第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)課件

第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)本章提要1.1基本定義1.2刀具材料第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)本章提要1.1基本定義1.本章主要介紹金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)，分兩大部分：一、基本定義——介紹金屬切削過程方面的一些基本概念，它包括切削運(yùn)動(dòng)、切削用量、參考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具標(biāo)注角度、切削層參數(shù)等。二、刀具材料——介紹刀具材料應(yīng)具備的性能（硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性、耐熱性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性），兩種常用的刀具材料（高速鋼、硬質(zhì)合金）和其它刀具材料（涂層、陶瓷、人造金剛石、立方氮化硼）。本章提要本章主要介紹金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)，1）理解金屬切削過程的四大規(guī)律：

變形規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具前角、切削速度、進(jìn)給量等對(duì)變形的影響。

切削力規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具角度、切削用量、刀具磨損對(duì)切削力的影響。

切削溫度規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具角度、切削用量、刀具磨損對(duì)切削溫度的影響。

刀具磨損與刀具耐用度規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具角度、切削用量、刀具材料性能對(duì)耐用度的影響。2）了解四大規(guī)律在生產(chǎn)過程中的四個(gè)方面

（工件材料切削加工性、切削液、切削用量、刀具幾何參數(shù)）的應(yīng)用。并具備合理選擇切削液、切削用量與刀具幾何參數(shù)的初步能力。在四大規(guī)律中，切削變形是最基本的一條規(guī)律。如果切削變形小，則切削力減少，切削溫度降低，刀具磨損減少，刀具耐用度提高。

1）理解金屬切削過程的四大規(guī)律：1.1基本定義1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.3刀具角度的換算1.1.5切削層參數(shù)與切削形式

1.1.4刀具工作角度1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1基本定義1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.3如外圓車削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具作縱向直線運(yùn)動(dòng)，形成了工件的外圓表面。在新的表面的形成過程中，工件上有三個(gè)依次變化的表面（圖1.1）：圖1.1車削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)待加工表面：即將被切去金屬層的表面;加工表面：切削刃正在切削著的表面;已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量如外圓車削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具作縱向直線運(yùn)動(dòng)，形1.1.1.1切削運(yùn)動(dòng)金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但是，按切削時(shí)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的作用來分，可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖1.1所示。（1）主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是切下金屬所必須的最主要的運(yùn)動(dòng)。通常它的速度最高，消耗機(jī)床功率最多。（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)，也可以是間歇運(yùn)動(dòng)。1.1.1.1切削運(yùn)動(dòng)金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)有當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)，其大小與方向用合成速度向量ve表示。如圖1.3所示，合成速度向量等于主運(yùn)動(dòng)速度與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的向量和。即ve=vc+vf(1.1)（3）合成運(yùn)動(dòng)與合成切削速度當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)圖1.3切削時(shí)合成切削速度圖1.3切削時(shí)合成切削速度（1）切削速度大多數(shù)切削加工的主運(yùn)動(dòng)采用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回旋體（刀具或工件）上外圓或內(nèi)孔某一點(diǎn)的切削速度計(jì)算公式如下：

vc=

m/s或m/min(1.2)

式中d－工件或刀具上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑（mm)

n－工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min)1.1.1.2切削用量三要素

ve、f、ap稱之為切削用量三要素。（1）切削速度1.1.1.2切削用量三要素ve、f進(jìn)給速度vf是單位時(shí)間的進(jìn)給量，單位是mm/s(mm/min)進(jìn)給量是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時(shí)兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位是mm/r（毫米/轉(zhuǎn)）。對(duì)于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在它們進(jìn)行工作時(shí)，還應(yīng)規(guī)定每一個(gè)刀齒的進(jìn)給量fz，即后一個(gè)刀齒相對(duì)于前一個(gè)刀齒的進(jìn)給量，單位是mm/z(毫米/齒)。顯而易見

vf=f·n=fz·z·n

mm/s或mm/min（1.3）

（2）進(jìn)給速度、進(jìn)給量和每齒進(jìn)給量進(jìn)給速度vf是單位時(shí)間的進(jìn)給量，單位是mm/s(mm（3）背吃刀量對(duì)于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。外圓柱表面車削的深度可用下式計(jì)算：

ap=（dw-dm）/2mm(1.4)對(duì)于鉆孔工作

ap=dm/2mm(1.5)上兩式中dm——已加工表面直徑（mm）

dw——待加工表面直徑（mm）（3）背吃刀量對(duì)于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)課件1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.2.1

刀具切削部分的構(gòu)成要素三個(gè)刀面、兩個(gè)刀刃、一個(gè)尖圖1.3典型外圓車刀切削部分的構(gòu)成(1)前刀面(2)后刀面(3)切削刃(4)刀尖1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.2.1刀具切(1)前刀面前刀面Ar是切屑流過的表面。分為：與主切削刃毗鄰的稱為主前刀面；與副切削刃毗鄰的稱為副前刀面。（2）后刀面后刀面分為主后刀面與副后刀面。（3）切削刃切削刃是前刀面上直接進(jìn)行切削的邊鋒，有主切削刃和副切削刃之分。主切削刃指前刀面與主后刀面相交的鋒邊；副切削刃指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。（4）刀尖刀尖可以是主、副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，也可以是主、副兩條切削刃連接起來的一小段切削刃，它可以是圓弧，也可以是直線，通常都稱為過渡刃。(1)前刀面前刀面Ar是切屑流過的表面。分為：與1.1.2.2刀具標(biāo)注角度的參考系

假定運(yùn)動(dòng)條件：首先給出刀具的假定主運(yùn)動(dòng)方向和假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向；其次假定進(jìn)給速度值很小，可以用主運(yùn)動(dòng)向量vc近似代替合成速度向量ve；然后再用平行和垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的坐標(biāo)平面構(gòu)成參考系。

假定安裝條件：假定標(biāo)注角度參考系的諸平面平行或垂直于刀具便于制造、刃磨和測(cè)量時(shí)定位與調(diào)整的平面或軸線（如車刀底面、車刀刀桿軸線、銑刀、鉆頭的軸線等）。反之也可以說，假定刀具的安裝位置恰好使其底面或軸線與參考系的平面平行或垂直。

1.1.2.2刀具標(biāo)注角度的參考系假定運(yùn)動(dòng)條件：刀具標(biāo)注角度的參考系由下列諸平面構(gòu)成：（1）基面Pr通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。通常，基面應(yīng)平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和測(cè)量的某一安裝定位平面或軸。例如，圖1.6所示為普通車刀、刨刀的基面Pr，它平行于刀具底面。圖1.6普通車刀的基面Pr(2)切削平面Ps

通過切削刃選定點(diǎn)，與主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是主切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面。刀具標(biāo)注角度的參考系由下列諸平面構(gòu)成：（1）基面Pr圖1.6（3）主剖面P0和主剖面參考系（4）法剖面Pn和法剖面參考系主剖面P0是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于Pr和切削平面Ps的平面。圖1.8表示由Pr－Ps－P0組成的一個(gè)正交的主剖面參考系。法剖面Pn是通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。如圖1.8所示，由Pr－Ps－Pn組成的一個(gè)法剖面參考系。圖1.8主剖面與法剖面參考系（3）主剖面P0和主剖面參考系（4）法剖面Pn和法剖面參考系(5)進(jìn)給剖面Pf和背平面Pp及其組成的

進(jìn)給、背平面參考系進(jìn)給剖面Pf是通過切削刃選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向并垂直于基面Pr的平面。通常，它也平行或垂直與刀具上便于制造、刃磨和測(cè)量的某一安裝定位平面或軸線。由Pr－Pf－Pp組成一個(gè)進(jìn)給、背平面參考系，如圖1.9所示。背平面Pp是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于Pr和Pf的平面。圖1.9進(jìn)給、背平面參考系Pr－Pf－Pp(5)進(jìn)給剖面Pf和背平面Pp及其組成的

進(jìn)給、背第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的參考平面要確定和測(cè)量刀具角度，必須引入三個(gè)相互垂直的參考平面：(1)切削平面：通過主切削刃上某一點(diǎn)并與工件加工表面相切的平面。第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的參考平面第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(2)基面:通過主切削刃上某一點(diǎn)并與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面。第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(2)基面:通過主切削刃上某一點(diǎn)第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(3)正交平面:通過主切削刃上某一點(diǎn)并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(3)正交平面:通過主切削刃上某第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的標(biāo)注角度(1)前角：在正交平面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角，前角表示前刀面的傾斜程度；(2)后角：在正交平面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角，后角表示主后刀面的傾斜程度；第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的標(biāo)注角度第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)課件1.1.2.3刀具工作角度的參考系上述刀具標(biāo)注角度參考系，在定義基面時(shí)，都只考慮主運(yùn)動(dòng)，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即在假定運(yùn)動(dòng)條件下確定的參考系。但刀具在實(shí)際使用時(shí)，這樣的參考系所確定的刀具角度，往往不能確切地反映切削加工的真實(shí)情形。只有用合成切削運(yùn)動(dòng)方向ve來確定參考系，才符合切削加工的實(shí)際。例如，圖1.10所示三把刀具的標(biāo)注角度完全相同，但由于合成切削運(yùn)動(dòng)方向ve不同，后刀面與加工表面之間的接觸和摩擦的實(shí)際情形有很大的不同。

同樣，刀具實(shí)際安裝位置也影響工作角度的大小。刀具工作角度參考系同標(biāo)注角度參考系的唯一區(qū)別是用ve取代vc，用實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。1.1.2.3刀具工作角度的參考系上述刀具標(biāo)注角圖（a）刀具后刀面同工件之間有適宜的間隙，切削情況正常；(a)圖1.10刀具工作角度示意圖圖（a）刀具后刀面同工件之間有適宜的間隙，切削情況正常；(a圖（b）該兩個(gè)表面全面接觸，摩擦嚴(yán)重；(b)圖1.10刀具工作角度示意圖圖（b）該兩個(gè)表面全面接觸，摩擦嚴(yán)重；(b)圖1.10刀刀具工作角度示意圖圖（c）刀具的背棱頂在已加工表面上，切削刃無法切入，切削條件被破壞?？梢?，在這種場(chǎng)合下，只考慮主運(yùn)動(dòng)的假定條件是不合適的，還必須考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的影響，也就是必須考慮合成切削運(yùn)動(dòng)方向來確定刀具工作角度的參考系。圖1.10刀具工作角度示意圖刀具工作角度示意圖圖（c）刀具的背棱頂在已加工表面上1.1.2.4刀具的標(biāo)注角度在刀具的標(biāo)注角度參考系中確定的切削刃與刀面的方位角度，稱為刀具標(biāo)注角度。在切削刃是曲線或前、后刀面是曲面的情況下，定義刀具的角度時(shí)，應(yīng)該用通過切削刃選定點(diǎn)的切線或切平面代替曲刃或曲面。主剖面參考系里的標(biāo)注角度的名稱、符號(hào)與定義如圖1.11：同理，副切削刃及其相關(guān)的前刀面、后刀面在空間的定位也需要四個(gè)角度：即副偏角κ’r，副刃傾角λ’s，副前角γ’0，副后角α’0。它們的定義與主切削刃上的四種角度類似。前角γ0后角α0主偏角κr刃傾角λs1.1.2.4刀具的標(biāo)注角度在刀具的標(biāo)注角度參考前角γ0：前刀面與基面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.11(a)主剖面系標(biāo)注的刀具角度前角γ0：前刀面與基面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.1后角α0：后刀面與切削平面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.11(b)主剖面系標(biāo)注的刀具角度后角α0：后刀面與切削平面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.圖1.11(c)主剖面系標(biāo)注的刀具角度kr主偏角κr：基面中測(cè)量的主切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。圖1.11(c)主剖面系標(biāo)注的刀具角度kr主偏角κr：刃傾角λs：切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。圖1.11(d)主剖面系標(biāo)注的刀具角度刃傾角λs：切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。圖1.由于圖1.11所示車刀副切削刃與主切削刃共處在同一前刀面上，因此，當(dāng)γ0、λs兩者確定后，前刀面的方位已經(jīng)確定，γ’0、λ’s兩個(gè)角度可由γ0、λs、κr、

κ’r等角度換算出來，稱為派生角度。由上分析可知，圖1.11中外圓車刀有三個(gè)刀面，兩個(gè)切削刃，所需標(biāo)注的獨(dú)立角度只有六個(gè)。此外，根據(jù)分析刀具的需要還要給定幾個(gè)派生角度，它們的名稱與定義如下：

楔角β0

：主剖面中測(cè)量的前、后刀面間夾角。β0＝90°－（γ0＋α0）（1.6）刀尖角εr

：基面中測(cè)量的主、副切削刃間夾角。εr＝180°－（κr＋

κ’r）（1.7）由于圖1.11所示車刀副切削刃與主切削刃共處在同一前前角、后角、刃傾角正負(fù)的規(guī)定如圖1.12所示：在主剖面中，前刀面與基面平行時(shí)前角為零，前刀面與切削平面間夾角小于90°時(shí)前角為正、大于90°時(shí)后角為正，大于90°時(shí)后角為負(fù)，刃傾角的正負(fù)如圖1.12所示。(a)λs＝0(b)－λs(c)+λs圖1.12刃傾角λs的符號(hào)前角、后角、刃傾角正負(fù)的規(guī)定如圖1.12所示：在主剖1.1.3刀具角度的換算1.1.3.1主剖面與法剖面內(nèi)的角度換算在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和檢驗(yàn)中，常常需要知道主切削刃在法剖面內(nèi)的角度。許多斜角切削刀具，特別是大刃傾角刀具，必須標(biāo)注法剖面角度。它們的計(jì)算公式如下：

在設(shè)計(jì)和和制造刀具時(shí)，需要對(duì)不同參考系內(nèi)的標(biāo)注角度進(jìn)行換算，也就是主剖面、法剖面、背平面、進(jìn)給剖面之間角度換算。tanγn=tanγ0.cosλscotαn=cotα0.cosλs

1.1.3刀具角度的換算1.1.3.1主剖面與法剖面1.1.3.1主剖面與法剖面內(nèi)的角度換算以前角計(jì)算公式為例，公式推導(dǎo)如下：

1.1.3.1主剖面與法剖面內(nèi)的角度換算以前角計(jì)算公式1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算求解任意剖面Pθ內(nèi)的前角γθ：tanγθ

得tanγθ＝tanγ0.sinθ+tanλs.cosθ（1.10）1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算當(dāng)θ＝0時(shí):tanγθ=tanλs，γθ＝λs當(dāng)θ＝90°－kr時(shí)，可得切深前角γp:tanγp=tanγ0.coskr＋tanλs.sinkr（1.11）當(dāng)θ＝180°－kr時(shí)，可得切深前角γf:tanγf=tanγ0.sinkr＋tanλs.coskr（1.12）對(duì)式1.10利用微商求極值，可得最大前角γg

tanγg＝（1.13）或tanγg＝（1.14）1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算當(dāng)θ＝0時(shí):tanγθ=tanλs，γθ＝λs1.1.3最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之間夾角θmax為：tanθmax＝（1.15）同理，可求出任意剖面內(nèi)的后角αθ：當(dāng)θ＝90°－kr時(shí)：當(dāng)θ＝180°－kr時(shí):(1.17)(1.18)1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之間夾角θmax為：1.1.4刀具工作角度(1)橫車如(圖1.15)：

以切斷車刀為例，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，車刀主切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓周，切削平面Ps為通過切削刃上該點(diǎn)切于圓周的平面，基面Pr的平面，γ0、α0為標(biāo)注前角和后角。當(dāng)考慮橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之后，切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為一平面阿基米德螺旋線，切削平面變?yōu)橥ㄟ^切削刃切于螺旋面的平面Pse，基面也相應(yīng)傾斜為Pre，角度變化值為η。工作主剖面P0e仍為平面。此時(shí)在工作參考系（Pre、Pse、P0e）內(nèi)的工作角度γ0e和α0e為：γ0e＝γ0+η;α0e=α0－η。1.1.1.4進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響1.1.4刀具工作角度(1)橫車如(圖1.15)：1.η角稱為合成切削速度角，它是主運(yùn)動(dòng)方向與合成運(yùn)動(dòng)切削速度方向之間的夾角。由η角定義可知：tanη＝=(1.19)

(1)橫車式中d為隨著車刀進(jìn)給而不斷變化著的切削刃選定點(diǎn)處工件的旋轉(zhuǎn)直徑，η值是隨著切削刃趨近工件中心而增大的；在常用進(jìn)給量下當(dāng)切削刃距離工件中心1mm時(shí)，η＝1°40′；再靠近中心，η值急劇增大，工作后角變?yōu)樨?fù)值。η角稱為合成切削速度角，它是主運(yùn)動(dòng)方向與合成運(yùn)動(dòng)切削①刀具裝夾位置的影響①刀具裝夾位置的影響（2）縱車

同理，也是由于工作中基面和切削平面發(fā)生了變化，形成了一個(gè)合成切削速度角η，引起了工作角度的變化。如圖1.16所示，假定車刀λs＝0，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削平面Ps垂直于刀桿底面，基面Pr平行于刀桿底面，標(biāo)注角度為γ0、α0；考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后，工作切削平面Pse為切于螺旋面的平面，刀具工作角度的參考系（Pse、Pre）傾斜一個(gè)角η，則工作進(jìn)給剖面（仍為原進(jìn)給剖面）內(nèi)的工作角度為：γfe＝γf+η；αfe＝αf－η（2）縱車同理，也是由于工作中基面和切削平面發(fā)生了由合成切削速度角η的定義可知：tanη=

式中f－進(jìn)給量dw－切削刃選定在A點(diǎn)時(shí)的工件待加工表面直徑。上述角度變化可以換算至主剖面內(nèi)：tanη0＝tanη.sinkr；γ0e＝γ0＋η0（1.20）由上式可知：η值不僅與進(jìn)給量f有關(guān)，也同工件直徑dw有關(guān)；dw越小，角度變化值越大。（2）縱車由合成切削速度角η的定義可知：（2）縱車1.1.4.2刀具安裝對(duì)工作角度的影響（1）刀尖安裝對(duì)工作角度的影響當(dāng)?shù)都獍惭b得高于工件中心線時(shí)，工作切削平面將變?yōu)镻se，工作基面變?yōu)镻re，工作角度γpe增大，αpe減小。在背平面（P－P仍為標(biāo)注背平面）內(nèi)角度變化值為θp：tanθp＝（1.21）

式中h－刀尖高于工件中心線的數(shù)值（mm）；dw－工件直徑1.1.4.2刀具安裝對(duì)工作角度的影響（1）刀尖安裝對(duì)工則工作角度為：

γpe＝γp＋θp或

αpe＝αp－θp（1.22）上述都是在刀具的背平面（Pp－Pp）內(nèi)的角度變化，還需要換算到工作主剖面內(nèi)：tanθ0＝（1.23）或；（1.24）（1）刀尖安裝對(duì)工作角度的影響則工作角度為：

γ（2）刀桿安裝傾斜對(duì)工作角度的影響車刀刀桿與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，工作主偏角kre和工作副偏角k’re將發(fā)現(xiàn)；（1.25）式中G—假定進(jìn)給剖面與工作進(jìn)給剖面之間的夾角，在基面內(nèi)測(cè)量。也就是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的垂線和刀桿中心線間的夾角。（2）刀桿安裝傾斜對(duì)工作角度的影響車刀刀桿與進(jìn)給方向1.1.5切削層參數(shù)與切削形式1.1.5.1切削層

各種切削加工的切削層參數(shù)，可用典型的外圓縱車來說明。如(圖1.19)所示，車刀主切削刃上任意一點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)就軌跡是一條空間螺旋線。它們的各義及說明如下：工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿工件軸線移動(dòng)一段距離，即進(jìn)給量（f，mm/r）。由車刀正在切削著的這一層金屬，就叫切削層。在特殊情況下（kr＝90°）為矩形。在外圓縱車時(shí)，當(dāng)k’r＝0、λs＝0時(shí)，切削層的表面形狀為一平行四邊形。1.1.5切削層參數(shù)與切削形式1.1.5.1切削層工件(1)切削厚度為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，切削層的表面形狀和尺寸，通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr內(nèi)觀察和量度。切削層參數(shù)為：垂直于加工表面來度量的切削層尺寸（圖1.19），稱為切削厚度，以hD表示。在外圓縱車（λs＝0）時(shí)：hD＝f.sinkr（1.26）（2）切削寬度沿加工表面度量的切削層尺寸，稱為切削寬度，以bD表示。外圓縱車（當(dāng)λs＝0時(shí)）bD=ap/sinkr（1.27）可見，在f與ap一定的條件下，主偏角kr越大，切削厚度hD也就越大，但切削寬度bD越?。籯r越小時(shí)，hD越小，bD越大；當(dāng)kr＝90時(shí)，hD＝f。曲線形主切削刃、切削層各點(diǎn)的切削厚度互不相等。(1)切削厚度為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，切削層的表面形狀和（3）切削面積切削層在基面Pr的面積，稱為切削面積，以AD表示。其計(jì)算公式為：AD=hD.bD（1.28）對(duì)于車削來說，不論切削刃形狀如何，切削面積均為：AD＝hD.bD=f.ap（1.29）上面所計(jì)算的均為名義切削面積。實(shí)際切削面積等于名義切削面積減去殘留面積。

殘留面積是指刀具副偏角k’r≠0時(shí)，刀具經(jīng)過切削后，殘留在已加工表面上的不平部分（△ABE）的剖面面積。（3）切削面積切削層在基面Pr的面積，稱為切削面積，1.1.5.2切削形式（1）正切削與斜切削切削刃垂直于合成切削方式稱為正切削或直角切削。如果切削刃不垂直于切削方向則稱為斜切削或斜角切削。圖1.23所示為刨削時(shí)的正切削和斜切削。圖1.23正切削與斜切削（a）（b）1.1.5.2切削形式（1）正切削與斜切削圖1.23正切（2）自由切削與非自由切削只有直線形主切削刃參加切削工作，而副切削刃不參加切削工作，稱為自由切削。曲線主切削刃或主、副切削刃都參加切削者，稱為非自由切削。這是根據(jù)切削變形是二維問題或三維問題進(jìn)行區(qū)分的。為了簡(jiǎn)化研究工作，通常采用自由切削變形區(qū)和觀察和研究。（2）自由切削與非自由切削只有直線形主切削刃參加切削1.2刀具材料1.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能1.2.2常用的刀具材料1.2.3其它刀具材料在切削過程中，刀具直接切除工件上的余量并形成已加工表面，刀具材料對(duì)金屬切削的生產(chǎn)率、成本、質(zhì)量有很大的影響，因此要重視刀具材料的正確選擇與合理使用。1.2刀具材料1.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能1.2.21.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能作為刀具材料應(yīng)滿足以下基本要求：（1）高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在HRC62以上。耐磨性表示抵抗磨損的能力，它取決于組織中硬質(zhì)、數(shù)量、大小和分布。（2）足夠的強(qiáng)度和韌性為了承受切削中的壓力沖擊和振動(dòng)，避免崩刃和折斷，刀具材料應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和韌性。一般強(qiáng)度用抗彎強(qiáng)度來表示，韌性用沖擊值表示。（3）高的耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力。（4）良好的工藝性為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性，如切削加工性、鑄造性、鍛造性、熱處理性等。（5）良好的經(jīng)濟(jì)性1.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能作為刀具材料應(yīng)滿1.2.2常用的刀具材料目前，生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。炭素工具鋼（如T10A、T12A）、工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。1.2.2.1高速鋼是一種加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。有較高的熱穩(wěn)定性，較高的強(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性；其制造工藝簡(jiǎn)單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造，這對(duì)于一些形狀復(fù)雜的工具，如鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等尤為重要，是制造這些刀具的主要材料。高速鋼按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末高速鋼。1.2.2常用的刀具材料目前，生產(chǎn)中所用的刀具材各類高速鋼刀具各類高速鋼刀具（1）通用型高速鋼①鎢鋼典型牌號(hào)為W18Cr4V（簡(jiǎn)稱W18）。含W18％、Cr4%、V1％。有良好的綜合性能，可以制造各種復(fù)雜刀具。淬火時(shí)過熱傾向??；磨加工性好；碳化物含量高，塑性變形抗力大；但碳化物分布不均勻，影響薄刃刀具或小截面刀具的耐用度;強(qiáng)度和韌性顯得不夠；熱塑性差，很難用作熱成形方法制造的刀具（如熱軋鉆頭）。②鎢鉬鋼將鎢鋼中的一部分鎢以鉬代替而得。典型牌號(hào)為W6MoCr4V2（簡(jiǎn)稱M2）具有良好的機(jī)械性能，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等；磨加工性也好，目前各國(guó)廣為應(yīng)用。（1）通用型高速鋼①鎢鋼典型牌號(hào)為W18Cr是在通用高速鋼的基礎(chǔ)上再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素。按其耐熱性，又稱為高熱穩(wěn)定性高速鋼。具有更好的切削性能，耐用度較通用型高速鋼高1.3～3倍。適合于加工高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號(hào)有：高碳高速鋼9W18Cr4V，高釩高速鋼W6MoCr4V3、鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8、超硬高速鋼W2Mo9Cr4Co8等。（2）高性能高速鋼是在通用高速鋼的基礎(chǔ)上再增加一些含碳量、含釩量及添加（3）粉末冶金高速鋼用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼水，直接得到細(xì)小的高速鋼粉末，高溫下壓制成致密的鋼坯，而后鍛壓成材或刀具形狀具有良好的機(jī)械性能。其強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.5～3倍；磨加工性能好；物理機(jī)械性能高度各向同性，淬火變形?。荒湍バ阅芴岣?0％～30％，適合制造切削難加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀）、精密刀具、磨加工量大的復(fù)雜刀具、高壓動(dòng)載荷下使用的刀具等。（3）粉末冶金高速鋼用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼由難熔金屬化合物（如WC、TiC）和金屬粘結(jié)劑（Co）經(jīng)粉末冶金法制成。因含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性都很高。硬度可達(dá)HRA89～93，在800～1000°C還能承擔(dān)切削，耐用度較高速鋼高幾十倍。當(dāng)耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4～10倍。唯抗彎強(qiáng)度較高速鋼低，沖擊韌性差，切削時(shí)不能承受大的振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。碳化物含量較高時(shí)，硬度高，但抗彎強(qiáng)度低；粘結(jié)劑含量較高時(shí)，抗彎強(qiáng)度高，但硬度低。硬質(zhì)合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料（約占50％）。如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、齒輪刀具等。它還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。1.2.2.2硬質(zhì)合金由難熔金屬化合物（如WC、TiC）和金屬粘結(jié)劑（Co各類硬質(zhì)合金鋼刀具各類硬質(zhì)合金鋼刀具（1）YG（K）類，即WC－Co類硬質(zhì)合金由WC和Co組成。牌號(hào)有YG6、YG8、YG3X、YG6X，含鈷量分別為6％、8％、3％、6％，組織結(jié)構(gòu)有粗晶粒、中晶粒、細(xì)晶粒之分。一般（YG6、YG8）為中晶粒組織，細(xì)晶粒硬質(zhì)合金（如YG3X、YG6X）在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度、耐磨性要高些，但抗彎強(qiáng)度、韌性則低些。此類合金韌性、磨削性、導(dǎo)熱性較好，較適于加工產(chǎn)生崩碎切屑、有沖擊切削力作用在刃口附近的脆性材料，如鑄鐵、有色金屬及其合金以及導(dǎo)熱系數(shù)低的不銹鋼和對(duì)刃口韌性要求高（如端銑）的鋼料等。ISO將切削用的硬質(zhì)合金分為三類：（1）YG（K）類，即WC－Co類硬質(zhì)合金ISO將切削用的（2）YT(P)類，即WC－TiC－Co類硬質(zhì)合金硬質(zhì)點(diǎn)相除WC外，還含有5％～30％的TiC。牌號(hào)有YT5、YT14、YT15、YT30、TiC的含量分別為5％、14％、15％、30％，相應(yīng)的鈷含量為10％、8％、6％、4％，TiC含量提高，Co含量降低，硬度和耐磨性提高，但是沖擊韌性顯著降低。此類合金有較高的硬度和耐磨性，抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力好；但抗彎強(qiáng)度、磨削性能和導(dǎo)熱系數(shù)下降，低溫脆性大，韌性差。適于高速切削鋼料。含鈷量增加，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性提高，適于粗加工，含鈷減少，硬度、耐磨性及耐熱性增加，適于精加工。應(yīng)注意，合金不適合加工不銹鋼和鈦合金。因YT中的鈦元素之間的親合力會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象，在高溫切削及摩擦系數(shù)大的情況下會(huì)加劇刀具磨損。（2）YT(P)類，即WC－TiC－Co類硬質(zhì)合金（3）YW（M）類，即WC—TiC－TaC－Co類硬質(zhì)合金在YT類中加入TaC（NbC）可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度、強(qiáng)度和抗氧能力、耐磨性等。既可用于加工鑄鐵，也可加工鋼，因而又有通用硬質(zhì)合金之稱。常用的牌號(hào)為YW1和YW2。以上三類的主要成分均為WC，所以又稱為WC基硬質(zhì)合金。（3）YW（M）類，即WC—TiC－TaC－Co類硬質(zhì)合金表1.1各種硬質(zhì)合金牌號(hào)的應(yīng)用范圍牌號(hào)合金性能使用范圍YG3X是YG類合金中耐磨性最好的一種，但抗沖擊性能差適用于鑄鐵、有色金屬及其合金的精鏜，精車等，亦可用于合金鋼、淬火鋼及鎢、鉬材料的精加工YG6X屬細(xì)晶粒合金，其耐磨度較YG6高，而使用強(qiáng)度接近于YG6適用于冷硬鑄鐵、合金鑄鐵、耐熱鋼及合金鋼的加工，亦適用于普通鑄鐵的精加工，并可用于制造儀器儀表工業(yè)用的小型刀具和小模數(shù)滾刀YG6耐磨性較高，但低于YG6X、YG3X，韌性高于YG6X、YG3X，可使用較YG8為高的速度適用于鑄鐵、有色金屬及合金與非金屬材料連續(xù)切削的粗車，間斷切削的半精車、精車、小端面精車、粗車螺紋、旋風(fēng)車絲，連續(xù)斷面的半精銑與精銑，孔的粗?jǐn)U與精擴(kuò)YG8使用強(qiáng)度較高，抗沖擊和抗振動(dòng)性能較YG6好，耐磨性及允許的切削速度較低適用于鑄鐵、有色金屬及其合金與非金屬材料加工中不平整斷面和間斷切削時(shí)的粗車、粗刨、粗銑，一般孔和深孔的鉆孔、擴(kuò)孔YG10H屬超細(xì)晶粒合金，耐磨性較好，抗沖擊和抗振動(dòng)性能高適用于低速粗車，銑削耐熱合金，作切斷刀及絲錐等YT5在YT類合金中，強(qiáng)度最高，抗沖擊和抗振動(dòng)性能好，不易崩刃，但耐磨性較差適用于碳鋼及合金鋼，包括鋼鍛件、沖壓件及鑄鐵的表面加工，以及不平整端面和間斷切削時(shí)的粗車、粗刨、半精刨、粗銑、鉆孔表1.1列出了各種硬質(zhì)合金牌號(hào)刀具的應(yīng)用范圍。表1.1各種硬質(zhì)合金牌號(hào)的應(yīng)用范圍牌號(hào)合金性能使用范圍YG牌號(hào)合金性能使用范圍YT14使用強(qiáng)度高，抗沖擊性能和抗振動(dòng)性能好，但較YT5稍差，耐磨性及允許的切削速度較YT5高適于碳鋼及合金鋼連續(xù)切削時(shí)的粗車，不平端面和間斷切削時(shí)的半精車和精車，連續(xù)面的粗銑，鑄孔的擴(kuò)鉆等YT15耐磨性優(yōu)于YT14，但抗沖擊性韌性較YT4差適于碳鋼及合金鋼加工中連續(xù)切削時(shí)的半精車及精車，間斷切削時(shí)的小端面精車，旋風(fēng)車絲，連續(xù)面的半精銑及精銑，孔的精擴(kuò)及粗?jǐn)UYT30耐磨性及允許的切削速度較YT15高，但使用強(qiáng)度及抗沖擊韌性較YT14差，焊接及刃磨時(shí)極易產(chǎn)生裂紋適于碳鋼及合金鋼的精加工，如小端面精車、精鏜、精擴(kuò)等YG6A屬細(xì)晶粒合金，耐磨性及使用強(qiáng)度與YG6X相似適于硬鑄鐵、球墨鑄鐵、白口鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬火鋼及合金鋼的半精加工及精加工YG8A屬中顆粒合金，其抗彎強(qiáng)度與YG8相同，而硬度和YG6相同，高溫切削時(shí)熱硬性較好適于硬鑄鐵、球墨鑄鐵、白口鐵及有色金屬的精加工，亦適于不銹鋼的粗加工和半精加工YW1熱硬性較好，能承受一定的沖擊負(fù)荷，通用性較好適于耐熱鋼，高錳鋼，不銹鋼等難加工材料的精加工，也適于一般鋼材以及普通鑄鐵及有色金屬的精加工表1.1各種硬質(zhì)合金牌號(hào)的應(yīng)用范圍(續(xù))牌號(hào)合金性能使用范圍YT14使用強(qiáng)度高，抗沖擊性能和抗振動(dòng)性1.2.3其它刀具材料(1)涂層刀具它是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，或在高速鋼刀具基體上，涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等。涂層刀具具有較高的抗氧化性能，因而有較高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系數(shù)，可降低切削時(shí)的切削力及切削溫度，可提高刀具的耐用度（提高硬質(zhì)合金耐用度1～3倍，高速鋼刀具耐用度2～10倍）。但也存在著鋒利性、韌性、抗剝落性、抗崩刃性及成本昂貴之弊。1.2.3其它刀具材料(1)涂層刀具（2）陶瓷有純Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷兩種，以其微粉在高溫下燒結(jié)而成。陶瓷刀具有很高的硬度（HRA91~95）和耐磨性；有很高的耐熱性，在高溫1200℃以上仍能進(jìn)行切削；切削速度比硬質(zhì)合金高2～5倍；有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬的親合力小，抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力好。可用于加工鋼、鑄鐵；車、銑加工也都適用。但其脆性大、抗彎強(qiáng)度低、沖擊韌性差，易崩刀，使其使用范圍受到限制。但作為連續(xù)切削用的刀具材料，還有很大發(fā)展前途的。（2）陶瓷有純Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合是目前人工制造出的最硬的物質(zhì)，硬度高達(dá)HV10000，耐磨性好，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍。其切削刃鋒利，能切下極薄的切屑，加工冷硬現(xiàn)象較少；有較低的摩擦系數(shù)，其切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié)，不產(chǎn)生積屑瘤，很適于精密加工。但其熱穩(wěn)定性差，切削溫度不宜超過700～800℃；強(qiáng)度低、脆性大、對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削；與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力，不適于加工黑金屬。目前主要用于磨具和磨料，對(duì)有色金屬及非金屬材料進(jìn)行高速精細(xì)車削及鏜孔；加工鋁合金、銅合金時(shí)，切削速度可達(dá)800～3800m/min。（3）金剛石是目前人工制造出的最硬的物質(zhì)，硬度高達(dá)HV10000（4）立方氮化硼由軟的立方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成。有很高的硬度（HV8000～9000）及耐磨性；其比金剛石高得多的熱穩(wěn)定性（1400℃），可用來加工高溫合金；化學(xué)惰性大，與鐵族金屬直至1300℃時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng)，可用與加工淬硬鋼及冷硬鑄鐵；有良好的導(dǎo)熱性、較低的摩擦系數(shù)。它目前不僅用于磨具，也逐漸用于車、鏜、銑、鉸。它有兩種類型：整體聚晶立方氮化硼，能像硬質(zhì)合金一樣焊接，并可多次重磨；立方氮化硼復(fù)合片，即在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層厚度為0.5mm的立方氮化硼而成。

本章小結(jié)本章主要學(xué)習(xí)了金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)，它包括基本定義與刀具材料兩方面的內(nèi)容。（4）立方氮化硼由軟的立方氮化硼在高溫高壓下加入催化第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)本章提要1.1基本定義1.2刀具材料第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)本章提要1.1基本定義1.本章主要介紹金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)，分兩大部分：一、基本定義——介紹金屬切削過程方面的一些基本概念，它包括切削運(yùn)動(dòng)、切削用量、參考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具標(biāo)注角度、切削層參數(shù)等。二、刀具材料——介紹刀具材料應(yīng)具備的性能（硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性、耐熱性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性），兩種常用的刀具材料（高速鋼、硬質(zhì)合金）和其它刀具材料（涂層、陶瓷、人造金剛石、立方氮化硼）。本章提要本章主要介紹金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)，1）理解金屬切削過程的四大規(guī)律：

變形規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具前角、切削速度、進(jìn)給量等對(duì)變形的影響。

切削力規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具角度、切削用量、刀具磨損對(duì)切削力的影響。

切削溫度規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具角度、切削用量、刀具磨損對(duì)切削溫度的影響。

刀具磨損與刀具耐用度規(guī)律：工件材料硬度（強(qiáng)度）、刀具角度、切削用量、刀具材料性能對(duì)耐用度的影響。2）了解四大規(guī)律在生產(chǎn)過程中的四個(gè)方面

（工件材料切削加工性、切削液、切削用量、刀具幾何參數(shù)）的應(yīng)用。并具備合理選擇切削液、切削用量與刀具幾何參數(shù)的初步能力。在四大規(guī)律中，切削變形是最基本的一條規(guī)律。如果切削變形小，則切削力減少，切削溫度降低，刀具磨損減少，刀具耐用度提高。

1）理解金屬切削過程的四大規(guī)律：1.1基本定義1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.3刀具角度的換算1.1.5切削層參數(shù)與切削形式

1.1.4刀具工作角度1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1.1基本定義1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.3如外圓車削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具作縱向直線運(yùn)動(dòng)，形成了工件的外圓表面。在新的表面的形成過程中，工件上有三個(gè)依次變化的表面（圖1.1）：圖1.1車削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)待加工表面：即將被切去金屬層的表面;加工表面：切削刃正在切削著的表面;已加工表面：已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。1.1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削用量如外圓車削時(shí)，工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具作縱向直線運(yùn)動(dòng)，形1.1.1.1切削運(yùn)動(dòng)金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)有直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但是，按切削時(shí)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的作用來分，可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖1.1所示。（1）主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是切下金屬所必須的最主要的運(yùn)動(dòng)。通常它的速度最高，消耗機(jī)床功率最多。（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)運(yùn)動(dòng)，也可以是間歇運(yùn)動(dòng)。1.1.1.1切削運(yùn)動(dòng)金屬切削機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)有當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)，其大小與方向用合成速度向量ve表示。如圖1.3所示，合成速度向量等于主運(yùn)動(dòng)速度與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的向量和。即ve=vc+vf(1.1)（3）合成運(yùn)動(dòng)與合成切削速度當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，刀具切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)圖1.3切削時(shí)合成切削速度圖1.3切削時(shí)合成切削速度（1）切削速度大多數(shù)切削加工的主運(yùn)動(dòng)采用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回旋體（刀具或工件）上外圓或內(nèi)孔某一點(diǎn)的切削速度計(jì)算公式如下：

vc=

m/s或m/min(1.2)

式中d－工件或刀具上某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑（mm)

n－工件或刀具的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min)1.1.1.2切削用量三要素

ve、f、ap稱之為切削用量三要素。（1）切削速度1.1.1.2切削用量三要素ve、f進(jìn)給速度vf是單位時(shí)間的進(jìn)給量，單位是mm/s(mm/min)進(jìn)給量是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時(shí)兩者沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，單位是mm/r（毫米/轉(zhuǎn)）。對(duì)于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具，在它們進(jìn)行工作時(shí)，還應(yīng)規(guī)定每一個(gè)刀齒的進(jìn)給量fz，即后一個(gè)刀齒相對(duì)于前一個(gè)刀齒的進(jìn)給量，單位是mm/z(毫米/齒)。顯而易見

vf=f·n=fz·z·n

mm/s或mm/min（1.3）

（2）進(jìn)給速度、進(jìn)給量和每齒進(jìn)給量進(jìn)給速度vf是單位時(shí)間的進(jìn)給量，單位是mm/s(mm（3）背吃刀量對(duì)于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離，單位為mm。外圓柱表面車削的深度可用下式計(jì)算：

ap=（dw-dm）/2mm(1.4)對(duì)于鉆孔工作

ap=dm/2mm(1.5)上兩式中dm——已加工表面直徑（mm）

dw——待加工表面直徑（mm）（3）背吃刀量對(duì)于車削和刨削加工來說，背吃刀量ap為第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)課件1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.2.1

刀具切削部分的構(gòu)成要素三個(gè)刀面、兩個(gè)刀刃、一個(gè)尖圖1.3典型外圓車刀切削部分的構(gòu)成(1)前刀面(2)后刀面(3)切削刃(4)刀尖1.1.2刀具切削部分的基本定義1.1.2.1刀具切(1)前刀面前刀面Ar是切屑流過的表面。分為：與主切削刃毗鄰的稱為主前刀面；與副切削刃毗鄰的稱為副前刀面。（2）后刀面后刀面分為主后刀面與副后刀面。（3）切削刃切削刃是前刀面上直接進(jìn)行切削的邊鋒，有主切削刃和副切削刃之分。主切削刃指前刀面與主后刀面相交的鋒邊；副切削刃指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。（4）刀尖刀尖可以是主、副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，也可以是主、副兩條切削刃連接起來的一小段切削刃，它可以是圓弧，也可以是直線，通常都稱為過渡刃。(1)前刀面前刀面Ar是切屑流過的表面。分為：與1.1.2.2刀具標(biāo)注角度的參考系

假定運(yùn)動(dòng)條件：首先給出刀具的假定主運(yùn)動(dòng)方向和假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向；其次假定進(jìn)給速度值很小，可以用主運(yùn)動(dòng)向量vc近似代替合成速度向量ve；然后再用平行和垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的坐標(biāo)平面構(gòu)成參考系。

假定安裝條件：假定標(biāo)注角度參考系的諸平面平行或垂直于刀具便于制造、刃磨和測(cè)量時(shí)定位與調(diào)整的平面或軸線（如車刀底面、車刀刀桿軸線、銑刀、鉆頭的軸線等）。反之也可以說，假定刀具的安裝位置恰好使其底面或軸線與參考系的平面平行或垂直。

1.1.2.2刀具標(biāo)注角度的參考系假定運(yùn)動(dòng)條件：刀具標(biāo)注角度的參考系由下列諸平面構(gòu)成：（1）基面Pr通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。通常，基面應(yīng)平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和測(cè)量的某一安裝定位平面或軸。例如，圖1.6所示為普通車刀、刨刀的基面Pr，它平行于刀具底面。圖1.6普通車刀的基面Pr(2)切削平面Ps

通過切削刃選定點(diǎn)，與主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是主切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面。刀具標(biāo)注角度的參考系由下列諸平面構(gòu)成：（1）基面Pr圖1.6（3）主剖面P0和主剖面參考系（4）法剖面Pn和法剖面參考系主剖面P0是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于Pr和切削平面Ps的平面。圖1.8表示由Pr－Ps－P0組成的一個(gè)正交的主剖面參考系。法剖面Pn是通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。如圖1.8所示，由Pr－Ps－Pn組成的一個(gè)法剖面參考系。圖1.8主剖面與法剖面參考系（3）主剖面P0和主剖面參考系（4）法剖面Pn和法剖面參考系(5)進(jìn)給剖面Pf和背平面Pp及其組成的

進(jìn)給、背平面參考系進(jìn)給剖面Pf是通過切削刃選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向并垂直于基面Pr的平面。通常，它也平行或垂直與刀具上便于制造、刃磨和測(cè)量的某一安裝定位平面或軸線。由Pr－Pf－Pp組成一個(gè)進(jìn)給、背平面參考系，如圖1.9所示。背平面Pp是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于Pr和Pf的平面。圖1.9進(jìn)給、背平面參考系Pr－Pf－Pp(5)進(jìn)給剖面Pf和背平面Pp及其組成的

進(jìn)給、背第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的參考平面要確定和測(cè)量刀具角度，必須引入三個(gè)相互垂直的參考平面：(1)切削平面：通過主切削刃上某一點(diǎn)并與工件加工表面相切的平面。第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的參考平面第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(2)基面:通過主切削刃上某一點(diǎn)并與該點(diǎn)切削速度方向相垂直的平面。第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(2)基面:通過主切削刃上某一點(diǎn)第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(3)正交平面:通過主切削刃上某一點(diǎn)并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)(3)正交平面:通過主切削刃上某第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的標(biāo)注角度(1)前角：在正交平面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角，前角表示前刀面的傾斜程度；(2)后角：在正交平面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角，后角表示主后刀面的傾斜程度；第一節(jié)刀具的結(jié)構(gòu)刀具的標(biāo)注角度第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)課件1.1.2.3刀具工作角度的參考系上述刀具標(biāo)注角度參考系，在定義基面時(shí)，都只考慮主運(yùn)動(dòng)，不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即在假定運(yùn)動(dòng)條件下確定的參考系。但刀具在實(shí)際使用時(shí)，這樣的參考系所確定的刀具角度，往往不能確切地反映切削加工的真實(shí)情形。只有用合成切削運(yùn)動(dòng)方向ve來確定參考系，才符合切削加工的實(shí)際。例如，圖1.10所示三把刀具的標(biāo)注角度完全相同，但由于合成切削運(yùn)動(dòng)方向ve不同，后刀面與加工表面之間的接觸和摩擦的實(shí)際情形有很大的不同。

同樣，刀具實(shí)際安裝位置也影響工作角度的大小。刀具工作角度參考系同標(biāo)注角度參考系的唯一區(qū)別是用ve取代vc，用實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。1.1.2.3刀具工作角度的參考系上述刀具標(biāo)注角圖（a）刀具后刀面同工件之間有適宜的間隙，切削情況正常；(a)圖1.10刀具工作角度示意圖圖（a）刀具后刀面同工件之間有適宜的間隙，切削情況正常；(a圖（b）該兩個(gè)表面全面接觸，摩擦嚴(yán)重；(b)圖1.10刀具工作角度示意圖圖（b）該兩個(gè)表面全面接觸，摩擦嚴(yán)重；(b)圖1.10刀刀具工作角度示意圖圖（c）刀具的背棱頂在已加工表面上，切削刃無法切入，切削條件被破壞?？梢?，在這種場(chǎng)合下，只考慮主運(yùn)動(dòng)的假定條件是不合適的，還必須考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的影響，也就是必須考慮合成切削運(yùn)動(dòng)方向來確定刀具工作角度的參考系。圖1.10刀具工作角度示意圖刀具工作角度示意圖圖（c）刀具的背棱頂在已加工表面上1.1.2.4刀具的標(biāo)注角度在刀具的標(biāo)注角度參考系中確定的切削刃與刀面的方位角度，稱為刀具標(biāo)注角度。在切削刃是曲線或前、后刀面是曲面的情況下，定義刀具的角度時(shí)，應(yīng)該用通過切削刃選定點(diǎn)的切線或切平面代替曲刃或曲面。主剖面參考系里的標(biāo)注角度的名稱、符號(hào)與定義如圖1.11：同理，副切削刃及其相關(guān)的前刀面、后刀面在空間的定位也需要四個(gè)角度：即副偏角κ’r，副刃傾角λ’s，副前角γ’0，副后角α’0。它們的定義與主切削刃上的四種角度類似。前角γ0后角α0主偏角κr刃傾角λs1.1.2.4刀具的標(biāo)注角度在刀具的標(biāo)注角度參考前角γ0：前刀面與基面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.11(a)主剖面系標(biāo)注的刀具角度前角γ0：前刀面與基面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.1后角α0：后刀面與切削平面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.11(b)主剖面系標(biāo)注的刀具角度后角α0：后刀面與切削平面間的夾角（在主剖面中測(cè)量）。圖1.圖1.11(c)主剖面系標(biāo)注的刀具角度kr主偏角κr：基面中測(cè)量的主切削刃與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。圖1.11(c)主剖面系標(biāo)注的刀具角度kr主偏角κr：刃傾角λs：切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。圖1.11(d)主剖面系標(biāo)注的刀具角度刃傾角λs：切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。圖1.由于圖1.11所示車刀副切削刃與主切削刃共處在同一前刀面上，因此，當(dāng)γ0、λs兩者確定后，前刀面的方位已經(jīng)確定，γ’0、λ’s兩個(gè)角度可由γ0、λs、κr、

κ’r等角度換算出來，稱為派生角度。由上分析可知，圖1.11中外圓車刀有三個(gè)刀面，兩個(gè)切削刃，所需標(biāo)注的獨(dú)立角度只有六個(gè)。此外，根據(jù)分析刀具的需要還要給定幾個(gè)派生角度，它們的名稱與定義如下：

楔角β0

：主剖面中測(cè)量的前、后刀面間夾角。β0＝90°－（γ0＋α0）（1.6）刀尖角εr

：基面中測(cè)量的主、副切削刃間夾角。εr＝180°－（κr＋

κ’r）（1.7）由于圖1.11所示車刀副切削刃與主切削刃共處在同一前前角、后角、刃傾角正負(fù)的規(guī)定如圖1.12所示：在主剖面中，前刀面與基面平行時(shí)前角為零，前刀面與切削平面間夾角小于90°時(shí)前角為正、大于90°時(shí)后角為正，大于90°時(shí)后角為負(fù)，刃傾角的正負(fù)如圖1.12所示。(a)λs＝0(b)－λs(c)+λs圖1.12刃傾角λs的符號(hào)前角、后角、刃傾角正負(fù)的規(guī)定如圖1.12所示：在主剖1.1.3刀具角度的換算1.1.3.1主剖面與法剖面內(nèi)的角度換算在刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和檢驗(yàn)中，常常需要知道主切削刃在法剖面內(nèi)的角度。許多斜角切削刀具，特別是大刃傾角刀具，必須標(biāo)注法剖面角度。它們的計(jì)算公式如下：

在設(shè)計(jì)和和制造刀具時(shí)，需要對(duì)不同參考系內(nèi)的標(biāo)注角度進(jìn)行換算，也就是主剖面、法剖面、背平面、進(jìn)給剖面之間角度換算。tanγn=tanγ0.cosλscotαn=cotα0.cosλs

1.1.3刀具角度的換算1.1.3.1主剖面與法剖面1.1.3.1主剖面與法剖面內(nèi)的角度換算以前角計(jì)算公式為例，公式推導(dǎo)如下：

1.1.3.1主剖面與法剖面內(nèi)的角度換算以前角計(jì)算公式1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算求解任意剖面Pθ內(nèi)的前角γθ：tanγθ

得tanγθ＝tanγ0.sinθ+tanλs.cosθ（1.10）1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算當(dāng)θ＝0時(shí):tanγθ=tanλs，γθ＝λs當(dāng)θ＝90°－kr時(shí)，可得切深前角γp:tanγp=tanγ0.coskr＋tanλs.sinkr（1.11）當(dāng)θ＝180°－kr時(shí)，可得切深前角γf:tanγf=tanγ0.sinkr＋tanλs.coskr（1.12）對(duì)式1.10利用微商求極值，可得最大前角γg

tanγg＝（1.13）或tanγg＝（1.14）1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算當(dāng)θ＝0時(shí):tanγθ=tanλs，γθ＝λs1.1.3最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之間夾角θmax為：tanθmax＝（1.15）同理，可求出任意剖面內(nèi)的后角αθ：當(dāng)θ＝90°－kr時(shí)：當(dāng)θ＝180°－kr時(shí):(1.17)(1.18)1.1.3.2主剖面與任意剖面的角度換算最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之間夾角θmax為：1.1.4刀具工作角度(1)橫車如(圖1.15)：

以切斷車刀為例，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，車刀主切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓周，切削平面Ps為通過切削刃上該點(diǎn)切于圓周的平面，基面Pr的平面，γ0、α0為標(biāo)注前角和后角。當(dāng)考慮橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之后，切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為一平面阿基米德螺旋線，切削平面變?yōu)橥ㄟ^切削刃切于螺旋面的平面Pse，基面也相應(yīng)傾斜為Pre，角度變化值為η。工作主剖面P0e仍為平面。此時(shí)在工作參考系（Pre、Pse、P0e）內(nèi)的工作角度γ0e和α0e為：γ0e＝γ0+η;α0e=α0－η。1.1.1.4進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響1.1.4刀具工作角度(1)橫車如(圖1.15)：1.η角稱為合成切削速度角，它是主運(yùn)動(dòng)方向與合成運(yùn)動(dòng)切削速度方向之間的夾角。由η角定義可知：tanη＝=(1.19)

(1)橫車式中d為隨著車刀進(jìn)給而不斷變化著的切削刃選定點(diǎn)處工件的旋轉(zhuǎn)直徑，η值是隨著切削刃趨近工件中心而增大的；在常用進(jìn)給量下當(dāng)切削刃距離工件中心1mm時(shí)，η＝1°40′；再靠近中心，η值急劇增大，工作后角變?yōu)樨?fù)值。η角稱為合成切削速度角，它是主運(yùn)動(dòng)方向與合成運(yùn)動(dòng)切削①刀具裝夾位置的影響①刀具裝夾位置的影響（2）縱車

同理，也是由于工作中基面和切削平面發(fā)生了變化，形成了一個(gè)合成切削速度角η，引起了工作角度的變化。如圖1.16所示，假定車刀λs＝0，在不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削平面Ps垂直于刀桿底面，基面Pr平行于刀桿底面，標(biāo)注角度為γ0、α0；考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后，工作切削平面Pse為切于螺旋面的平面，刀具工作角度的參考系（Pse、Pre）傾斜一個(gè)角η，則工作進(jìn)給剖面（仍為原進(jìn)給剖面）內(nèi)的工作角度為：γfe＝γf+η；αfe＝αf－η（2）縱車同理，也是由于工作中基面和切削平面發(fā)生了由合成切削速度角η的定義可知：tanη=

式中f－進(jìn)給量dw－切削刃選定在A點(diǎn)時(shí)的工件待加工表面直徑。上述角度變化可以換算至主剖面內(nèi)：tanη0＝tanη.sinkr；γ0e＝γ0＋η0（1.20）由上式可知：η值不僅與進(jìn)給量f有關(guān)，也同工件直徑dw有關(guān)；dw越小，角度變化值越大。（2）縱車由合成切削速度角η的定義可知：（2）縱車1.1.4.2刀具安裝對(duì)工作角度的影響（1）刀尖安裝對(duì)工作角度的影響當(dāng)?shù)都獍惭b得高于工件中心線時(shí)，工作切削平面將變?yōu)镻se，工作基面變?yōu)镻re，工作角度γpe增大，αpe減小。在背平面（P－P仍為標(biāo)注背平面）內(nèi)角度變化值為θp：tanθp＝（1.21）

式中h－刀尖高于工件中心線的數(shù)值（mm）；dw－工件直徑1.1.4.2刀具安裝對(duì)工作角度的影響（1）刀尖安裝對(duì)工則工作角度為：

γpe＝γp＋θp或

αpe＝αp－θp（1.22）上述都是在刀具的背平面（Pp－Pp）內(nèi)的角度變化，還需要換算到工作主剖面內(nèi)：tanθ0＝（1.23）或；（1.24）（1）刀尖安裝對(duì)工作角度的影響則工作角度為：

γ（2）刀桿安裝傾斜對(duì)工作角度的影響車刀刀桿與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，工作主偏角kre和工作副偏角k’re將發(fā)現(xiàn)；（1.25）式中G—假定進(jìn)給剖面與工作進(jìn)給剖面之間的夾角，在基面內(nèi)測(cè)量。也就是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的垂線和刀桿中心線間的夾角。（2）刀桿安裝傾斜對(duì)工作角度的影響車刀刀桿與進(jìn)給方向1.1.5切削層參數(shù)與切削形式1.1.5.1切削層

各種切削加工的切削層參數(shù)，可用典型的外圓縱車來說明。如(圖1.19)所示，車刀主切削刃上任意一點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)就軌跡是一條空間螺旋線。它們的各義及說明如下：工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿工件軸線移動(dòng)一段距離，即進(jìn)給量（f，mm/r）。由車刀正在切削著的這一層金屬，就叫切削層。在特殊情況下（kr＝90°）為矩形。在外圓縱車時(shí)，當(dāng)k’r＝0、λs＝0時(shí)，切削層的表面形狀為一平行四邊形。1.1.5切削層參數(shù)與切削形式1.1.5.1切削層工件(1)切削厚度為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作，切削層的表面形狀和尺寸，通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr內(nèi)觀察和量度。切削層參數(shù)為：垂直于加工表面來度量的切削層尺寸（圖1.