金屬切削基本知識(shí)

1、金屬切削基本知識(shí)一、零件表面的形成基本表面：外圓面、內(nèi)圓面（孔）、平面成形面：螺紋、齒輪的齒形、各種溝槽第一節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)及切削要素金屬切削基本知識(shí)金屬切削基本知識(shí)車外圓面金屬切削基本知識(shí)車成形面金屬切削基本知識(shí)車床上鏜孔金屬切削基本知識(shí)磨外圓面金屬切削基本知識(shí)鉆孔金屬切削基本知識(shí)銑平面金屬切削基本知識(shí)銑成形面金屬切削基本知識(shí)二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量 1. 切削運(yùn)動(dòng) 切削加工中刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)即切削運(yùn)動(dòng)。 切削運(yùn)動(dòng)可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)，也可以是連續(xù)的或間歇的金屬切削基本知識(shí) (1) 主運(yùn)動(dòng)由機(jī)床或人力提供的刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng), 它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料，使

2、被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行? 從而形成工件的新表面。在切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)(primary motion)速度最高、耗功最大。主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè)。金屬切削基本知識(shí) 刀具與工件之間附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng), 它配合主運(yùn)動(dòng)依次地或連續(xù)不斷地切除切屑, 從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具完成(如車削)，也可由工件完成(如銑削)，可以是間歇的(如刨削）, 也可以是連續(xù)的（如車削）。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是1個(gè)或多個(gè) （2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。（3）合成切削運(yùn)動(dòng)金屬切削基本知識(shí)各種切削加工的切削運(yùn)動(dòng)金屬切削基本知識(shí)切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)過程, 就是表面形成過程。有兩個(gè)要素，一是切

3、削刃, 二是切削運(yùn)動(dòng)。不同的切削運(yùn)動(dòng)的組合,即可形成各種工件表面。2、切削加工過程中的工件表面金屬切削基本知識(shí)車削加工過程中工件上有三個(gè)不斷變化著的表面。（1）待加工表面工件上待切除的表面。（2）已加工表面工件上已加工好的表面。（3）過渡表面工件上切削刃正在切削的表面。金屬切削基本知識(shí)3、切削用量切削用量三要素包括切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量。切削速度Vc 切削速度是單位時(shí)間內(nèi)刀具和工件在主運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移。 主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（車削、銑削）， Vc為最大線速度，Vc =dn/1000 主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)（刨削、插削）， Vc為平均速度，Vc =2Lnr/ 1000金屬切削基本知識(shí)進(jìn)給量f

4、進(jìn)給量是指單位時(shí)間內(nèi)刀具和工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)位移。 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/r； 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/str或mm/單行程； 對(duì)于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量 fz，單位為mm/z或mm/齒。它與進(jìn)給量f的關(guān)系為 f=zfz 進(jìn)給速度為Vf=fn=zfzn金屬切削基本知識(shí) 背吃刀量ap 背吃刀量是指在基面上垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層最大尺寸,工件上待加工表面與已加工表面之間的垂直距離，外圓車削: ap(dw-dm)/2

5、 金屬切削基本知識(shí)（2）切削層參數(shù) 切削層是指切削過程中，由刀具切削部分的一個(gè)單一動(dòng)作(如車削時(shí)工件轉(zhuǎn)一圈，車刀主切削刃移動(dòng)一段距離)所切除的工件材料層。 切削層公稱厚度hD 垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。 切削層公稱寬度bD 在給定瞬間，作用于主切削刃截形上兩個(gè)極限點(diǎn)間的距離，在切削層尺寸平面中測(cè)量，單位為mm。 金屬切削基本知識(shí)切削層公稱橫截面積AD 在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實(shí)際橫截面積，單位為mm2。上述公式中可看出 hD、bD均與主偏角有關(guān)，但切削層公稱橫截面積AD只與hD、bD或f、ap有關(guān)。金屬切削基本知識(shí)第二節(jié) 刀具切削部分的幾何參數(shù)一、 切削刀

6、具結(jié)構(gòu) 由工作部分和非工作部分構(gòu)成。 車刀的工作部分比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。 不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。金屬切削基本知識(shí)（1)前刀面 切屑流過的刀面。 1.刀 面（2)主后刀面 與工件正在被切削加工的表面 （過渡表面）相對(duì)的刀面。 （3)副后刀面 與工件已切削加工的表面相對(duì) 的刀面。（一）刀具切削部分的基本定義金屬切削基本知識(shí)金屬切削基本知識(shí)（1）主切削刃 前刀面與主后刀面在空間的交線。（2）副切削刃 前刀面與副后刀面在空間的交線。 3刀尖 三個(gè)刀面在空間的交點(diǎn)，

7、也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。 在實(shí)際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。金屬切削基本知識(shí)刀具角度是刀具設(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（各表面空間位置）的重要參數(shù)。參考系定義：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面。參考系包括：刀具靜止參考系和刀具工作參考系。（二）定義刀具角度的參考系金屬切削基本知識(shí)刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系：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。1刀具靜止參考系在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的是正交平面參考系。金屬切削基本知識(shí)

8、由以下三個(gè)在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。(1)基面pr通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。通常平行于車刀的安裝面（底面）。(2)切削平面ps 通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。(3)正交平面po 通過切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)與基面和切削平面垂直的平面。金屬切削基本知識(shí)金屬切削基本知識(shí)（三）刀具的標(biāo)注角度（1）基面中測(cè)量的刀具角度1）主偏角r 主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度vf 方向之間的夾角。2）副偏角r 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度vf反方向之間的夾角。金屬切削基本知識(shí)（2）切削平面中測(cè)量的刀具角度1）刃傾角s 主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平

9、面內(nèi)標(biāo)注或測(cè)量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行時(shí)s=0；當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對(duì)基面處于主切削刃上的最高點(diǎn)時(shí)s 0；反之s 0。 金屬切削基本知識(shí)（3）正交平面中測(cè)量的刀具角度1)前角O 前面與基面之間的夾角。2)后角o 后面與切削平面之間的夾角。說明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響等條件下確定的。金屬切削基本知識(shí)金屬切削基本知識(shí)（四）刀具工作角度 刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。 研究刀具工作角度的變化趨勢(shì)，對(duì)刀具的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。1刀具工作參考系的建立 與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同

10、點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng)e或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre。 金屬切削基本知識(shí)2刀具工作角度的分析 在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對(duì)工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。（1）刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響金屬切削基本知識(shí)用刃傾角s=0車刀車削外圓時(shí)，由于車刀的刀尖高于工件中心，工作前角oe增大，而工作后角oe減小。若切削刃低于工件中心，則工作前角oe增大，而工作后角oe減小1)刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響金屬切削基本知識(shí)當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直且逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)G角時(shí)，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。2）刀桿安裝偏

11、斜對(duì)工作主、副偏角的影響金屬切削基本知識(shí)第三節(jié) 刀具材料 金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對(duì)工件要有良好的切削性能。 刀具材料在切削時(shí)要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊、振動(dòng)，金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。金屬切削基本知識(shí)1. 刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌性（3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性（4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性（5）導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，延長刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價(jià)格低廉。 刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志 ，通常用

12、高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性金屬切削基本知識(shí) 2. 常用刀具材料工具鋼 包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金 有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷超硬刀具材料 推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、天然金剛石、聚晶金剛石、立方氮化硼等。 金屬切削基本知識(shí)1）碳素工具鋼和合金工具鋼碳素工具鋼：含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼(含碳量為0.7%1.2%，如T10A等)，淬火后硬度較高、價(jià)廉，但耐熱性較差。合金工具鋼：在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素而形成的。 (如 9SiCr等)，可適當(dāng)減少熱處理變形和提高耐熱性。由于這兩種刀具材料的耐熱性較

13、低，常用來制造一些切削速度不高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀、絲錐、板牙等，較少用于制造其它刀具。 金屬切削基本知識(shí)2）高速鋼高速鋼是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)6266HRC, GPa，有較高的熱穩(wěn)定性 、耐磨性 、耐熱性。切削溫度在500650C時(shí)仍能進(jìn)行切削。適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、插齒刀、剃齒刀、螺紋刀具和拉刀等。金屬切削基本知識(shí)按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為: 熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為: 鎢系和鉬系。 （1）高速鋼的分類 金屬切削基本知識(shí)（2）常用高速

14、鋼的牌號(hào)與性能通用型高速鋼 W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價(jià)高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用。高性能高速鋼 高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)6770HRC，抗氧化能力、耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號(hào)有M42。粉末冶金高速鋼 粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。金屬切削基本知識(shí)硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物(碳化鎢W

15、C、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為8993HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)8001000C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高510倍 。但強(qiáng)度、韌度均較高速鋼低，工藝性也不如高速鋼。常制成各種型式的刀片，焊接或機(jī)械夾固在車刀、刨刀、端銑刀等的刀柄(刀體)上使用。 3）硬質(zhì)合金金屬切削基本知識(shí)鎢鈷類（WC+Co）；YG,屬K類鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）；YT,屬P類鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金（WC+TiC+TaC+（NbC）+Co） :YW，屬M(fèi)類（1）硬質(zhì)合金的分類 金屬切削基

16、本知識(shí)（2）常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及其性能 K (YG)（鎢鈷類）類硬質(zhì)合金（紅色）：有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，適合加工短切屑的金屬或非金屬材料，如淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁合金、塑料等。 其代號(hào)有K01、K10、K20、K30、K40等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。 精加工可用K01；半精加工可用K10，K20；粗加工選用K30。金屬切削基本知識(shí) P類（YT）（鎢鈦鈷類）硬質(zhì)合金（藍(lán)色）： 以WC為基體, 添加TiC，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。適合加工長切屑的黑色金屬，如

17、鋼、鑄鋼等。 其代號(hào)有P01、P10、P20、P30、P40、P50等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。 精加工可用P01；半精加工選用P10、P20；粗加工選用P30。 金屬切削基本知識(shí) M類（YW）（鎢鈦鉭（鈮）類） (黃色) ： 在YT(P)類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，可提高抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等，既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。適合加工長(短)切屑的金屬材料 ，如鋼、鑄鋼、不銹鋼等難切削材料等。 其代號(hào)有M10、M20、M30、M40等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。 精加工可用M10；半精加工可用M20；粗加工選用M30。 金屬

18、切削基本知識(shí)4）涂層刀具材料 通過氣相沉積或其它技術(shù)方法，在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al203及其復(fù)合材料等, 涂層厚度隨刀具材料不同而異。（1）TiC涂層 硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時(shí)能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。（2）TiN涂層 在高溫時(shí)能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。金屬切削基本知識(shí)（3）TiCTiN復(fù)合涂層 第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。（4）TiC-Al203復(fù)合涂層 第一層涂T