金属切削原理与刀具教案

二、切削运动1.主运动主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。

主运动的速度最高，所消耗的功率也最大。

换句话说，主运动就是从工件上切除金属所必须的运动。

在切削运动中，主运动只有一个。

2.进给运动进给运动是不断地把被切削层投入切削，以逐渐切削出整个表面的运动。

进给运动一般速度较低，消耗的功率较少，可由一个或多个运动组成，可以是连续的，也可以是间断的。

3.三种表面待加工表面待加工表面是指即将切去的表面。

已加工表面已加工表面是指切削后得到的表面。

过渡表面过渡表面是指正在被切削的表面4.切削用量三要素注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

刀具材料的种类及其选择1.低速切削时的刀具材料部分刀具常用工具钢2.高速切削时的刀具材料1）P 类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色（包括P01～P50)作为标志。

2）K 类硬质合金主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，用红色（包括K10～K40）作为标志。

3）M 类硬质合金主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作为标志，又称为通用硬质合金。

3.其他刀具材料1.陶瓷刀具材料2. 人造金刚石3. 立方氮化硼二、刀具的组成和结构刀面1.前刀面2.后刀面切削刃1.主切削刃2.副切削刃刀尖刀尖是指主切削刃与副切削刃的交点或主切削刃与副切削刃间的过渡弧（也称为过渡刃）。

刀尖的类型主要有切削刃交点、圆弧刀尖、倒棱刀尖等。

注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

2、刀具的标注角度前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角、楔角、刀尖角上述八个角度中，前六个为刀具的基本角度，其余均为派生角度。

刀具角度的换算法平面与正交平面内前、后角的关系法向前角与前角的关系为：法向后角和后角的关系为：2.任意平面与正交平面内前、后角的关系四、刀具的工作角度刀具工作角度的含义刀具工作角度是刀具在工作时的实际切削角度，即在考虑刀具的具体安装情况和运动影响的条件下而确定的角度。

进给量对刀具工作角度的影响当考虑横向进给运动后，切削刃上选定点相对于工件的运动轨迹，是主运动和横向进给运动的合成运动轨迹，为阿基米德螺旋线。

其合成运动方向为过切削刃上选定点的阿基米德螺旋线的切线方向。

结果引起了切断刀的角度变化。

刀具安装位置对其工作角度的影响1.刀具安装高低的影响2.刀杆轴线与进给运动方向不垂直的影响注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

3．切屑的形成过程切屑是被切材料受到刀具前刀面的推挤，沿着某一斜面剪切滑移形成的。

金属切削过程是切削层金属受到刀具前刀面的挤压后，产生以剪切滑移为主的塑性变形而形成切屑的过程。

4．切屑的形态带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑5．切屑变形程度的度量和计算切屑变形系数、相对滑移6．影响切屑变形的主要因素工件材料的影响工件材料的强（硬）度越高，刀具前刀面上的法向应力越大，摩擦系数μ越小，剪切角φ越大，切屑变形越小。

刀具几何参数的影响刀具几何参数中影响切屑变形最大的是刀具前角γo。

刀具前角γo 越大，剪切角φ 就越大，切屑变形越小。

这是刀具前角γo对切屑变形的直接影响。

切削用量的影响1）切削速度的影响 2）进给量的影响 3）背吃刀量的影响 二、切削力 1．切削力的来源金属切削时，刀具切入工件使切削层金属转变成切屑所需要的力称为切削力。

2．总切削力、分力和切削功率 1）切削力切削力Fc 作用于切削平 面内，即切削刃上选定点的切削速度方向上，消耗机床的主要功率，是计算切削功率，选取机床电动机功率和设计机床主传动机构的依据。

2）背向力背向力Fp 作用于基面内，与吃刀方向一致，它能使工件产生变形，是校验机床主轴在水平面内刚度及相应零部件强度的依据。

3）进给力进给力又称为轴向力，是进给方向的分力 切削功率切削过程中，各分力消耗功率的总和称为切削功率，用符号Pc 表示，单位为 kW 。

车削时，由于背面力和进给力消耗的功率很小，可忽略不计，因而主运动消耗的功率即为总的切削功率，即：影响切削力的主要因素 1．工件材料的影响 2．刀具几何参数的影响前角的影响 、主偏角的影响 、刃倾角的影响 3．切削用量的影响切削速度的影响、背吃刀量和进给量的影响 4．其他因素的影响刀具材料的影响、后刀面磨损的影响、刀具刃磨质量的影响、切削液的影响 3c c c 1060F v P -⨯=金属切削加工中主要现象和规律三、切削热的产生和传出1．切削热的产生金属塑性变形的能量全部转变为热能而散失。

在金属切削过程中工件上有三个塑性变形区，每个塑性变形区都是一个热源。

因此，切削时共有三个热源。

2．切削热的传出切屑、工件和刀具中切削热的分布切削热传入切屑工件刀具周围介质对象车削50%～86% 3%～9% 10%～40% 1%钻削28% 52.5% 14.5% 5%3．影响切削温度的主要因素1) 工件材料的影响2) 刀具几何参数的影响3) 切削用量的影响4) 刀具磨损和切削液的影响4. 切削温度对切削过程的影响1) .对工件材料机械性能的影响。

2) 对刀具材料的影响。

3) 对工件尺寸精度的影响。

4) 切削温度自动控制切削速度或进给量。

4. 刀具磨损与刀具耐用度1.前刀面磨损2.刀面磨损3.边界磨损刀具磨损的形态刀具磨损的原因（1）切屑、工件和刀具接触面经常是活性很高的新鲜表面，不存在氧化膜等的污染。

（2）刀具前刀面和后刀面与工件表面的接触压力非常大，产生的应力有时甚至超过被切材料的屈服强度（3）切屑、工件和刀具接触面的温度很高。

硬质点磨损、黏结磨损、化学磨损、扩散磨损5．刀具磨损过程与磨钝标准随着切削时间的延长，刀具后刀面磨损量VB（或前刀面月牙洼磨损量KT）随之增加。

如图所示为典型的刀具磨损曲线，其磨损过程分为初期磨损阶段、正常磨损阶段和急剧磨损阶段。

初期磨损阶段因为新刃磨的刀具切削刃较锋利，其后刀面与加工表面接触面很小，压应力较大，加之新刃磨的刀具的后面存在着微观不平等缺陷，所以，这一阶段的磨损很快。

正常磨损阶段经过初期磨损后。

刀具的粗糙不平表面已经被磨平，刀具进入正常磨损阶段急剧磨损阶段刀具经过正常磨损阶段后，切削刃变钝，切削力、切削温度迅速升高，磨损速度急剧增加，以致刀具损坏而失去切削能力。

刀具磨损到一定限度就不能继续使用，否则将降低工件的尺寸精度和表面质量，这个磨损限度称为磨钝标准。

6．刀具耐用度一把新刀从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止总的切削时间，或者说是刀具两次刃磨之间总的切削时间称为刀具耐用度，用符号T 表示，单位为min。

切削用量与刀具耐用度的关系7．刀具的破损刀具的塑性破损是指切削时，由于高温和高压的作用，在前刀面、后刀面和切屑、工件的接触层上，刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削能力。

刀具的塑性破损直接与工件材料和刀具材料的硬度比有关。

硬度比越高，越不容易发生塑性破损注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

授课时间第3周第节课年月日课次 6授课方式（请打√）理论课（√）讨论课（）实践课（）习题课（）其他（）课时安排2授课题目（教学章、节或主题）：项目一金属切削加工质量与刀具几何参数的选择知识点1切屑控制知识点2工件材料的切削加工性知识点3切削液的选择教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：目的：1．了解切屑的分类以及断屑的主要措施；2．熟悉工件材料的切削加工性及其衡量指标；3．掌握切削液的选择和使用要求：了解工件材料加工性的影响因素；教学内容重点及难点：重点：工件材料的切削加工性及其衡量指标难点：工件材料加工性的影响因素教具多媒体作业思考题1.2.课后小结教学基本内容方法及手段一、切屑的分类钢的切削加工性。

2）对铸铁切削加工性的影响按金相组织的不同铸铁可分为白口铁、马口铁、灰铸铁和球墨铸铁。

它们的硬度依次递减，塑性依次增高，切削加工性依次递增。

九、切削液的作用机理1.切削液的冷却作用2.切削液的润滑作用3.切削液的清洗作用4.切削液的防锈作用十、切削液和添加剂的分类1.切削液的分类1）水溶液2）切削油3）乳化液2.添加剂的分类1）油性添加剂2）极压添加剂3）表面活性剂极压添加剂切削液和添加剂的分类注：课程教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份；重复班授课可不另填写教案。

后角、副后角和主后刀面的选择1.后角的选择1）后角的功用（1）增大后角，可减小加工表面上的弹性恢复层与后刀面的接触长度，从而减小后刀面的摩擦与磨损。

（2）当后刀面磨损量VB 相同时，若后角大的刀具达到磨钝标准，则刀具上磨去的金属体积较大，从而增大刀具径向磨损量NB，将影响工件尺寸精度。

2）后角的选择原则（1）精加工时，切削厚度较小，宜选用较大的后角；粗加工时，切削厚度较大，宜选用较小的后角。

（2）加工塑性好、韧性大的工件材料时容易产生加工硬化，为了减少后刀面磨损，宜选用较大的后角。

（3）当工艺系统刚性差，易出现振动时，宜选用较小的后角，以增大后刀面与加工表面的接触面积，增强刀具的阻尼作用。

（4）对尺寸精度要求较高的刀具（如圆孔拉刀、铰刀），宜选用较小的后角。

四、过渡刃的选择1.直线过渡刃2.圆弧过渡刃五、刃倾角的选择1.刃倾角的功用（1）影响切屑的流出方向。

（2）影响刀尖强度及断续切削时切削刃上受冲击的位置。

（3）影响切削刃锋利程度，具有斜角切削特点。

（4）影响切削分力间的比值。

（5）影响切削刃实际工作长度。

2.刃倾角的选择及其参考值1）主要根据加工性质来选取。

2）当工艺系统刚性不足时，不宜采用负刃倾角。

3）对于脆性大的刀具材料，为了保证其切削刃强度，不宜选用正刃倾角。

4）当加工高硬度材料时，宜选用负刃倾角六、切削用量的选择原则合理的切削用量，是指充分利用刀具和机床的性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产效率和低的加工成本的切削用量三要素的最佳组合。

切削用量三要素虽然对加工质量、刀具耐用度和生产效率均有直接影响，但影响程度却不相同，且它们之间又是互相联系、互相制约的，不可能都选择得很大。

1.切削用量合理选择的方法1）计算法2）查表法3）图解法2.粗加工切削用量的选择背吃刀量、进给量、切校验机床输出功率、削速度3.半精加工和精加工切削用量的选择1）背吃刀量半精加工和精加工的加工余量均较小，因此，可采用一次走刀切除加工余量，即：ap = A。

2）进给量半精加工和精加工的背吃刀量ap 较小，产生的切削力也较小，所以选取进给量f 时不必考虑对加工工艺系统的强度和刚性影响。

3）切削速度半精加工和精加工的切削速度vc 也是受刀具耐用度T 的限制，因此，切削速度vc 与粗加工时的计算方法相同。

七、提高切削用量的途径1）采用切削性能更好的新型刀具材料。