第一章金属切削加工的基础知识

•前刀面Aγ
刀具上切屑流过的表面；
•主后刀面Aα
与工件上切削表面相对的刀面；
•副后刀面Aα'
与已加工表面相对的刀面。
（2）切削刃 • •
主切削刃S 前刀面与主后刀面的交线，承担主要的切削工作； 副切削刃Sˊ 前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。
（3）刀尖
是主、副切削刃相交的一点。 实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段 折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀 尖圆弧半径,用rε表示,如图所示。
变形区；
塑性金属的切屑形成过程，经历了弹性变形、塑性变形、挤裂和 切离四个阶段。
•第I变形区位于切削刃和前刀面的前方，面积是三个变形区中最大的，为主 •第II变形区是与前刀面相接触的附近区域，切屑沿前刀面流出时，受到前
刀面的挤压和摩擦，靠近前刀面的切屑底层会进一步发生变形；
•第III变形区是已加工表面靠近切削刃处的区域，这一区域金属受到切削刃
通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。
3、刀具标注角度定义 （1）在基面内测量的角度
是指在刀具图样上标注的角度，也称刃磨角度。 它是刀具制造和刃磨的依据。
•主偏角r
主切削刃与进给运动方向之间的夹角。
•副偏角r’
副切削刃与进给运动反方向之 间的夹角。
•刀尖角r
主切削刃与副切削刃间的夹角。
形成条件:加工塑性金属(塑性较差的) 材料时, 当切削厚度或进给量较大，切削速度较低，刀 具前角较小时,易成为粒状切屑。 工作状态:粒状切屑的切削力波动最大，已加工表面粗糙。
•崩碎切屑：
特点:崩碎切屑形状不规则，加工表面是凸凹不平。
形成条件:发生在加工脆性材料（如铸铁、青铜）时，工件材料越硬脆，刀具前 角越小，切削厚度越大时，越易产生这类切屑。 工作状态:形成崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近， 切削刃容易损坏，切削力波动大，已加工表面粗糙。
带状切屑ห้องสมุดไป่ตู้
节状切屑
粒状切屑
崩碎切屑
切脆性材料 加工塑性材料 不平稳，表面粗糙
切塑性材料：
带状切屑
↓γ0 ↓v ↑ hD ↑γ0↑v↓ hD
挤裂切屑
↓γ0 ↓v ↑ hD ↑γ0↑v↓ hD
粒状切屑
切削平稳，力波动小 加工面光洁，断屑难
滑移量较大，局部 剪应力达断裂强度
切削不平稳，力波动大 加工表面粗糙
•后角o
主后刀面与切削平面间的夹角。
•楔角o
前刀面与主后刀面间的夹角。
楔角与前角o和后角o的关系如下：
o 90 ( o o )
前角的选择
前角的大小将影响切削过程中的切削变形和切削力，同时也影响工件表 面粗糙度和刀具的强度与寿命。 增大刀具前角,主切削刃锋利，切屑变形小，切削轻快，减小切削力和 表面粗糙度，但刀具前角增大，会降低切削刃和刀头的强度，刀头散热条件 变差，切削时刀头容易崩刃，因此合理前角的选择既要切削刃锐利，又要有 一定的强度和一定的散热体积。
二、刀具材料
1、刀具材料应当具备的性能
刀具切削部分的材料应具备以下基本条件：
• 高硬度： 常温硬度应在60HRC以上。 •足够的强度和韧度：
为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。
•高耐磨性： 具有高的抵抗磨损的能力，以保持切削刃的锋利。一般来说，硬
度愈高，耐磨性愈好。
•高的耐热性(热硬性或红硬性）： 以便在高温下仍能保持较高硬度、耐磨性、
•副偏角小时，工件加工后的表面粗糙度小； •但主偏角减小时，会加大切削过程中的背向力，容易引起工艺系统的
弹性变形和振动。
（2）在主切削刃正交平面 (主剖面)内(O-O)测量的角度
•前角o
前刀面与基面间的夹角。
当前刀面与基面平行时，前角为零。 基面在前刀面以内，前角为负。 基面在前刀面以外，前角为正。
刀尖角与主偏角和副偏角的关系：
r 180 ( r r' )
主偏角、副偏角的选择
主偏角的大小影响切削层形状、表面粗糙度和切削分力的大小。在进 给量和背吃刀量相同的情况下，减小主偏角，将得到薄而宽的切屑。
副偏角的作用是为了减少副切削刃与零件已加工表面之间的摩擦，防止 切削时产生振动。 主偏角和副偏角越小，刀头的强度高，散热面积大，刀具寿命长。
第二篇 机械加工工艺基础
第一章 金属切削加工的基础知识
第二节 刀具材料与刀具角度
一、刀具角度
1、车刀的组成
车刀由切削部分、刀柄两部分组成。
切削部分承担切削加工任务，刀柄 用以装夹在机床刀架上。 切削部分是由一些面、切削刃组成。 我们常用的外圆车刀是由一个刀 尖、两条切削刃、三个刀面组成的。
（1）刀面
②正交平面参考系
正交平面参考系由以下三个平面组成：
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。 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。 主剖面 Po(正交平面)：
主剖面 Po 前刀面 A 基面 Pr 切削平面 Ps 主切削刃
主后刀面
假设运动条件: 用主运动向量vc近似地代替相对运动合成速度向量ve(即vf=0)。 假设安装条件:
规定刀杆中心线与进给运动方向垂直；刀尖与工件中心等高。
①刀具标注角度参考系种类
根据ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标注角度参考系有： • 正交平面参考系
• 法平面参考系 • 假定工作平面参考系三种。
钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹，发生塑性变形造成加工硬化。
变形系数
切削过程中，刀具切下的切屑其外形尺寸比零件上的切削层短而厚，这 种现象称为切屑的收缩。 变形系数（切屑厚度压缩比）Λh可用下式表示：
hDh LD h LDh hD
式中LD－切削层的长度 LDh－切屑的长度 hDh－切屑的厚度 hD －切削层的厚度
2、刀具几何角度参考系
为了便于确定车刀上的几何角度，常选择某一参考系作为基准， 通过测量刀面或切削刃相对于参考系坐标平面的角度值来反映它们的 空间方位。 刀具几何角度参考系有两类： 刀具标注角度参考系
刀具工作角度参考系。
（1）刀具标注角度参考系
刀具标注角度参考系是刀具设计时标注、刃磨和测量角度的基 准。为了使参考系中的坐标平面与刃磨、测量基准面一致，特别规 定了如下假设条件。
LDh LD 切屑与切削层尺寸
Ah大于1，值愈大，表示切屑变形愈大， 切削力、切削温度愈高，工件 表面愈粗糙。
2、切屑类型
•带状切屑：
特点:连续不断呈带状，外表面光滑，内表面毛 茸。 形成条件:一般加工塑性金属材料时，当切削厚度 或进给量较小，切削速度较高，刀具前角较大时 获得。 工作状态:形成带状切屑时，切削过程较平稳、切削力波动小，已加工表面粗糙度 值较小。
强度和韧度等，是衡量刀具材料综合切削性能的主要指标。用能承受最高的切 削温度来表示。
•良好的工艺性： 为了便于刀具制造，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性
和热处理特性等。
第三节 金属切削过程
金属切削过程是指工件上一层多余的金属被刀具切除的过程和 已加工表面的形成的过程。
一、切屑的形成及其类型
1、切削过程
•粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，为增加刀具强度，后角应
取小些；精加工时，增大后角可提高刀具寿命和加工表面的质量。
•工件材料的硬度与强度高，取较小的后角，以保证刀头强度；工件材
料的硬度与强度低，后角应适当加大。加工脆性材料时，宜取较小的后 角。若采用负前角时，应取较大的后角，以保证切削刃锋利。
•节状（挤裂）切屑：
特点:切屑的内表面呈锯齿形，外表面有时有裂 纹。 形成条件:大多在加工较硬的塑性金属材料且所 用的切削速度较低、切削厚度或进给量较大，刀 具前角较小的情况下产生。 工作状态:切削过程中切削力波动较大，已加工表面粗糙度值较大。
•粒状（单元）切屑：
特点:切屑沿剪切面完全断开，因而呈单元状。
•对不同材料的工件，加工塑性材料时,应选较大的前角;加工脆性材时,
选较小的前角;
•对于不同的刀具材料，由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧度差，
所以合理前角也就小于高速钢刀具的合理前角。
•粗加工、断续切削或切削特硬材料时，为保证切削刃强度，应取较小的
前角，甚至负前角。
后角的选择
后角用以减少刀具主后刀面与工件过渡表面间的摩擦和主后刀面的磨 损，配合前角调整切削刃的锋利程度与强度； 后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热 条件变差，加速刀具磨损。
•尺寸刀具精度高，取较小的后角，以防止重磨后刀具尺寸的变化。
（3）在切削平面内(S向)测量的角度 •刃倾角s
主切削刃与基面间的夹角。
刃倾角正负的规定如图所示:
刀尖处于主切削刃的最高点时，刃倾角为正；
刀尖处于主切削刃的最低点时，刃倾角为负；
切削刃平行于底面时，刃倾角为零。
刃倾角的选择
刃倾角主要影响刀头的强度和排屑方向。 粗加工和断续切削时，为了增加刀头强度，刃倾角常取负值。 精加工时，为了防止切屑划伤已加工表面，刃倾角常取正值或零。