第4章切削加工基礎(chǔ)知識

問題1：以下各種零件使用什么加工方法？鑄造鍛壓焊接車削銑削刨削鉆削磨削2023/2/62機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)問題2：第一頁和第二頁有什么不同？主要不同是：前三章所學(xué)的鑄造、鍛壓、焊接沒有從工件中切除多余材料；而車、銑、刨、鉆、磨則是從工件中切除多余材料的加工方法，并且他們有個共同的名字——切削加工。2023/2/63機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)第4章切削加工基礎(chǔ)知識秦偉2023/2/64機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)切削加工——利用切削工具從工件上切除多余材料的加工方法。

主要分為：

鉗加工——一般在鉗臺上以手工工具為主，對工件進(jìn)行的各種加工方法。含劃線、打樣沖眼、鋸削、銼削、刮研、鉆孔、攻螺紋、機(jī)械裝配、修理等14個小項。

機(jī)械加工——通過工人操作機(jī)床設(shè)備進(jìn)行的切削加工。根據(jù)工具的不同分為：利用刀具進(jìn)行加工和利用磨料進(jìn)行加工利用刀具進(jìn)行加工分為：車削（第五章）、刨削（第六章）、鉆削（第七章）、銑削（第八章）等9種加工方法。利用磨料加工主要包括：磨削（第九章）、研磨、珩磨、超精加工等4種加工方法。2023/2/65機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)主要內(nèi)容4.1切削運動及切削用量

4.2刀具幾何形狀和材料

4.3切削力和切削溫度

4.4切削液

4.5加工精度和加工表面質(zhì)量2023/2/66機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)學(xué)習(xí)要求(1)

掌握切削運動、加工表面、切削用量及切削層參數(shù)概念和分析方法；(2)

掌握刀具、刀具角度和工作角度的概念、合理選擇刀具角度，常用刀具材料的性質(zhì)與選用；(3)

掌握切削過程中的物理現(xiàn)象及其對加工過程的影響；(4)

掌握切削液的作用，合理選用切削液。重點和難點：刀具角度和切削過程中的物理現(xiàn)象2023/2/67機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)4.1切削運動與切削用量☆回轉(zhuǎn)體表面：是以直線為母線作旋轉(zhuǎn)運動所形成的表面；成型方法：車削、鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、鉸孔、內(nèi)外圓磨削等。

4.1.1零件表面的形成☆平面：是以直線為母線作直線運動形成的表面；成型方法：銑削、刨削、平面磨削等。☆

曲面：是以曲線為母線作旋轉(zhuǎn)或平移所形成的表面；

成型方法：銑削、成形磨削、數(shù)控銑削、電火花加工、激光加工等。2023/2/68機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)4.1.2切削運動l

分類：1）主運動：切除切屑所需的基本運動。3個特點：速度最快；消耗功率最大；唯一性。l

概念：刀具與工件間的相對運動，以切除多余的金屬2）進(jìn)給運動：使金屬層不斷投入被切削的運動。3個特點：速度較慢；消耗功率較小；可以為一個或多個。3）其它運動：吃刀運動分度運動2023/2/69機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)常見機(jī)床的切削運動機(jī)床名稱主運動進(jìn)給運動臥式車床工件旋轉(zhuǎn)車刀縱向、橫向移動鉆床鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆頭軸向移動銑床銑刀旋轉(zhuǎn)工件縱向、橫向、垂直方向移動牛頭刨床刨刀往復(fù)工件橫向、垂直方向間隙移動外圓磨床砂輪旋轉(zhuǎn)工件旋轉(zhuǎn)、工件往復(fù)或砂輪橫向移動平面磨床砂輪旋轉(zhuǎn)工件往復(fù)移動，砂輪橫向、垂直移動鏜床鏜刀旋轉(zhuǎn)鏜刀軸向移動、工件軸向移動龍門刨床工件往復(fù)刨刀橫向、垂直方向間隙移動2023/2/610機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)正在加工的工件表面，根據(jù)其所處的狀態(tài)分為：

已加工表面：已經(jīng)加工完成的表面。

加工表面（過渡表面）：切削刀具正在進(jìn)行切削加工的表面。

待加工表面：即將進(jìn)入切削加工的表面。4.1.3加工表面2023/2/611機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)2023/2/612機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)4.1.4切削要素l

切削用量三要素：切削速度vc:主運動的線速度(mm/min)

圓周運動：Vc=πDnw

直線往復(fù)：Vc=2Lnr進(jìn)給量：刀具相對工件沿進(jìn)給方向移動的距離。1）（周期）進(jìn)給量f(mm/r)：主運動一個循環(huán)2）進(jìn)給速度vf(mm/min)：單位時間內(nèi)3）每齒進(jìn)給量af(mm/z)：刀具每個刀齒背吃刀量（切削深度）ap(mm):已加工表面與待加工表面間的距離。補(bǔ)充定義：在垂直于進(jìn)給運動方向上測量的主切削刃切入工件的深度。2023/2/613機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)l

刀具結(jié)構(gòu)及其幾何形狀4.2刀具幾何形狀和材料

4.2.1刀具切削部分的基本定義刀具分類：按工種：車刀、銑刀、刨刀、滾刀等。

按功能：車刀、切斷刀、螺紋刀、偏刀、尖刀、鏜孔刀、成形刀等。

結(jié)構(gòu)形式：整體式、焊接式、機(jī)械安裝式（壓板壓緊）前刀面Ar主切削刃S主后面Aa刀尖副后面Aa‘副切削刃Sl切削部分組成2023/2/614機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)2023/2/615機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)2．參考系參考系——定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)平面。

靜止參考系：用于定義刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量時幾何參數(shù)的參考系稱刀具；

刀具工作參考系：規(guī)定刀具進(jìn)行切削加工時幾何參數(shù)的參考系稱。2023/2/616機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)l

刀具的靜止參考系（Pr—Ps—Po系—正交平面參照系）靜止參照系的假設(shè)條件：

假定運動條件：進(jìn)給量f=0

假定安裝條件：刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心等高；刀桿方向與進(jìn)給方向垂直。2023/2/617機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)（1）基面Pr：過切削刃選定點的平面，垂直于假定的主運動方向。（2）假定工作平面Pf：通過切削刃選定點并垂直于基面，平行于進(jìn)給運動方向。（3）主切削平面Ps：通過主切削刃選定點，與主切削刃相切，并垂直于基面的平面。（4）副切削平面Ps′通過副切削刃選定點，與副切削刃相切，并垂直于基面的平面。（5）正交平面Po：通過切削刃選定點，同時垂直于基面和切削平面的平面。刀具靜止參考系的主要基準(zhǔn)坐標(biāo)平面：1－假定主運動方向2－假定進(jìn)給運動方向3－切削刃選定點2023/2/618機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)前角的作用：前角↑切屑變形↓切削力↓刃口強(qiáng)度↓前刀面磨損↓導(dǎo)熱體積↓刀具前角的選用：加工塑性材料選大前角加工脆性材料、斷續(xù)切削選小前角加工硬材料選用負(fù)前角刀具的標(biāo)注角度是指靜止?fàn)顟B(tài)下，在工程圖上標(biāo)注的刀具角度。（下面以車刀為例介紹刀具的標(biāo)注角度）1.刀具標(biāo)注前角γ0：在正交平面內(nèi)測量的，前刀面與基面的夾角。前角的標(biāo)注：l

刀具標(biāo)角度的定義2023/2/619機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)在正交平面內(nèi)測量的，后刀面與切削面的夾角。后角的標(biāo)注：后角的作用：后角↑后刀面與加工表面間的摩擦↓后刀面磨損↓刃口強(qiáng)度↓導(dǎo)熱體積↓刀具后角的選用：粗加工選小后角精加工選大后角選大前角時選小后角以增大刃口強(qiáng)度2.刀具標(biāo)注注后角α0：2023/2/620機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)主偏角的作用：主偏角↑切削刃工作長度↓刀尖強(qiáng)度↓導(dǎo)熱體積↓徑向分力↓刀具主偏角的選用：一般為30~75°加工細(xì)長工件采用90~93°副偏角的作用：副偏角↑副后面與工件已加工表面摩擦↓刀尖強(qiáng)度↓表面粗糙度↑刀具副偏角的選用：一般為5~20°特殊要求可采用Kr‘=0°的修光刃在基面內(nèi)測量的，主切削刃與進(jìn)給方向的夾角。4.副偏角Kr’：在基面內(nèi)測量的，副切削刃與進(jìn)給反方向的夾角。主偏角和副偏角的標(biāo)注：3.主偏角Kr：2023/2/621機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)刀具刃傾角的選用：精加工取λS≥0°

粗加工取λS＜0°

加工細(xì)長工件采用λS＞0°

刃傾角的作用：（1）影響排屑方向：λS＞0°

排向待加工表面；

λS＜0°

排向已加工表面；

λS=0°

前刀面上卷曲

在切削平面內(nèi)測量的，主切削刃與基面的夾角。刃傾角的標(biāo)注：5.刃傾角λS：（2）影響切入切出的穩(wěn)定性（3）影響背向分力大小2023/2/622機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)1）粗加工塑性材料時，選擇大前角γ0，小后角α0，小主偏角Kr，較小或負(fù)的刃傾角λs；加工脆性材料時可適當(dāng)減小前角γ0；加工高硬度難加工材料時，采用負(fù)前角(γ0<0°)。2）精加工時，一般選擇較大后角α0，較小的前角γ0，非負(fù)的刃傾角（λs≥0°），加工細(xì)長軸時選擇大主偏角Kr。l

刀具角度的選擇原則：2023/2/623機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)總的來說，前后角選擇按照：前角大，刀鋒利，強(qiáng)度差。適于精加工。前角小，強(qiáng)度好。散熱佳，適于粗加工。后角大，刀鋒利，摩擦小。適于精加工。后角小，強(qiáng)度好。散熱佳，適于粗加工。2023/2/624機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)例題：

下圖為外圓車削示意圖，在圖上標(biāo)注：

（1）主運動、進(jìn)給運動和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（過渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10。2023/2/625機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)2023/2/626機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)2023/2/627機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)2023/2/628機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)4.2.2刀具材料l

刀具材料的基本性能

高硬度高耐熱性足夠的強(qiáng)度和韌性高耐磨性良好的工藝性五個基本性能相互聯(lián)系，又相互制約，應(yīng)根據(jù)具體加工條件，抓主要性能，兼顧其它。2023/2/629機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)l

常用刀具材料的種類及應(yīng)用類型硬度強(qiáng)度韌性耐熱耐磨工藝應(yīng)用工具鋼碳素工具鋼低高高低好差低高差好切削加工、熱處理、刃磨手動工具合金工具鋼低速工具高速鋼復(fù)雜刀具硬質(zhì)合金鎢鈷類(YG)K粉末冶金燒結(jié)刃磨脆性金屬通用類(YW)M通用鎢鈦鈷(YT)P塑性金屬非金屬陶瓷燒結(jié)連續(xù)切塑性材料立方氮化硼結(jié)晶精密加工金剛石結(jié)晶精密加工2023/2/630機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)常用的刀具切削面材料（1）優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼：T10A、T12A

（2）合金工具鋼：9SiCr、CrWMn

（3）高速工具鋼：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2

（4）硬質(zhì)合金2023/2/631機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼：一般用來制造切削速度低、尺寸較小的手動工具。2023/2/632機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)合金工具鋼：常用來制造形狀復(fù)雜的低速刀具。鎢鋼鉸刀絲錐板牙2023/2/633機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)高速工具鋼：適于制造成形車刀、銑刀、鉆頭和拉刀30度車外圓車刀瑞士雕刻銑刀2023/2/634機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)高速鋼麻花鉆頭拉刀2023/2/635機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)硬質(zhì)合金：用途比較廣泛硬質(zhì)合金鉆頭2023/2/636機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)§4－3切削力與切削溫度一、切削力二、切削溫度2023/2/637機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)一、切削力總切削力——刀具的一個切削部分在切削工件時所產(chǎn)生的全部切削力稱為一個切削部分總切削力。多刃刀具（如銑刀、鉸刀、麻花鉆等）：有幾個切削部分同時進(jìn)行切削，所有參與切削的各切削部分所產(chǎn)生的總切削力的合力稱為刀具總切削力。單刃刀具（如車刀、刨刀等）：只有一個切削部分參與切削，這個切削部分總切削力就是刀具總切削力。1．總切削力的概念2023/2/638機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)2．總切削力的分解切削力Fc

背向力Fp

進(jìn)給力Ff

3．總切削抗力

總切削抗力——切削加工時，工件材料抵抗刀具切削所產(chǎn)生的阻力F′。2023/2/639機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)4．影響總切削抗力的因素（1）工件材料：工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，韌性和塑性越好，越難切削，總切削抗力越大。（2）切削用量：切削深度ap和進(jìn)給量f增大，總切削抗力增大。（3）刀具角度前角增大，總切削抗力減小后角增大，總切削抗力減小主偏角對切削抗力Fc′影響較小，對背向抗力Fp′和進(jìn)給抗力Ff′的比例影響明顯（4）切削液：合理使用可以使總切削抗力減小。2023/2/640機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)二、切削溫度1．切削熱與切削溫度

切削熱——切削過程中，由于被切削材料層的變形、分離及刀具和被切削材料間的摩擦而產(chǎn)生的熱量。切削溫度——切削過程中，切削區(qū)域的溫度。2．減少切削熱和降低切削溫度的工藝措施合理選擇刀具材料和刀具幾何角度合理選擇切削用量適當(dāng)選擇和使用切削液2023/2/641機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)4.4切削液

合理地選用冷卻潤滑液切削速度可提高5%~20%，刀具壽命明顯提高，加工表面粗糙度值減小，節(jié)能5%~20%，生產(chǎn)效率提高。4.4.1切削液的作用

冷卻作用；

潤滑作用；

清洗作用；防銹作用4.4.2切削液的種類