工件之间的摩擦和剪切作用 切削热的散失：通过刀具、工件和切屑的传导、对流和辐射等方式 切削热的影响：影响刀具寿命、工件加工精度和表面质量 切削热的控制：通过优化刀具材料、切削参数和冷却方式等手段
切削表面的形成与变化
切削过程：刀具与工件之间的相对运动 切削力：刀具与工件之间的相互作用力 切削温度：刀具与工件之间的摩擦热 切削表面：刀具与工件之间的接触面
火箭制造：金属 切削用于制造火 箭发动机、燃料 箱、控制系统等 部件
卫星制造：金属 切削用于制造卫 星外壳、太阳能 电池板、天线等 部件
空间站制造：金 属切削用于制造 空间站外壳、太 阳能电池板、生 命支持系统等部 件
金属切削在汽车工业领域的应用
汽车零部件制造：金属切削用于生产汽车发动机、变速箱、底盘等零部件 汽车车身制造：金属切削用于生产汽车车身、车门、车窗等车身部件 汽车模具制造：金属切削用于生产汽车模具，如冲压模具、注塑模具等 汽车维修与保养：金属切削用于汽车维修与保养，如更换损坏的零部件、修复车身损伤等
机械制造技术PPT课件第二章金属切削基本原理
工艺系统刚性差—大主偏角
合理副偏角值的选择
添加标题
一般较小
添加标题
—5°~10°
添加标题
精加工
添加标题
—小，0°
添加标题
加工高强高硬材料或断续切削
添加标题
—小，4°～6°
添加标题
切断刀、锯片、槽铣刀
添加标题
—小，1°～2°
过渡刃的型式
①直线刃
—粗车、强力车 κrε=κr/2
②圆弧刃
—粗糙度值小
冷却作用 清洗与防锈作用
常用切削液及其选用 =乳化油+水 切削油 = 矿物油、+动植物油 极压切削油 =切削油+硫、氯和磷极压添加剂 难加工材料的精加工
=水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂 磨削、粗加工
①水溶液
01
车削、钻削、攻螺纹 滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工
②乳化液
02
刀具磨损与刀具耐用度
4
磨屑形态
带状切屑
直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃
刀具合理几何参数选择应考虑的因素
—化学成分、制造方法、热处理状态 性能，表层情况等
①工件材料
壹
—化学成分、性能，刀具结构形式
②刀具材料及结构
—机床、夹具，系统刚性，功率 切削用量和切削液
③加工条件
叁
贰
各参数间的联系 —综合考虑相互作用与影响
刀具角度的选择
大后角→减小摩擦、提高寿命、改善表面质量 强度降低、散热差、磨损加快
后角的选择原则
工艺系统刚性 刚性差—振动 → 小后角 精度要求高 —重磨 → 小后角
切削层厚度hD小 → 大后角 切削层厚度hD大 → 小后角
强度、硬度高 → 小后角 塑性大 → 大后角
合理副偏角值的选择
添加标题
一般较小
添加标题
—5°~10°
添加标题
精加工
添加标题
—小，0°
添加标题
加工高强高硬材料或断续切削
添加标题
—小，4°～6°
添加标题
切断刀、锯片、槽铣刀
添加标题
—小，1°～2°
过渡刃的型式
①直线刃
—粗车、强力车 κrε=κr/2
②圆弧刃
—粗糙度值小
冷却作用 清洗与防锈作用
常用切削液及其选用 =乳化油+水 切削油 = 矿物油、+动植物油 极压切削油 =切削油+硫、氯和磷极压添加剂 难加工材料的精加工
=水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂 磨削、粗加工
①水溶液
01
车削、钻削、攻螺纹 滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工
②乳化液
02
刀具磨损与刀具耐用度
4
磨屑形态
带状切屑
直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃
刀具合理几何参数选择应考虑的因素
—化学成分、制造方法、热处理状态 性能，表层情况等
①工件材料
壹
—化学成分、性能，刀具结构形式
②刀具材料及结构
—机床、夹具，系统刚性，功率 切削用量和切削液
③加工条件
叁
贰
各参数间的联系 —综合考虑相互作用与影响
刀具角度的选择
大后角→减小摩擦、提高寿命、改善表面质量 强度降低、散热差、磨损加快
后角的选择原则
工艺系统刚性 刚性差—振动 → 小后角 精度要求高 —重磨 → 小后角
切削层厚度hD小 → 大后角 切削层厚度hD大 → 小后角
强度、硬度高 → 小后角 塑性大 → 大后角
《机械制造基础》教学课件—03金属切削基础知识
（2）进给量的选择。粗加工时，对工件的表面质量要求不太高，进给量主要受机床、 刀具和工件所能承受切削力的限制。精加工时，切削深度较小，切削力不大，进给量主 要受工件表面粗糙度的限制。
（3）切削速度的选择。粗加工时，由于切削力一般较大，切削速度主要受机床功率的 限制。精加工时，切削力较小，切削速度主要受刀具耐用度的限制。
第三章 金属切削基础知识
• 熟悉切削用量的三要素及其选用原则。 • 熟悉常用车刀的结构、主要角度及其作用。 • 了解刀具对材料性能的要求和常用刀具材料。 • 了解切屑变形的基本过程。 • 了解切削力、切削热及其对加工的影响。 • 理解刀具磨损的原因及形式，掌握刀具耐用度的知识。 • 了解切削机床的类型、常用机床的运动特性和结构特点。是一种加入了较多钨、铬、钒以及钼等合金元素的高合金工具钢，具有良好的综合性能。其强 度和韧性在现有刀具材料中较突出，并且制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃，在复杂刀具（如 麻花钻、丝锥、齿轮刀具和成形刀具）的制造中，仍占有主要地位。
2．切削用量对加工的影响
在生产中，忽略切削加工的实际规律盲目提高切削用量，看似能够提高生产效率，实际上却是“欲速 则不达”，往往达不到加工要求。
（1）切削用量对加工质量的影响。根据生产实践的经验，切削用量对加工质量的影响包括以下几个方 面。
① 切削深度和进给量增大，都会使切削力增大，工件变形增大，并可能引起震动，从而降低加工精度 和增大表面粗糙度Ra值。
式中，T—刀具寿命。 CT—常系数。
在切削用量中，切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。 当提高切削速度时，刀具寿命的降低倍数比增大同样倍数的进给量和背吃刀量时要大得多。
3．切削用量的选择
综合切削用量三要素对刀具耐用度、生产率和加工质量的影响，选择切削用量的顺序为：
（3）切削速度的选择。粗加工时，由于切削力一般较大，切削速度主要受机床功率的 限制。精加工时，切削力较小，切削速度主要受刀具耐用度的限制。
第三章 金属切削基础知识
• 熟悉切削用量的三要素及其选用原则。 • 熟悉常用车刀的结构、主要角度及其作用。 • 了解刀具对材料性能的要求和常用刀具材料。 • 了解切屑变形的基本过程。 • 了解切削力、切削热及其对加工的影响。 • 理解刀具磨损的原因及形式，掌握刀具耐用度的知识。 • 了解切削机床的类型、常用机床的运动特性和结构特点。是一种加入了较多钨、铬、钒以及钼等合金元素的高合金工具钢，具有良好的综合性能。其强 度和韧性在现有刀具材料中较突出，并且制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃，在复杂刀具（如 麻花钻、丝锥、齿轮刀具和成形刀具）的制造中，仍占有主要地位。
2．切削用量对加工的影响
在生产中，忽略切削加工的实际规律盲目提高切削用量，看似能够提高生产效率，实际上却是“欲速 则不达”，往往达不到加工要求。
（1）切削用量对加工质量的影响。根据生产实践的经验，切削用量对加工质量的影响包括以下几个方 面。
① 切削深度和进给量增大，都会使切削力增大，工件变形增大，并可能引起震动，从而降低加工精度 和增大表面粗糙度Ra值。
式中，T—刀具寿命。 CT—常系数。
在切削用量中，切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。 当提高切削速度时，刀具寿命的降低倍数比增大同样倍数的进给量和背吃刀量时要大得多。
3．切削用量的选择
综合切削用量三要素对刀具耐用度、生产率和加工质量的影响，选择切削用量的顺序为：
机械制造基础课件项目二金属切削原理
体任务的实施，了解切削力的变化规律。
知识点 能力点
1. 切削力的来源及其分解。 2.影响切削力的主要因素。
【工作情景】
如图所示，切削过程中，使工件上的切削层材料发生 变形成为切屑所需的力，称为切削力。由工件作用在 刀具上的反作用力是切削抗力。
相关知识
一、切削力的来源及其分解
1．切削力的来源 切削力来源于两方面，一是三个变形区内金 属产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；二 是切屑与前面、工件与后面之间的摩擦力， 如图2-17所示。
（2）第二变形区：产生塑性变形的金属切削 层材料经过第一变形区后沿刀具前刀面流出， 在靠近前刀面处形成第二变形区
（3）第三变形区：金属切削层在已加工表面 受刀具刀刃钝圆部分的挤压与摩擦而产生塑 性变形部分的区域。
二、切屑类型
切屑主要有四种类型，（a）、（b）、
（c）、（d）四种切屑中，其中前三种属于 加工塑性材料所产生的切屑，第四种为加工 脆性材料的切屑。现对这四种类型切屑特点 分别介绍。
因此，精加工时应尽量避免积屑瘤产生。
4．抑制积屑瘤的主要方法
①加工时控制切削速度，采用低速或高速切 削.
②适当减少进给量、增加刀具前角以减小切 削变形，降低切屑接触区压力；
③使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦；
④用适当的热处理方法提高工件材料的硬度， 降低塑性，减小加工硬化倾向。
知识拓展
变形程度的表示方法
2．切削合力及其分解
一般把总切削力F分解为三个互相垂直的切削 分力Fc、Fp和Ff，如图2-18所示。
（1）主切削力Fc。主切削力是总切削力在主运动 方向上的分力。主切削力是作用在工件上，并通过 卡盘传递到机床主轴箱，它是设计机床主轴、齿轮 和计算机床切削功率，校核刀具、夹具的强度与刚 度，选择切削用量等的主要依据。
金属切削原理PPT全套课件
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
测量平面和参考平面系就组成了所谓的刀具 标注角度参考系。目前各个国家由于选用的测量 平面不同，所以采用的刀具标注角度参考系也不 完全同意。现在以常用的外圆车刀为例，来说明 几种不同的刀具标注角度参考系。
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
度参考平面的切削平面和基面定义如下：
１. 切削平面是通过刀刃上选定点，切于工 件过渡表面的平面。在切削平面内包含有刀刃在 该定点的切线，和由主运动与进给运动合成的切 削运动向量（简称合成切削运动向量）。
２. 基面是通过刀刃上选定点，垂直于该点 合成切削运动向量的平面。显然，刀刃上同一点 的基面和切削平面是相互垂直的。
在基本技能方面，应具有根据加工条件合理 选择刀具材料，刀具几何参数的能力；应具有根 据加工条件，和用资料，手册及公式，计算切削 力和切削功率的能力；应具有根据加工条件，从 最大生产率或最低加工成本出发，合理选择切削
用量的能力；应初步具有利用常用仪器设备进行 切削变形，切削力，切削温度，刀具磨损和砂轮 磨损等测试的技能，并具有对实验数据进行处理 和分析的能力。
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背吃刀量：在基面上垂直于进给运动方向测量的切
削层最大尺寸,外圆车削: ap＝(dw-dm)/2
刀具材料
刀具材料应具备的基本性能 1. 高的硬度 ：比工件高，>HRC60 2. 高的耐磨性：耐用度 3. 足够的强度和韧性：不崩刃，不断 4. 高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加
工 5. 良好的热物理性能和耐热冲击性能 6. 良好的工艺性能：刀具制造成本低 7. 减摩性
刀具切削部分几何形体要素 前刀面：切屑流过的表面； 后刀面：与主切削刃毗邻且工件过渡表面相 对的刀具表面； 切削刃：前刀面上直接进行切削的边锋。 刀尖：主副切削刃衔接处很短的一段切削 刃。
硬质合金的选用
切削铸铁及脆性材料——钨钴类，抗磨损能 力差，不宜用于高速切削。 精加工刚件时，宜选用钨钛钴（YT）类硬质 合金。
超硬刀具材料
陶瓷：
陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，其硬度高(9195HRA)，耐磨性好，在相同切削条件加工钢料时， 磨损仅为P10(YT15) 硬质合金刀具的1/15，刀具寿 命长；在1200℃时仍能保持80HRA的高硬度，所以 在高温下仍能进行高速切削；它与钢铁金属的亲和 力小，摩擦因数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削 时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好。另一 方面，陶瓷刀具的缺点是脆性大，抗弯强度和抗热 冲击性能较差，当切削温度发生显着变化时，容易 产生裂纹。
切削用量
切削速度 外圆车削的切削速度为 vc =πdwn/1000 进给量 是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。
进给量单位为mm/r；mm/str或mm/单行程； 进给速度：mm/s或mm/min 对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进 给量 fz，单位为mm/z或mm/齿。
它与进给量f 的关系为 f=zfz
硬质合金的主要性能
硬度：HRA89~93 抗弯强度和韧性：0.9GPa~1.5GPa，冲击韧 性仅为高速钢的1/30~1/8。 导热系数：钨钛钴合金的导热系数比钨钴类 合金低。 线膨胀系数：比高速钢小的多。钨钛钴类合 金的线膨胀系数大于钨钴类。 抗冷焊性：发生冷焊的温度高于高速钢，钨 钛钴类合金的冷焊温度高于钨钴类。
超硬刀具材料
立方氮化硼：
具有硬度高、热稳定性好等特点，在高于 1300℃时仍可切削。可用于车、铣、镗、较高 硬度有色金属（硬度为HRC45-65）。如淬火的 冷作工具钢和热作工作钢、淬火的轴承钢、渗 碳钢、淬火的高速钢、马氏体不锈钢、各种堆 焊合金和较软的短屑材料等
刀具几何形体与角度参数
高速钢的分类
按用途可分为：通用高速钢和高性能高速 钢。W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末冶金 高速钢和表面涂层高速钢。 按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。
改善高速钢性能的途径
改变化学成分：在通用型高速钢中增加碳、 钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达 67～70HRC，耐磨性与热稳定性进一步提 高。可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热 钢和高强度钢等难加工材料。 采用粉末冶金技术 采用表面渗碳法 采用表面涂覆硬质薄膜技术
高速钢
它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元 素的高合金钢。 热处理后硬度可达62～66HRC, 抗弯强度约 3.3GPa，有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐 热性。切削温度在500～650°C时仍能进行 切削。
由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适 合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车 刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀 等。
硬质合金的分类
钨钴类（WC+Co）； 钨钛钴类（WC+TiC+Co）； 添加稀有金属碳化物类（WC+TiC+TaC+ （NbC）+Co）； 碳化钛基类（TiC+WC+Ni+Mo）。
常用硬质合金的牌号及其性能
钨钴类硬质合金 代号为YG，属K类。合金中含钴量 愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加 工。YG(K)类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导 热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆 性金属材料。 钨钛钴类硬质合金 代号为YT，属P类。它以WC为基 体, 添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。合金中TiC含 量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进 一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性 明显下降，适合于精加工。 钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为YW，属M类。它在 YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗 弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨 性和高温硬度
硬质合金
硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大 多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；
硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化 钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等) 和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制 成。 硬质合金刀具常温硬度为89～93HRA，化学稳定 性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～ 1000°C。 硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5～ 10倍 。
切削加工
金属切削原理
切削运动和切削用量
金属切削加工是利用刀具从工件毛坯上切去 一层多余金属，从而使工件达到规定的几何 形状、尺寸精度和表面质量的件上即将被切除的表面。 已加工表面：工件上经刀具切削后形成的 表面。 过渡表面：工件上被切削刃正在切削的表 面。
超硬刀具材料
金刚石：
一、硬度高、耐磨性好，可加工高硬度工件。可使工 件表面粗糙度达到Ra1.6~Ra0.1μm；工件表面粗糙 程度达Ra1.6~Ram0.3μm 。可实现以车、镗、铣代 替磨削工艺，还可以干切削，从而使产品零件结构简 化，尺寸精度高，形状误差小，生产效率高。
二、精度高，被加工零件的尺寸稳定。由于刀具的高 耐磨性，其使用寿命远远高于硬质合金刀具，被加工 零件尺寸稳定，生产现场质量管理费用可降低。 三、生产效率高综合成本降低。切削速度远远高于硬 质合金刀具，其刀具寿命一般是硬质合金的50—200 倍，换刀次数大大减小，产品质量稳定合格率增加、 检测费用大幅度降低，切削工件的综合成本降低。
削层最大尺寸,外圆车削: ap＝(dw-dm)/2
刀具材料
刀具材料应具备的基本性能 1. 高的硬度 ：比工件高，>HRC60 2. 高的耐磨性：耐用度 3. 足够的强度和韧性：不崩刃，不断 4. 高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加
工 5. 良好的热物理性能和耐热冲击性能 6. 良好的工艺性能：刀具制造成本低 7. 减摩性
刀具切削部分几何形体要素 前刀面：切屑流过的表面； 后刀面：与主切削刃毗邻且工件过渡表面相 对的刀具表面； 切削刃：前刀面上直接进行切削的边锋。 刀尖：主副切削刃衔接处很短的一段切削 刃。
硬质合金的选用
切削铸铁及脆性材料——钨钴类，抗磨损能 力差，不宜用于高速切削。 精加工刚件时，宜选用钨钛钴（YT）类硬质 合金。
超硬刀具材料
陶瓷：
陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，其硬度高(9195HRA)，耐磨性好，在相同切削条件加工钢料时， 磨损仅为P10(YT15) 硬质合金刀具的1/15，刀具寿 命长；在1200℃时仍能保持80HRA的高硬度，所以 在高温下仍能进行高速切削；它与钢铁金属的亲和 力小，摩擦因数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削 时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好。另一 方面，陶瓷刀具的缺点是脆性大，抗弯强度和抗热 冲击性能较差，当切削温度发生显着变化时，容易 产生裂纹。
切削用量
切削速度 外圆车削的切削速度为 vc =πdwn/1000 进给量 是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。
进给量单位为mm/r；mm/str或mm/单行程； 进给速度：mm/s或mm/min 对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进 给量 fz，单位为mm/z或mm/齿。
它与进给量f 的关系为 f=zfz
硬质合金的主要性能
硬度：HRA89~93 抗弯强度和韧性：0.9GPa~1.5GPa，冲击韧 性仅为高速钢的1/30~1/8。 导热系数：钨钛钴合金的导热系数比钨钴类 合金低。 线膨胀系数：比高速钢小的多。钨钛钴类合 金的线膨胀系数大于钨钴类。 抗冷焊性：发生冷焊的温度高于高速钢，钨 钛钴类合金的冷焊温度高于钨钴类。
超硬刀具材料
立方氮化硼：
具有硬度高、热稳定性好等特点，在高于 1300℃时仍可切削。可用于车、铣、镗、较高 硬度有色金属（硬度为HRC45-65）。如淬火的 冷作工具钢和热作工作钢、淬火的轴承钢、渗 碳钢、淬火的高速钢、马氏体不锈钢、各种堆 焊合金和较软的短屑材料等
刀具几何形体与角度参数
高速钢的分类
按用途可分为：通用高速钢和高性能高速 钢。W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末冶金 高速钢和表面涂层高速钢。 按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。
改善高速钢性能的途径
改变化学成分：在通用型高速钢中增加碳、 钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达 67～70HRC，耐磨性与热稳定性进一步提 高。可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热 钢和高强度钢等难加工材料。 采用粉末冶金技术 采用表面渗碳法 采用表面涂覆硬质薄膜技术
高速钢
它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元 素的高合金钢。 热处理后硬度可达62～66HRC, 抗弯强度约 3.3GPa，有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐 热性。切削温度在500～650°C时仍能进行 切削。
由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适 合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车 刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀 等。
硬质合金的分类
钨钴类（WC+Co）； 钨钛钴类（WC+TiC+Co）； 添加稀有金属碳化物类（WC+TiC+TaC+ （NbC）+Co）； 碳化钛基类（TiC+WC+Ni+Mo）。
常用硬质合金的牌号及其性能
钨钴类硬质合金 代号为YG，属K类。合金中含钴量 愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加 工。YG(K)类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导 热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆 性金属材料。 钨钛钴类硬质合金 代号为YT，属P类。它以WC为基 体, 添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。合金中TiC含 量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进 一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性 明显下降，适合于精加工。 钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为YW，属M类。它在 YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗 弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨 性和高温硬度
硬质合金
硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大 多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；
硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化 钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等) 和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制 成。 硬质合金刀具常温硬度为89～93HRA，化学稳定 性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～ 1000°C。 硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5～ 10倍 。
切削加工
金属切削原理
切削运动和切削用量
金属切削加工是利用刀具从工件毛坯上切去 一层多余金属，从而使工件达到规定的几何 形状、尺寸精度和表面质量的件上即将被切除的表面。 已加工表面：工件上经刀具切削后形成的 表面。 过渡表面：工件上被切削刃正在切削的表 面。
超硬刀具材料
金刚石：
一、硬度高、耐磨性好，可加工高硬度工件。可使工 件表面粗糙度达到Ra1.6~Ra0.1μm；工件表面粗糙 程度达Ra1.6~Ram0.3μm 。可实现以车、镗、铣代 替磨削工艺，还可以干切削，从而使产品零件结构简 化，尺寸精度高，形状误差小，生产效率高。
二、精度高，被加工零件的尺寸稳定。由于刀具的高 耐磨性，其使用寿命远远高于硬质合金刀具，被加工 零件尺寸稳定，生产现场质量管理费用可降低。 三、生产效率高综合成本降低。切削速度远远高于硬 质合金刀具，其刀具寿命一般是硬质合金的50—200 倍，换刀次数大大减小，产品质量稳定合格率增加、 检测费用大幅度降低，切削工件的综合成本降低。