金属切削基本知识

1、周春晓机械制造技术基础机械制造技术基础v 第一篇第一篇 金属切削加工原理金属切削加工原理v 第二篇第二篇 金属切削加工方法与设备金属切削加工方法与设备v 第三篇第三篇 机械零部件精度标准与精度设计机械零部件精度标准与精度设计v 第四篇第四篇 机械零件加工工艺机械零件加工工艺v 第五篇第五篇 现代加工制造技术现代加工制造技术 第一篇第一篇 金属切削加工原理金属切削加工原理1、掌握关于金属切削加工的基本知识、掌握关于金属切削加工的基本知识第第1章章2、研究金属切削变形、切削力、切削热及刀具磨、研究金属切削变形、切削力、切削热及刀具磨损的机理及其规律损的机理及其规律第第2章章3、掌握正确选择刀具几何

2、参数、刀具材料、刀具、掌握正确选择刀具几何参数、刀具材料、刀具结构的方法；掌握合理选择切削液及切削用量的结构的方法；掌握合理选择切削液及切削用量的原则；讨论提高刀具材料的切削性能、改善工件原则；讨论提高刀具材料的切削性能、改善工件材料切削加工性的途径材料切削加工性的途径第第3章章本篇主要任务：本篇主要任务：研究目的：研究目的：保证质量，提高效率，降低成本保证质量，提高效率，降低成本机械制造技术基础机械制造技术基础 第一章第一章 金属切削基本知识金属切削基本知识本章主要内容：本章主要内容： 1、 切削加工概述切削加工概述 切削加工及其分类、零件表面的形成切削加工及其分类、零件表面的形成 2、 机

3、床的切削运动与切削用量机床的切削运动与切削用量 3、 刀具切削部分的几何要素刀具切削部分的几何要素 4、 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式第一章第一章 金属切削基本知识金属切削基本知识第一章第一章 金属切削基本知识金属切削基本知识本章基本要求：本章基本要求： 1、了解金属切削加工的基本知识、了解金属切削加工的基本知识 2、掌握切削运动、切削用量的基本概念、掌握切削运动、切削用量的基本概念 3、掌握刀具切削部分的几何要素，、掌握刀具切削部分的几何要素， 了解其定义，建立清晰的空间概念，了解其定义，建立清晰的空间概念， 4、能熟练的标注各参考平面下的刀具角度、能熟练的标注各参考平面下的刀具

4、角度 5、了解切削层参数与切削方式、了解切削层参数与切削方式刀具刀具工件工件切削运动切削运动机床机床n对零件有基本要求 n有切削力，零件刀具必须有一定强度和刚度有切削力，零件刀具必须有一定强度和刚度 n应能找到比零件材料硬的刀具材料应能找到比零件材料硬的刀具材料 n方法种类多，适应性强 C精度范围宽：IT13IT3 Ra250.008 C加工零件的尺寸、重量、形状、材料范围宽 C型面类型不受限制，只要能装在机床上 C大小尺寸不受限制（轻的几克、葛洲坝船闸30米600吨） n生产效率高n只有少数零件： C通过精密铸造、精密锻造、粉末冶金成形 C塑料制品通过压制成形 n绝大多数机器零件是切削加工最

5、终成形 C占机器制造总工作量的 4060 n但是少数零件难以成形： C细微结构零件、高硬度或高强度零件 C解决方法：发展特种加工方法一、切削加工的特点一、切削加工的特点 第一节第一节 切削加工概述切削加工概述金属切削加工：金属切削加工： 利用切削利用切削刀具从工件上切除刀具从工件上切除多余的或多余的或预留的预留的材料材料使零件获得符合图样要求的形使零件获得符合图样要求的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。v刀具与工件之间要有刀具与工件之间要有相对运动相对运动；v刀具具有适当的几何参数，即刀具具有适当的几何参数，即切削角度切削角度；v刀具材料具有一定的刀具材料具有一

6、定的切削性能切削性能。 切削加工必须具备三个条件切削加工必须具备三个条件：机械零件上常见表面机械零件上常见表面二、零件表面的形成二、零件表面的形成二、零件表面的形成二、零件表面的形成表面表面 一条线（母线）沿另一条线一条线（母线）沿另一条线 （导线）运动的轨迹。（导线）运动的轨迹。母线和导线可以互换母线和导线可以互换 可逆表面可逆表面母线和导线不可互换母线和导线不可互换 不可逆表面不可逆表面母线母线导线导线发生线发生线二、零件表面的形成二、零件表面的形成发生线的形成发生线的形成刀具的切削刃和工件的刀具的切削刃和工件的 相对运动相对运动形成方法形成方法：轨迹法，成形法，相切法，展成法：轨迹法，成

7、形法，相切法，展成法 1 1、轨迹法、轨迹法(Locus/ Tracing method)(Locus/ Tracing method) 利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀刀尖轨迹尖轨迹形成发生线的方法。形成发生线的方法。-轨迹法形成发生线轨迹法形成发生线需一个成形运动需一个成形运动 2 2、成形法、成形法(Shaping/Forming method)(Shaping/Forming method) 利用成形刀具对工件进行加工的方法。切削刃利用成形刀具对工件进行加工的方法。切削刃的形状和长度与所需形成的的形状和长度与所需形成的发生线发生线(母线母线

8、)完全重合完全重合。 -成形法形成发生线成形法形成发生线不需成形运动不需成形运动3 3、相切法、相切法 (Tangent method)利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法，利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。-相切法形成发生线需相切法形成发生线需二个成形运动二个成形运动（一个旋（一个旋转运动，一个轨迹运动）转运动，一个轨迹运动）4 4、展成法（范成法）、展成法（范成法）(Generated method) 利用工件和刀具作展成切削运动（具有确定的运动关利用工件和刀具作展成切削运动（具有确定

9、的运动关系系 ）进行加工的方法。切削刃各瞬时位置的包络线，）进行加工的方法。切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线便是所需的发生线。-展成法形成发生线需展成法形成发生线需一个成形运动一个成形运动（展成运动）（展成运动） 图图1-2 形成发生线的形成发生线的方法方法 1刀尖或切削刃；刀尖或切削刃；2发生线；发生线；3刀具轴线的运动轨迹刀具轴线的运动轨迹三、表面成形运动三、表面成形运动由由单独的旋转运动或直线运动单独的旋转运动或直线运动构成的成形运动。构成的成形运动。 A直线运动直线运动 B旋转运动旋转运动 下标下标成形运动的序号。成形运动的序号。发生线的形成主要是靠刀具和工件作相对运动发生线

10、的形成主要是靠刀具和工件作相对运动实现的。这种运动称为实现的。这种运动称为表面成形运动表面成形运动。 1、简单成形运动、简单成形运动三、表面成形运动三、表面成形运动2、复合成形运动、复合成形运动 如果一个独立的成形运动，是由两个如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或或两个以上的旋转运动或(和和)直线运动，直线运动，按照按照某种确定的运动关系某种确定的运动关系组合而成，则称组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。此成形运动为复合成形运动。 复合运动组成部分符号中的下标，第一复合运动组成部分符号中的下标，第一位数字表示成形运动的序号，第二位数字表位数字表示成形运动的序号，第二位数字

11、表示同一个复合运动中单元运动的序号。示同一个复合运动中单元运动的序号。 复合成形运动也可以分解为复合成形运动也可以分解为3个甚至更多个甚至更多个部分（单元运动个部分（单元运动 ）。）。 注意：注意：复合成形运动虽然可以分解成几复合成形运动虽然可以分解成几个部分，每个部分是一个旋转或直线运动，个部分，每个部分是一个旋转或直线运动，与简单运动相似，但这些部分之间保持着严与简单运动相似，但这些部分之间保持着严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。立的。所以所以复合成形运动是一个运动复合成形运动是一个运动，而不，而不是两个或两个以上的简单运动。是两个或两个以

12、上的简单运动。 四、辅助运动四、辅助运动1、各种空行程运动、各种空行程运动2、切入运动、切入运动3、分度运动、分度运动4、操纵及控制运动、操纵及控制运动第一节切削加工概述结束 在机床上加工各种表面时，刀具与在机床上加工各种表面时，刀具与工件之工件之间的相对运动。间的相对运动。 -成形运动中各单元运动成形运动中各单元运动 第二节第二节 机床切削运动与切削用量机床切削运动与切削用量一、切削运动一、切削运动可分为主运动，进给运动可分为主运动，进给运动n含义：n进给运动 n含义 n使刀具和工件之间产生附加使刀具和工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除材料，

13、可不断地或连续地切除材料，并获得具有一定几个特征的并获得具有一定几个特征的表面表面 n作用 n使工件不断投入切削过程中 n特征 n速度较主运动低，消耗机床功率少，对于某个机床加工零件时，进给运动可以是一个或多个机械制造基机械制造基础础主运动与进给运动图图1-4 各种切削加工的切削运动各种切削加工的切削运动1主运动；主运动；2进给运动；进给运动；3合成运动；合成运动；4待加工表面；待加工表面；5加工表面；加工表面； 6已加工表面已加工表面1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主

14、运动主运动 也可以是刀具来实现也可以是刀具来实现（切断、刨、铣加工）（切断、刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。1 1、已加工表面、已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面；工件上经刀具切削后产生的表面；2 2、待加工表面、待加工表面 工件上有待切除之表面；工件上有待切除之表面；3 3、过渡表面、过渡表面 切削刃正在切削的表面。它通常位于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间。已加工表面和待加工表面之间。 二、加工中的工件表面二、加工中的工件表面 切削用量三要素是指切削用量三要素是指切削速度切削速度、进给量进给量

15、和和背吃刀量背吃刀量（切削深度）的总（切削深度）的总称。称。三、切削用量三要素三、切削用量三要素1 1、切削速度、切削速度(Vc)(Vc)(cutting speed)(cutting speed) 切削刃选定点相对于工件切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度主运动的瞬时速度。cd n /（100060） （m/s）a.a.若主运动为旋转运动若主运动为旋转运动-最大的线速度最大的线速度b. 若主运动为往复直线运动若主运动为往复直线运动 -平均速度平均速度 c L nr /（100060） (m/s) 2 2、进给量、进给量( (f f ) )(amount of feed)(amount of

16、 feed) 在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量向相对工件的位移量f f。（。（mm/rmm/r，mm/strmm/str） 每齿进给量：每齿进给量：多齿刀具每转或每行程中每多齿刀具每转或每行程中每个刀齿相对于工件在进给运动方向上的位个刀齿相对于工件在进给运动方向上的位移量。移量。)/(/齿mmzffz 进给速度进给速度( V( Vf f ) )：单位时间的进给量单位时间的进给量)/(60/smmnfvf 3、背吃刀量、背吃刀量ap （切削深度（切削深度 ） （depth of cut / cutting depth） 指主刀刃与工件

17、切削表面接触长度在主运动方指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成向和进给运动方向所组成平面的法线方向上平面的法线方向上测量测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。在一般情况下，也就是工件上工件的深度。在一般情况下，也就是工件上待加待加工表面与已加工表面之间的垂直距离工表面与已加工表面之间的垂直距离。ap(dw-dm)/2 (mm） 图图1-6切削用量切削用量三要素三要素不同不同切削切削工艺工艺的进的进给量给量和被和被吃刀吃刀量量在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量在主运动的一个循环内，刀具在

18、进给运动方向相对工件的位移量f。指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法平面的法线方向上线方向上测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。VVVfceve4 4、合成切削速度、合成切削速度（resultant cutting speed）切削刃选定点相对切削刃选定点相对工件的合成切削运工件的合成切削运动的瞬时速度。动的瞬时速度。第二节切削运动与切削用量结束a.对于间歇进给机床对于间歇进给机床b.对于连续进给机床对于连续进给机床VV

19、ceVVVfce刀头刀头外圆车刀外圆车刀第三节第三节 刀具几何参数刀具几何参数一、刀具切削部分的组成一、刀具切削部分的组成刀体刀体图图1-7 刀具的切削部分刀具的切削部分刀具上切屑流过的表面。刀具上切屑流过的表面。ArAa刀具上与过渡表面相对的表面。刀具上与过渡表面相对的表面。1、前面、前面( ) rake face2、主后面、主后面( ) tool flank3、副后面、副后面( ) secondary tool flank刀具上与工件已加工表面相对的表面。刀具上与工件已加工表面相对的表面。一、刀具切削部分的组成一、刀具切削部分的组成Aa图图1-8 1-8 车刀的组成车刀的组成 主切削刃是前

20、刀面与主后刀面的交线。主切削刃是前刀面与主后刀面的交线。在切削过程中担任主要切削工作。在切削过程中担任主要切削工作。4、主切削刃、主切削刃( S ) ( main/major/lead cutting edge) 副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。靠近刀尖部分参加少量切削工作。靠近刀尖部分参加少量切削工作。5、副切削刃、副切削刃(S) ( end/front-/side-cutting edge) 主切削刃与副切削刃连接处的那一小主切削刃与副切削刃连接处的那一小部分切削刃。部分切削刃。6、刀尖刀尖 (end land; nose of tool; tool n

21、ose)主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖主后刀面主后刀面 前刀面前刀面副后刀面副后刀面三面两刃一尖三面两刃一尖 GB/T 12204-1990金属切削基本术语金属切削基本术语 在不考虑进给运动，并在特定的安装条件下的参在不考虑进给运动，并在特定的安装条件下的参考系。是在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于考系。是在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系。定义刀具几何参数的参考系。 二、确定刀具角度的参考系二、确定刀具角度的参考系刀具静止参考系（标注参考系）刀具静止参考系（标注参考系）刀具动态参考系刀具动态参考系(刀具工作参考系刀具工作参考系)考虑了进给运动及实际安装条件下

22、的参考系。它考虑了进给运动及实际安装条件下的参考系。它是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。 通 过 主通 过 主切削刃上某切削刃上某一选定点，一选定点，垂直于垂直于该点该点主运动方向主运动方向的平面。的平面。参考平面（静止系）：参考平面（静止系）：1、基面（、基面（Pr ） 2、切削平面、切削平面（ Ps ） 通过主切通过主切削刃上某一选削刃上某一选定点，与主切定点，与主切削刃削刃相切且垂相切且垂直于基面直于基面的平的平面。（面。（平行于平行于该点主运动方该点主运动方向向）参考平面（静止系）：参考平面（静止系）：Pr Ps 二、确定刀具角度的参考

23、系二、确定刀具角度的参考系测量平面：测量平面：3、正交平面（正交平面（Po ） 通过切削刃通过切削刃上的选定点并上的选定点并同时垂直于基同时垂直于基面和切削平面面和切削平面的平面。的平面。Pr Ps Po 二、确定刀具角度的参考系二、确定刀具角度的参考系4、法平面（、法平面（ Pn ）：）：它是通过切削刃选定点并垂直于切削刃它是通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。的平面。 通过切削刃选定点通过切削刃选定点平行于假定的进给运动方向平行于假定的进给运动方向并垂直于基面的平面。通常也平行或垂直于刀具上并垂直于基面的平面。通常也平行或垂直于刀具上制造、刃磨和测量时的基准。制造、刃磨和测量时的基准。5

24、、假定工作平面、假定工作平面( 进给平面进给平面 )（Pf ）6、背平面（切深平面）、背平面（切深平面） （Pp ） 通过切削刃选定点并通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工垂直于基面和假定工作平面作平面的平面。的平面。Pr Pp Pf Pp VfPf Vf二、确定刀具角度的参考系二、确定刀具角度的参考系v 假定工作平面假定工作平面-背平面参考系背平面参考系v 正交平面参考系正交平面参考系v 法平面参考系法平面参考系Pr- Ps- PoPr- Ps- PnPr- Pf- Ppn在主切削刃上选定点的在主切削刃上选定点的正交平面正交平面内，前刀面与内，前刀面与基面间的夹角。基面间的夹角。n前角大，刃

25、口锋利，切前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。削轻快。但易产生崩刃。n在同一正交平面内，后刀面与切削平面间的夹角。n增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。n在在基面基面上，主切削平面上，主切削平面(即即主切削刃选定点处的主切削刃选定点处的切削平切削平面面)与假定工作平面之间的与假定工作平面之间的夹角，夹角，它总是正值。它总是正值。n影响切削层的形状，切削刃影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少的负荷。减少r，主切削刃，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀单位长度上的负荷减少，刀具

26、磨损小，耐用。具磨损小，耐用。n副切削刃在基面上的投影与副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏进给方向的夹角，称为副偏角。角。n影响已加工表面的粗糙度和影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少刀尖强度，减少r ，减少，减少表面的粗糙度的数值，还可表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面增加，引起震动，降低表面质量。质量。PoPrPso0 r已加工面加工面待加工面rfnPsPrPo0 r已加工面 r注意：车外注意：车外圆与车端面圆与车端面主、副偏角主、副偏角的变化的变化n在主切削平面内

27、，主切削刃与基面的夹角图图1-13 车刀角度正、负车刀角度正、负的规定方法的规定方法 楔角（楔角（ ） 在同一在同一正交平面正交平面内，内，前刀面与后刀面的夹角。前刀面与后刀面的夹角。0r 6) 6)刀尖角（刀尖角（ ） 在在基面基面内，主切削平面与副切削平面间的夹角。内，主切削平面与副切削平面间的夹角。o90-（oo） r180-（krkr） 3、假定工作平面，背平面参考系内的刀具角度、假定工作平面，背平面参考系内的刀具角度1、正交平面参考系内的刀具角度、正交平面参考系内的刀具角度2、法平面参考系内的刀具角度、法平面参考系内的刀具角度o，o，kr，kr，s，o（o，r ) n，n，kr，kr

28、，s（o，r ) f，f， p，p， kr，kr，s（f， p ，r ) 2007 金工教研室机械制造基机械制造基础础图图1-12车刀的标注角度车刀的标注角度 机械制造基机械制造基础础外外圆圆车车刀刀机械制造基机械制造基础础镗镗孔孔车车刀刀四、刀具的工作角度（车削加工）四、刀具的工作角度（车削加工）刀具的工作角度即刀具在工作参考系中的角刀具的工作角度即刀具在工作参考系中的角度。度。工作参考系中各平面的定义与标注参考系类工作参考系中各平面的定义与标注参考系类似，只需将定义中的似，只需将定义中的主运动改成合成切削运主运动改成合成切削运动动即可。其符号在相应符号中加下标即可。其符号在相应符号中加下标

29、e。Pre，Pse，Poe， Pne， Pfe， Ppe1、刀具安装高低对工作角度的影响、刀具安装高低对工作角度的影响 a.a.当刀尖高于工件中心时当刀尖高于工件中心时 使工作背前角使工作背前角 比比 增大；增大； 使工作背后角使工作背后角 比比 减小。减小。pepepdwppppepppeh2sinpn在主切削刃上选定点的在主切削刃上选定点的正交平面正交平面内，前刀面与内，前刀面与基面间的夹角。基面间的夹角。n在同一正交平面内，后刀面与切削平面间的夹角。dwppppepppeh2sin图图1-14 刀具安装高低对工刀具安装高低对工作角度的影响作角度的影响 b.b.当刀尖低于工件中心时（车削加

30、工）当刀尖低于工件中心时（车削加工） 使工作背前角使工作背前角 比比 减小；减小； 使工作背后角使工作背后角 比比 增大。增大。ppepep思考：思考：镗内孔时刀尖安装高低对工作角度的影响？镗内孔时刀尖安装高低对工作角度的影响？图图1-15 刀杆轴线与进给方向不垂直刀杆轴线与进给方向不垂直2、刀具轴线与进给方向不垂直、刀具轴线与进给方向不垂直 使工作主偏角和工作副偏角发生变化。使工作主偏角和工作副偏角发生变化。n在在基面基面上，主切削平面上，主切削平面(即主切削刃选定点处的即主切削刃选定点处的切削平面切削平面)与假定工作平与假定工作平面之间的夹角，面之间的夹角，它总是正它总是正值。值。n副切削刃在基面上的投影副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为与进给方向的夹角，称为副偏角。副偏角。a.a.横向进给运动的影响横向进给运动的影响 使工作前角使工作前角 比静态比静态 增大；增大； 使工作后角使工作后角 比静态比静态 减小。减小。ooeoeoooeooe3、进给