金属切削加工基本知识
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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。
第十七章 金属切削加工基础知识
图17-17 刀具磨损的三个阶段
• 第五节
工件材料的切削加工性
• 一、 衡量工件材料切削加工性的指标 • 由于切削加工性是对材料多方面的综合评价，所以很难用一个简单的 物理量来精确规定和测量。在生产和实验中，常取某一项指标来反映 材料切削加工性的某一具体方面，最常用的是vT和Kr。 • vT——指在一定的切削条件下，当刀具的寿命为T分钟时，切削某种材 料所允许的最大的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。 通常取T＝60min，则vT可写作v60。 • Kr——称为相对加工性，一般以正火状态45钢的v60为基准，写作 （v60），然后将其它各种材料的v60与之相比所得的比值。当Kr＞1时， 表示该材料比45钢容易切削。反之，则比45钢难切削。常用工件材料 的相对加工性可分为八级，见表17-2。
• 五、切削热与切削温度 • 1.切削热的来源： • ⑴是正在加工和已加工表面所发生的弹性和塑性变形而产生的大量的热， 是切削热的主要来源； • ⑵是切屑与刀具前刀面之间的摩擦产生的热； • ⑶是工件与刀具后刀面之间的摩擦产生的热。切削时所消耗的功约有98% －99%转换为切削热。 • 2.切削温度 • 切削温度过高，会使刀头软化，磨损加剧，寿命下降；工件和刀具受热膨 胀，会导致工件精度超差影响加工精度，特别是在加工细长轴、薄壁套时， 更应注意热变形的影响。 ⑴ • 在生产实践中,为了有效地降低切削温度，常应用切削液，切削液能带走 大量的热，对降低切削温度的效果显著，同时还能起到润滑、清洗和防锈的 作用。常见的切削液有： • ⑴切削油 主要是各种矿物油、动植物油和加入油性、极压添加剂的混 合油。其润滑性能好，但冷却性能较差，主要用来减少磨损和降低工件的表 面粗糙度，一般用于低速精加工，如铣削加工和齿轮加工等。 • ⑵水溶液 主要成分是水并加入防锈剂、表面活性剂或油性添加剂。其 热导率高、流动性好，主要起冷却作用，同时还具有防锈、清洗等作用。 • ⑶乳化液 由乳化油加水稀释而成，呈乳白色或半透明状，有良好的流 动性和冷却作用，是应用最广泛的切削液。低浓度的乳化液用于粗车、磨削。 高浓度乳化液用于精车、钻孔和铣削等。在乳化液中加入硫、磷等有机化合 物，可提高润滑性。适用于螺纹、齿轮等精加工。
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技能准备篇之金属切削加工的基本知识
图2-2 切削运动及选定点
2．进给运动
进给运动是指使新的切削层金属不断地投入 切削，从而切出整个工件表面的运动。进给 运动形式可以是连续的，也可以是间断的； 可以是直线运动，也可以是旋转运动。进给 运动的运动方式主要有：车削是刀具移动； 铣削是工件移动；钻削是钻头沿其轴线方向 移动；内、外圆磨削是工件旋转和移动等。 进给运动可以是一个、多个或者没有。进给 运动的速度较小，消耗的功率也较小。
被切除的金属层）。切削层（沿工件）的轴向
剖面称为切削层横截面，如图2-3所示。切削层
的尺寸被称为切削
参数。切削层横截
面要素包括切削层
公称宽度bD、公称 厚度hD和公称横截 面积AD三个要素。
图2-3 纵车外圆时的切削层要素
1．切削层公称宽度bD 切削层公称宽度bD是指 刀具主切削刃与工件的接触长度，沿工件过渡 表面度量，单位为mm。当λs=0°时，有
（2）刀具工作角度参考系，它是确定刀具在 切削运动中有效工作角度的参考系。
两类角度参考系的区别在于：刀具标注角度参 考系由主运动方向确定，而刀具工作角度参 考系则由合成切削运动方向确定。由于通常 进给速度远小于主运动速度，所以刀具工作 角度近似等于刀具标注角度。
为了方便理解，以刨刀为例建立静止参考系。
宽刃刨刀垂直自由切削刀具标注角度参考系
通过对上图的分析发现，宽刃刨削具有以下特 点：刀刃为直线、刀刃长度大于工件宽度、前 面和后面均为平面、无进给运动(只有主运动)。
1．宽刃刨刀静止参考系的建立
选取三个相互垂直的参考平面构建宽刃刨刀的 静止参考系，即正交平面参考系。
取过主切削刃上选定点，平行于主运动方向并 切于工件过渡表面的平面为切削平面（ps）。
图2-2 合成切削运动
金属切削加工的基本知识
金属切削加工的基本知识金属切削加工是一种高精度、高效率的加工工艺，广泛应用于制造各种金属零件和工业产品。
本文将介绍一些关于金属切削加工的基本知识，包括加工原理、常用工具、加工过程和注意事项等。
1. 加工原理金属切削加工的原理是利用旋转的刀具在金属工件上切削，将金属切屑削除，以达到加工精度和表面质量的要求。
切削加工一般分为转动切削和直线切削两种方式。
转动切削是指刀具绕底线旋转，如车削、铣削、钻削等。
直线切削是指刀具相对于工件作直线运动，如镗孔、拉铣、拉削等。
2. 常用工具金属切削加工的常用工具包括车刀、铣刀、钻头、工具刀、镗刀、拉削刀等。
车刀和铣刀是常见的切削工具，通常由切刃、切削角、刃倾角、切刃宽度等部分组成。
钻头是专门用于钻孔的工具，通常用来钻圆形孔和通孔。
工具刀是用于切削轻质材料、薄板和半成品的工具，镗刀是用于镗孔的工具，拉削刀则是用于削成品的工具。
3. 加工过程金属切削加工的加工过程分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
粗加工是指在尺寸留出一定的余量后，利用粗加工刀具先将工件上的金属材料削除，以达到快速加工的目的。
半精加工要求切削刃的精度和表面质量比粗加工更高一些，工件尺寸也更加接近目标尺寸。
精加工则是最后通过切削刃对工件进行微调，以达到期望的尺寸和表面精度要求。
4. 注意事项金属切削加工需要注意安全，因为在加工过程中可能会飞溅出热的金属屑、润滑剂和冷却液。
所以在切削加工时需要戴好防护眼镜、手套等个人防护用具。
此外，还要注意刀具的选择、加工参数的调整、加工尺寸的测量等方面，以确保加工质量和效率。
金属切削的基础知识
金属切削的基础知识金属切削是一种通过切削工具在金属工件上施加力量，使其产生剪切应力，从而剥离所需形状的金属层的加工方法。
它是目前最常用和广泛应用的金属加工方式之一。
以下是金属切削的基础知识：1. 切削工具：切削工具通常由硬质材料制成，如高速钢、硬质合金等。
常见的切削工具包括刀片、钻头、铣刀等。
刀具的选择根据加工材料、加工形状和加工质量要求等因素进行。
2. 切削速度：切削速度是指在单位时间内切削刀具工作部分对工件的相对运动速度。
它是影响切削加工效果和刀具寿命的重要因素。
通常以米每分钟（m/min）作为单位。
3. 进给速度：进给速度是指切削刀具沿工件表面移动的速度。
它决定了每分钟进给长度。
进给速度的选择需要考虑切削深度、加工精度和刀具强度等因素。
4. 切削深度：切削深度是指切削刀具在每次切削中从工件表面剥离金属的厚度。
切削深度越大，切削力也会增加，刀具磨损加剧。
因此，切削深度的选择要根据材料性质、刀具强度和加工要求等综合考虑。
5. 切削力：切削力是指在切削过程中作用在切削刀具上的力。
它是切削加工过程中的重要力学参数，会影响刀具的磨损和加工精度。
切削力的大小与切削厚度、切削速度、切削角度和材料硬度等因素密切相关。
6. 刀具磨损：切削刀具在切削过程中会不可避免地发生磨损。
刀具磨损会使切削力增加、切削质量下降，并且降低了刀具的寿命。
因此，定期更换和修磨切削刀具是保证加工质量和生产效率的重要措施。
7. 切削液：切削液是指在金属切削过程中加入的一种液体。
它主要用于降低切削温度、润滑切削表面、冲洗切削区域，以减少金属切削时产生的摩擦和热量。
良好的切削液选择能够有效地提高加工质量和刀具寿命。
金属切削是工业生产中广泛应用的加工方式之一，掌握金属切削的基础知识对于提高加工质量、降低生产成本具有重要意义。
因此，对于从事金属加工的工作者来说，了解切削工具、切削速度、进给速度、切削深度、切削力、刀具磨损以及切削液等基础知识是十分必要的。
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
第十七章 金属切削加工基础知识
图17-15 切削合力与分力
（1）主切削力Fc 垂直于基面且与切削主运动速度方向一致。机床动 力的主要依据。消耗功率95%以上。 （2）背向力Fp 在基面内，与切削进给速度方向垂直。易使工件变 2 形，同时还会引起振动，使工件的表面粗糙度值增大。 （3）进给力Ff 在基面内，与进给速度方向平行。是验证进给系统 零件强度和刚度的依据。 （17-6） 由图17-15可知 F2=F2c+ F2p+ F2f 2. 影响切削力的大小的因素： 影响切削力的大小的因素： （1）工件材料的影响 ）工件材料的影响：一般材料的强度、硬度愈高，韧性、塑性愈好， 愈难切削，切削力也愈大。 （2）切削用量的影响：当ap和f增加时，切削力也增大。在车削加工时， ）切削用量的影响： 当ap加大一倍，Fc也增大一倍；而f加大一倍，Fc只增大68%～86%，因 此，从切削力角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 （3）刀具几何参数的影响 前角和后角对切削力的影响最大。 ） 前角愈大切屑变形小，切削力也小。 后角愈大，刀具后刀面与工件加工表面间的摩擦愈小。 改变主偏角的大小，可以改变轴向力与径向力的比例（特别是加工细长工 件时，经常采用较大的主偏角以使径向力减小）
• 二、影响材料切削加工性的因素 • 1.影响工件材料切削性能的主要因素 • （1）硬度、强度 一般来讲，材料的硬度、强度愈高，则切削力愈大， 消耗切削功率愈多，切削温度愈高，刀具磨损愈快，因此，其切削加 工性差。 • （2）塑性 材料的塑性愈大，则切削变形愈大，刀具容易发生磨损。 在较低的切削速度下加工塑性材料还容易出现积屑瘤使加工表面粗糙 度值增大，且断屑困难，故切削加工性不好。但材料塑性太差时，得 到崩碎切屑，切削力和切削热集中在切削刃附近，刀具易产生崩刃， 加工性也较差。 • （3）另外，材料的热导率、化学成分、金相组织等都对材料的切削加 工性有一定的影响。 • 2.改善材料切削加工性的主要措施 • （1）调整材料的化学成分 在钢中加入S、P、Pb、Ca等元素能起 到一定的润滑作用并增加材料的热脆性，从而改善其切削加工性。 • （2）对工件材料进行适当的热处理 利用热处理可改善低碳钢和高 碳钢的切削加工性。例如，对低碳钢和进行正火处理，或降低塑性， 提高硬度，使其切削加工性得到改善。对高碳钢和工具钢进行球化退 火，使网状、片状的渗碳体组织球状渗碳体，降低了材料的硬度，使 切削加工较易进行。对于出现白口组织的铸件，可在950～1000℃下 进行长时间退火，降低硬度， 达到改善切削加工性的目的。
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。
金属切削加工基本知识
我国最常用的硬质合金分为钨钴类(代号YG)和钨钛钴类(代号YT ) 两种。其中钨钴 类硬质合金硬度与耐热性较低，强度、韧性和导热性较好，主要用于加工脆性材料， 如铸铁、青铜等。钨钛钴类硬质合金硬度和耐热性高于钨钴类硬质合金，所以钨钛钴 类硬质合金更适合于加工钢材等塑性材料。 1) 钨钻类硬质合金碳化物是碳化钨(WC) 。常用的牌号有YG8、YG6、YG3等。YG8 有较高的强度和韧性，能承受较大的冲击载荷，适宜于粗加工，而YG3则适用于精加 工。 2) 钨钛钴类硬质合金碳化物是WC、TiC。常用的牌号有YT5，YTl5，YT30。YT30 的硬度和耐热性很高，但强度和韧性很差，用于精加工；而YT5则相反，适用于粗加 工。
一、刀具材料
1.刀具材料应具备的性能
(1) 硬度 刀具切削部分的硬度，必须高于工件材料的硬度才能切下切屑。 一般其常用硬度要求在HRC60以上。 (2) 强度和冲击韧性 在切削力作用下工作的刀具，必须具有足够的抗弯 强度。刀具在切削时会承受较大的冲击载荷和振动，因此必须具备足够 的韧性。 (3) 耐磨性 为保持刀刃的锋利，刀具材料应具有较好的耐磨性。一般来 说，材料的硬度越高．耐磨性则越好。 (4) 红硬性 由于切削区的温度较高．因此刀具材料要有在高温下仍能保 持高硬度的性能，这种性能称为红硬性或热硬性。 (5) 工艺性 为了便于刀具的制造和刃磨．刀具材料应具有良好的切削加 工性和可磨削性，以及良好的热处理性能。
图4—5刀具几何角度
（3）刀具几何角度的选择及其对切削加工的影响 前角(γo)
前角大，刀具锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力减小，切削力和切 削热降低。但前角过大会使切削刃强度减弱，散热条件变差，刀具寿命下 降，甚至会造成崩刃。前角的大小选择原则：
1)工件材料的强度、硬度低，塑性好，应取较大前角；加工脆 性材料，应取较小前角：加工特硬材料，应取负前角。 2)高速钢刀具可取较大前角；硬质合金刀具应取较小前角。 3)精加工应取较大前角；粗加工或断续切削应取较小前角。
一、刀具材料
1.刀具材料应具备的性能
(1) 硬度 刀具切削部分的硬度，必须高于工件材料的硬度才能切下切屑。 一般其常用硬度要求在HRC60以上。 (2) 强度和冲击韧性 在切削力作用下工作的刀具，必须具有足够的抗弯 强度。刀具在切削时会承受较大的冲击载荷和振动，因此必须具备足够 的韧性。 (3) 耐磨性 为保持刀刃的锋利，刀具材料应具有较好的耐磨性。一般来 说，材料的硬度越高．耐磨性则越好。 (4) 红硬性 由于切削区的温度较高．因此刀具材料要有在高温下仍能保 持高硬度的性能，这种性能称为红硬性或热硬性。 (5) 工艺性 为了便于刀具的制造和刃磨．刀具材料应具有良好的切削加 工性和可磨削性，以及良好的热处理性能。
图4—5刀具几何角度
（3）刀具几何角度的选择及其对切削加工的影响 前角(γo)
前角大，刀具锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力减小，切削力和切 削热降低。但前角过大会使切削刃强度减弱，散热条件变差，刀具寿命下 降，甚至会造成崩刃。前角的大小选择原则：
1)工件材料的强度、硬度低，塑性好，应取较大前角；加工脆 性材料，应取较小前角：加工特硬材料，应取负前角。 2)高速钢刀具可取较大前角；硬质合金刀具应取较小前角。 3)精加工应取较大前角；粗加工或断续切削应取较小前角。
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第三节 金属的切削过程
一、切屑的形成过程及切屑的种类 二、积屑瘤 三、切削力和切削功率 四、切削热和切削温度 五、刀具磨损
金属在切削过程中，会出现一系列物理现象， 如金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等，这 些都是以切屑形成过程为基础而生产中出现的许 多问题，如积屑瘤、振动、卷屑、断屑等，都与 切削过程密切相关。
四、切削热和切削温度
1、切削热 • 来源 （1）被加工件材料的弹性变形和塑性变形； （2）切屑与前刀面的摩擦； （3）后刀面与已加工表面之间的摩擦。 • 传散 （1）切屑，50-86%； （2）工件，40-10%； （3）车刀，9-3%； （4）空气，1%。
2、切削温度及影响因素
切削温度 一般指切屑、工件与刀具接触表面 上的平均温度。 决定因素：工件材料、切削用量和刀具角度。
三、刀具角度
1、车刀的切削部分 车刀的切削部分由三 个刀面、两个刀刃和一 个刀尖组成。
• 三面：前刀面、主后刀 面、副后刀面。 • 两刃：主刀刃、副刀刃。 • 一尖：刀尖。
2、车刀切削部分的主要角度
（1）辅助平面 为确定刀具的几何角度 而引入的辅助平面包括切 削平面、基面和正交平面。 • 切削平面：通过主刀刃上 某一点，并与该点加工表 面相切的平面。 • 基面：通过主刀刃上某一 点，并与该点切削速度方 向垂直的平面。 • 正交平面：通过主刀刃上 某一点，并与主刀刃在基 面上的投影垂直的平面。
待加工表面和已加工表面的垂直距离。
在车削外圆时：
ap=（dw-dm）/2 （mm）
其中： dw、 dm—分别为待加工表面和已加工表 面的直径。
3、切削层参数
切削层包括切削厚度、 切削宽度和切削面积。
（1）切削厚度ac 垂直于加工表面度量的切削层尺寸。 （2）切削宽度aw 沿着加工表面度量的切削层的尺寸。 （3）切削面积Ac 切削层截面面积。 Ac= acaw=fap
3）在切削平面内测量的角度
刃倾角λs：主刀刃与基面间的 夹角。
主要作用是影响排屑的方向和 刀具强度。
• 刀具角度的选择： （1）粗加工时，为了减轻刀具的负荷，采用较大的 前角，可适当的减小后角。这时切削刃不会明显削 弱。 （2）精加工时，为了减小主后刀面与加工面间的摩 擦，可采用较大的后角，并适当减小前角。 （3）在切削较硬材料或有冲击情况时，可采用较小 的主偏角和负的刃倾角，而不必明显地减小前角。 （4）当加工精度要求高的细长轴时，为了减小振动， 须选用较大的主偏角；为避免划伤已加工表面，须 选用正的刃倾角，并相应减小前角。
2）在基面内测量角度
（a）主偏角κr：主刀刃在基 面上投影与进给方向的夹角。
它能改变径向切削力和轴 向切削力的比例。常用的主 偏角有45°、60°、75°、 90°几种。
（b）副偏角κr´：副刀刃在 基面上投影与进给反方向的 夹角。
主要作用是减少副刀刃和 已加工表面之间的摩擦。 一 般为5°~15°左右。
第一节 金属切削加工的运动要素
一、切削运动 二、运动要素
一、切削运动
切削运动包括主运动和进给运动两类。 1、主运动
在切削运动中，运动速度最高、消耗动力最大、 为切除切屑的最基本的运动。 例如：车削时工件的旋转运动； 刨削时刀具（牛头刨）或工件（龙门刨） 的直线往复运动； 钻削、铣削和磨削时，钻头、铣刀和砂轮 的旋转运动。
（1）工件材料的影响
（a）工件材料的强度、硬度越高，切削中消耗 的功越大，所产生的切削热越多，切削温度就越 高。 （b）工件材料的导热性好，温度低。脆性材料， 温度低。
（2）切削用量的影响
（a）切削速度增加，温度升高。当速度升高一 倍时，温度升高20-30%； （b）进给量 f 增加，温度升高。当 f 增加一 倍时，温度升高10%； （c）背吃刀量（切削深度）ap增加，温度升高 不多。如ap增加一倍时，温度只升高3%。
2、进给运动
在切削过程中，为了使新的金属层连续投入切 削，从而切出工件全部加工表面所需要的运动。 例如：车削时车刀沿纵向、横向的直线走刀运动； 钻削时钻头的轴向移动； 铣削时工件随工作台的直线运动。
注释:
1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动； 2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,也可以是刀具来实现（刨、 铣加工）; 3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。
（2）节状切屑
节状切屑上面呈较大的 锯齿状，底面有不贯穿的 裂纹 形成条件：切速低、进 给量大、中等硬度材料。 缺点：切削力波动大、 工件表面较粗糙。
（3）崩碎切屑
切削层金属发生弹性变形 后，一般不经过塑性变形就突 然崩裂而形成形状不规则的崩 碎切屑 形成条件：铸铁、铸造黄 铜等脆性材料。 缺点：切削热和切削力集 中在刀具的主刀刃和刀尖处， 刀尖易磨损、易产生振动，表 面质量不高。
2、常用刀具材料
• 碳素工具钢：T8A、T10、T12A。如丝锥、锉刀、锯条等。 • 合金工具钢：9SiCr、CrWMn。如拉刀、铰刀、钻头等。 • 高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。如钻头、铣刀、齿轮刀具 等。 • 硬质合金：粗加工YG6、YG8、YT5；精加工YT15、YT30。能 耐1000℃高温，耐磨性好。 • 陶瓷：Al2O3、Al2O3-TiC、Si3N4；车刀（高速）。特点：热 硬性好，耐磨，抗弯性差，易碎。 • 立方氮化硼：如车刀、铣刀（中高速）。特点：热硬性强， 可耐1500℃高温，与铁亲和力小。 • 人造金刚石：如车刀、铣刀等。特点：热硬性好。
金属切削加工基本知识
第一节 金属切削加工的运动要素
第二节 刀具材料和角度
第三节 金属的切削过程 第四节 技术经济分析
概述
• 金属切削加工是用刀具从金属材料（毛坯）上切去 多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表 面质量都符合要求的机器零件的加工方法。 • 分为钳工和机械加工两部分。 • 机械加工是通过工人操作机床对工件进行切削加工， 常见的加工方法有：车、钻、刨、铣、磨以及齿形 加工等。
有利方面
积屑瘤的存在，使 增加工作 刀具的实际工作前 前角 角增大
可减小切削变 形和切削力， 使切削轻快
不利方面
影响工件尺 寸精度
时大时小，时有时无，使切削力 产生波动而引起振动 积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使 实际的切削深度不断变化 积屑瘤破裂后会划伤表面，加快 刀具磨损 会形成硬点和毛刺，使工件表面粗造度 值增大
（2）总切削力的分解
切削力是一个空间力，为了便于研究将其分解为三个相 互垂直的分力,即主切削力、进给力和背向力。。
主切削力:
切削合力在切削速度方向上的分力， 垂直于基面，其大小约占总的切削合 力的８５％～９０％
切削合力在进给方向上的分力;它 在基面内，与进给方向平行，但 方向相反 切削合力在切削深度方向上的分力;它 在基面内，与切深方向相反
（2）进给量f
在主运动的一个循环（或单位时间）内，工件 与刀具间沿进刀方向相对运动的距离。 如在车削、镗削、钻削时，进给量表示工件或 刀具每转一转，刀具或工件移动的距离，单位是 mm/r。
在牛头刨床（龙门刨）刨削时，刀具（工件） 每往复一次，工件（刀具）移动的距离。
（3）背吃刀量（切削深度）ap
待加工表面和已加工表面的垂 直距离。
（1）切削速度 在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向相对 移动的距离。 例如：主运动为旋转运动时 v=πdwn/1000(m/s) 式中：dw—工件待加工表面的直径或刀具最大直 径（mm） n—工件或刀具的转速（r/s） 主运动为往复直线运动时
v=2Ln/1000×60（m/s） 式中：L—往复运动行程长度（mm） n—主运动每分钟往复次数
一、切屑的形成过程及切屑种类
1. 切屑形成过程
随着切应力、切应变逐 渐增大，达到其屈服强 度时，产生塑性变形而 滑移
塑性变形 挤裂 切离
切削层 的金属
切 屑
弹性变形
切削层的金属 受到刀具前刀 面的推挤后产 生弹性变形
刀具继续切入时，材料 内部的应力、应变继续 增大，当切应力达到其 断裂强度时，金属材料 被挤裂
二、积屑瘤
1刀尖的部位粘附着一小块很硬的金属，称为积屑瘤。 一般认为，积屑瘤是由于切屑与前刀面在切削过程中剧烈的摩 擦而形成的。
2、积屑瘤对加工过程的影响
保护刀具 积屑瘤硬 度很高 可代替切削刃进 行切屑，减少刀 具的磨损
进给力：
背向力:
工件材料
刀具角度 2、影响切削力的主要因素 切削用量 积屑瘤
（1）工件材料的影响
（a）强度和硬度高，则切削力大。 （b）塑性和韧性高，则切削力大。
塑性大的材料，切屑与前刀面的摩擦系数大，接触区较 长，故切削力较大； 韧性高的材料，致使其发生变形或破坏所消耗的能量较 多，故切削力也较大。 如不锈钢0Gr18Ni9Ti与正火的中碳钢的强度硬度基本相 同，但不锈钢的塑性韧性较高，其切削力要比正火的中碳钢 约高25%。
第二节 刀具材料和角度
一、刀具 二、刀具材料 三、刀具角度
一、刀具
1、刀具结构
车刀的组成和形式 （a）焊接式 （b）整体式 （c）机夹式
铣刀
（a）三面刃铣刀 （b）圆柱铣刀 （c）端铣刀
刨刀的结构
钻头和镗刀的对比
二、刀具材料
1、刀具材料的性能 （1）较高的硬度：为工件硬度的1.3-1.5倍，一般要求 HRC60以上。 （2）足够的强度和韧性。 （3）良好的耐磨性 （4）较高的耐热性 （5）良好的导热性
（2）车刀的主要角度
车刀的主要 角度包括前角、 后角、主偏角、 负偏角和刃倾角。
1）在正交平面内测量角度
（a）前角γ0：正交平面中，前刀 面与基面之间的夹角。 前角的大小对切屑变形、切削 力以及切削刃强度都有很大影响。 通常为-5至+25°之间。 （b）后角α0：主后刀面与切削平 面之间的夹角。 主要作用是减少主后刀面与工 件间的摩擦。通常为6-12°。