第2章 金属切削原理

γoe 、 αoe、αoe’、Kre 、 Kre’、λse
（一）进给运动对工作角度的影响 1．横向进给运动的影响
（ 1 ）影响角度：前角 γ o ， 后角α o
（2）
oe
o
oe o
f tg d （3）问题：为何横向进刀 的刀具不宜选过大的进给 量？
2．纵向进给运动的影响 （ 1 ）纵向进给运动对前、 后角的影响 假定工作平面内：
§1.1 切削运动，切削用量
§1.2 刀具的几何参数
一、切削运动
§1.4 刀具标注角度的换算
§1.4 切削层参数与切削方式
二、工件上的加工 一、刀具切削部分的 表面 一、切削层参数 表面与刀刃 二、切削方式 三、切削用量 二、确定刀具切削角 度的参考平面 三、刀具标注角度的 参考系 四、刀具的标注角度
了解部分： 刀具角度的换算；
第一章：基本定义
§1.1切削运动，切削用量 一、切削运动 二、工件上的加工表面 三、切削用量
第一章：基本定义
§1.1切削运动，切削用量
一、切削运动
待加工表面
v
vf
过渡表面
1 ．切削运动：完成切削加 工所需的最基本的相对运动。
主运动
2 ．主运动：使刀具前刀面 接近工件，直接切除工件上 的切削层，使之转变为切屑， 从而形成工件新表面的运动
§2.5其他刀具材料
掌握部分：刀具材料应具备的性能和刀具材料的 4 大 分类；通用型高速钢的主要牌号的主要特性；硬质合 金的组成、分类、性能和选用原则； 理解部分：粉末冶金高速钢和涂层高速钢的特点和应 用；陶瓷刀具的种类和应用特点；
了解部分：超硬刀具材料的种类、性能及使用原则。
自学方法指导：
第二章：刀具材料
Ps
－
αo
Po
＋ βr
O-O γo ＋
－ Pr
k’r
O
S向
副切削刃的角度： αo’、Kr’ ψr
εr
－λs ＋ －
图1-9 外圆车刀正交平面参考系的标注角度
（二）刀具在法平面参考系中的标注角度
（三）刀具在假定工作平面参考系中的标注角度
Po—Po P ’ o —P ’ o α’ o αo
γo
P’o
vf
进给运动 过渡表面
待加工表面
主运动
已加工表面
图1-1 外圆切削的切削运动与加工表面
三、切削用量 切削速度（cutting speed）： （m/s或m/min） 1．切削用量： dn 2 Ln 旋转运动： 直线运动： v v 1000 1000 2．三要素
待加工表面 v(n) 过渡表面 已加工表面
K re K r G
Kr G Kre
V Ps Pr
γo γoe
Pre
§1.4切削层参数与切削方式 一、切削层参数 1．什么叫切削层？
待加工表面
v(n)
过渡表面
已加工表面
dw
2．切削层参数 （ 1 ）切削厚度 a c （ h D ）： 垂直于过渡表面度量的切 削层尺寸 ac=fsinKr （2）切削宽度 aw （ bD）： 沿过渡表面度量的切削层 尺寸 aw=ap/sinKr （3）切削面积Ac（AD）： Ac=ac aw =f ap
机械制造技术
主讲：李东亚 重庆经贸职业学院 机械与电子工程系
绪论：
一、本课程的性质和任务
1、金属切削原理与刀具是研究切削加工的一门技术科学。
切削加工：是用硬度高于工件材料的刀具，在工件表面 切去一部分预留量，使工件达到预定几何形状、尺寸准确度， 表面质量的方法 2、专业基础课： 基本理论：切削变形，切削力，切削热，切削温度，刀具 磨损，破损等。 基本知识：刀具材料，刀具角度，材料的加工性，切削用 量的选用等
A ap B
f
D
Kr
2
E C 1
vf(f)
图：车削运动、切削层及工件上形成的表面
aw ac
dm
二、切削方式 1．自由切削与非自由切削
自由切削
非自由切削
非自由切削
非自由切 削
2．直角切削与斜角切削
小结：
名词解释：主运动、进给运动、前刀面、主后刀面、基面、切削平面， 正交平面，法平面、假定工作平面、刀具的标注角度，刀具的工作角 度，切削厚度，切削宽度，自由切削，直角切削，切削层 几个问题： 1、刀具切削部分由哪几个表面组成？
（2）背平面内： pe p p pe p p
tg p h dw 2 h 2
2
（3）正交平面内：
oe o 0
oe o o
tg o tg p cosKr
2．刀杆中心与进给方向不垂直时的影响
第二章：刀具材料
§2.1刀具材料应具备的性能 §2.2高速钢 一、通用高速钢 二、高性能高速钢 一、硬质合金的特点 三、粉末冶金高速钢 二、常用硬质合金的 一、制备方法 一、陶瓷 分类及其性质 二、常用涂层材料 三、硬质合金的选用 二、金刚石 三、涂层刀具的特点 三、立方氮化硼
§2.3硬质合金
§2.4涂层刀具
二、切削加工的地位、种类、发展 1、加工方式 （1）塑性加工：锻造，轧制，挤压，冷拔等 （2）加热加压成形加工：铸，焊接，喷镀，粉末冶金等 （3）机械加工：车、铣、刨、磨、拉等
（4）高能加工：火焰加工，等离子加工，激光加工等
（5）电化学加工： 2、切削加工的地位： （1）机械制造业中所用工作母机80%-90%为金属切削机床； （2）制造业是国民经济的支柱产业。
Po
v
Ps
vf
Pr
4．法平面参考系 Pr、Ps、Pn Pn过切削刃选定点，垂直 于主切削刃的平面。 vf
v
Pn
Ps
Pr
5．假定工作平面参考系： Pr 、Pf 、Pp 背平面Pp：过切削刃上选 定点，同时垂直于假定工 作平面和基面的平面。 假定工作平面Pf：过切削 刃选定点，平行与假定进 给运动方向并垂直于基面 的平面
** 以切削变形为基础，分析各种因素对其影响，在学习各 种规律
刀具角度，刀具材料，工件材料，切削用量，切削条件，刀具磨损
（二）金属切削刀具 1、标准刀具：可转位车刀、钻头、铰刀、铣刀等
重点是结构，工作原理，选择使用方法
2、非标准刀具：成形车刀，成型铣刀、拉刀等 重点是设计原理，计算方法
第一章：基本定义
2、正交平面参考系和法平面参考系的关系？
3、刀具在正交平面参考系中的标注角度有几个？ 4、纵向进给运动和横向进给运动分别影响刀具的什么工作角度？
5、刀具的安装位置对工作角度有何影响？
6、刀具的标注角度和工作角度有何区别？ 7、已知用kr=90°、 kr’=2°、γo=5°、 αo=12°、 λs=0°的切断刀 切断直径50mm棒料。若切削刃安装时高于工件中心0.2mm，试计算 （不考虑进给运动的影响）切断后工件端面留下的剪断心柱直径？
五、刀具的工作角度
掌握部分： （1）切削运动和切削用量的定义； （2）刀具切削部分三面、两刃、一尖的组成；
（3）正交平面参考系的组成及基面、切削平面和正交平面定义；
（4）刀具角度的定义和确定方法，刀具角度的一面两角分析法；
（5）掌握刀具的工作角度，刀具的安装及运动对工作角度的影 响。切削方式。 理解部分： 刀具参考系的分类及刀具法平面参考系和假定工作平 面参考系的确定方法；切削层参数的定义。
kr O’
ψr
k’r
O
S向
εr
－λs ＋ －
图1-9 外圆车刀正交平面参考系的标注角度
6．楔角 βo；7．刀尖角 εr；8．余偏角 ψr
确定主切削刃位置的角度： Kr 、λs 车刀前面定向角： λs、 γo 前刀面和主后刀面的确定： γ 、 αo O’-O’o
α’
S
o － 后面定向角： Kr、αo 由于刃磨车刀时，主、副切削刃常常刃 O O’ P’ o 磨在同一平面型前刀面上，当主切削刃 ＋ 副后面定向角： Kr’、 αo’ 的Kr 、λs 、γo 、αo确定之后，副切削 刃的λ’s 、γ’o 也确定了 kr O’
Pf
v vf
Pp
Pr
四、刀具的标注角度 （一）刀具在正交平面参考 系中的标注角度 * 确定切削刃位置的角度； 确定刀面位置的角度。
S O’-O’
Ps － ＋
α’o
P’ o
－ O O’
αo
Po
＋ βr
O-O γo ＋
－ Pr
1．前角 γo
2．后角 αo 3．副后角 αo’ 4．刃偏角 Kr Kr’ 5．刃倾角 λs
刀柄
前刀面 (A γ)
主后刀 副后刀面 面（Aa） （A’a）
刀头
Aγ
主切削刃S 副切削刃S’ S 刀尖（过渡刃）
S’
ຫໍສະໝຸດ BaiduA’
刀尖
Aα
α图1-3 车刀切削部分的构成
工件
n
不便切入工件 刀具
摩擦严重 图：刀具角度的必要性
二、确定刀具切削角度的参考平面
1．基面：过切削刃上选定点，垂直与合成切削运动向量的平面； 2．切削平面：过切削刃上选定点，切于工件过渡表面的平面。
3、发展 （1）切削机床及切削理论的发展 （2）刀具材料的发展 1780年，碳素工具钢；1898面，高速钢；1927年，硬质 合金，1960年新型刀具材料
（3）新加工方法的产生
（4）我国切削加工技术的发展
三、本课程需掌握的内容 （一）金属切削原理：刀具材料性能选用；切削部分的几何参 数；切削过程现象与变化规律；材料的加工性，表面质量等 1、几何问题：刀具角度 2、规律问题：切削变形，切削力，切削温度，刀具磨损等
§2.1刀具材料应具备的性能 一、硬度，耐磨性
WR K E
0.5 Ic
0.8
H
1.43
二、强度和韧性 三、耐热性（高温硬度，抗 氧化，抗粘结，抗扩散） 四、热物理性能和热冲击性 能，热冲击系数
R
b 1 E
五、工艺性 六、(经济性)
1-金刚石 2-立方氮化硼 3-碳化硅 4-氧化铝 5-YT15硬质合金 6-YG8硬质合金 7-W18Cr4V 8-T12高碳钢
Kr’
kr=90 °
Po
Po
λs
P’o 图： 90°外圆车刀的几何角度
五、刀具的工作角度 *工作参考系：研究切削 过程中刀具角度，必须 以刀具与工件的相对位 置，合成切削运动为基 础建立的参考系
工作基面Pre
工作切削平面Pse 工作正交平面Poe *工作角度：用工作参考系定义的刀具角度；刀具在 工作状态下的切削角度。考虑进给运动和安装情况
fe f f fe f f
f tg f dw
在正交平面内：
oe o o oe of o
tg o tg f sin K r f sin K r dw
（二）刀具安装位置对刀 具角度的影响 1．刀具安装高低的影响 （ 1 ）影响工作前角，工 作后角
进给量 f 或进给速 度 vf （feed）
A ap
f
D
（3）背吃刀量ap（已加工表面和 待加工表面的垂直距离） （back engagement of the cutting edge）：（mm）
dw
B
vf(f)
2
E C
1
dm
图：车削运动、切削层及工件上形成的表面
dw dm ap 2
待加工表面
进给运动
已加工表面
图1-1 外圆切削的切削运动与加工表面
3．进给运动：刀具和工件间的附加相对运动，加上主运动， 即可依次地或连续不断地切除切屑，并得出具有所需几何 形状的加工表面。
完成切削运动的三个条件：运动，材料，几何形状
4．切削层：刀具一次走刀所切除的金属层 二、工件上的加工表面 待加工表面，已加工表面，过渡表面 v
Pp
vf
A
（2）法平面参考系
(Pr、Ps、Pn) （3）假定工作平面参考系 (Pr、Pp、Pf)
S n P-P F P
F-F Pf
工件 A
Ps O-O Pr N-N
v
O
Po F
Pp
vf
P
A
O
Pn
A S向 图1-5 车刀标注角度参考系
3．正交平面参考系 （ 1 ）基面 Pr ：不考虑进给运动 时，过切削刃上选定点，垂直与 切削速度方向的平面； （ 2 ）切削平面 Ps ：过切削刃上 选定点，切于工件过渡表面的平 面。 （3）正交平面Po：
三、刀具标注角度的参考系 1．根据应用分： （1）静止参考系及标注角度 （2）工作参考系与工作角度 2．根据建立方法分 （1）正交平面参考系 (Pr、Ps、Po)
P-P F S n P F-F Pf 工件 A Ps O-O Pr N-N O P A S向 图1-5 车刀标注角度参考系 Pn
v
O
Po F
v(n)
过渡表面
已加工表面
dw
A ap B
f
D
vf(f)
2
E C 1
图：车削运动、切削层及工件上形成的表面
dm
V Ve
Vf
§1.2 刀具的几何参数
一、刀具切削部分的表面与刀刃
二、确定刀具切削角度的参考平面 三、刀具标注角度的参考系
四、刀具的标注角度
五、刀具的工作角度
一、刀具切削部分的表面与刀刃