《金属切削原理与刀具》课程教案

《金属切削原理与刀具》课程教案《金属切削原理与刀具》课程授课教案课次一：绪论0.1 机械制造过程分析机械是由零件、组件、部件等组成的,因而一台机器的制造过程包含了从零件,部件加工到整机装配的全过程。

这一过程可以用图4-1所示的系统图来表示。

图4-1 机械制造过程的构成首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件。

它们都是由毛坯进过相应的机械加工工艺过程变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件的适当的加工方法。

加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。

其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件。

部件是由若干组件、套件和零件在一个基准上装配而成的。

部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能。

这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。

部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的。

部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。

最后在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器。

我们把零件和部件装配最终机械产品的过程为总装过程。

总装过程是依据总装工艺文件进行的。

在产品总装后，还要经过检验、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品。

0.2 机械加工工艺系统与金属切削加工从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器。

因此，制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。

零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种加工方法得到的，其中在金属切削机床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得符合要求的尺寸精度和表面质量的这种加工方法称为金属切削加工。

与其他金属加工方法相比具有如下特点：1.2.3.因此金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动和承受很大的切削力，必须在金属切削机床上进行加工，零件和刀具需通过机床夹具和刀架与机床可靠的联接，带动它们做相对的运动，实现切削加工，这种由金属切削机床、刀具、夹具和工件（被加工零件的总称）构成的机械加工封闭系统称为机械加工工艺系统（如图4-2所示），其中金属切削机床是加工机械零件的工作机械，起支承和提供动力作用；刀具起直接对零件进行切削加工作用；夹具用来对零件定位和夹紧，使之有正确的加工位置。

本章就围绕机械加工工艺系统四个组成部分进行分析，阐述机械零件加工的整个过程。

图4-20.3 我国切削加工技术发展概况切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。

它加工的零件能获得较高的尺寸精度与表面质量，是机械制造业中最基本的加工方法，在国民经济中占有重要地位。

我国古代切削加工方面有着光辉的成就。

公元前二千多年青铜器时代已出现了金属切削的萌芽。

当时青铜刀、锯、锉等已经类似于现代的刀具。

春秋中晚期，有一部现存最早的工程技术著作《考工记》上面介绍了木工、金工等三十个专业技术知识。

书中指出：“材美工巧”是制成良器的必要条件。

“材美”是指用优良的材料，“工巧”则是指采用合理的制造工艺。

由大量出土文物与文献推测，最迟在8世纪（唐代）我国已有了原始的车床。

公元1668年（明代）加工2m直径的天文仪器铜环，其外径、内孔、平面及刻度的精度与表面粗糙度均已达到相当高的水平。

近代历史中，由于封建制度的腐败和帝国主义的侵略，我国机械工业非常落后。

新中国成立以来，我国切削加工技术得到飞速的发展。

50年代起广泛使用了硬质合金，推广高速切削、强力切削、多刀多刃切削，兴起了改革刀具的热潮。

80年代后，在改革开放的新阶段，机械行业从引进国外的先进技术中得到了进一步发展，在与国际学术组织、专家学者的交流活动中，促进了我国切削技术水平的进一步提高，并正在努力赶上国际先进水平。

当今能切削的材料十分广泛，除传统的金属材料外，非金属材料愈来愈多。

从软的橡胶、塑料到坚硬的花岗岩石。

从普通的钢材到高强度钢、钛合金、冷硬铸铁、淬硬钢以及70HRC左右的热喷涂材料等。

切削技术不但已能解决各种硬、韧、脆、粘等难加工材料，而且能解决各种特高精度，特长、深、薄、小等特形件的加工。

计算机已在切削研究、刀具设计与制造中得到广泛的应用，已有了一批我国自己开发的刀具CAD、CAPP、CAI、切削数据库软件。

新的刀具标准参照了ISO作了修定，已基本上与国际接轨。

我国切削加工技术在不久的将来一定能赶上发达国家的水平，并能同步增长。

0.4 本课程的内容与学习方法金属切削原理与刀具是研究金属切削过程基本规律、刀具设计与使用的一门科学，是机械制造专业的重要课程。

一、金属切削原理金属切削原理研究的主要内容有：刀具材料的性能与选用；刀具切削部分的几何参数；切削过程现象与变化规律；被切削材料的加工性；提高加工表面质量与经济效益的方法；车削、钻削、铣削、磨削过程的特点等。

归纳为两方面问题：1.几何问题主要指刀具的几何参数及相互关系。

2.规律问题主要指切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损等规律。

二、金属切削刀具金属切削刀具是指切削加工中的重要工具，也是切削加工中影响生产率、加工质量与成本的最活跃的因素。

因为刀具变化灵活、改革简便、收效显著。

刀具种类繁多。

通常分为如下两类：1.标准刀具指专业工具厂按国际或部标生产的刀具。

如可转位车刀、麻花钻、铰刀、铣刀、丝锥、板牙、插齿刀、齿轮滚刀等。

2.非标准刀具指用户需专门设计制造的刀具，如成形车刀、成形铣刀、拉刀、蜗轮滚刀、组合刀具等。

课次二：第一章刀具几何角度及切削要素第一节切削运动与切削用量一、切削运动与切削层定义切削加工时，按工件与刀具的相对运动所起的作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。

图1-1表示了车削运动、切削层及工件上形成的表面。

图中待加工表面指工件上即将被切除的表面；过渡表面是工件上由切削刃正在形成的表面；已加工表面指工件上切削后形成的表面。

1.主运动进行切削时最主要的、消耗动力最多的运动，它使刀具与工件之间产生相对运动。

车镗削的主运动是机床主轴的旋转运动。

2.进给运动刀具与工件之间产生的附加相对运动，以保持切削连续地进行。

图1-1中Vf 是车外圆时纵向进给运动速度，它是连续的。

而横向进给运动则是间断的。

3.切削层切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层。

图1-1中工件旋转一周，刀具从位置Ⅰ移到Ⅱ，切下的Ⅰ与Ⅱ之间工件材料层。

□ABCE 称为切削层公称横截面积。

二、切削用量金属切削加工时，工件是机械加工过程中被加工对象的总称，任何一个工件都经过由毛坯加工到成品的过程，在这个过程中，切削运动可分为主运动和进给运动两种。

图4-3切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）合称切削用量，又称为切削用量三要素。

车削外圆时的切削用量如图4-3所示。

（1）切削速度υ 刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的速度，单位为s m /。

由于切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。

外圆车刀车削外圆时的切削速度计算式为：1000nd w πυ=式中w d ——工件待加工表面的直径，（mm ）；n ——工件的转速，（s r /）。

（2）进给量f 在主运动每转一转或每一行程时，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，单位是r mm /（用于车削、镗削等）或/mm 行程（用于刨削、磨削等）。

进给量表示进给运动的速度。

进给运动速度还可以用进给速度f υ（单位是s mm /）或每齿进给量z f （用于铣刀、铰刀等多刃刀具，单位是/mm 齿）表示。

一般，z f nzf nf ==υ式中 n ——主运动的转速，（s m /）；z ——刀具齿数。

（3）背吃刀量（切削深度）p a 在垂直于主运动方向和进给运动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mm 。

即)(21m w p d d a -=式中 w d ——工件待加工表面的直径，（mm ）m d ——工件已加工表面的直径，（mm ）三、切削层参数在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。

外圆车削时的切削层，就是工件转圈，主切削刃所切除的金属层，如图4-3中的阴影四边形所示。

切削层参数共有三个，它们通常都在垂直于切削速度υ的平面内度量。

（1）切削层公称厚度c a 在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。

c a 反映了切削刃单位长度上的切削负荷。

由图4-3得r c k f a sin =式中 c a ——切削层公称厚度，（mm ）；f ——进给量，（r mm /）； r k ——车刀主偏角，（°）（2）切削层公称宽度w a 沿过渡表面测量的切削层尺寸。

w a 反映了切削刃参加切削的工件长度。

由图4-3得rp w k a a sin =式中w a ——切削层公称宽度，（mm ）。

（3）切削层公称横截面积c A 切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。

由图4-3得p rp rw c c fa k a k f a a A ===sin sin式中 c A ——切削层公称横截面积，（2mm ）。

课次三：第一章刀具几何角度及切削要素第二节切削加工刀具的基本定义：一、切削刀具的组成切削刀具的种类很多，结构也多种多样。

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（图4-4）。

图4-4车刀的组成其定义分别为：（1）前刀面（前面）刀具上与切屑接触并相互作用的表面（2）主后刀面（主后面）刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。

（3）副后刀面（副后面）刀具上与工件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。

图4-5刨刀、钻头、铣刀切削部分的形状（Array 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。

其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。

如图4-5所示，刨刀切削部分的形状与车刀相同（图4-5a）；钻头可看作是两把一正一反并在一起同时车削孔壁的车刀，因而有两个主切削刃，两个副切削刃，还增加了一个横刃（图4-5b）；铣刀可看作由多把车刀组合而成的复合刀具，其每一个刀齿相当于一把车刀（图4-5c）。

课次四：第一章刀具几何角度及切削要素二、刀具的标注角度（一）. 刀具角度参考系刀具角度是确定刀具切削部分几何形状的重要参数。