第一章 金屬切削原理與刀

1、一一.金屬切削加工的基本概念金屬切削加工的基本概念1.切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)：切削時(shí)，刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。：切削時(shí)，刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。1.1 切削運(yùn)動(dòng)及刀具結(jié)構(gòu)切削運(yùn)動(dòng)及刀具結(jié)構(gòu)切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)在切削過(guò)程中，消耗功率最在切削過(guò)程中，消耗功率最多，速度最高的運(yùn)動(dòng)。多，速度最高的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使金屬層不斷投入切削，以使金屬層不斷投入切削，以加工出整個(gè)工件表面的運(yùn)動(dòng)加工出整個(gè)工件表面的運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)的速度（線速度），就是切削速度。主運(yùn)動(dòng)的速度（線速度），就是切削速度。主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有兩個(gè)以上。主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以有兩個(gè)以上。2.切削用量切削用量（切削用量三要素）

2、（切削用量三要素）（1）切削速度切削速度v 在單位時(shí)間內(nèi)，工件和刀具在單位時(shí)間內(nèi)，工件和刀具沿住運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移（主運(yùn)動(dòng)的速度）。沿住運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移（主運(yùn)動(dòng)的速度）。單位：?jiǎn)挝唬簃/s 或或 m/min。主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：V = = （m/s） d n1000式中：式中：d 工件待加工表面或刀具直徑工件待加工表面或刀具直徑（mm）； n 工件或刀具轉(zhuǎn)速工件或刀具轉(zhuǎn)速（r/s）。主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)：V = （m/s）2Lnr100060式中：式中：L 往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程長(zhǎng)度（往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程長(zhǎng)度（mm）；）； nr 主運(yùn)動(dòng)每分鐘往復(fù)次數(shù)。主運(yùn)動(dòng)每分鐘往復(fù)次數(shù)。（2）

3、進(jìn)給量進(jìn)給量f 工件或刀具的運(yùn)動(dòng)再一個(gè)工作工件或刀具的運(yùn)動(dòng)再一個(gè)工作循環(huán)（或單位時(shí)間）內(nèi)，刀具與工件之間沿進(jìn)循環(huán)（或單位時(shí)間）內(nèi)，刀具與工件之間沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移（也稱進(jìn)給速度）。單給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移（也稱進(jìn)給速度）。單位：位：mm/s, ,mm/r或或mm/min。（3）切削深度切削深度ap 工件上的已加工表面與待加工件上的已加工表面與待加工之間的距離（也稱背吃刀量，進(jìn)刀深）。單工之間的距離（也稱背吃刀量，進(jìn)刀深）。單位：位：mm。3.切削時(shí)的工件表面切削時(shí)的工件表面：已加工表面已加工表面過(guò)渡表面（加工表面）過(guò)渡表面（加工表面）待加工表面待加工表面已加工表面已加工表面過(guò)渡表面過(guò)渡表面

4、待加工表面待加工表面4.切削層幾何參數(shù)切削層幾何參數(shù)切削層切削層：由刀具在切削部位的一個(gè)單一動(dòng)作所由刀具在切削部位的一個(gè)單一動(dòng)作所切除的工件材料層。切除的工件材料層。切削層幾何參數(shù)切削層幾何參數(shù)：反映切削層截面幾何形狀尺反映切削層截面幾何形狀尺寸的數(shù)據(jù)。寸的數(shù)據(jù)。（1）切削層厚度切削層厚度ac: :兩兩相鄰加工表面間的垂直相鄰加工表面間的垂直距離距離。ac=f Sin（2）切削層長(zhǎng)度切削層長(zhǎng)度aw: 沿主切削刃度量的切削層尺沿主切削刃度量的切削層尺寸。寸。aw=ap/Sin（3）切削面積切削面積AC：切削層在垂直于切削速度截切削層在垂直于切削速度截面內(nèi)的面積。面內(nèi)的面積。Ac=acaw=fap

5、f（1）刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能 高硬度（刀具硬度大于高硬度（刀具硬度大于HRC60）；）； 高耐磨性；高耐磨性； 強(qiáng)度高，韌性好；強(qiáng)度高，韌性好； 熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐熱沖擊性好；熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐熱沖擊性好； 工藝性能好（包括鍛造性能、焊接性能、熱處工藝性能好（包括鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、磨削加工性能等）；理性能、磨削加工性能等）；經(jīng)濟(jì)性好；經(jīng)濟(jì)性好；二二. 金屬切削刀具的基本知識(shí)金屬切削刀具的基本知識(shí)1.刀具材料刀具材料 金屬切削技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際上就是刀具金屬切削技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際上就是刀具材料的發(fā)展和由此帶來(lái)的機(jī)床的發(fā)展。材料的發(fā)展和由此帶來(lái)的機(jī)床的發(fā)展。 工具

6、鋼工具鋼（2）常用刀具材料常用刀具材料工具鋼工具鋼碳素工具鋼碳素工具鋼（T8，T等）等）低合金工具鋼低合金工具鋼（CrWMn,9SiCr等）等） 高速鋼高速鋼（含（含W、Mo、Cr、V等元素比較多的高合金工具等元素比較多的高合金工具鋼鋼 ） 高速鋼的硬度、耐熱性比工具鋼高得多，允許高速鋼的硬度、耐熱性比工具鋼高得多，允許的切削速度也高得多，突出優(yōu)點(diǎn)是工藝性好（鍛的切削速度也高得多，突出優(yōu)點(diǎn)是工藝性好（鍛造性能、焊接性能、機(jī)械加工性能等）。因此，造性能、焊接性能、機(jī)械加工性能等）。因此，形狀較為復(fù)雜的刀具（如：鉆頭、齒輪滾刀等）形狀較為復(fù)雜的刀具（如：鉆頭、齒輪滾刀等）基本上是用高速鋼制造?；?/p>

7、上是用高速鋼制造。 特點(diǎn)特點(diǎn)硬度高，耐磨性好，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好硬度高，耐磨性好，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好好，耐高溫，因而允許使用的切削速度可達(dá)好，耐高溫，因而允許使用的切削速度可達(dá)100100300m/min300m/min，大大高于高速鋼，大大高于高速鋼；抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性不好，工藝性能較差；抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性不好，工藝性能較差； 種類種類 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金（高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物與金屬粘（高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物與金屬粘結(jié)劑在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品）結(jié)劑在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品） 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金鎢鈷類鎢鈷類（代號(hào)（代號(hào)YG）：）：YG3，YG6，YG8鎢

8、鈦鈷類鎢鈦鈷類（代號(hào)（代號(hào)YT）：）：YT5，YT15，YT30鎢鈦鉭（鈮）鈷類鎢鈦鉭（鈮）鈷類（代號(hào)（代號(hào)YW）：）：YW1，YW2碳化鈦基類碳化鈦基類（代號(hào)（代號(hào)YN）：）：YN05，YN10 特點(diǎn)特點(diǎn)硬度高（達(dá)硬度高（達(dá)HRA9195），耐磨，耐高溫），耐磨，耐高溫（1200時(shí)，時(shí)，HRA80），化學(xué)穩(wěn)定性好，不），化學(xué)穩(wěn)定性好，不易與其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。易與其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?？箯潖?qiáng)度低，沖擊韌性差?？箯潖?qiáng)度低，沖擊韌性差。常用材料有：氧化鋁陶瓷（常用材料有：氧化鋁陶瓷（Al2O3）；）； 金屬陶瓷金屬陶瓷（ Al2O3 +TiC）；氮化硅陶瓷（）；氮化硅陶瓷（ Al2O3 + S

9、i3N4）；）；在高速鋼（或韌性較好的硬質(zhì)合金）的刀具基體在高速鋼（或韌性較好的硬質(zhì)合金）的刀具基體上涂敷一層耐磨性好的難熔金屬化合物。此類刀上涂敷一層耐磨性好的難熔金屬化合物。此類刀具的耐用度比高速鋼高具的耐用度比高速鋼高210倍，比倍，比硬質(zhì)合金高硬質(zhì)合金高13倍；加工件硬度越高，涂層刀具的效果越好。倍；加工件硬度越高，涂層刀具的效果越好。金剛石金剛石 特點(diǎn)特點(diǎn)硬度特高，耐磨性特好，刀刃異常鋒利，用硬度特高，耐磨性特好，刀刃異常鋒利，用于超精密加工。于超精密加工。與鐵的親和力好，因而不宜加工鋼，鑄鐵等與鐵的親和力好，因而不宜加工鋼，鑄鐵等材料，用于加工有色金屬，硬質(zhì)合金。材料，用于加工有色

10、金屬，硬質(zhì)合金。立方氮化硼立方氮化硼 特點(diǎn)特點(diǎn)硬度和耐磨性特僅次于金剛石，與鐵系元素硬度和耐磨性特僅次于金剛石，與鐵系元素不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可加工淬硬鋼、淬硬鑄鐵不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可加工淬硬鋼、淬硬鑄鐵等。等。高溫時(shí)易于水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只能干切削。高溫時(shí)易于水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只能干切削。 車(chē)刀切削部分的組成車(chē)刀切削部分的組成: : 3個(gè)個(gè)刀面刀面 2個(gè)個(gè)刀刃刀刃 1個(gè)個(gè)刀尖刀尖2.車(chē)刀的形狀及幾何角度車(chē)刀的形狀及幾何角度（1）刀具切削部分的幾何要素刀具切削部分的幾何要素前前 刀刀 面面主后刀面主后刀面副后刀面副后刀面刀刀 尖尖主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃（2）定義刀具角度的參考系定義刀具角度

11、的參考系 刀具角度是為刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)所刀具角度是為刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。（各表面空間位置）的重要參數(shù)。 用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面稱為參用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面稱為參考系考系; 參考系可分為參考系可分為刀具靜止參考系刀具靜止參考系和和刀具工作參考系刀具工作參考系兩類。兩類。 在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)，用于定義刀具幾何在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)，用于定義刀具幾何 參數(shù)的參考系稱為刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系。參數(shù)的參考系稱為刀具

12、靜止參考系或標(biāo)注角度參考系。 在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。 刀具在切削過(guò)程中，基面、切削平面和主剖面的位置刀具在切削過(guò)程中，基面、切削平面和主剖面的位置會(huì)發(fā)生變化，使刀具靜止參考系變?yōu)榈毒吖ぷ鲄⒖枷?。?huì)發(fā)生變化，使刀具靜止參考系變?yōu)榈毒吖ぷ鲄⒖枷怠?在此參考系中度量的刀具角度即為刀具的工作角度。在此參考系中度量的刀具角度即為刀具的工作角度。 三個(gè)坐標(biāo)平面三個(gè)坐標(biāo)平面主剖面主剖面參考系（正交平面參考系）參考系（正交平面參考系）基面基面（Pr）切削平面切削平面（Ps）主剖面主剖面（Po）通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)且垂直于該點(diǎn)通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)且垂

13、直于該點(diǎn)切削速度方向的平面切削速度方向的平面通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，與主切通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切且垂直該點(diǎn)基面的平面削刃相切且垂直該點(diǎn)基面的平面通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，且垂直于通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，且垂直于基面和切削平面的平面基面和切削平面的平面基面、切削平面和主剖面（也稱基面、切削平面和主剖面（也稱正交平面）組成了一個(gè)空間坐標(biāo)參正交平面）組成了一個(gè)空間坐標(biāo)參考系，即：主剖面參考系，也稱正考系，即：主剖面參考系，也稱正交平面參考系。交平面參考系。選擇不同平面，就可組成不同參選擇不同平面，就可組成不同參考系（如：法剖面參考系）?？枷担ㄈ纾悍ㄆ拭鎱⒖枷担?。 前角前角0 主剖面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角主剖面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角 后角后角0 主剖面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間主剖面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角的夾角 主偏角主偏角r 基面內(nèi)測(cè)量的主切削刃在基面上的投影基面內(nèi)測(cè)量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角 副偏角副偏角r 基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃在基面上的投影基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角 刃傾角刃傾角s 切削平面內(nèi)測(cè)量