金属切削加工基础知识
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第一章金属切削过程的基础知识
进给速度vf是单位时间的进给量，单位是mm/s(mm/min)
进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位 移，单位是mm/r（毫米/转）。
对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行 工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一 个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。
1.1.2.3 刀具工作角度的参考系
上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主 运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考 系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角 度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合
成切削运动方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。
例如，图1.10所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于
tanγn =tanγ0.cosλs cotαn =cotα0.cosλs
1.1.3.1主剖面与法剖面内的角度换算
以前角计算公式为例，公式推导如下：
tan n
ac Ma
tan o
ab Ma
tan n tan o
ac Ma Ma ab
ac ab
coss
tan n tan o cos s
1.1.3.2 主剖面与任意剖面的角度换算
（3）合成运动与合成切削速度
当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一 点相对工件的运动称为合成切削运动，其大小与方向用 合成速度向量ve表示。如图1.3所示，合成速度向量等 于主运动速度与进给运动速度的向量和。即
ve=vc+vf
(1.1)
图1.3 切削时合成切削速度
1.1.1.2 切削用量三要素
合成切削运动方向ve不同，后刀面与加工表面之间的接触
进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位 移，单位是mm/r（毫米/转）。
对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行 工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一 个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。
1.1.2.3 刀具工作角度的参考系
上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主 运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考 系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角 度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合
成切削运动方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。
例如，图1.10所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于
tanγn =tanγ0.cosλs cotαn =cotα0.cosλs
1.1.3.1主剖面与法剖面内的角度换算
以前角计算公式为例，公式推导如下：
tan n
ac Ma
tan o
ab Ma
tan n tan o
ac Ma Ma ab
ac ab
coss
tan n tan o cos s
1.1.3.2 主剖面与任意剖面的角度换算
（3）合成运动与合成切削速度
当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一 点相对工件的运动称为合成切削运动，其大小与方向用 合成速度向量ve表示。如图1.3所示，合成速度向量等 于主运动速度与进给运动速度的向量和。即
ve=vc+vf
(1.1)
图1.3 切削时合成切削速度
1.1.1.2 切削用量三要素
合成切削运动方向ve不同，后刀面与加工表面之间的接触
金属切削加工的基本知识
（2）进给速度vf和进给量f
进给速度vf是单位时间内刀具对工件沿进给方
向的相对位移，单位是mm/s或mm/min。
进给量f是工件或刀具每回转一周时两者沿进
给运动方向的相对位移，单位是mm/r。
二者关系：
vf=f×n
切 削 用 量 三 要 素
（3）背吃刀量 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距 离，单位为mm。 外圆柱表面车削的深度可用下式计算： ap=（dw-dm）/2 mm 对于钻孔工作 ap=dm/2 mm 上两式中 dm——已加工表面直径（mm） dw—— 待加工表面直径（mm）
（3）金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，分天然和人造两种。
特点：
耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、
高耐磨的材料；
其热稳定性差， 强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。
（4）立方氮化硼
由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。
切 削 层 横 截 面 要 素
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的 截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的 负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (λs= 0)
ac＝ f sinκr
2. 切削宽度 aw
aw＝ ap/sinκr
3. 切削层面积 Ac ( κr = 0)
特点：Leabharlann 有很高的硬度及耐磨性； 热稳定性好，可用来加工高温合金； 化学惰性大，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁； 有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第二节 金属切削过程中的基本规律
一、切削变形
1.变形区的划分
进给速度vf是单位时间内刀具对工件沿进给方
向的相对位移，单位是mm/s或mm/min。
进给量f是工件或刀具每回转一周时两者沿进
给运动方向的相对位移，单位是mm/r。
二者关系：
vf=f×n
切 削 用 量 三 要 素
（3）背吃刀量 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距 离，单位为mm。 外圆柱表面车削的深度可用下式计算： ap=（dw-dm）/2 mm 对于钻孔工作 ap=dm/2 mm 上两式中 dm——已加工表面直径（mm） dw—— 待加工表面直径（mm）
（3）金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，分天然和人造两种。
特点：
耐磨性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、
高耐磨的材料；
其热稳定性差， 强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。
（4）立方氮化硼
由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。
切 削 层 横 截 面 要 素
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的 截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的 负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (λs= 0)
ac＝ f sinκr
2. 切削宽度 aw
aw＝ ap/sinκr
3. 切削层面积 Ac ( κr = 0)
特点：Leabharlann 有很高的硬度及耐磨性； 热稳定性好，可用来加工高温合金； 化学惰性大，可用与加工淬硬钢及冷硬铸铁； 有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第二节 金属切削过程中的基本规律
一、切削变形
1.变形区的划分
机械制造基础-金属切削加工(本)
Page 40
车刀结构
（1）焊接式车刀 （2）机夹重磨式车刀 （3）机夹可转位车刀
Page 41
车刀结构
可转位车刀特点： 避免焊接缺陷 减少调刀时间 刀具材料性能好 标准化程度高
Page 42
2.车刀切削部分的主要角度
(1).坐标平面参考系 ① 基面pr：通过主切削刃选 定点，与该点切削速度垂直 的平面 ②主切削平面ps：通过主切 削刃选定点，与主切削刃相 切并垂直于基面 ③正交平面po ：通过主切削 刃选定点，同时垂直于基面 和主切削平面 ④假定工作平面pf ：通过主 切削刃选定点，垂直于基面 并平行于假定进 给运动方向
• 目前还没有一种刀具材料能够全部满足上述要求。
Page 27
一、
• • • •
常用刀具材料及其选择
碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金
常 用 新 型 材 料
Page 28
• 陶瓷刀具 • 金刚石刀具 • 立方氮化硼
碳素工具钢
• 碳素工具钢（T10、T12等）——含碳量较高（0.71.3）的优质钢，杂质少（S、P），淬火后较硬
Page 36
立方氮化硼
• 立方氮化硼刀具的硬度、耐磨性、热稳定 性、化学稳定性、导热性都比较高； • 主要的两大类氮化硼刀具是： • 整体聚晶立方氮化硼 • 立方氮化硼复合片
Page 37
刀具构造
二、刀具的组成
n
夹持部分 切削部分
f
刀具的组成：
切削部分 夹持部分
Page 38
三、刀具的几何形状
• 直线度 • 平面度 • 圆度
圆柱度 线轮廓度 面轮廓度
形状公差的标注
在图纸上用两个框格标注，前一框格标注形 状公差符号，后一框格填写形状公差值
车刀结构
（1）焊接式车刀 （2）机夹重磨式车刀 （3）机夹可转位车刀
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车刀结构
可转位车刀特点： 避免焊接缺陷 减少调刀时间 刀具材料性能好 标准化程度高
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2.车刀切削部分的主要角度
(1).坐标平面参考系 ① 基面pr：通过主切削刃选 定点，与该点切削速度垂直 的平面 ②主切削平面ps：通过主切 削刃选定点，与主切削刃相 切并垂直于基面 ③正交平面po ：通过主切削 刃选定点，同时垂直于基面 和主切削平面 ④假定工作平面pf ：通过主 切削刃选定点，垂直于基面 并平行于假定进 给运动方向
• 目前还没有一种刀具材料能够全部满足上述要求。
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一、
• • • •
常用刀具材料及其选择
碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金
常 用 新 型 材 料
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• 陶瓷刀具 • 金刚石刀具 • 立方氮化硼
碳素工具钢
• 碳素工具钢（T10、T12等）——含碳量较高（0.71.3）的优质钢，杂质少（S、P），淬火后较硬
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立方氮化硼
• 立方氮化硼刀具的硬度、耐磨性、热稳定 性、化学稳定性、导热性都比较高； • 主要的两大类氮化硼刀具是： • 整体聚晶立方氮化硼 • 立方氮化硼复合片
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刀具构造
二、刀具的组成
n
夹持部分 切削部分
f
刀具的组成：
切削部分 夹持部分
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三、刀具的几何形状
• 直线度 • 平面度 • 圆度
圆柱度 线轮廓度 面轮廓度
形状公差的标注
在图纸上用两个框格标注，前一框格标注形 状公差符号，后一框格填写形状公差值
金属切削加工的基础知识
n——主运动每分钟的往复次数，单位 str/min。
(2) 进给量 f
表示进给运动速度大小的方法有三种，即进给速度 vf，进给量 f，每齿进给量 fz。 进给速度 vf 是指切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动速度。单位为 mm/s。 进给量 f 是指主运动每转一转，或一个双行程，工件或刀具在进给运动方向上的相对位移量。
程中它的面积逐渐扩大。
过渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面，又称加工表
面。它在主运动的下一转里被切除，或者由下一切削刃切除(多齿 图 1-5 工件的加工表面和被吃刀量 刀具)。
单位为 mm/r 或 mm/str。
每齿进给量 fz 是指多齿刀具每转一齿，工件和刀具在进给运动方向上的相对位移量。单位为 mm/z。
(3) 背吃刀量 ap
切削过程中，通常会在工件上形成三个表面，如图 1-5 所示。
待加工表面：工件上即将被切除的的表面。在切削过程中它
的面积不断减少，直至全部切去。
已加工表面：工件上刀具切削后形成的新鲜表面。在切削过
v
d wn 60 1000
(m/s)
(1-1)
式中：dw——完成主运动的刀具或者工件的最大直径，单位 mm。 n ——主运动的转速，单位 r/min。
当主运动为往复运动时(如刨削)，则切削速度为往复运动的平均速度。
v
2Ln 60 1000
(m/s)
(1-2)
式中：L——往复运动的形成长度，单位 mm。
常用的金属切削加工方法有：车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削等。
1.1 工件表面的形成方法及所需的成形运动
任何零件的表面都可以看作由若干个基本表面按照一定的关系组合而成。如图 1-1 所示机器零 件上常用的典型表面有：平面、圆柱面、圆锥面和各种成形表面。
金属切削的基础知识
弹性变形 塑性变形 挤裂 切离 切屑
切削过程： 三个变形区
（1）第一变形区
（2）第二变形区： （3）第三变形区：
制造技术
切屑种类：
1）带状切屑
外形连绵不断，与前刀 面接触的面很光滑，背面呈毛 茸状。用较大前角、较高的切 削速度和较小的进给量切削塑 性材料时，容易得到带状切屑。
制造技术
2）崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料
制造技术
二、切削热的传散
在一般干切削的情况下，大部分的切削热由切屑传散出 去，其次由工件和刀具传散，而周围介质传散出去的热量很 少。但各种传散热量的比例，随着工件材料、刀具材料、切 削用量、刀具角度及切削方式等切削条件的不同而异。 切削热传散给切削及周围介质，对切削加工没有影响， 且传散得越多越好。 切削热传散给刀具切削部分，使刀具磨损加快，缩短刀 具的使用寿命；切削热传散给工件，影响工件的加工精度和 表面质量。 为了减小切削热对工件加工质量的不良影响，可采取的 两方面工艺措施：一是减小工件材料的变形抗力和摩擦阻力， 降低功率消耗和减少切削热；二是要加速切削热的传散，以 降低切削温度。
面粗糙度；严重时，会引起崩刀打刀，加速刀具的磨损。 二、表层材质变化
1.加工硬化
加工硬化是指在切削过程中，工件已加工表面受刀刃和后 面的挤压和摩擦而产生塑性变形，使表层组织发生变化，硬度 显著提高的现象。硬化层深度可达到0.02～0.03mm,表层硬度 约为工件材料的1.2～2倍。
制造技术
对加工硬化的影响因素：刀具几何参数、切削条件、工件
制造技术
2.润滑作用 金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用， 可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部 分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件 坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工 性能。在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒－工 件及磨粒－磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨 粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮 耐用度以及工件表面质量。 3.清洗和排屑作用 在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生 成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的 沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。 对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、 柴油等轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。含有表面活 性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附
切削过程： 三个变形区
（1）第一变形区
（2）第二变形区： （3）第三变形区：
制造技术
切屑种类：
1）带状切屑
外形连绵不断，与前刀 面接触的面很光滑，背面呈毛 茸状。用较大前角、较高的切 削速度和较小的进给量切削塑 性材料时，容易得到带状切屑。
制造技术
2）崩碎切屑 切削铸铁等脆性材料
制造技术
二、切削热的传散
在一般干切削的情况下，大部分的切削热由切屑传散出 去，其次由工件和刀具传散，而周围介质传散出去的热量很 少。但各种传散热量的比例，随着工件材料、刀具材料、切 削用量、刀具角度及切削方式等切削条件的不同而异。 切削热传散给切削及周围介质，对切削加工没有影响， 且传散得越多越好。 切削热传散给刀具切削部分，使刀具磨损加快，缩短刀 具的使用寿命；切削热传散给工件，影响工件的加工精度和 表面质量。 为了减小切削热对工件加工质量的不良影响，可采取的 两方面工艺措施：一是减小工件材料的变形抗力和摩擦阻力， 降低功率消耗和减少切削热；二是要加速切削热的传散，以 降低切削温度。
面粗糙度；严重时，会引起崩刀打刀，加速刀具的磨损。 二、表层材质变化
1.加工硬化
加工硬化是指在切削过程中，工件已加工表面受刀刃和后 面的挤压和摩擦而产生塑性变形，使表层组织发生变化，硬度 显著提高的现象。硬化层深度可达到0.02～0.03mm,表层硬度 约为工件材料的1.2～2倍。
制造技术
对加工硬化的影响因素：刀具几何参数、切削条件、工件
制造技术
2.润滑作用 金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用， 可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部 分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件 坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工 性能。在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒－工 件及磨粒－磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨 粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮 耐用度以及工件表面质量。 3.清洗和排屑作用 在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生 成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的 沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。 对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、 柴油等轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。含有表面活 性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附
第十七章 金属切削加工基础知识
图17-17 刀具磨损的三个阶段
• 第五节
工件材料的切削加工性
• 一、 衡量工件材料切削加工性的指标 • 由于切削加工性是对材料多方面的综合评价，所以很难用一个简单的 物理量来精确规定和测量。在生产和实验中，常取某一项指标来反映 材料切削加工性的某一具体方面，最常用的是vT和Kr。 • vT——指在一定的切削条件下，当刀具的寿命为T分钟时，切削某种材 料所允许的最大的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。 通常取T＝60min，则vT可写作v60。 • Kr——称为相对加工性，一般以正火状态45钢的v60为基准，写作 （v60），然后将其它各种材料的v60与之相比所得的比值。当Kr＞1时， 表示该材料比45钢容易切削。反之，则比45钢难切削。常用工件材料 的相对加工性可分为八级，见表17-2。
• 五、切削热与切削温度 • 1.切削热的来源： • ⑴是正在加工和已加工表面所发生的弹性和塑性变形而产生的大量的热， 是切削热的主要来源； • ⑵是切屑与刀具前刀面之间的摩擦产生的热； • ⑶是工件与刀具后刀面之间的摩擦产生的热。切削时所消耗的功约有98% －99%转换为切削热。 • 2.切削温度 • 切削温度过高，会使刀头软化，磨损加剧，寿命下降；工件和刀具受热膨 胀，会导致工件精度超差影响加工精度，特别是在加工细长轴、薄壁套时， 更应注意热变形的影响。 ⑴ • 在生产实践中,为了有效地降低切削温度，常应用切削液，切削液能带走 大量的热，对降低切削温度的效果显著，同时还能起到润滑、清洗和防锈的 作用。常见的切削液有： • ⑴切削油 主要是各种矿物油、动植物油和加入油性、极压添加剂的混 合油。其润滑性能好，但冷却性能较差，主要用来减少磨损和降低工件的表 面粗糙度，一般用于低速精加工，如铣削加工和齿轮加工等。 • ⑵水溶液 主要成分是水并加入防锈剂、表面活性剂或油性添加剂。其 热导率高、流动性好，主要起冷却作用，同时还具有防锈、清洗等作用。 • ⑶乳化液 由乳化油加水稀释而成，呈乳白色或半透明状，有良好的流 动性和冷却作用，是应用最广泛的切削液。低浓度的乳化液用于粗车、磨削。 高浓度乳化液用于精车、钻孔和铣削等。在乳化液中加入硫、磷等有机化合 物，可提高润滑性。适用于螺纹、齿轮等精加工。
第一章 金属切削基本知识
刀具角度对加工过程的影响
1. 前角（0） ① 减小切屑的变形；
作用 ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
a .减小切削力和切削热； 所以 0 ： b .减小刀具的磨损；
c .提高工件的加工精度和表面质量。
0
0选择：
加工塑性材料和精加工—取大前角（ 0 ） 加工脆性材料和粗加工—取小前角（0 ）
前角（0）可正、可负、也可以为零。
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
c）切削
后角（ 0）只能是正的。
精加工： 0= 80~120 粗加工： 0= 40~80 3 . 主偏角（kr）
作用：改善切削条件，提高刀具寿命。
减小kr：当ap、f 不变时，则 aw 、ac — 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
dw
ap
dm
但减小kr
Fy 、
n
Fx ，加大工件的变形
挠度，使工件精度降
化学惰性
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
耐磨性 低 加工质量
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
金属切削的基础知识概述
金属切削的基础知识概述简介金属切削是一种通过削剪和切割金属材料的方法，是制造业中常见的一项工艺。
基于材料的性质和切削工具的性能，金属切削可以实现高精度和高效率的加工。
本文将介绍金属切削的基本原理、切削工具、切削过程中的参数和常见的切削方式。
基本原理金属切削的基本原理是通过切削工具对金属材料进行削剪，从而使金属材料形成所需的形状和尺寸。
切削工具通常是由刀具和刀具架组成。
刀具用于切削金属材料，而刀具架则用于固定刀具并提供切削力。
切削过程中，刀具和工件之间形成了切削区域。
刀具通过在切削区域施加切削力，将金属材料削去。
这种削去的过程称为切削，并产生了削屑。
削屑是通过切削工具对金属材料进行切割而产生的废料。
切削工具金属切削中常用的切削工具有刀具、铣刀和钻头等。
下面简单介绍几种常见的切削工具：1. 刀具刀具是用于切削金属材料的基本工具。
刀具通常包括刀片和刀柄两部分。
刀片是用来切削金属材料的零件，而刀柄则用于固定刀片和提供切削力。
常见的刀具类型包括车刀、铣刀、刨刀和麻花钻等。
不同的刀具适用于不同的切削任务和金属材料。
2. 铣刀铣刀是一种旋转切削工具，用于将金属材料进行铣削。
铣刀通常由刀柄和多个刀片组成。
刀柄用于固定刀片，而刀片通过旋转进行切削。
铣刀常用于对金属材料进行复杂的零件加工，如开槽、螺纹加工和表面光洁度要求较高的加工。
3. 钻头钻头是一种专门用于钻孔的切削工具。
钻头通常由刀片和刀杆组成。
刀片被用于切削金属材料，并通过刀杆进行固定。
钻头适用于对金属材料进行孔加工，如钻孔和锪孔等。
切削过程中的参数切削过程中有几个重要的参数需要考虑，包括切削速度、进给速度和切削深度。
1. 切削速度切削速度是指切削工具在单位时间内切削的线速度。
切削速度的选择与金属材料的性质和切削工具的性能有关。
切削速度过高容易引起切削工具的损坏，而切削速度过低则会降低加工效率。
因此，在切削过程中需要选择适当的切削速度，以确保切削质量和切削效率。
第七章 金属切削加工基础知识 1
2．进给运动:由机床或人力提供的运动,它使刀具
与工件间产生附加的相对运动,进给运动将使被切
削金属层不断地投入切削,以加工出具有所需几何 特性的已加工表面.(车削外圆时,进给运动是刀具 的纵向运动;牛头刨床刨削时,进给运动是工作台 的移运.)
3.主运动和进给运动的合成: 当主运动和进给运动 同时进行时，切削刃
互接触的表面上承受了很大的压力和强烈的摩
擦、刀具在高温下进行切削的同时，还承受着
切削力、冲击和振动，因此要求刀具切削部分
的材料应具备以下性能：
1.高硬度：刀具材料必须具有高于工件材料的硬
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
常刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。
第七章 金属切削加工基础知识
要求目的：理解零件加工质量的概念、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。
重点、难点：切削运动和切削刀具。
7.1 加工质量
金属切削加工（或冷加工）是指用切削工具从坯
料或工件上切除多余材料，以获得所要求的几何 形状、尺寸精度和表面质量的零件的加工方法。
公差、形状公差和位置公差来表示。
1.尺寸精度:是指加工表面本身的尺寸（如圆柱面
的直径）和表面间的尺寸（如孔间距离等）的精
确程度。尺寸精度的高低，用尺寸公差的大小来 表示。 为了实现互换性和满足各种使用要求，国家标准 GB1800-79规定，尺寸公差分为20个公差等级，即
IT01、IT0、IT1、IT2„„、IT18。从IT01 ~IT18，
Vc (m / min 或m / s)
式中：d——工件直径，㎜ n——工件或刀具每分钟（秒）转数（r/min或r/S）
金属切削的基础知识
金属切削的基础知识金属切削是一种通过切削工具在金属工件上施加力量，使其产生剪切应力，从而剥离所需形状的金属层的加工方法。
它是目前最常用和广泛应用的金属加工方式之一。
以下是金属切削的基础知识：1. 切削工具：切削工具通常由硬质材料制成，如高速钢、硬质合金等。
常见的切削工具包括刀片、钻头、铣刀等。
刀具的选择根据加工材料、加工形状和加工质量要求等因素进行。
2. 切削速度：切削速度是指在单位时间内切削刀具工作部分对工件的相对运动速度。
它是影响切削加工效果和刀具寿命的重要因素。
通常以米每分钟（m/min）作为单位。
3. 进给速度：进给速度是指切削刀具沿工件表面移动的速度。
它决定了每分钟进给长度。
进给速度的选择需要考虑切削深度、加工精度和刀具强度等因素。
4. 切削深度：切削深度是指切削刀具在每次切削中从工件表面剥离金属的厚度。
切削深度越大，切削力也会增加，刀具磨损加剧。
因此，切削深度的选择要根据材料性质、刀具强度和加工要求等综合考虑。
5. 切削力：切削力是指在切削过程中作用在切削刀具上的力。
它是切削加工过程中的重要力学参数，会影响刀具的磨损和加工精度。
切削力的大小与切削厚度、切削速度、切削角度和材料硬度等因素密切相关。
6. 刀具磨损：切削刀具在切削过程中会不可避免地发生磨损。
刀具磨损会使切削力增加、切削质量下降，并且降低了刀具的寿命。
因此，定期更换和修磨切削刀具是保证加工质量和生产效率的重要措施。
7. 切削液：切削液是指在金属切削过程中加入的一种液体。
它主要用于降低切削温度、润滑切削表面、冲洗切削区域，以减少金属切削时产生的摩擦和热量。
良好的切削液选择能够有效地提高加工质量和刀具寿命。
金属切削是工业生产中广泛应用的加工方式之一，掌握金属切削的基础知识对于提高加工质量、降低生产成本具有重要意义。
因此，对于从事金属加工的工作者来说，了解切削工具、切削速度、进给速度、切削深度、切削力、刀具磨损以及切削液等基础知识是十分必要的。
金属工艺学第一章 金属切削基础知识
主要的影响因素
切削速度 （切中碳钢） <5m/min不产生 5~50m/min形成
控 制 措 降低塑性 施
(正火、调质)
>100 m/min不形成 选用低速或高速
冷却润滑条件
300~500oC最易产 生 >500oC趋于消失
选用切削液
第三节 金属切削过程
三、切削力与切削功率
1、切削力的构成与分解
切削力的来源
热处理变形 不需要
用途
各种刀片
1200
（12~14）
高硬度钢材 精加工
人造金刚石
HV10000 (硬质合金为 HV1300~1800)
700~800
不宜加工钢铁材 料
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具角度
各种刀具的切削部分形状
第二节 刀具材料及刀具构造
二、刀具角度
1、车刀切削部分的组成
三面
两刃 一尖
（2）作用 ①冷却 ②润滑
第三节 金属切削过程
五、刀具磨损和刀具耐用度
1、刀具磨损形式
（1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 (通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度) （3）前后刀面同时磨损
2、刀具磨损过程：
前面磨损、后面磨损、前后面同时磨损 。 刀具磨损过程： 初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段
刀尖高低对刀具工作角度的影响
车刀刀杆安装偏斜对刀具角度的影响
② 进给运动的影响
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具结构
刀具的结构形式很多，有整体式、焊接式、机夹 不重磨式等。
目前一般整体式的多为高速钢车刀，其结构简单， 制造、使用都方便。而对于贵重刀具材料，如硬质合 金等，可采用焊接式或机夹不重磨式。焊接式车刀结 构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用 广泛。
第 一章 金属切削的基础知识
背吃刀量
在垂直于主运动方向和进给方向的工 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，单位为mm。即ap=(dw-dm)/2 其中： dw—工件待加工表面的直径，(mm)； dm—工件已加工表面的直径， (mm)。
切削层参数
二、刀具角度
刀具的组成部分
（１）刀具静止参考系
劈柴
斧头角度
切西瓜
水果刀角度
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。其定义分别为： （1）前面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面。 （2）主后面 刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表 面。 （3）副后面 刀具上与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 前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃 完成切削工作，并最终形成已加工表面。 （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。
切削速度 Vc
切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度 主运动为旋转运动： 切削速度一般为其最大线速度。
由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算 时常用最大切削速度代表刀具的切削速度 Vc = πdn/1000 m/s 或 m/min 式中：d：工件或刀具的直径，mm n: 工件或刀具的转速，r/s 或r/min
（３）高速钢
高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工 具钢。它的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质 合金，但强度和韧度却高于硬质合金(表1—1)， 工艺性较硬质合金好，而且价格也比硬质合金 低。普通高速钢如W18Cr4V是国内使用最为普 遍的刀具材料，广泛地用于制造形状较为复杂 的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀 具和其他成形刀具等。
金属切削加工基础知识
第7章金属切削加工基础知识一、判断题1.切削运动中，主运动通常只有一个，进给运动的数目可以有一个或几个。
（）2.车削外圆时，进给运动是刀具的横向运动。
（）3.当切削刃安装高于工件的中心时，其实际工作前角会变小。
（）4.在基面内测量的角度是刃倾角。
（）5.在主切削平面内测量的角度是主偏角。
（）6.刃倾角的正负影响切屑的排出方向。
当刃倾角为正时，切屑流向已加工表面。
（）7.一般来说, 刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。
（）8.背吃刀量对刀具寿命影响最大，进给量次之，切削速度最小。
（）9.工件材料的硬度和强度越高，切削力越大，切削加工性就越差。
（）10.低碳钢硬度低，切削加工性最好，中碳钢次之，高碳钢最难切削。
（）11.切削层公称厚度（简称切削厚度）BdhD:是垂直于工件过渡表面测量的切削层横截面尺寸。
( )12.耐热性和化学稳定性是衡量刀具切削性能的主要指标。
( )13.在同样切削条件下，硬质合金刀具（韧性差，怕冲击振动）的前角应比高速钢的大些。
( )14.当以很大的刀具前角、很大的进给量和很高的切削速度切削钢等塑性金属时形成的是节状切屑。
( )15.背切削力Fp也称为切向力。
( )16.积屑瘤使刀具的实际前角增大，并使切削轻快省力，所以对精加工有利。
( )17.切削用量中，切削速度对刀具寿命影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。
( )18.刀具寿命是指刀具从开始切削到完全报废实际切削时间的总和。
( )19.当用较低的切削速度，切削中等硬度的塑性材料时，常形成崩碎切屑。
( )20.精车加工塑性金属时为避免积屑瘤的产生，常采用高速或低速切削。
( )二、填空1、切削运动包括运动和运动两种，其中运动是切削运动中速度最高、消耗功率最多的运动。
2、切削用量三要素是指、和。
3、外圆车刀的切削部分由面刃和尖组成。
4. 金属切削过程的实质，是被切削金属连续受到刀具的和，产生和，最终使被切削金属与母体分离形成切屑的过程。
金属切削的基础知识
已加工表面质量越好
2) 后角α0 在正交平面内测量, 主后刀面与切削平面之间
的夹角。
υc
切削平面投影线
后角α0 主后刀面投影线
作用:
减小后刀面与已加工表面之间的摩擦; 它和 前角一样影响刃口的强度和锋利程度。
后角应在60~120内选取; 粗加工取小, 精加 工取大。
3) 主偏角κr
主切削平面与假定工作平面之间的夹角。
• 目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来 保证。
第一章 第二章
金属切削的基础知识 金属切削机床的基本知识
第三章
常用加工方法综述
第四章 精密加工和特种加工简介
第五章
典型表面加工分析
§1-1 切削运动及切削要素
一、零件表面的形成及切削运动
1．主运动―― ―主要完成切削的动，消耗功率最多，一种 加工主运动只有一个。（ ）；
3.车刀的主要角度 为确定刀具的主要角度, 须建立三个相互垂直的
参考平面构 成的静止参考系。
(1) 建立车刀静止参考系 基面 切削平面 正交平面
1) 基面 通过切削刃选定点的平面, 它平行刀具安装的一个 平面, 其方位要垂直于主运动方向。
υc
2) 切削平面 通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。
三、刀具结构 车刀按结构分类, 有整体式、焊接式、机夹式
和可转位式四种型式（见图）。 （它们的特点与常用场合见表1－2。）
表1－2 车刀结构类型、特点与用途
名称
特
点
整体 用整体高速钢制造,刃口较锋利,但价高的刀具 式 材料消耗较大
适 用 场合
小型车床或加工有色金 属
焊接 式
焊接硬质合金或高速钢于预制刀柄上,结构紧 凑,刚性好,灵活性大。但硬质合金刀片经过高 温焊接和刃磨，易产生内应力和裂纹
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1.2 切削运动与切削用量
切削运动
要进行切削加工，金属切削机床必须为形成工件表面提供两种 最主要的相对运动，即主运动和进给运动。
（1）主运动及切削速度
① 主运动是刀具和工件之间产生的最主要的相对运动， 它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料，使切 削层金属转变成切屑，从而形成新鲜表面的运动。 ② 在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运动。 主运动消耗的功率比较大，速度也比较高。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
例1-2 用成形车刀车削成形回转 表面 • 母线——曲线，由成形法形成， 不需要成形运动。 • 导线——圆，由轨迹法形成，需 要一个成形运动B1。 • 表面成形运动的总数为一个Bl， 是简单的成形运动。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
（1）成形运动的种类
• 简单成形运动 由单独的旋转运动或直线运动构成； • 复合成形运动 由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某些确 定的运动关系组合而成。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
（2）零件表面成形所需的成形运动
60 1000 • • d——完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)； • n——主运动的转速(rad/S或r/min)。
vc
dn
(m / s或者m / min)
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
②主运动为直线往复运动
• （牛头刨床刨刀的直线往复运动为主运动），切削速度计算 公式：
2 Ln vc (m / s) 1000 60
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
母线 导线
成形法
导线
母线
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
表面成形运动是保证得到工件 要求的表面形状的运动。例 如用车刀车削外圆柱面，形 成母线和导线的方法，都属 于轨迹法。工件的旋转运动 B1，产生母线（圆）；刀具 的纵向直线运动A2产生导线 （直线）。运动B1和A2就是 形成外圆表面两两个成形运 动。
表
面
成
形
原
理
图
R
T
车螺纹 板牙
R
T
丝锥
R
R
T
铣螺纹
梳形铣刀 旋风铣
磨螺纹
R
R
滚压
1.2 切削运动与切削用量
齿形加工方法
工 件 刀 具
主运动 进给运动 主运动 进给运动
表 面 成
形
原 理
指状铣 刀铣齿
图
Tபைடு நூலகம்
R
铣齿
成形 磨齿
R/T
R
滚齿 剃齿
R
T
T
插齿
R/T
R
蜗杆砂轮磨齿 碟形砂轮磨齿 锥形砂轮磨齿
1.2 切削运动与切削用量
3. 金属切削加工的种类
车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削等。
车 削
铣 削
镗削
刨 削
钻削 拉 削
磨 削
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
金属切削刀具和工件按一定规律作相对运 动，通过刀具上的切削刃切除工件上多余的（或预留 的）金属，从而使工件的形状、尺寸精度及表面质量 都合乎预定要求，这样的加工称为金属切削加工。任 何零件的表面形状都是由一些基本表面组合而成的， 所以零件的切削加工过程就是表面成形过程。
第一章 金属切削加工的基础知识
本课程教学目的和任务
2） 本课程教学主要任务
介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程 及其系统，包括：
（1）金属切削过程及其基本规律； （2）机床、夹具、刀具的基本知识； （3）机械加工和装配工艺规程的设计； （4）机械加工中精度及表面质量的概念及其控 制方法； （5）制造技术与现代生产管理模式； （6）制造技术发展的前沿与趋势。
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
R R
R
R
R
R
R
R
R R
进给运动
1.2 切削运动与切削用量
1.2 切削运动与切削用量
平面加工方法
工 件
刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
表 面 成 形 原 理 图
T
T
刨 插
T
R
周铣 端铣 周磨 端磨
R
T
车
T
拉
1.2 切削运动与切削用量
螺纹加工方法
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
• ③ 已加工表面 已被切除多余金 属而形成符合要求的工件新表面。
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
4 切削用量三要素
• 所谓切削用量是指切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）和背 吃刀量asp，也常称为切削用量三要素。
• （1）切削速度
• 切削速度即主运动的速度。 • ① 主运动为旋转运动 • 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径 处的线速度：
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
（3）背吃刀量
• 背吃刀量指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，以asp 表示，单位为mm。 • 对于车削和刨削加工来说，背吃刀量asp为工件上已加工表面 和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。 • 外圆柱表面车削的深度可用下式计算：
①轨迹法—— 是利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件 进行加工的方法。 ②成形法 —— 利用成形刀具对工 件进行加工的方法，刀具的切 削刃与所需形成的母线完全吻 合。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成 ③相切法—— 是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进 行加工的方法。 ④展成法（亦称共轭法或包络法） —— 是利用工件和刀具作展 成切削运动进行加工的方法。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
① 有些表面的发生线完全相同，只因母线的原始位臵不同， 也可以形成不同的表面。
② 母线和导线有时候可以互换；有时候不可以互换。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
3 发生线的形成方法及所需的运动
在实际的切削加工中，发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对 运动得到的。由于生产中使用的刀具切削刃形状和采取的加工方 法不同，形成发生线的方法可归纳为四种。
第一章 金属切削加工的基础知识
概述
1. 金属切削加工的定义
金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动，通过刀具上 的切削刃切除工件上多余的（或预留的）金属，从而使工件 的形状、尺寸精度及表面质量都符合预定要求，这样的加工 称为金属切削加工。
2.在金属切削加工过程中有两个基本要素：
一个是成形运动， 另一个是刀具。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
1. 零件的表面形状
平面、直线成形表面、 圆柱面、圆锥面、 球面、圆环面、螺 旋面。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
2. 工件表面的形成 方法
各种典型表面都可 以看作是一条线 （称为母线）沿着 另一条线（称为导 线）运动的轨迹。 母线和导线统称为 形成表面的发生线。 螺旋线 螺纹牙形 渐开线
加工表面的形成
例1-3 用螺纹车刀车削螺纹 • 母线——车刀的刀刃形状与螺纹 轴向剖面轮廓的形状一致，故母 线由成形法形成，不需要成形运 动。 • 导线——螺旋线，由轨迹法形成， 需要一个成形运动。这是一个复 合运动。B11，A12。
1.1 工件表面的成形方法及所需的成形运动
加工表面的形成
例1-4 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿 轮齿面 • 母线——渐开线，由展成法形成， 需要一个成形运动，是复合运动， 可分解为滚刀旋转B11和工件旋转 B12两个部分，B11和B12之间必须 保持严格的相对运动关系。 • 导线——直线，由相切法形成，需 要两个独立的成形运动，即滚刀的 旋转运动B11和滚刀沿工件的轴向移 动A2。
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
③ 主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；可以 是旋转运动，也可以是直线运动。 ④ 主运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时 主运动方向。 ⑤ 主运动的速度vc：切削刃上选定点相对于工件的主 运动的瞬时速度，一般称为切削速度。
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
切削运动
④ 进给运动可能是连续的（例如在车床上车削圆柱表 面时，刀架带动车刀作连续纵向运动），也可能是 间歇的（例如牛头刨床上加工平面时，刨刀作往复 运动，进给运动为工作台带动工件作的横向间歇移 动）。进给运动可以由刀具完成，也可以由工件完 成；可以是直线运动，也可以是旋转运动。
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
⑤ 进给运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬 时进给运动的方向。 ⑥ 进给速度vf：切削刃上选定点相对于工件的进给运 动的瞬时速度。
1.2 切削运动与切削用量
切削运动
• 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可 以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直 线运动（用 T 表示），也可以是回转运动（用 R 表 示）。 • 正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的 多种组合，产生了不同的加工方法。
（2）进给运动和进给速度
① 由机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件上 多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。
② 进给运动可以用进给速度vf或进给量f、fz、af来表示。
③ 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种 切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。
1.2 切削运动与切削用量