金属切削加工的基本知识

1.刀面 （1）前面—切屑流出时所经 过的刀面。 （2）后面—与工件过渡表 面相对的刀面。 （3）副后面 —与工件已加 工表面相对的刀面。 2.刀刃 （1）主切削刃—前面与后面 的交线。 （2）副切削刃—前面与副后 面的交线。 3.刀尖—主、副切削刃的交点
三面两刃一尖
2.2.3 刀具角度
1.车刀静止参考系假设 2.正交平面参考系
pr
ps
5.法平面
●法平面Pn 过主切削刃 选定点并与主 切削刃垂直的 平面。
2.3 刀具工作角度
1.刀具工作参考系的建立
（1）工作基面Pre—通过切削刃上的选定点，垂直 于合成切削速度的平面(总是与合成切削速度垂直平行)。
（2）工作切削平面Pse—通过切削刃上的选定点，
与切削刃相切且垂直于工作基面的平面(总是与合成
★★★★
课堂讨论问题
你在企业做过培训新学员的教师，讲过外圆车刀的五个标注角 度，还说过懂外圆车刀角度，其它刀具角度便迎刃而解，有的 学员当时就能标出刨刀和铣刀的前角和后角，说明你的教学任 务完成的很出色。那你就结合如下两图再标标前角和后角。
vc
提示：先画出vc方向，后画出Pr面（与vc垂直）；再画出Ps面（与Pr
课堂作业答案
刀头各构成部分的名称
前面 副切削刃
主切削刃 副后面 刀尖 后面
课堂作业
在给定的外圆切削示意图中按正确的视图位置画出 五个标注角度（均按正值）的所在位置，并写出角度 的名称和符号
●正交平面参考系五个标注角度总结（兼答案）
Po：γ
po
o(+-)
α
o
Pr： kr
krˊ
Ps：λ
s (+-)
★ ★ ★
4.正交平面参考系中的刀具标注角度
（1）在正交平面（Po）中测量的刀具角度
：前面与基 面夹角（有正负）（-10⁰ ～15⁰）
o
●前角γ
po
βo
βo
●后角α
o
：后面与切
削平面夹角（6⁰～12⁰）
●楔角βo ：前面与后
面夹角 γ o +α o + βo = 90⁰
pr ps
讨论：β o总是小于90⁰吗? 有没有大于90⁰的可能？
Vf：进给速度（mm/min） f：进给量（mm/r） n：工件转速（r/min）
合成运动方向
主运动方向
进给运动方向
进给速度
（3）背吃刀量（切削深度） ap
●含义：工件待加工表面 与已加工表面的垂直距离 ●计算：
ap=（dw－dm）/2
ap：背吃刀量（mm）
dw：工件待加工表面直径
（mm） dm：工件已加工表面直径 （mm）
r
●主偏角kr对切削抗力的影响
kr大，进给抗力(轴向力)大，
切深抗力(径向力)小 Kr小，进给抗力(轴向力)小， 切深抗力(径向力)大
Kr小
Kr大
Kr小，切深抗力(径向力)大，工件弯 曲变形，加工细长轴时变形更为明显。
思考：Kr小，切深抗力(径向力)大，加工后工件形状如何？ Kr在什么情况下切深抗力(径向力)为零？
主切削刃与过刀 尖基面的夹角（有 正负） （-5⁰～+5⁰）
po
pr ps
●刃倾角的值及对切屑流向的影响
刃倾角正负：刀尖处于主切削刃最高点为正，最低点为负； 主切削刃与基面平行刃倾角为零。
0⁰ 度时流 向过渡表面
负角度时流 向已加工表面
正角度时流 向待加工表面
课堂讨论案例
工厂的车工精车主轴，这是最后一道机加工序， 可车后的已加工表面多有划痕和刮伤，致使工件报 废，后果严重。你在厂子做技术工作，帮着工人在 刀具上找出了原因，换了新车刀，问题迎刃而解。 好！那你就给大家说说是什么原因？换了什么样的 新车刀？
主运动方向
●含义：刀刃选定点在主运动方向的瞬时线速度。
dn vc 1000
（一般取最大值）
合成运动方向
切削速度
进给运动方向
●问题：车内圆时d应为 哪个表面的直径？ 答：已加工表面直径
（2）进给量
f
进给量
c
●含义：工件转一转刀 具沿进给方向的移动距离 ●计算：f （mm/r） ●进给速度 Vf：刀具沿 进给方向的移动速度 计算：Vf=fn
背吃 刀量
●问题：车内圆时如何计算背吃刀量？
ap=（dm－dw）/2
课堂问题讨论
扩孔
你毕业之后分配到温州 某机械制造企业从事技术工 作，受命担当了培训新学员 的任务，在讲解工件三个表 面和切削用量时，学员就钻 孔加工的待加工表面在何处 和背吃刀量（切削深度）指 哪一尺寸争论不休，你最后 给做了总结性的讲解，学员 顿悟，好，那你就再为大家 讲述讲述吧！
切削速度平行)。
（3）工作正交平面Poe—通过切削刃上的选定点， 同时与工作基面和工作切削平面相垂直的平面。
课堂讨论问题答案
问题：切槽刀的几何构成和角度分析 ●前面、后面、副后面（两个）、主切削刃、副切削刃（两 条）、刀尖（两个） ●前角、后角、主偏角、副偏角（两处）、刃倾角 ●刃倾角必为0°，否则切屑拥堵，无法工作 ●主偏角一般应为90° ●两副偏角一般应相等
课堂作业
●在图示车刀刀头引出线处标出刀头各构成部分的名称
▲主运动方向 大小—刀刃选定点相对于工件的瞬时 主运动方向；刀刃选定点主运动的瞬时速度。 ▲进给运动方向 大小—刀刃选定点相对于工件的瞬 时进给方向；刀刃选定点进给运动的瞬时速度。
▲车削外圆时的切削运动
合成运动方向
主运动方向
进给运动方向
ve vc －切削速度 vf ve vc v f －进给速度 ve －合成速度v f vc
ve vc v f
→ → →
课堂问题讨论
●工厂的新学员正在争论一个问题：有的说有主运动 和进给运动就有合成运动，有的说那不一定，有的情况 有，有的情况就没有。你作为工厂的技术人员用实例给 讲解一番，学员懂了，好感谢你哟。(Ⅰ-主运动Ⅱ-进给运动)
车削
刨削
铣削
钻削
结论：车、铣、钻削有合成运动；刨削没有合成运动。 有否合成运动看主运动和进给运动是否同时发生。
多种切削加工的工件表面
铣削
刨削
钻削
2.1.3 切削要素 1.切削用量要素(切削用量三要素) ●切削速度 ●进给量
vc
f
●背吃刀量 (切削深度）ap
以外圆车削为例详解切削用量三要素
(1)切削速度
●计算：
vc
Vc：切削速度（ m/min） d：工件直径（待加工表面）（mm） c n：工件的转速（ r/min）
课堂作业答案
●以车削外圆为例说明切削用量三要素。
1.切削速度；vc ；刀刃选定点在主运动方向的瞬时线速度；
vc
=π dn （m/min）（一般取最大值）
2.进给量；f；工件转一转刀具沿进给方向的移动距离； f （mm/r） 3.背吃刀量；ap；工件待加工表面与已加工表面的垂直距 离；ap=（dw－dm ）/2 （mm） ●车内孔直径至50毫米，工件转 速 100r/min，求vc （r/min）
第2章 金属切削加工的基本知识
●机械加工
◆概念：在机械制造过程中，直接用刀具切除多余 材料层，使之获得要求的尺寸、形位精度及表面质 量和技术要求的过程。大多数机械产品的零件都需 进行机械加工才能成为合格的零件产品。 ◆机械加工的对象主要是金属零件，所以在大多数 情况下称为金属切削加工 ◆两类金属切削加工：钳工（利用手工工具去除多 余金属材料的方法，如锉、刮、锯、划线、铰孔、 攻丝等 ）；机器加工（在金属切削机床上利用刀具 去除多余材料的方法，如车、铣、钻、镗、磨、刨、 拉等）。
课堂讨论案例
你所在的机床制造厂年青车工精车等径细长轴， 采用双顶尖装夹，因经验不足，车制后其工件全长 呈腰鼓形（中间大，两端小），尺寸精度达不到要 求。你有理论知识又有实践经验，仅从刀具上就找 出了原因，并解决了问题。好！说说什么原因？怎 么解决的？
（3）在切削平面（Ps）中测量的刀具角度
●刃倾角λs ：
垂直，与vc平行），则两角得亦；注意铣刀前角的值。
课堂讨论问题答案
γo=0°
vc γ o.
Pr
vc
.
αo
Ps
.
.α .
.
Pr
o
Ps
课堂讨论问题 问题：切槽刀的几何构成和角度分析
●指出切槽刀刀头的几何构成 （注意副后面、刀尖） ●指出切槽刀的前角、后角、 主偏角、副偏角、刃倾角 ●切槽刀刃倾角应为多少度， 为什么必须是这个度数 ●切槽刀主偏角一般为多少度 ●切槽刀两副偏角的大小应怎样
2.1 切削运动与切削要素
2.1.1 切削运动
1.主运动
▲概念：是切下金属层，形成新表面所 需的最基本最必要的运动。 ▲特点：速度最高；功耗最大；只有一 个；可连续或间歇；可由刀具或工件完成。 ▲主运动有大小和方向。
ve vc v f
2.进给运动
→
→
vc v f
▲概念：使金属层不断投入切削，以加 工出完整表面的运动。 ▲特点：速度低；功耗小；有一个、多 个或没有；可连续或间歇；可由刀具或工 件完成。 ▲进给运动有大小和方向。
pr ps
（2）在基面（Pr）中测量的刀具角度 ●主偏角 kr ：
主切削刃在基面上的 投影与进给方向之间的 夹角。
po
●副偏角 krˊ ：
副切削刃在基面上的 投影与进给反方向之间 的夹角 。
pr
ε
r
●刀尖角 ε
r ：
主、副切削刃在基面 上的投影之间的夹角 。
Κr +
ps
= 180⁰
κ rˊ + ε
提示：从主切削刃与进 给方向的倾角不同考虑
2.2 刀具切削部分的几何参数
2.2.1 刀具的构成
由切削部分和夹持 部分（刀柄）组成。 切削部分：承担切削 作用的部分。 刀柄：通过刀柄将刀 具装夹在机床的刀架上。
铰刀、铲齿铣刀、钻头、成形铣刀、车刀、切断刀、拉刀、丝锥、刨刀
2.2.2 刀具切削部分的基本定义
2.1.2 切削加工过程中的工件表面
以最常见和最典型的切削加工方法——车削加工为例。
1.待加工表面
工件上有待于切除材料的表面。
2.已加工表面
工件上经刀具切削后形成的新表面。
3.过渡表面
工件上切削刃正在切削的表面。它是
待加工表面和已加工表面之间的过渡表 面。
图2.3 车削加工的切削运动及工件上的表面
vc来自百度文库
vc=(3.14×50×100)/1000
=3.14×5 =15.7m/min
★ ★
2.切削层横截面要素
(1)切削层：一次进给从工件 表面切下的金属层 (2)切削层公称截面要素 ●切削层公称厚度hD 主切削刃两位置间垂直距离 ●切削层公称宽度bD 平行于主切削刃方向的切削 层尺寸 ●切削层公称面积AD 指切削层的横截面面积 AD=hD×bD (3)主切削刃与进给方向的夹 角不同，影响刀头的受力状态 和散热效果
（1）不考虑进给运动。 （2）刀尖与工件中心等高，刀 杆轴线与工件轴线垂直。 （3）主切削刃平直。
（1）基面Pr—过主切削刃选定点 的水平面 (总是与切削速度垂直) （2）切削平面Ps—过主切削刃选 定点的垂直面(与基面垂直与切削 速度平行) （3）正交平面Po—过主切削刃选 定点垂直于主切削刃在基面上投 影的垂直面(与基面和切削平面垂 直) 三个平面相互垂直，类似空间
3.合成运动
▲概念：主运动和进给运动的合成运动。 ▲大小 方向：主运动和进给运动矢量和 的方向是合成运动速度的方向；主运动和 进给运动矢量和的大小是合成运动速度的 大小。 →
ve vc v f
→
ve vc v f
→ →
多种切削加工方法切削运动示意图
Ⅰ主运动 Ⅱ进给运动
4.切削运动方向
什么情况下大于90⁰ ? 大于90⁰时三角和等于90⁰还成立吗？
●前角的正负：前角为 空间角时为正，实体角时 为负，前面与基面重合为 零。
0⁰、正、负前角
附加：在副截面（ Po′）中测量的角度 ●副前角
γo′—前面与
基面之间的 夹角。
po
Po′
●副后角 αo′—副后
面与副切削 平面之间的 夹角。
钻孔
Ⅰ主运动
Ⅱ进给运动
提示：先看看扩孔的三个表面和 切削深度。用微分和极限理论思维 思维
课堂作业
1.主运动和进给运动的含义与特点。 2.以切削外圆为例说明切削用量三要素的名称、符
号、含义、计算。
3.用内孔车刀将工件46毫米的内孔车至50毫米，工 件转速为100r/min，求切削速度vc （r/min）。
课堂问题与案例讨论
1.在ap、f等同情况下，不同倾斜程 度的主切削刃切出的切削层横截面面积 是否相等?
矩形：A=BD×Hd=ap×f 菱形：A= BD×Hd =（ap/sinк r）×fsinк = ap×f 结论：相等
r
2.汽摩配件厂青年车工用大背吃刀量粗 车传动轴，可车床显得很吃力，刀杆还不 时的振颤，且刀头与工件的温度又偏高。 你在车间从事多年技术工作，不但帮着分 析原因，还仍用原背吃刀量解决了过载和 过热问题，使车削变得轻快。那就讲讲什 么原因，用了什么办法。