金屬切削基本知識

機械制造技術(shù)(jìshù)基礎(chǔ)

周春曉(chūnxiǎo)共一百零二頁機械制造技術(shù)(jìshù)基礎(chǔ)第一篇

金屬切削加工原理(yuánlǐ)第二篇金屬切削加工方法與設(shè)備第三篇機械零部件精度標準與精度設(shè)計第四篇機械零件加工工藝第五篇現(xiàn)代加工制造技術(shù)共一百零二頁

第一篇金屬切削(qiēxiāo)加工原理

共一百零二頁1、掌握關(guān)于金屬切削加工的基本知識——第1章2、研究金屬切削變形、切削力、切削熱及刀具磨損的機理及其規(guī)律——第2章3、掌握正確選擇刀具幾何參數(shù)、刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)(jiégòu)的方法；掌握合理選擇切削液及切削用量的原則；討論提高刀具材料的切削性能、改善工件材料切削加工性的途徑——第3章本篇主要(zhǔyào)任務(wù)：研究目的：保證質(zhì)量，提高效率，降低成本共一百零二頁機械制造技術(shù)(jìshù)基礎(chǔ)

第一章金屬(jīnshǔ)切削基本知識共一百零二頁本章(běnzhānɡ)主要內(nèi)容：1、切削加工概述

切削加工及其分類、零件表面的形成2、機床的切削運動與切削用量3、刀具切削部分的幾何要素4、切削層參數(shù)與切削方式第一章金屬(jīnshǔ)切削基本知識共一百零二頁第一章金屬(jīnshǔ)切削基本知識本章基本要求：1、了解金屬切削加工的基本知識2、掌握切削運動、切削用量的基本概念3、掌握刀具切削部分(bùfen)的幾何要素，了解其定義，建立清晰的空間概念，4、能熟練的標注各參考平面下的刀具角度5、了解切削層參數(shù)與切削方式共一百零二頁關(guān)于(guānyú)機加工機加工的基本模型刀具裝在機床上工件裝在機床上切削運動是機床帶動刀具和工件來實現(xiàn)的

零件：可以裝配到機器上的成品(chéngpǐn)

毛坯：切削加工前的零件工件：切削加工中的零件常見機加工機床：車、銑、刨、磨、鉆刀具工件切削運動機床共一百零二頁切削加工工藝(gōngyì)方法的特點對零件有基本要求有切削力，零件刀具必須有一定強度和剛度應(yīng)能找到比零件材料硬的刀具材料

方法種類(zhǒnglèi)多，適應(yīng)性強精度范圍寬：IT13~IT3Ra25~0.008加工零件的尺寸、重量、形狀、材料范圍寬型面類型不受限制，只要能裝在機床上大小尺寸不受限制（輕的幾克、葛洲壩船閘30米600噸）生產(chǎn)效率高共一百零二頁因此：切削加工(jiāgōng)是制造業(yè)的基礎(chǔ)只有少數(shù)零件：通過精密鑄造、精密鍛造、粉末冶金成形塑料制品通過壓制成形絕大多數(shù)機器零件是切削加工最終成形占機器制造總工作量的40％～60％但是少數(shù)零件難以成形：細微結(jié)構(gòu)零件、高硬度或高強度零件解決方法：發(fā)展(fāzhǎn)特種加工方法共一百零二頁一、切削加工(jiāgōng)的特點

第一節(jié)切削加工(jiāgōng)概述金屬切削加工：

利用切削刀具從工件上切除多余的或預(yù)留的材料使零件獲得符合圖樣要求的形狀、尺寸和表面粗糙度的加工方法。

共一百零二頁刀具與工件之間要有相對運動；刀具具有適當?shù)膸缀螀?shù)，即切削角度(jiǎodù)；刀具材料具有一定的切削性能。

切削加工必須具備(jùbèi)三個條件：共一百零二頁機械零件上常見(chánɡjiàn)表面二、零件(línɡjiàn)表面的形成共一百零二頁二、零件表面(biǎomiàn)的形成表面——一條線（母線(mǔxiàn)）沿另一條線（導(dǎo)線）運動的軌跡。母線和導(dǎo)線可以互換——可逆表面母線和導(dǎo)線不可互換——不可逆表面共一百零二頁母線(mǔxiàn)導(dǎo)線發(fā)生(fāshēng)線二、零件表面的形成發(fā)生線的形成——刀具的切削刃和工件的相對運動形成方法：軌跡法，成形法，相切法，展成法

共一百零二頁

1、軌跡法(Locus/Tracingmethod)

利用非成形刀具，在一定(yīdìng)的切削運動下，由刀尖軌跡形成發(fā)生線的方法。---軌跡(guǐjì)法形成發(fā)生線需一個成形運動

共一百零二頁

2、成形法(Shaping/Formingmethod)

利用成形刀具對工件進行加工的方法(fāngfǎ)。切削刃的形狀和長度與所需形成的發(fā)生線(母線)完全重合。---成形(chénɡxínɡ)法形成發(fā)生線不需成形運動共一百零二頁3、相切法(Tangentmethod)利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運動對工件進行(jìnxíng)加工的方法，切削點運動軌跡的包絡(luò)線，便是所需的發(fā)生線。---相切法形成發(fā)生線需二個成形運動(yùndòng)（一個旋轉(zhuǎn)運動，一個軌跡運動）共一百零二頁4、展成法（范成法）(Generatedmethod)

利用工件和刀具作展成切削運動（具有確定的運動關(guān)系）進行加工的方法(fāngfǎ)。切削刃各瞬時位置的包絡(luò)線，便是所需的發(fā)生線。---展成法(chénɡfǎ)形成發(fā)生線需一個成形運動（展成運動）共一百零二頁

圖1-2形成發(fā)生線的方法

1－刀尖或切削(qiēxiāo)刃；2－發(fā)生線；3－刀具軸線的運動軌跡共一百零二頁共一百零二頁三、表面(biǎomiàn)成形運動由單獨的旋轉(zhuǎn)運動或直線運動構(gòu)成(gòuchéng)的成形運動。

A——直線運動B——旋轉(zhuǎn)運動下標——成形運動的序號。發(fā)生線的形成主要是靠刀具和工件作相對運動實現(xiàn)的。這種運動稱為表面成形運動。1、簡單成形運動共一百零二頁三、表面成形(chénɡxínɡ)運動2、復(fù)合(fùhé)成形運動如果一個獨立的成形運動，是由兩個或兩個以上的旋轉(zhuǎn)運動或(和)直線運動，按照某種確定的運動關(guān)系組合而成，則稱此成形運動為復(fù)合成形運動。共一百零二頁復(fù)合運動組成部分符號中的下標，第一位數(shù)字表示成形運動的序號，第二位數(shù)字表示同一個復(fù)合運動中單元運動的序號。復(fù)合成形運動也可以分解為3個甚至(shènzhì)更多個部分（單元運動）。共一百零二頁

注意：復(fù)合成形運動雖然可以分解成幾個部分，每個部分是一個旋轉(zhuǎn)或直線運動，與簡單運動相似，但這些(zhèxiē)部分之間保持著嚴格的相對運動關(guān)系，是相互依存，而不是獨立的。所以復(fù)合成形運動是一個運動，而不是兩個或兩個以上的簡單運動。

共一百零二頁四、輔助(fǔzhù)運動1、各種空行程運動2、切入運動3、分度運動4、操縱(cāozòng)及控制運動第一節(jié)切削加工概述結(jié)束共一百零二頁在機床上加工各種表面(biǎomiàn)時，刀具與工件之間的相對運動。

----成形運動中各單元運動第二節(jié)機床(jīchuáng)切削運動與切削用量一、切削運動可分為主運動，進給運動共一百零二頁一、機床的切削(qiēxiāo)運動主運動含義：

由機床或人力提供的，促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，從而使前刀面接近工件作用：是完成切削任務(wù)的主要運動特征：速度較高，消耗機床功率(gōnglǜ)多任何切削過程有且僅有一個主運動

共一百零二頁機床的切削(qiēxiāo)運動進給運動含義使刀具和工件之間產(chǎn)生附加的相對運動，加上主運動即可不斷地或連續(xù)地切除材料，并獲得具有一定幾個特征的表面作用使工件不斷投入切削過程(guòchéng)中特征速度較主運動低，消耗機床功率少，對于某個機床加工零件時，進給運動可以是一個或多個共一百零二頁機械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)主運動(yùndòng)與進給運動(yùndòng)共一百零二頁圖1-4各種切削加工(jiāgōng)的切削運動1—主運動；2—進給運動；3—合成運動；4—待加工表面；5—加工表面；6—已加工表面共一百零二頁注釋(zhùshì):1、主運動可以(kěyǐ)使旋轉(zhuǎn)運動，也可以(kěyǐ)是往復(fù)運動；2、主運動可以是工件來實現(xiàn)（車外圓）,主運動也可以是刀具來實現(xiàn)（切斷、刨、銑加工）;3、主運動只有一個，進給運動可以一個以上。共一百零二頁1、已加工表面工件上經(jīng)刀具(dāojù)切削后產(chǎn)生的表面；2、待加工表面工件上有待切除之表面；3、過渡表面切削刃正在切削的表面。它通常位于已加工表面和待加工表面之間。

二、加工中的工件(gōngjiàn)表面共一百零二頁共一百零二頁仔細觀察共一百零二頁共一百零二頁

切削用量三要素是指切削速度、進給量和背吃刀量（切削(qiēxiāo)深度）的總稱。三、切削用量三要素共一百零二頁1、切削速度(Vc)

(cuttingspeed)

切削刃選定(xuǎndìnɡ)點相對于工件主運動的瞬時速度。υc＝πdn/（1000×60）（m/s）a.若主運動(yùndòng)為旋轉(zhuǎn)運動(yùndòng)---最大的線速度b.若主運動為往復(fù)直線運動

------平均速度

υc＝２Lnr

/（1000×60）(m/s)

共一百零二頁課堂練習(xí)計算切削速度Vc（單位：m/min）

車外圓，外圓直徑為１２０mm，主軸轉(zhuǎn)速為６８r/minVc＝２５.６m/min

刨平面，行程(xíngchéng)長度為２００mm，滑枕每分鐘往返６４次Vc＝２５.６m/min共一百零二頁υ2、進給量(f)

(amountoffeed)在主運動的一個循環(huán)內(nèi)，刀具在進給運動方向相對工件(gōngjiàn)的位移量f。（mm/r，mm/str）每齒進給量：多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每個刀齒相對于工件在進給運動方向(fāngxiàng)上的位移量。υ

進給速度(Vf)：單位時間的進給量共一百零二頁

3、背吃刀量ap（切削(qiēxiāo)深度）（depthofcut/cuttingdepth）

指主刀刃與工件切削表面接觸長度(chángdù)在主運動方向和進給運動方向所組成平面的法線方向上測量的值，即在垂直于進給運動方向上主切削刃切入工件的深度。在一般情況下，也就是工件上待加工表面與已加工表面之間的垂直距離。ap＝(dw-dm)/2(mm）

共一百零二頁圖1-6切削用量三要素共一百零二頁不同切削(qiēxiāo)工藝的進給量和被吃刀量在主運動的一個循環(huán)(xúnhuán)內(nèi)，刀具在進給運動方向相對工件的位移量f。指主刀刃與工件切削表面接觸長度在主運動方向和進給運動方向所組成平面的法線方向上測量的值，即在垂直于進給運動方向上主切削刃切入工件的深度。共一百零二頁4、合成(héchéng)切削速度（resultantcuttingspeed）切削刃選定(xuǎndìnɡ)點相對工件的合成切削運動的瞬時速度。第二節(jié)切削運動與切削用量結(jié)束a.對于間歇進給機床b.對于連續(xù)進給機床共一百零二頁刀頭(dāotóu)外圓車刀(chēdāo)第三節(jié)刀具幾何參數(shù)一、刀具切削部分的組成刀體共一百零二頁圖1-7刀具(dāojù)的切削部分共一百零二頁刀具(dāojù)上切屑流過的表面。刀具(dāojù)上與過渡表面相對的表面。

1、前面()

rakeface2、主后面()

toolflank3、副后面()

secondarytoolflank刀具上與工件已加工表面相對的表面。一、刀具切削部分的組成共一百零二頁圖1-8車刀(chēdāo)的組成

共一百零二頁

主切削刃是前刀面與主后刀面的交線。在切削過程(guòchéng)中擔任主要切削工作。4、主切削(qiēxiāo)刃(S)

(main/major/leadcuttingedge)副切削刃是前刀面與副后刀面的交線?？拷都獠糠謪⒓由倭壳邢鞴ぷ鳌?/p>

5、副切削刃(S′)

(end/front-/side-cuttingedge)主切削刃與副切削刃連接處的那一小部分切削刃。6、刀尖(endland;noseoftool;toolnose)共一百零二頁主切削(qiēxiāo)刃副切削刃刀尖主后刀面前刀面副后刀面三面(sānmiàn)兩刃一尖《GB/T12204-1990金屬切削基本術(shù)語》共一百零二頁在不考慮進給運動，并在特定的安裝條件(tiáojiàn)下的參考系。是在刀具設(shè)計、制造、刃磨、測量時用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系。二、確定(quèdìng)刀具角度的參考系刀具靜止參考系（標注參考系）刀具動態(tài)參考系(刀具工作參考系)考慮了進給運動及實際安裝條件下的參考系。它是確定刀具在切削運動中有效工作角度的基準。共一百零二頁

通過主切削刃上某一選定點，垂直于該點主運動方向(fāngxiàng)的平面。參考平面(píngmiàn)（靜止系）：1、基面（Pr）共一百零二頁

2、切削平面（Ps）

通過主切削刃上某一選定(xuǎndìnɡ)點，與主切削刃相切且垂直于基面的平面。（平行于該點主運動方向）參考平面(píngmiàn)（靜止系）：PrPs

共一百零二頁二、確定刀具(dāojù)角度的參考系測量(cèliáng)平面：3、正交平面（Po）通過切削刃上的選定點并同時垂直于基面和切削平面的平面。Pr⊥Ps⊥Po

共一百零二頁二、確定刀具(dāojù)角度的參考系4、法平面（Pn）：它是通過切削刃選定(xuǎndìnɡ)點并垂直于切削刃的平面。共一百零二頁共一百零二頁

通過切削刃選定點平行于假定的進給運動方向并垂直于基面的平面。通常也平行或垂直于刀具(dāojù)上制造、刃磨和測量時的基準。5、假定工作(gōngzuò)平面(進給平面)（Pf）6、背平面（切深平面）（Pp）

通過切削刃選定點并垂直于基面和假定工作平面的平面。

Pr⊥Pp⊥Pf

Pp⊥VfPf∥Vf共一百零二頁共一百零二頁二、確定(quèdìng)刀具角度的參考系假定(jiǎdìng)工作平面--背平面參考系正交平面參考系法平面參考系Pr-Ps-PoPr-Ps-PnPr-Pf-Pp共一百零二頁共一百零二頁共一百零二頁三、刀具角度(jiǎodù)標注在主剖面中（正交平面）測量的角度

前角γo

在主切削刃上選定點的正交平面內(nèi)，前刀面與基面間的夾角。前角大，刃口(rènkǒu)鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。但易產(chǎn)生崩刃。5~25o

后角αo

在同一正交平面內(nèi)，后刀面與切削平面間的夾角。增大后角可減少摩擦，提高工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并使切削刃鋒利。

4~12?共一百零二頁三、刀具角度(jiǎodù)標注在基面中測量的角度主偏角Kr在基面上，主切削平面(即主切削刃選定點處的切削平面)與假定工作平面之間的夾角，它總是正值。影響切削層的形狀，切削刃的工作長度和單位切削刃上的負荷。減少κr，主切削刃單位長度上的負荷減少，刀具磨損小，耐用。

副偏角Kr′副切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角，稱為副偏角。影響已加工表面(biǎomiàn)的粗糙度和刀尖強度，減少κr′，減少表面的粗糙度的數(shù)值，還可提高刀具強度。過小，會使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動，降低表面質(zhì)量。共一百零二頁共一百零二頁注意(zhùyì)：車外圓與車端面主、副偏角的變化共一百零二頁三、刀具角度(jiǎodù)標注在切削平面中測量的角度刃傾角λs在主切削平面內(nèi)，主切削刃與基面(jīmiàn)的夾角影響刀尖強度和切屑流向共一百零二頁圖1-13車刀角度(jiǎodù)正、負的規(guī)定方法共一百零二頁楔角（

）在同一正交平面(píngmiàn)內(nèi)，前刀面與后刀面的夾角。6)刀尖角（）在基面內(nèi)，主切削(qiēxiāo)平面與副切削(qiēxiāo)平面間的夾角。βo＝90°-（γo＋αo）

εr＝180°-（kr＋k’r）共一百零二頁3、假定工作平面(píngmiàn)，背平面(píngmiàn)參考系內(nèi)的刀具角度1、正交平面參考系內(nèi)的刀具(dāojù)角度2、法平面參考系內(nèi)的刀具角度γo，αo，kr，k’r，λs，α’o（βo，εr)

γn，αn，kr，k’r，λs（βo，εr)γf，αf，γp，αp，kr，k’r，λs（βf，βp，εr)共一百零二頁?2007

金工(jīngōng)教研室機械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)仔細觀察：外圓車刀共一百零二頁圖1-12車刀(chēdāo)的標注角度共一百零二頁機械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)刀具角度(jiǎodù)標注外圓車刀共一百零二頁機械制造(jīxièzhìzào)基礎(chǔ)刀具角度(jiǎodù)標注鏜孔車刀共一百零二頁四、刀具的工作角度(jiǎodù)（車削加工）刀具的工作角度即刀具在工作參考系中的角度。工作參考系中各平面的定義與標注參考系類似，只需將定義中的主運動改成合成切削(qiēxiāo)運動即可。其符號在相應(yīng)符號中加下標e。Pre，Pse，Poe，Pne，

Pfe，Ppe共一百零二頁刀具的工作角度1.產(chǎn)生原因(yuányīn):在實際的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置會發(fā)生變化。2.定義:以切削過程中實際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實際角度。3.影響：刀具安裝位置對工作角度的影響、進給運動對工作角度的影響。

共一百零二頁1、刀具安裝高低對工作角度的影響

a.當?shù)都飧哂诠ぜ行?zhōngxīn)時使工作背前角比增大；使工作背后角比減小。共一百零二頁前角γo

在主切削刃上選定點的正交平面內(nèi)，前刀面與基面間的夾角(jiājiǎo)。后角αo

在同一正交平面內(nèi)，后刀面與切削平面間的夾角。共一百零二頁圖1-14刀具安裝(ānzhuāng)高低對工作角度的影響共一百零二頁b.當?shù)都獾陀诠ぜ行?zhōngxīn)時（車削加工）

使工作背前角比減??；使工作背后角比增大。

思考：鏜內(nèi)孔時刀尖安裝高低(gāodī)對工作角度的影響？共一百零二頁圖1-15刀桿軸線與進給方向(fāngxiàng)不垂直2、刀具軸線與進給方向不垂直(chuízhí)

使工作主偏角和工作副偏角發(fā)生變化。共一百零二頁在基面中測量的角度主偏角Kr在基面上，主切削(qiēxiāo)平面(即主切削刃選定點處的切削平面)與假定工作平面之間的夾角，它總是正值。

副偏角Kr′副切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角，稱為副偏角。共一百零二頁a.橫向進給運動的影響(yǐngxiǎng)使工作前角比靜態(tài)增大；使工作后角比靜態(tài)減小。3、進給運動對工作(gōngzuò)角度的影響共一百零二頁圖1-16橫向進給運動對工作(gōngzuò)角度的影響共一百零二頁b.縱向進給運動的影響使工作前角比靜態(tài)(jìngtài)增大；使工作后角比靜態(tài)減小。共一百零二頁圖1-17縱向進給(jìnɡěi)對工作角度的影響共一百零二頁4.加工表面的形狀對工作角度(jiǎodù)的影響圖1-18加工(jiāgōng)表面形狀對工作角度的影響

共一百零二頁切削層幾何參數(shù)1.切削層:工件上正被切削刃切削的一層金屬(jīnshǔ)，亦即相鄰兩個加工表面之間的一層金屬(jīnshǔ)。

第四節(jié)切削(qiēxiāo)