第一章 金属切削加工基础知识 1

车削时的工件表面与切削要素
切削要素
工件上的三个表面 已加工表面：工件上已 经被切去金属所形成的 表面。 表面。 待加工表面：工件上即 待加工表面： 将被切去金属层的表层。 将被切去金属层的表层。 过渡表面（ 过渡表面（亦称加工表 面）：工件上正在被切 ）：工件上正在被切 削刃切削的表面， 削刃切削的表面，即待 加工表面和已加工表面 之间的过渡表面
1.2 刀具材料
夹持 部分
传递运动和承受夹 紧力， 紧力，保证刀具安 装位置正确、 装位置正确、夹紧 可靠、 可靠、装卸方便
切削 部分
负责切削， 负责切削，直接影响 产品的质量和生产效 率
刀柄： 刀柄：刀具的夹持部分 刀体： 刀体：刀具上夹持或焊接 刀条、刀片的部分， 刀条、刀片的部分，或由 它形成切削刃的部分。 它形成切削刃的部分。
概念与分类
金属切削加工：使用刀具从金属毛坯上切去多余 的金属层，从而获得所需要的几何形状、尺寸精 度和表面粗糙度的机械零件。 切削加工分为钳工和机械加工两部分。机械加工 车削、 主要方式包括车削 铣削、刨削、磨削、钻削和 主要方式包括车削、铣削、刨削、磨削、钻削和 齿轮加工等。 齿轮加工等。
本章主要内容
切削用量三要素
切削要素
旋转运动
1. 切削速度vc：主运动的 切削速度v
线速度称为切削速度。 线速度称为切削速度。当主运 动为旋转运动时，切削速度是 动为旋转运动时， 工件或刀具圆周运动的线速度 （m/s）. m/s）
vc =
vc
π d wn
1000
往复直线运动
2l n r = 1000
2. 进给速度vf:在单位时间 进给速度v
1.1 切削运动和切削要素 1.2 刀具材料 1.3 刀具切削部分的几何参数 1.4 刀具几何角度的测量实验 1.5 金属的切削过程 1.6 刀具几何参数的选择 1.7 切削加工的经济性与可行性 1.8金属切削机床的分类与型号 1.8金属切削机床的分类与型号 1.9 金属切削机床的传动方式
1.1 切削运动和切削要素
各种刀具切割部分的形状
刀具几何角度参考系
（正交平面参考系、法平面参考系、假定工作平 面参考系） 用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面称为 参考系。其中最常用的是正交平面参考系 参考系。其中最常用的是正交平面参考系。由以 正交平面参考系。由以 下三个平面组成：
1.基面Pr:是过切削刃上某选定点 基面Pr:是过切削刃上某选定点 平行或垂直于刀具在制造、刃磨 及测量时适合于安装或定位的一 个平面或轴线。 2.主切削平面Ps:是过切削刃某选 2.主切削平面 是过切削刃某选 主切削平面Ps: 定点与主切削刃相切并垂直于基 面的平面。 3.正交平面Po:是过切削刃某选定 3.正交平面 是过切削刃某选定 正交平面Po: 点同时垂直于基面和切削平面的 平面。 过主、副切削刃某选定点都可以 建立正交平面参考系。基面、主 切削平面、正交平面三个平面在 空间相互垂直。
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 表示。
rε
1.3 刀具切削部分的几何参数
1.3.2 车刀的几何角度 切削刀具种类很多，如车 刀、刨刀、铣刀和钻头等。 它们几何形状各异，复杂 程度不等，但它们切削部 分的结构和几何角度都具 有许多共同的特征，其中 车刀是最常用、最简单和 最基本的切削工具，因而 最具有代表性。 刀具角度是确定刀具切削 部分几 何形状的重要参 数。
1.2 刀具材料
车刀的组成： 车刀的组成：车刀由切削部分、刀柄两部分组成。 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。（见图1.4 三个刀面组成的。（见图1.4 P13)
1.2 刀具材料
高硬度、 高硬度、耐磨
高热硬性
性能要求
良好的工艺性
足够的强度和韧性
较好的化学稳定性
1.高硬度：刀具材料必须具有高于工件材料的硬 1.高硬度： 高硬度 度，常温硬度应在HRC60以上。 度，常温硬度应在HRC60以上。 2.耐磨性：耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，通 2.耐磨性 耐磨性： 常刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。 3.强度和韧性：为了承受切削力、冲击和振动， 3.强度和韧性： 强度和韧性 刀具材料应具有足够的强度和韧性。
刀具角度的作用
刀具角度的作用
P15
刀具角度的作用
P15
Байду номын сангаас
车刀安装对刀具角度的影响 P15
安装车刀时，刀尖如果高于或低于工件回转轴线， 安装车刀时，刀尖如果高于或低于工件回转轴线，则切削 平面和基面的位置将产生倾斜， 平面和基面的位置将产生倾斜，发生变化如下图所示的变 当刀尖高于工件回转轴线时，前角γ 增大，后角α 化。当刀尖高于工件回转轴线时，前角 0增大，后角 0减小 见图 (a)。反之，前角减小，后角增大见 。 。反之，前角减小，后角增大见(c)。
切削运动 切削运动
主运动： 主运动：
从工件上切下切 屑所需要的最基 本运动， 本运动，是切削 运动中速度最高 、消耗功率最多 的运动。 的运动。 对任何加工， 对任何加工，主 运动只有一个。 运动只有一个。
进给运动： 进给运动：
维持切削过程， 维持切削过程， 使待切除的金属 层不断投入切削， 层不断投入切削， 从而完成整个表 面加工时所需的 运动。 运动。
通用高速钢： 通用高速钢：是指加工一般金属材料用的高速钢 例：W18Cr4V(钨系高速钢)其淬火后的硬度为63－ W18Cr4V(钨系高速钢)其淬火后的硬度为63－ 66HRC、抗弯强度σ =3430MPa、磨削性能好，耐 66HRC、抗弯强度σb=3430MPa、磨削性能好，耐 热性可达620º 热性可达620ºC，热处理工艺控制方便。 6Mo5CrV2（钼系高速钢）与W18Cr4V相比，它的 6Mo5CrV2（钼系高速钢）与W18Cr4V相比，它的 抗弯强度、冲击韧性和高温塑性较高，故可制造 热轧刀具，如麻花钻等。
切削刃与工件过渡表面的接触 长度。（单位：mm） 长度。（单位：mm） 。（单位
2.切削层公称厚度 2.切削层公称厚度hD:刀具 切削层公称厚度h
或工件每移动一个进给量f 或工件每移动一个进给量f后， 相邻两主切削刃之间的垂直距 离。（单位：mm） 。（单位：mm） 单位
aP bD = sin kr
绪 论
机械制造业与制造技术的发展概况 先进制造技术的特点及发展趋势 机械制造学科研究的范畴 课程的特点、 课程的特点、研究的主要内容和学习方法
第一章 金属切削加工基础知识
要求目的： 要求目的：理解金属切削加工的概念、掌握切 削运动和金属切削刀具的基本知识、认识金属 切削过程的基本规律。了解切削运动、切削用 量、刀具切削部分几何形状及材料的基本知识； 重点、难点：切削运动和切削刀具。 重点、难点：
4.耐热性：刀具材料应在高温下保持较高的硬度、 4.耐热性： 耐热性 耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗氧化的能力。 这就是刀具材料的耐热性，它是衡量刀具材料综 合切削性能的主要指标。 5.工艺性：为了便于刀具制造，要求刀具材料有 5.工艺性： 工艺性 较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工、 可磨削性和热处理特性等。 注：当今，用得最多的刀具材料为高速钢和硬质 合金。
1.刀面： 1.刀面 刀面： （1）前刀面Ay:刀具上切屑流过的表面。 前刀面Ay:刀具上切屑流过的表面。 （2）后刀面Aa:与工件上切削表面相对的刀面 后刀面Aa:与工件上切削表面相对的刀面 （3）副后刀面Aaˊ:与已加工表面相对的刀面 副后刀面Aaˊ 2.切削刃: 2.切削刃 切削刃: （1）主切削刃S:前刀面与后刀面的交线，承担 主切削刃S:前刀面与后刀面的交线，承担 主要的切削工作。 （2）副切削刃Sˊ:前刀面与副后刀面的交线， 副切削刃S 承担少量的切削工作。
硬质合金 硬质合金是用粉末冶金法制造的合金材料，它是 由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相）和金属 （称粘结相）组成。常用硬质合金按其化学成分 和使用特性可分为四类：
1．钨钴类（K类）：由硬质相碳化钨WC和粘结剂 由硬质相碳化钨WC和粘结剂 钨钴类（ Go组成，其韧性、磨削性能和导热性较好。主要 Go组成，其韧性、磨削性能和导热性较好。主要 适用于加工短切屑的脆性材料。如铸铁、有色金 属及非金属材料。代号YG。 属及非金属材料。代号YG。 2．钨钛钴类（P类）：由硬质相WC、碳化钛TiC 由硬质相WC、碳化钛TiC 钨钛钴类（ 和粘结剂Go组成。主要适用于加工长切屑的塑性 和粘结剂Go组成。主要适用于加工长切屑的塑性 材料，如高速切削一般钢材。代号YT。 材料，如高速切削一般钢材。代号YT。
3.切削层公称横截面积 3.切削层公称横截面积AD： 切削层公称横截面积A
切削层公称宽度和切削层公称 厚度的乘积。（单位：mm2） 厚度的乘积。（单位： 。（单位
hD = f sin kr
kr-主偏角, 主切削平面 与假定工件 平面之间的 夹角
aP AD = bD hD = f sin kr = aP f sin kr
3.钛钽钴类（M类）：在钨钛钴类合金中加入适 3.钛钽钴类（ 钛钽钴类 量的碳化钽（TaC）或碳化妮（NbC）等稀有难 量的碳化钽（TaC）或碳化妮（NbC）等稀有难 熔金属碳化物，可提高合金的高温硬度、强度耐 磨性、抗粘结温度和抗氧化性，同时，韧性也有 所增加，所以具有较好的综合切削性能，人们常 称它为“万能合金” 称它为“万能合金”。主要用于加工难切削材料。
注：在加工一般材料时，仍以使用通用高速钢与 硬质合金为宜，当加工难切削材料时，才有必要 选用新牌号硬质合金或高性能高速钢。 通过本章节的学习，学会根据具体情况综合考虑、 合理的选择刀具材料，即要充分发挥刀具材料的 特点，又要较经济地满足切削加工的要求。
1.3 刀具切削部分的几何参数
1.3.1 车刀的组成
高性能高速钢： 高性能高速钢：是在通用高速钢中再加入一些 合金元素，以进一步提高它的耐热性和耐磨性 这类高速钢的切削速度可达50－100m/min，具 这类高速钢的切削速度可达50－100m/min，具 有比通用高速钢更高的生产率与刀具使用寿命 同时还能切削不锈钢、耐热钢、高强度钢等难 加工材料。（P267） 加工材料。（P267） 例：高钒高速钢W12Cr4V4Mo、高钴高速钢 高钒高速钢W12Cr4V4Mo、高钴高速钢 W2Mo9Cr4VCo8和高铝高速钢W6Mo5Cr4V2Ai W2Mo9Cr4VCo8和高铝高速钢W6Mo5Cr4V2Ai
4.碳化钛基类硬质合金（PO1）:是由碳化钛作为 4.碳化钛基类硬质合金（PO1） 碳化钛基类硬质合金 硬质相，镍、钼作为粘结剂而组成的，硬度高达 90-—95HRA。有高的耐磨性，在1000°C以上的 90- 95HRA。有高的耐磨性，在1000° 高温下，它仍能进行切削加工，适合对较高硬度 的合金钢、工具钢、淬火钢等进行切削加工。
常用的刀具材料
1.2 刀具材料
1.2 刀具材料
高速钢 高速钢是一种加入了钨（W）、钼（MO）、铬 ）、铬 高速钢是一种加入了钨（ ）、钼 MO）、 （Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。高 Cr）、 ）、钒 等合金元素的高合金工具钢。 速钢具有较高的强度、韧性和耐磨性，耐热性为 速钢具有较高的强度、韧性和耐磨性， 540—600°C。高速钢是应用较广泛的刀具材料， 540—600° 高速钢是应用较广泛的刀具材料， 尤其是用于制造结构复杂的刀具，如成形车刀、 尤其是用于制造结构复杂的刀具，如成形车刀、 铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。 铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。 高速钢按其用途和性能可分为通用高速钢和高性 能高速钢两类： 能高速钢两类：
车刀的标注角度
P15
刀具的工作角度： 如下图所示)P15 刀具的工作角度：(如下图所示)P15 1.刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角 1.刀柄中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角 的影响； 2.切削刃安装高于或低于工作中心时，对前角、 2.切削刃安装高于或低于工作中心时，对前角、 后角的影响. 后角的影响.
内，刀具和工件之间沿进给方 向所移动的距离。单位（mm/s） 向所移动的距离。单位（mm/s）
3.背吃刀量 3.背吃刀量ap：亦称切削深 背吃刀量a
度。指工件上待加工表面和已 加工表面之间的垂直距离。 加工表面之间的垂直距离。
外圆车削
dw − dm ap = 2
切削层的几何参数
切削要素
1.切削层公称宽度 1.切削层公称宽度bD：主 切削层公称宽度b