金属切削刀具的基本知识.ppt
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2.1金属切削刀具基础
• 重点与难点 ★
1.理解：进给运动对刀具 刀具角度参考系及刀具角度 的定义 工作角度的影响；常 用刀具材料的种类及 特点 2.掌握：切削运动、切削 层参数、切削用量等 基本概念；刀具切削 部分的构造和刀具角 度的定义
第二章 切削过程及其控制
刀具材料应具备的性能
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
• 耐磨性表示抵抗机械磨损、磨料磨损、粘
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
切削加工必须具备的三个条件：
• 1.刀具与工件之间要有相对运动 • 2.刀具具有适当的几何参数，即切削角度 • 3.刀具材料具有一定的切削性能
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
2.1
金属切削刀具基础
金属切削的基本知识
一、切削运动
二、工件加工表面
• 陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比，具有 下列优点： • 1）可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工 材料 • 2）可进行粗车及铣、刨等大冲击间断切削 • 3）耐用度可提高几倍至几十倍 • 4）切削效率提高3~10倍，可实现以车、铣 代磨
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
刀具材料的选择
2.1金属切削刀具基础
高速钢刀具
第二章 切削过程及其控制
硬质合金 例
钨钴类 （YG） 钨钛钴 类（YT）
2.1金属切削刀具基础
陶瓷材料
人造金刚石
YG3、 YT5、 YG6 YT15 硬度
1.理解：进给运动对刀具 刀具角度参考系及刀具角度 的定义 工作角度的影响；常 用刀具材料的种类及 特点 2.掌握：切削运动、切削 层参数、切削用量等 基本概念；刀具切削 部分的构造和刀具角 度的定义
第二章 切削过程及其控制
刀具材料应具备的性能
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
• 耐磨性表示抵抗机械磨损、磨料磨损、粘
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
切削加工必须具备的三个条件：
• 1.刀具与工件之间要有相对运动 • 2.刀具具有适当的几何参数，即切削角度 • 3.刀具材料具有一定的切削性能
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
2.1
金属切削刀具基础
金属切削的基本知识
一、切削运动
二、工件加工表面
• 陶瓷刀具与传统硬质合金刀具相比，具有 下列优点： • 1）可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工 材料 • 2）可进行粗车及铣、刨等大冲击间断切削 • 3）耐用度可提高几倍至几十倍 • 4）切削效率提高3~10倍，可实现以车、铣 代磨
第二章 切削过程及其控制
2.1金属切削刀具基础
刀具材料的选择
2.1金属切削刀具基础
高速钢刀具
第二章 切削过程及其控制
硬质合金 例
钨钴类 （YG） 钨钛钴 类（YT）
2.1金属切削刀具基础
陶瓷材料
人造金刚石
YG3、 YT5、 YG6 YT15 硬度
《金属切削原理及刀具》图文课件-ppt-第10章
2.钻削用量
1）钻削速度
vc
πdn 1 000
2）进给量和每齿进给量 3）背吃刀量
fz
f 2
ap d / 2
2022年7月23日星期六
3.钻削的工艺特点 1）导向定心问题 导向定心问题包括以下几点：
（1）预钻锥形定心孔，应先用小顶角、大直径麻花钻或中心 钻钻一个锥形坑，再用所需尺寸的钻头钻孔。
（2）对于大直径孔（直径大于30 mm），常采用在钻床上分两 次钻孔的方法，即第一次按小于工件孔径钻孔，第二次再按要求 尺寸钻孔。第二次钻孔时由于横刃未参加工作，因而钻头不会出 现由此引起的弯曲。
2022年7月23日星期六
套料钻 1—料芯； 2—导向块； 3—刀体； 4—刀齿
10.5 铰刀
10.5.1 铰刀的分类
铰刀使用方式可分为手用铰刀及机用铰刀两种。手用铰刀柄部为 直柄，工作部分较长，导向作用较好。手用铰刀又分为整体式铰刀和 可调式铰刀两种。机用铰刀又可分为带柄式铰刀和成套式铰刀。
2022年7月23日星期六
几种常见的铰刀
10.5.2 铰削特点
铰削的加工余量一般小于0.1 mm，铰刀的主偏角一般小于45°，因 此，铰削时切削厚度很小，仅为0.01～0.03 mm。铰削过程除主切削刃 正常的切削作用外，还对工件产生挤刮作用，因此，它是一个复杂的切 削和挤压摩擦过程。 1.铰削精度高
铰刀齿数较多，心部直径大，导向性及刚性好。铰削加工余量小， 切削速度低，且综合了切削和修光的作用，能获得较高的加工精度和表 面质量。 2.铰削效率高
1
2
3
孔的深度与直径之比 较大（一般大于10）， 钻杆细长，刚性差， 工作时容易产生偏斜 和振动，因此，孔的 精度及表面质量难以 控制。
1）钻削速度
vc
πdn 1 000
2）进给量和每齿进给量 3）背吃刀量
fz
f 2
ap d / 2
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3.钻削的工艺特点 1）导向定心问题 导向定心问题包括以下几点：
（1）预钻锥形定心孔，应先用小顶角、大直径麻花钻或中心 钻钻一个锥形坑，再用所需尺寸的钻头钻孔。
（2）对于大直径孔（直径大于30 mm），常采用在钻床上分两 次钻孔的方法，即第一次按小于工件孔径钻孔，第二次再按要求 尺寸钻孔。第二次钻孔时由于横刃未参加工作，因而钻头不会出 现由此引起的弯曲。
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套料钻 1—料芯； 2—导向块； 3—刀体； 4—刀齿
10.5 铰刀
10.5.1 铰刀的分类
铰刀使用方式可分为手用铰刀及机用铰刀两种。手用铰刀柄部为 直柄，工作部分较长，导向作用较好。手用铰刀又分为整体式铰刀和 可调式铰刀两种。机用铰刀又可分为带柄式铰刀和成套式铰刀。
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几种常见的铰刀
10.5.2 铰削特点
铰削的加工余量一般小于0.1 mm，铰刀的主偏角一般小于45°，因 此，铰削时切削厚度很小，仅为0.01～0.03 mm。铰削过程除主切削刃 正常的切削作用外，还对工件产生挤刮作用，因此，它是一个复杂的切 削和挤压摩擦过程。 1.铰削精度高
铰刀齿数较多，心部直径大，导向性及刚性好。铰削加工余量小， 切削速度低，且综合了切削和修光的作用，能获得较高的加工精度和表 面质量。 2.铰削效率高
1
2
3
孔的深度与直径之比 较大（一般大于10）， 钻杆细长，刚性差， 工作时容易产生偏斜 和振动，因此，孔的 精度及表面质量难以 控制。
机修钳工工艺学第四版教学课件第一章金属切削基础知识
2. 影响切削力的因素
主要因素有： （1）工件材料 工件材料的强度、硬度越高，切削力就越大。 （2）切削用量 切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量， 其次 是进给量，切削速度对切削力影响较小。
（3）刀具角度 刀具几何角度中对切削力影响最大的是前角、主偏 角和刃倾角。 （4）切削液 合理选择切削液可以减小塑性变形和刀具与工件间 的摩擦，使切削力减小。
如有“啪啪”响声，则表示其中有水分。
4. 机械杂质
在油溶性切削液中取样100ml，用100目铜丝网将其过
滤，检查铜丝网上有无杂质。
§1-5 钳工常用的刀具材料
一、刀具切削部分材料应具备的性能
1. 硬度和耐磨性
刀具材料硬度必须高于被加工件材料硬度才能进行正 常的切削。硬度是刀具材料应具备的最基本特性。
式中 υf——车削时进给速度，mm/min； n——工件或刀具的转速，r/min； ƒ——进给量，mm/r。
3. 背吃刀量
背吃刀量是指在通过切削刃基点并垂直于工作平面的 方向上测量的两平面间的距离（通常所指的工件已加工 表面和待加工表面间的垂直距离）。车削外圆时为：
式中 ap——背吃刀量，mm； dw——待加工表面直径，mm； dm——已加工表面直径，mm。
5. 导热性
刀具材料应具有良好的导热性，以便切削时产生的热 量能迅速散发。
6. 抗粘接性
防止工件与刀具间在高温、高压下互相吸附产生粘接。
7. 良好的工艺性和经济性
刀具材料应便于制造而且制造成本低廉。
二、钳工常用的刀具材料
1. 粗加工时切削液的选用
粗加工时，切削用量较大，产生大量的切削热。这时 主要是要求降低切削温度，应选用冷却为主的切削液， 如3%～5%乳化液。硬质合金刀具耐热性较好，一般不用 切削液。
电子课件-《金属切削原理与刀具(第五版)》-B01-3509 第一章
（1）当机床上主运动为旋转运动时，切削速度的计算 公式为：
v πdn 1000
式中 n——工件或刀具转速，r/min ； d——工件或刀具选定点的旋转直径（通常取最大直
径），mm。
第一章 金属切削加工的基本知识
（2）当主运动为往复直线运动时（如刨削加工），其 平均速度按下式计算：
v 2Lnr 1000
移动
车外圆
2
移动
转动
铣平面
第一章 金属切削加工的基本知识
序号 工件运动
刀具运动
示例
3
移动
直线往复运动
刨平面（牛头刨床）
4 直线往复运动
移动
刨平面（龙门刨床）
5
不动
转动并移动
钻孔
第一章 金属切削加工的基本知识
二、切削运动的种类
1．主运动
主运动是切除工件上多余金属的必备运动，是机床的主 要运动。
2．进给运动
第一章 金属切削加工的基本知识
第一节 切削运动 第二节 切削要素
第一章 金属切削加工的基本知识
第一节 切削运动 一、切削运动的主要形式
切削加工时，刀具与工件的相对运动称为切削运动。 切削运动的形式主要有五种，见下表。
第一章 金属切削加工的基本知识
切削运动的主要形式
序号 工件运动 刀具运动
示例
1
转动
第一章 金属切削加工的基本知识
（2）用进给速度vf来衡量进给运动的大小。进给速度vf是 单位时间内刀具或工件沿进给方向移动的距离。单位mm/min。
车外圆时：
vf nf
式中：n ——工件转速，r/min； f ——进给量，mm/r。
第一章 金属切削加工的基本知识
3．切削速度υ
v πdn 1000
式中 n——工件或刀具转速，r/min ； d——工件或刀具选定点的旋转直径（通常取最大直
径），mm。
第一章 金属切削加工的基本知识
（2）当主运动为往复直线运动时（如刨削加工），其 平均速度按下式计算：
v 2Lnr 1000
移动
车外圆
2
移动
转动
铣平面
第一章 金属切削加工的基本知识
序号 工件运动
刀具运动
示例
3
移动
直线往复运动
刨平面（牛头刨床）
4 直线往复运动
移动
刨平面（龙门刨床）
5
不动
转动并移动
钻孔
第一章 金属切削加工的基本知识
二、切削运动的种类
1．主运动
主运动是切除工件上多余金属的必备运动，是机床的主 要运动。
2．进给运动
第一章 金属切削加工的基本知识
第一节 切削运动 第二节 切削要素
第一章 金属切削加工的基本知识
第一节 切削运动 一、切削运动的主要形式
切削加工时，刀具与工件的相对运动称为切削运动。 切削运动的形式主要有五种，见下表。
第一章 金属切削加工的基本知识
切削运动的主要形式
序号 工件运动 刀具运动
示例
1
转动
第一章 金属切削加工的基本知识
（2）用进给速度vf来衡量进给运动的大小。进给速度vf是 单位时间内刀具或工件沿进给方向移动的距离。单位mm/min。
车外圆时：
vf nf
式中：n ——工件转速，r/min； f ——进给量，mm/r。
第一章 金属切削加工的基本知识
3．切削速度υ
项目一金属切削基础课件(共34张PPT)
式中： d为工件的直径，单位为（mm）； n为工件或刀具每分（秒）钟的转数，单位为
（r/min）或（r/s）。
活动二 切削用量与 切削层参数
任务1 属切削的基本概念
活动一 切削运动及 形成的表面
活动二 切削用量与 切削层参数
（2）当主运动为往复运动时,平均切削速度为
vc
2 L nr 1000
(m /
活动一 切削运动及 形成的表面
活动二 切削用量与 切削层参数
图1-2 切削层参数
任务2 刀具切削部分的基本定义
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
一、刀具的组成 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。其他刀具都可以看作是车刀的 组合或变形。因此，学习 属切削工具时，通常以车 刀为例进行学习和分析。普通车刀由刀头和刀柄两 部分组成，如图1-3所示。刀头用于切削，刀柄用以 装夹。刀具切削部分的构造要素及其定义和说明如 下：
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
1、正交平面参考系刀具角度的定义 （1）前角 γ （2）后角ao （3）主偏角кr （4）刃倾角ls
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
刀具角度标注符号下标的英语小写字母，应与 测量该角度用的参考系平面符号下标一致。如r就表 示pr平面，s就表示ps平面，o就表示po平面。n就表 示pn平面，f就表示pf平面，p就表示pp平面。另外， 在右上角加一撇就表示副切削刃上的平面或角度。
机械制造技术PPT课件第二章金属切削基本原理
工艺系统刚性差—大主偏角
合理副偏角值的选择
添加标题
一般较小
添加标题
—5°~10°
添加标题
精加工
添加标题
—小，0°
添加标题
加工高强高硬材料或断续切削
添加标题
—小，4°～6°
添加标题
切断刀、锯片、槽铣刀
添加标题
—小，1°～2°
过渡刃的型式
①直线刃
—粗车、强力车 κrε=κr/2
②圆弧刃
—粗糙度值小
冷却作用 清洗与防锈作用
常用切削液及其选用 =乳化油+水 切削油 = 矿物油、+动植物油 极压切削油 =切削油+硫、氯和磷极压添加剂 难加工材料的精加工
=水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂 磨削、粗加工
①水溶液
01
车削、钻削、攻螺纹 滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工
②乳化液
02
刀具磨损与刀具耐用度
4
磨屑形态
带状切屑
直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃
刀具合理几何参数选择应考虑的因素
—化学成分、制造方法、热处理状态 性能，表层情况等
①工件材料
壹
—化学成分、性能，刀具结构形式
②刀具材料及结构
—机床、夹具，系统刚性，功率 切削用量和切削液
③加工条件
叁
贰
各参数间的联系 —综合考虑相互作用与影响
刀具角度的选择
大后角→减小摩擦、提高寿命、改善表面质量 强度降低、散热差、磨损加快
后角的选择原则
工艺系统刚性 刚性差—振动 → 小后角 精度要求高 —重磨 → 小后角
切削层厚度hD小 → 大后角 切削层厚度hD大 → 小后角
强度、硬度高 → 小后角 塑性大 → 大后角
合理副偏角值的选择
添加标题
一般较小
添加标题
—5°~10°
添加标题
精加工
添加标题
—小，0°
添加标题
加工高强高硬材料或断续切削
添加标题
—小，4°～6°
添加标题
切断刀、锯片、槽铣刀
添加标题
—小，1°～2°
过渡刃的型式
①直线刃
—粗车、强力车 κrε=κr/2
②圆弧刃
—粗糙度值小
冷却作用 清洗与防锈作用
常用切削液及其选用 =乳化油+水 切削油 = 矿物油、+动植物油 极压切削油 =切削油+硫、氯和磷极压添加剂 难加工材料的精加工
=水+防锈剂、清洗剂、油性添加剂 磨削、粗加工
①水溶液
01
车削、钻削、攻螺纹 滚齿、插齿、车螺纹、一般精加工
②乳化液
02
刀具磨损与刀具耐用度
4
磨屑形态
带状切屑
直线刃、折线刃、圆弧刃、波形刃
刀具合理几何参数选择应考虑的因素
—化学成分、制造方法、热处理状态 性能，表层情况等
①工件材料
壹
—化学成分、性能，刀具结构形式
②刀具材料及结构
—机床、夹具，系统刚性，功率 切削用量和切削液
③加工条件
叁
贰
各参数间的联系 —综合考虑相互作用与影响
刀具角度的选择
大后角→减小摩擦、提高寿命、改善表面质量 强度降低、散热差、磨损加快
后角的选择原则
工艺系统刚性 刚性差—振动 → 小后角 精度要求高 —重磨 → 小后角
切削层厚度hD小 → 大后角 切削层厚度hD大 → 小后角
强度、硬度高 → 小后角 塑性大 → 大后角
金属切削刀具教学课件
06
金属切削刀具的发展趋 势与展望
高性能刀具材料的发展趋势
硬质合金材料
随着加工技术的进步，对刀具的硬度 、耐磨性和耐热性要求更高，硬质合 金材料成为高性能刀具的主要发展方 向。
超硬材料
涂层技术
通过在刀具表面涂覆硬质涂层，提高 刀具表面的硬度和耐磨性，延长刀具 使用寿命。
如金刚石、立方氮化硼等超硬材料在 刀具制造中的应用逐渐增多，能够满 足高硬度、高强度材料的加工需求。
铣削加工中的刀具应用
总结词
铣削加工中，金属切削刀具主要用于切削平面、斜面、沟槽和各种曲面。
详细描述
铣削加工过程中，刀具通过旋转或摆动对工件进行切削，以获得所需的形状和 尺寸。铣削加工中的刀具有平铣刀、立铣刀、键槽铣刀等多种类型，根据不同 的加工需求选择合适的刀具。
钻削加工中的刀具应用
总结词
钻削加工中，金属切削刀具主要用于在工件上钻孔。
。
复合刀具材料
如硬质合金与高速钢的复合刀 具，结合了两种材料的优点，
提高了刀具的综合性能。
03
金属切削刀具的设计与 制造
刀具结构设计
刀具材料选择
根据切削条件和加工要求，选择合适的刀具材料，如高速钢、硬 质合金等。
刀具几何参数
设计合理的刀具前角、后角、主偏角等几何参数，以优化切削性 能。
刀具断屑槽
详细描述
钻削加工过程中，刀具通过旋转对工件进行切削，以在工件上钻出所需的孔。钻削加工中的刀具有麻花钻、中心 钻、深孔钻等多种类型，根据不同的加工需求选择合适的刀具。
其他加工中的刀具应用
总结词
除了车削、铣削和钻削等加工方式外，金属切削刀具还广泛应用于其他加工方式中。
详细描述
例如在刨削加工中，刀具用于对工件进行直线切削；在磨削加工中，刀具用于对工件进行研磨和抛光 ；在齿轮加工中，刀具用于切削齿轮的轮齿等。根据不同的加工需求选择合适的刀具，能够提高加工 效率和工件质量。
金属切削原理与刀具(课)课件
切削和高硬度材料加工。
立方氮化硼
具有极高的硬度，适用于加工 高硬度材料，如淬火钢和硬质
合金。
刀具结构
切削刃
刀柄
刀槽
刀面
刀具上用于切削的锋利 部分，其形状和角度对 切削效果有很大影响。
连接刀具和机床的部分， 要求具有足够的刚性和 稳定性。
为了容纳切屑和增强排 屑效果，在刀具上设置
的凹槽。
刀具上与工件接触的部 分，要求具有较低的摩 擦系数和较高的耐磨性。
切屑的控制
切屑控制是金属切削过程中的重要环节，通过合理选择刀具 几何形状、切削用量和冷却润滑条件，可以有效地控制切屑 的形状、大小和排出方向，避免切屑对刀具和加工表面的损伤。
切削力与切削振 动
切削力
切削过程中，刀具对工件施加压力，使工件产生变形和切屑，这个力称为切削力。 切削力的大小直接影响切削效率和加工质量，是金属切削过程中的重要参数。
进给量定义
工件或刀具在单位时间内 沿进给方向相对于刀具的 移动量。
切削热与切削温度
切削热的产生
切削温度对加工的影响
切削过程中因克服工件与刀具之间的 摩擦以及工件材料的弹性变形和塑性 变形而产生大量的热量。
切削温度过高会导致刀具磨损加剧， 工件表面质量下降，甚至引起刀具和 工件的变形，影响加工精度。
切削温度的影响因素
切削温度主要受切削用量、刀具几何 参数、刀具材料和工件材料等因素的 影响。
02
金属切削刀具
刀具材料
01
02
03
04
硬质合金
具有高硬度、高耐磨性和良好 的高温性能，广泛应用于切削
刀具。
高速钢
具有较好的韧性和热稳定性， 常用于制造复杂刀具和大型刀
立方氮化硼
具有极高的硬度，适用于加工 高硬度材料，如淬火钢和硬质
合金。
刀具结构
切削刃
刀柄
刀槽
刀面
刀具上用于切削的锋利 部分，其形状和角度对 切削效果有很大影响。
连接刀具和机床的部分， 要求具有足够的刚性和 稳定性。
为了容纳切屑和增强排 屑效果，在刀具上设置
的凹槽。
刀具上与工件接触的部 分，要求具有较低的摩 擦系数和较高的耐磨性。
切屑的控制
切屑控制是金属切削过程中的重要环节，通过合理选择刀具 几何形状、切削用量和冷却润滑条件，可以有效地控制切屑 的形状、大小和排出方向，避免切屑对刀具和加工表面的损伤。
切削力与切削振 动
切削力
切削过程中，刀具对工件施加压力，使工件产生变形和切屑，这个力称为切削力。 切削力的大小直接影响切削效率和加工质量，是金属切削过程中的重要参数。
进给量定义
工件或刀具在单位时间内 沿进给方向相对于刀具的 移动量。
切削热与切削温度
切削热的产生
切削温度对加工的影响
切削过程中因克服工件与刀具之间的 摩擦以及工件材料的弹性变形和塑性 变形而产生大量的热量。
切削温度过高会导致刀具磨损加剧， 工件表面质量下降，甚至引起刀具和 工件的变形，影响加工精度。
切削温度的影响因素
切削温度主要受切削用量、刀具几何 参数、刀具材料和工件材料等因素的 影响。
02
金属切削刀具
刀具材料
01
02
03
04
硬质合金
具有高硬度、高耐磨性和良好 的高温性能，广泛应用于切削
刀具。
高速钢
具有较好的韧性和热稳定性， 常用于制造复杂刀具和大型刀
金属切削刀具基本知识
金属切削刀具基本知识(总30页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除秦皇岛技师学院机械安装与维修系金属切削刀具基本知识郝赫（编）金属切削刀具基本知识1 金属切削的基本要素机械制造过程概述机器是由零件、组件、部件等组成的，一台机器的制造过程包含了从零件、部件加工到整机装配的全过程，这一过程可以用图1所示的系统图来表示。
首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件，它们都是由毛坯经过相应的机械加工工艺过程变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件的适当加工方法，加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。
其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件，部件是由若干组件、套件和零件在一个基准零件上装配而成的，部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能，这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。
部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的，部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。
最后，在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器，我们把零件和部件装配成最终机械产品的过程称为总装过程，总装过程是依据总装工艺文件进行的，在产品总装后，还要经过检测、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品，如一辆汽车就是经过这样的机械制造过程而生产出来的。
图1 机械制造过程的构成机械加工工艺系统从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器，因此，制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。
零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种切削加工方法得到的，其中在金属切削机床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得在形状、尺寸和表面质量都符合要求的这种加工方法称为金属切削加工。
机械制造技术第二章金属切削基本原理课件
切削振动对表面质量的影响与控制
切削振动对表面质量的影响
切削过程中，由于刀具与工件的相互作用，可能会产生振动。振动会导致切削刃振动和工件振动，从而影响已加 工表面的粗糙度和波纹度，降低加工质量。
控制切削振动的方法
通过合理选择刀具材料和几何参数，优化切削用量和切削液的使用，以及采用减振装置和动态优化技术等措施， 可以有效减小切削振动，提高加工表面的质量。
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加工硬化与残余应力的影响
加工硬化
金属切削过程中，由于切削力的作用， 已加工表面层会发生冷作硬化，使表 面层金属的硬度和强度提高，塑性和 韧性降低。
残余应力
切削过程中，由于切削力和切削热的 共同作用，已加工表面层会产生残余 应力。残余应力分为压应力和拉应力， 过大的残余应力可能导致工件变形或 开裂。
边界磨损
切削过程中，切屑在刀尖处与刀具摩 擦造成磨损，影响切削效果和刀具寿 命。
破裂
切削过程中，切削力超过刀具材料的 强度极限，导致刀具破裂。
04 金属切削的工艺参数选择
切削速度的选择
01
02
03
04
切削速度对刀具寿命和 加工质量有显著影响。
切削速度越高，刀具寿 命越短，但工件加工时 间减少，生产效率提高。
选择切削速度时应综合 考虑刀具寿命、加工质 量和生产效率。
根据工件材料、刀具材 料和加工条件，选择合 适的切削速度范围。
进给量的选择
01
02
03
04
进给量是影响切削力和切削温 度的重要因素。
进给量过小，切削力增大，刀 具磨损加剧；进给量过大，切 削力减小，但工件表面粗糙度
增加。
选择进给量时应根据工件材料 、刀具材料和加工条件，以及 表面粗糙度要求进行合理调整
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vc =πdwn/1000
是指刀具在进给运动方向上相对工件的 位移量。
当主运动是回转运动时，进给量指 工件或刀具每回转一周，两者沿进给方 向的相对位移量，单位为mm/r；
当主运动是直线运动时，进给量指 刀具或工件每往复直线运动一次，两者 沿进给方向的相对位移量，单位为 mm/str或mm/单行程；
对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，
的运动轨迹面就是工件上的加工表面 和已加工表面。
➢有两个要素，一是切削刃, 二是切
削运动。
➢不同的切削运动的组合,即可形成
各种工件表面。
车削加工是一种最常见的、典型的切削加工 方法。车削加工过程中工件上有三个不断变化着 的表面（图1-1） 。
（1）待加工表面 （2）已加工表面 （3）过渡表面
工件上待切除 的表面。
❖粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯
氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然 后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、 插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。高速钢的主要物理 力学性能见表2-1(p15)。
（一）刀具的构成
由工作部分和非工作部分构成。
车刀的工作部分比较简单，只由切削部分 构成，非工作部分就是车刀的柄部(或刀 杆)。
不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部 分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变 而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参 数。
刀具切削部分的基本定义
1.刀 面
图2－4
（1)前刀面Aγ 切屑流过的刀面。
（1）基面中测量的刀具角度
1）主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给 运动速度vf 方向之间的夹角。
2）副偏角κr′ 副切削刃在基面上的投影与进给 运动速度vf反方向之间的夹角。
3）刀尖角εr 主、副切削刃在基面上的投影之 间的夹角，它是派生角度。εr=180°-(κr ＋κr′) εr是标注角度是否正确的验证公式之一。
图2－7 车刀的主要角 度
（四）刀具工作角度
刀具在工作参考
系中确定的角度
称为刀具工作角
度。
研究刀具工
1．刀具工作参考系的建立
作角度的变化趋 势，对刀具的设
计、改进、革新
有重要的指导意
义。
与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相
似，不同点就在于它以合成切削运动υe或刀具安装位
置条件来确定工作参考系的基面pre。 由于工作基面的变化，将带来工作切削平面pse的
❖通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑性
差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。
❖高性能高速钢 高性能高速钢是指在通用型高速钢中增
加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达67～ 70HRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不 锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型 牌号有M42、5O1。
素。
材料切除率，用Qz表示
三要素的乘积作 为衡量指标，单 位为mm3/min，
Qz=1000vcfap
（2）切削层参数
①切削层公称厚度hD
②切削层公称宽度bD
平行于正在加 工的表面（过 渡表面）度量 的切削层参数。
bD＝ap／sinKr
切削层是指在切削过程中， 由刀具在切削部分的一个单一 动作（或指切削部分切过工件 的一个单程，或指只产生一圈 过渡表面的动作）所切除的工 件材料层（图1－2）。
工件上经刀具 切削后产生的 新表面。
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。
3、切削要素
（1）切削用量要素
切削要素主要指控 制切削过程的切削 用量要素和在切削 过程中由余量变成 切屑的切削层参数。
①切削速度 ②进给量
对切削运动定量描述的 重要指标之一。外圆车 削的切削速度为
在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性， 一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
（三）定义刀具角度的参考系
• 刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测 量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切 削部分几何形状（各表面空间位置）的重要 参数。 • 用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面 称为参考系; • 参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作 参考系两类。
•由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制
造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻 头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。
（1）高速钢的分类
➢按用途可分为：通用高速钢和高性能高
速钢。
➢按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末
冶金高速钢和表面涂层高速钢。
➢按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。
（2）常用高速钢的牌号与性能
切削刃上选定 点相对于工件 的瞬时主运动 方向。
（2） 进给运动
①进给运动方向 ②进给速度vf
刀具与工件之间附加
的相对运动, 它配合主运动 依次地或连续不断地切除
切屑, 从而形成具有所需几 何特性的已加工表面。
进给运动可由刀具完
成(如车削)，也可由工件完 成(如铣削)，可以是间歇的 （如刨削）, 也可以是连续 的（如车削）。
刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削 部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配 的刀具材料。
金属切削过程中的加工质量、加工效率、加 工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选 择。因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切 削性能评估的三要素。
1. 刀具材料应具备的性能
（1）高的硬度和耐磨性 （2）足够的强度和韧性 （3）高的耐热性与化学稳定性
• 图2－11 刀尖安装高低对工作角度的影响
2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
❖当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时
针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角 将减小。如图1-12所示。
图2－12车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响
三、刀具材料
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何 参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削 性能。
（4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性
（5）导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
2. 常用刀具材料
工具钢 硬质合金
陶瓷
包括碳素工具钢、 合金工具钢和高 速钢。
有钨钴类硬质合金、 钨钛钴类硬质合金 和钨钛钽（铌）类 硬质合金。
超硬刀具材料
推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、立方氮化硼等。
高速钢和硬质合金 的主要物理力学性能见 表2-1、2(p15)。
1．高速钢
•它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高
合金钢。
•热处理后硬度可达62～66HRC, 抗弯强度约3.3GPa，
有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐热性。切削温度 在500～650°C时仍能进行切削。
（2)主后刀面Aα 与工件正在被切削加工的表面 （过渡表面）相对的刀面。
（3)副后刀面Aα‘ 与工件已切削加工的表面相对 的刀面。
图2－4 车 刀 的 构 成
2.刀刃
（1）主切削刃S 前面与主后面在空间的交线。
（2）副切削刃S' 前面与副后面在空间的交线。
3．刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃 二条刀刃汇交的一小段切削刃。
变化，从而导致工作前角γoe、工作后角αoe 的变化。
刀具工作参考系
(1)工作基面pre (2)工作切削平面pse (3)工作正交平面poe
通过切削刃上的考 查点，垂直于合成 切削运动速度方向 的平面。
通过切削刃上的 考查点，与切削 刃相切且垂直于 工作基面的平面。
通过切削刃上的考查点， 同时垂直于工作基面、工 作切削平面的平面。
常用每齿进给量 fz，单位为mm/z或mm/齿。
它与进给量f的关系为
f=zfz
车削时进给速度vf可由下式计算
vf=fn
铣削时进给速度为
合成切削速度ve可表达为
vf=fn=zfzn
vc=ve+vf
③背吃刀量ap
在基面上垂直于 进给运动方向测 量的切削层最大 尺寸,外圆车削:
ap＝(dw-dm)/2
vc、f、ap 构成了普通外圆车削的切削用量三要
一、金属切削加工的基本概念
1. 切削运动
（1） 主运动
①主运动方向
②切削速度vc
切削刃上选定 点相对于工件 的主运动的瞬 时速度。
由机床或人力提供的刀具与 工件之间主要的相对运动, 它使刀具切削刃及其邻近的 刀具表面切入工件材料，使 被切削层转变为切屑, 从而 形成工件的新表面。在切削 运动中，主运动速度最高、 耗功最大，是切下切屑所必 须的基本运动。
金属切削刀具的基本知识
金属切削加工的目的： 使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表
面质量达到设计与使用要求。 金属切削加工要切除工件上多余的金属，形成已加
工表面，必须具备两个基本条件：切削运动(造型运动)和 刀具(几何形态)。造型运动的复杂程度将影响机床的结构。 刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度，同时 也会促进刀具材料、刀具制造工艺的发展。
垂直于正在加工的 表面（过渡表面）度量 的切削层参数。
hD＝fsinKr
图2－3 车削时的切削层尺寸
③切削层公称横截面积AD
在切削层参数平 面内度量的横截 面积。
AD＝hDbD=apf
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有 关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD 或f、ap有关。
二、刀具角度
பைடு நூலகம்
（3）正交平面中测量的刀具角度
1)前角γO 前面与基面之间的夹角。
2)后角αo 后面与切削平面之间的夹角。 3)楔角βo 前面与后面之间的夹角，它是个派生角。 它与前角、后角有如下的关系：βo＝90°－(γO＋αo) βo也是判断标注是否正确的验证式之一。 说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀 杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影 响等条件下确定的。
是指刀具在进给运动方向上相对工件的 位移量。
当主运动是回转运动时，进给量指 工件或刀具每回转一周，两者沿进给方 向的相对位移量，单位为mm/r；
当主运动是直线运动时，进给量指 刀具或工件每往复直线运动一次，两者 沿进给方向的相对位移量，单位为 mm/str或mm/单行程；
对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，
的运动轨迹面就是工件上的加工表面 和已加工表面。
➢有两个要素，一是切削刃, 二是切
削运动。
➢不同的切削运动的组合,即可形成
各种工件表面。
车削加工是一种最常见的、典型的切削加工 方法。车削加工过程中工件上有三个不断变化着 的表面（图1-1） 。
（1）待加工表面 （2）已加工表面 （3）过渡表面
工件上待切除 的表面。
❖粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯
氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然 后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、 插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。高速钢的主要物理 力学性能见表2-1(p15)。
（一）刀具的构成
由工作部分和非工作部分构成。
车刀的工作部分比较简单，只由切削部分 构成，非工作部分就是车刀的柄部(或刀 杆)。
不论刀具结构如何复杂，就其单刀齿切削部 分，都可以看成由外圆车刀的切削部分演变 而来，本节以外圆车刀为例来介绍其几何参 数。
刀具切削部分的基本定义
1.刀 面
图2－4
（1)前刀面Aγ 切屑流过的刀面。
（1）基面中测量的刀具角度
1）主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给 运动速度vf 方向之间的夹角。
2）副偏角κr′ 副切削刃在基面上的投影与进给 运动速度vf反方向之间的夹角。
3）刀尖角εr 主、副切削刃在基面上的投影之 间的夹角，它是派生角度。εr=180°-(κr ＋κr′) εr是标注角度是否正确的验证公式之一。
图2－7 车刀的主要角 度
（四）刀具工作角度
刀具在工作参考
系中确定的角度
称为刀具工作角
度。
研究刀具工
1．刀具工作参考系的建立
作角度的变化趋 势，对刀具的设
计、改进、革新
有重要的指导意
义。
与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相
似，不同点就在于它以合成切削运动υe或刀具安装位
置条件来确定工作参考系的基面pre。 由于工作基面的变化，将带来工作切削平面pse的
❖通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑性
差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。
❖高性能高速钢 高性能高速钢是指在通用型高速钢中增
加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达67～ 70HRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不 锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型 牌号有M42、5O1。
素。
材料切除率，用Qz表示
三要素的乘积作 为衡量指标，单 位为mm3/min，
Qz=1000vcfap
（2）切削层参数
①切削层公称厚度hD
②切削层公称宽度bD
平行于正在加 工的表面（过 渡表面）度量 的切削层参数。
bD＝ap／sinKr
切削层是指在切削过程中， 由刀具在切削部分的一个单一 动作（或指切削部分切过工件 的一个单程，或指只产生一圈 过渡表面的动作）所切除的工 件材料层（图1－2）。
工件上经刀具 切削后产生的 新表面。
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。
3、切削要素
（1）切削用量要素
切削要素主要指控 制切削过程的切削 用量要素和在切削 过程中由余量变成 切屑的切削层参数。
①切削速度 ②进给量
对切削运动定量描述的 重要指标之一。外圆车 削的切削速度为
在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性， 一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
（三）定义刀具角度的参考系
• 刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测 量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切 削部分几何形状（各表面空间位置）的重要 参数。 • 用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面 称为参考系; • 参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作 参考系两类。
•由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制
造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻 头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。
（1）高速钢的分类
➢按用途可分为：通用高速钢和高性能高
速钢。
➢按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末
冶金高速钢和表面涂层高速钢。
➢按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。
（2）常用高速钢的牌号与性能
切削刃上选定 点相对于工件 的瞬时主运动 方向。
（2） 进给运动
①进给运动方向 ②进给速度vf
刀具与工件之间附加
的相对运动, 它配合主运动 依次地或连续不断地切除
切屑, 从而形成具有所需几 何特性的已加工表面。
进给运动可由刀具完
成(如车削)，也可由工件完 成(如铣削)，可以是间歇的 （如刨削）, 也可以是连续 的（如车削）。
刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削 部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配 的刀具材料。
金属切削过程中的加工质量、加工效率、加 工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选 择。因此，材料、结构和几何形状是构成刀具切 削性能评估的三要素。
1. 刀具材料应具备的性能
（1）高的硬度和耐磨性 （2）足够的强度和韧性 （3）高的耐热性与化学稳定性
• 图2－11 刀尖安装高低对工作角度的影响
2）刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
❖当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时
针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角 将减小。如图1-12所示。
图2－12车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响
三、刀具材料
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何 参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削 性能。
（4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性
（5）导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，
延长刀具寿命，便于刀具的制造，资源丰富，价格低廉。
2. 常用刀具材料
工具钢 硬质合金
陶瓷
包括碳素工具钢、 合金工具钢和高 速钢。
有钨钴类硬质合金、 钨钛钴类硬质合金 和钨钛钽（铌）类 硬质合金。
超硬刀具材料
推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、立方氮化硼等。
高速钢和硬质合金 的主要物理力学性能见 表2-1、2(p15)。
1．高速钢
•它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高
合金钢。
•热处理后硬度可达62～66HRC, 抗弯强度约3.3GPa，
有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐热性。切削温度 在500～650°C时仍能进行切削。
（2)主后刀面Aα 与工件正在被切削加工的表面 （过渡表面）相对的刀面。
（3)副后刀面Aα‘ 与工件已切削加工的表面相对 的刀面。
图2－4 车 刀 的 构 成
2.刀刃
（1）主切削刃S 前面与主后面在空间的交线。
（2）副切削刃S' 前面与副后面在空间的交线。
3．刀尖
三个刀面在空间的交点，也可理解为主、副切削刃 二条刀刃汇交的一小段切削刃。
变化，从而导致工作前角γoe、工作后角αoe 的变化。
刀具工作参考系
(1)工作基面pre (2)工作切削平面pse (3)工作正交平面poe
通过切削刃上的考 查点，垂直于合成 切削运动速度方向 的平面。
通过切削刃上的 考查点，与切削 刃相切且垂直于 工作基面的平面。
通过切削刃上的考查点， 同时垂直于工作基面、工 作切削平面的平面。
常用每齿进给量 fz，单位为mm/z或mm/齿。
它与进给量f的关系为
f=zfz
车削时进给速度vf可由下式计算
vf=fn
铣削时进给速度为
合成切削速度ve可表达为
vf=fn=zfzn
vc=ve+vf
③背吃刀量ap
在基面上垂直于 进给运动方向测 量的切削层最大 尺寸,外圆车削:
ap＝(dw-dm)/2
vc、f、ap 构成了普通外圆车削的切削用量三要
一、金属切削加工的基本概念
1. 切削运动
（1） 主运动
①主运动方向
②切削速度vc
切削刃上选定 点相对于工件 的主运动的瞬 时速度。
由机床或人力提供的刀具与 工件之间主要的相对运动, 它使刀具切削刃及其邻近的 刀具表面切入工件材料，使 被切削层转变为切屑, 从而 形成工件的新表面。在切削 运动中，主运动速度最高、 耗功最大，是切下切屑所必 须的基本运动。
金属切削刀具的基本知识
金属切削加工的目的： 使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表
面质量达到设计与使用要求。 金属切削加工要切除工件上多余的金属，形成已加
工表面，必须具备两个基本条件：切削运动(造型运动)和 刀具(几何形态)。造型运动的复杂程度将影响机床的结构。 刀具的复杂程度将影响刀具刃磨制造的难易程度，同时 也会促进刀具材料、刀具制造工艺的发展。
垂直于正在加工的 表面（过渡表面）度量 的切削层参数。
hD＝fsinKr
图2－3 车削时的切削层尺寸
③切削层公称横截面积AD
在切削层参数平 面内度量的横截 面积。
AD＝hDbD=apf
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有 关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD 或f、ap有关。
二、刀具角度
பைடு நூலகம்
（3）正交平面中测量的刀具角度
1)前角γO 前面与基面之间的夹角。
2)后角αo 后面与切削平面之间的夹角。 3)楔角βo 前面与后面之间的夹角，它是个派生角。 它与前角、后角有如下的关系：βo＝90°－(γO＋αo) βo也是判断标注是否正确的验证式之一。 说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀 杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影 响等条件下确定的。