金属切削原理与刀具复习

• 2、补充抽象化的面：
• 机器零件的形状虽很多，但主要由外圆面、内圆面（孔）、平面和成形面等表面组成。因此，只要能 对这几种表面进行加工，就基本上能完成所有机器零件的加工。外圆面和内圆面（孔）是以某一直线 为母线，以圆为轨迹，作旋转运动时所形成的表面。平面是以一直线为母线，以另一直线为轨迹，作 平移运动时所形成的表面。成形面是以曲线为母线，以圆或直线为轨迹，作旋转或平移运动时所形成 的表面。
1.1.2各种切削加工的切削运动与工件表面
零件不同表面加工时的切削运动
1.2刀具几何角度
刀具切削部分的组成： 切削刀具种类很多，形状各异，但其切削部分都有共同的 特征。各种刀具均由刀头和刀体组成，可看作是外圆车刀 的演变和组合。
各种刀具切削部分形状
1.2.1车刀切削部分的组成
车刀由刀头和刀杆组成。
第一章 基本定义
本章内容： 1、切削过程: 工件切削表面、切削用量 2、刀具：坐标、参考系、基本角度 事例
第一章 基本定义
1.1切削运动、工件表面与切削用量
补充：1、切削加工必备三个条件： (1)刀具和工件间要有形成零件结构要素所需的相对运动。这类相对运动由各 种切削机床的传动系统提供。 (2)刀具材料的性能能够满足切削加工的需要。刀具在切除工件上多余材料时， 工作部分将受到切削力、切削热、切削摩擦等的共同作用，目切削负荷很 重，工作条件恶劣，因此，刀具材料必须具有适应强迫切除多余材料这一 特定过程的性能，例如足够的强度和刚度、高温下的耐磨性等。 (3)刀具必须具有一定的空间儿何结构。零件多余材料被刀具从工件上切除的 本质，仍然是材料受力变形直至断裂破坏，只是完成这个过程的时间很短， 材料变形破坏的速度很快。为了完成这一过程时能够确保加工质量、尽量 减少动力消耗和延长刀具寿命，刀具切削部分的几何结构和表面状态必须 能适应切削过程的综合要求。
切削速度Vc：
指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。各点不同，取最大 值。 主运动为旋转运动时(如车、钻、铣、镗、磨等)，
nd vc m/s 1000
d：刀具或工件的最大回转直径，mm； n：主运动转速，r/s。 方向即主运动的方向，切线方向。
2）进给运动
概念：使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去的运动。 进给运动 的速度一般较低，功率也较少。其数量可以是一个，也可以是多个。可以是连续 进行的，也可以是断续进行的。可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。 运动形式： 连续运动：如车削；间歇运动：如刨削。 一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动； 运动主体：工件，如铣削、磨削； 刀具，如车削、钻削。
a）
b）
c）
刃倾角对排屑方向的影响
Байду номын сангаас
（3）正交平面Po内的角度 前角––––在正交平面Po内测量的前刀面Ar与基 面Pr间的夹角，记为γo；有正负之分，前刀面 Aγ位于基面之前角，γo<0°，反之γo>0°。 后角––––在正交平面Po内测量的后刀面Aα与切 削平面PS间的夹角，记为αo。 （4）副刃正交平面Po‘内的角度 副后角––––在副刃正交平面Po‘ 内测量的副后 刀面Aα’与副切削平面PS‘间的夹角，记为αo’。
进给量f或进给速度Vf f ：刀具在进给运动方向上每转相对工件的位移量。 单位：mm/r。 Vf：切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度。mm/s。 对于多刃刀具(如铣刀等，齿数为z)，常用每齿进给量fz （mm/z） 表示。 则Vf、fz与f的关系为：Vf＝nf＝nzfz 3）合成切削速度ve按平行四边形法则求。
五、本课程要求
1.掌握基本知识； 2.掌握基本理论； 3.掌握基本技能；
六、学习的方法
《金属切削原理与刀具》是研究金属切削加工与生产的理论和应用的技术基础课程， 应用非常广泛。作为技术基础课程，具有基础性，应用性和先进性。 1、以课堂教学为主，辅以一定量的现场教学； 2、必要的实验项目是学习的关键； 3、以课外自学为辅，每星期有一个学时的辅导答疑。
金属切削原理与刀具
绪论
一、课程简介 1、定义： 金属切削加工是在机床上利用切削工具从金 属工件（毛坯）上切除多余材料，从而获得具有 一定形状精度、尺寸精度和表面质量的机械零件， 是机械加工的基本方法。
2、性质和目标：金属切削原理与刀具由“金属切削 原理”与“金属切削刀具”两部分组成; 金属切削原理是机械设计制造及自动化专业学生必修 的专业基础课，而“金属切削刀具”是专业课性质，旨在 培养学生具备高素质中高级专门人才所必须掌握的刀具切 削中的基本规律，刀具的特点及应用的能力，为学习专业 知识，增强适应就业变化的能力和继续学习后读课程打下 一定的基础。
派生角度： 刀尖角––––在基面Pr内测量的主切削平面与副 切削平面间的夹角，记为εr， εr=180°-（ r＋ r）； ' 余偏角––––在基面Pr内测量的主切削平面PS与 背平面PP间的夹角，记为ψr， ψr=90°- r ； 楔角––––在正交平面Po内测量的前刀面Aγ与 后刀面间的夹角，记为βo， βo =90°-（γo＋аo）。
副切削刃S’ ： 前刀面与副后面的交线。担负少量切削工作
副后面Aα’ ：刀具上 同前面相交形成副切 削刃的表面，与工件 已加工表面相对。
1.2.2刀具角度的坐标平面与参考系
基面 Pr ：由安装基准面 刀具切削部分的各个面、刃的空间位置
确定的，与切削速度方向 常常用这些面、刃相对某些坐标平面的 垂直的面。
根据ISO规定，测量平面有正交平面、法平面、 假定工作平面及背平面。 1.正交平面 切削刃上选定点的正交平面是过该点 并同时垂直于基面和切削平面的平面，记为Po； 2.法平面 切削刃上选定点的法平面是过该点并与 切削刃垂直的平面，记作Pn； 3.假定工作平面 切削刃上选定点的假定工作平面 是过该点、垂直于基面并与进给方向平行的平面， 记作Pf； 4.背平面 切削刃上选定点的背平面是过该点且垂 直于基面和假定工作平面的平面，记为Pp。 上述参考平面（基面和切削平面）与测量平面组 成了三个坐标平面参考系。
刀杆用于装夹，刀头用于切削。结构形式有：
a）焊接式车刀
b）整体式车刀
c）机夹式车刀
车刀的结构
刀具切削部分由一尖二刃三面组成。
主切削刃S： 前 刀面与主后面的 交线。承担主要 切削工作。
刀尖： 主、 副切削刃交汇 处。一小段直 线或圆弧。
前刀面Aγ：切屑沿其流出的刀面。 控制切屑流向 主后面Aα：刀具上同前 刀面相交形成主切削刃 的表面，与工件过渡表 面相对。
几何角度来表示，这样就必须将刀具置 于空间坐标平面参考系内。该参考系包 切削平面 Ps：切 削刃和切削速度方 括参考坐标平面和测量坐标平面（给出 向确定的面。 定义）。
基面 Pr和切削平面 Ps合称参考坐标平面
1.2.2刀具角度的坐标平面与参考系之重点 概念
1、参考平面：与刀具的安装基准、切削运动有关，包括基面和切削平面 (注意） 基面：选定点的基面，过改点且与速度垂直的平面。 切削平面：选定点的切削平面，是过改点且与过渡表面相切的平面 2、测量平面：主要考虑制造和测量的方便，选取的平面。 (如何推广定义？）
3、意义：多数零件选用金属材料制作，且精度 高，而广泛使用的切削工具则是各类刀具，因此 对用刀具切削金属切削原理以及材料的研究具有 特别重要的技术意义。
二、课程特点：
1、综合性强，且承上启下； 先修：数学 物理 化学 机械原理 机械制图 工程力学 机械制造基础 金属切削机床概论 后续：机制工艺学 数控技术 金属切削机床设计 2、实践性强；
2.工件表面
切削过程中，工件上有三个不断变化的表面。 待加工表面：工件上即将被切除的表面。 过渡表面：正被切削的表面。下一切削行程将被切除。 己加工表面： 切削后形成的新表面。
车削运动和加工表面 1-待加工表面 2-过渡表面 3-已加工表面
4）背吃刀量ap （切削深度）
工件上已加工表面与待加工表面间的垂直距离。单位：mm 。 在与主运动和进给运动方向所组成的平面的法线方向上度量。
切削刃上选定点的正交平面是过该点并同时垂直于基面和切削平面的平面，记 为Po；切削刃上选定点的法平面是过该点并与切削刃垂直的平面，记作Pn； 切削刃上选定点的假定工作平面是过该点、垂直于基面并与进给方向平行的平 面，记作Pf；切削刃上选定点的背平面是过该点且垂直于基面和假定工作平面 的平面，记为Pp。（参考书本8页，介绍各个角）
三.我国古代金属切削方面的发展

公元前2000多年:青铜器时代 青铜刀，锯锉，磨石 春秋中晚期:《考工记》金工知识 唐代 原始的车床 1668 畜力铣磨机 脚踏刃磨机 1915 第一台国产车床 1947 20000多台 碳素工具钢刀具 其他参考书本。
V=10m/min
返回
'
在基面Pr内测量的主切削平面PS与假 定工作平面Pf 间的夹角
车刀常用主偏角有45、60、75、90°
在基面Pr内测量的 副切削平面与假定 工作平面Pf 的夹角。 作用：减小副切削 刃与工件已加工面 间的摩擦及振动。 副偏角大，刀尖强 度弱，已加工表面 残留面积大，粗糙 度值大。
(2) 切削平面PS内的角度 λs：在切削平面PS内测量的主切削刃S与基面 Pr间的夹角称刃倾角； λs有正负之分，刀尖位于切割刃的最高点时定 为（“+”）、反之为负（“-”），它影响切屑 流向和刀尖强度；粗加工时，取负值，增大刀 尖强度；精加工时，取正值或零，避免切屑划 伤已加工表面。
或磨石
直径2丈（6.7米）， 加工天文仪器上 的铜环 ，
四、金属切削理论发展史 (了解）
第一研究阶段可称为力学或切屑形成机理时期，大致为1850～1900年五 十多年的时间。1774年，J.Wilkinson发明了第一台金属镗床，提高了汽缸 的加工精度，减少了汽缸和活塞间的蒸汽泄漏，从而使得J.Watt的蒸汽机的 应用成为可能，从这一典型事例中我们可以知道金属切削加工在当时社会生 产中具有非常重要的地位，是当时最先进的加工方法。 第二研究阶段可称为切削可加工性时期，大致从1900～1930年共约30年 时间。在这一时期随着社会生产力的发展，金属切削加工技术也有了长足的 进步，新的刀具材料和加工工艺不断出现。例如，1898年Taylor和White发 明高速钢。1930年前后人们又发明了硬质合金。 第三研究阶段从二十世纪30年代至今，可以称之为理论推广应用时期， 传统意义上的金属切削理论研究在二十世纪六七十年代达到高峰。在这一时 期总结了上两个时期的研究成果，将切屑成形机理与切削可加工性的关系的 研究发展到了一个新的高度。而在实验手段和理论应用于生产方面也达到了 前所未有的水平。代表：高速数控切削产生。
车外圆时： ap=(dw－dm)/2 钻孔时： ap=dw/2 金属切除率Q＝1000· Vc· f· ap
mm3/min
即单位时间内切除金属的体积，衡量切削效率。
小结下：
在生产中将切削速度、进给量和背吃刀量统称 为切削用量，切削用量用来定量描述运动、进给运 动和投入切削的加工余量厚度。切削用量的选择直 接影响材料切除率，进而影响生产效率。 主运动速度、进给量和背吃刀量合称切削用量三 要素。 练习：P5
1.1.1外圆车削的切削运动、工件表面与切削用量
1. 切削运动 刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。分为主运动和进给运动。
1）主运动是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。 有且仅有一个。 运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动） 直线运动（刨削、拉削的刀具运动） 运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。
由Pγ、P S、P 0组成，两两垂直
由Pγ、Ps、Pn组成
由Pγ、Pf、Pp组成，两两垂直
刀具标注角度参考系 a)正交正面参考系 b）法平面参考系 c）假定工作平面和背平面参考系
1.2.3刀具的标注角度
在刀具工作图中标出的几何角度，是刀具设计、 制造、刃磨和测量的依据 。 1.正交平面参考系中的刀具标注角度 (1) 基面Pr内的角度 主偏角––––在基面Pr内测量的主切削平面PS与假 定工作平面Pf 间的夹角，记为 r ; 副偏角––––在基面Pr内测量的副切削平面与假定 工作平面Pf 的夹角，记为 r 。