第1章 金属切削加工的基础知识 (2)

1、2021/12/7机械制造基础机械制造基础12021/12/7机械制造基础机械制造基础2(1)掌握切削运动、加工表面、切削用量及切削掌握切削运动、加工表面、切削用量及切削层参数概念和分析方法；层参数概念和分析方法；(2)掌握刀具刀具角度和工作角度的概念、合理掌握刀具刀具角度和工作角度的概念、合理选择刀具角度，常用刀具材料的性质与选用；选择刀具角度，常用刀具材料的性质与选用；(3)掌握切削过程中的掌握切削过程中的物理物理现象及其对加工过程现象及其对加工过程的影响；的影响；(4)掌握切削液的作用，合理选用切削液。掌握切削液的作用，合理选用切削液。重点和难点重点和难点：刀具角度和切削过程中的物理现象

2、刀具角度和切削过程中的物理现象2021/12/7机械制造基础机械制造基础3 1.1.1零件表面的形成零件表面的形成平面平面：是以直线为母线作直线运动形成的表面是以直线为母线作直线运动形成的表面；成型方法：成型方法：铣削、刨削、平面磨削等。铣削、刨削、平面磨削等。曲面曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；表面；成型方法：成型方法：铣削、成形磨削、数控铣削、电火铣削、成形磨削、数控铣削、电火花加工、激光加工等。花加工、激光加工等。2021/12/7机械制造基础机械制造基础4l 分类分类：1）主运动）主运动：切除切屑所需的基本运动。：切除切屑所需的基本运动。

3、3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。l 概念概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属金属2）进给运动进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。个或多个。3）其它运动：）其它运动：吃刀运动吃刀运动分度运动分度运动2021/12/7机械制造基础机械制造基础52021/12/7机械制造基础机械制造基础6进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面已加工表面加工表面待加工表面主运动进给运动202

4、1/12/7机械制造基础机械制造基础7进给运动加工表面待加工表面待加工表面主运动已加工表面加工表面进给运动已加工表面主运动2021/12/7机械制造基础机械制造基础8进给量：进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离。刀具相对工件沿进给方向移动的距离。1）（周期）进给量）（周期）进给量f(mm/r)f(mm/r)：主运动一个循环主运动一个循环2）进给速度）进给速度v vf f(mm(mm/min)/min)：单位时间内单位时间内3）每齿进给量）每齿进给量a af f(mm/z(mm/z) )：刀具每个刀齿刀具每个刀齿背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）a ap p(mm(mm):):已加工表

5、面与待加已加工表面与待加工表面间的距离。工表面间的距离。补充定义：补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。削刃切入工件的深度。2021/12/7机械制造基础机械制造基础9l切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D（老标准老标准a ac c）：）： h hD D=f=f sinKsinKr rl切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D（老标准老标准a aw w）: b bD D= =a ap p/sinK/sinKr rl切削层公称截面积切削层公称截面积A AD D： A AD D= =a ap p f=f=b bD D h hD Dl残留面

6、积残留面积A AD D残留面积高度残留面积高度： H=f/(ctgKr+ctgKr)r=0H=f2/8rr02021/12/7机械制造基础机械制造基础102021/12/7机械制造基础机械制造基础11r0时时222121)2(frrEODOr移项后两边平方移项后两边平方,并忽略并忽略H2(Hr)： 4 2H-2222frHrr残留面积高度残留面积高度：H=f2/8r 2021/12/7机械制造基础机械制造基础12l 刀具结构及其几何形状刀具结构及其几何形状前刀面前刀面Ar主切削刃主切削刃S主后面主后面Aa刀尖刀尖副后面副后面Aa副切削刃副切削刃S l 切削部分组成切削部分组成2021/12/7

7、机械制造基础机械制造基础13（2）辅助平面：）辅助平面：切削平面切削平面Ps：过切削刃上一点，与加工表面相切过切削刃上一点，与加工表面相切的平面。的平面。基面基面Pr：过切削刃上同一点，与切削速度相垂过切削刃上同一点，与切削速度相垂直的平面。直的平面。正交平面正交平面Po（主剖面）：主剖面）：过切削刃上同一点，过切削刃上同一点，与切削平与切削平和基面相垂直的平面。和基面相垂直的平面。进给运动主运动加工表面正交平面切削平面2021/12/7机械制造基础机械制造基础14前角的作用：前角的作用：前角前角切屑变形切屑变形切削力切削力刃口强刃口强度度前刀面磨损前刀面磨损导热体积导热体积刀具前角的选用：刀

8、具前角的选用：加工塑性材料选大前角加工塑性材料选大前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工脆性材料、断续切削选小前角加工硬材料选用负前角加工硬材料选用负前角进给运动主运动加工表面正交平面切削平面基面r2021/12/7机械制造基础机械制造基础15后角的作用：后角的作用：后角后角后刀面与加工表面间的摩擦后刀面与加工表面间的摩擦后刀面磨损后刀面磨损刃口强度刃口强度导热体积导热体积刀具后角的选用：刀具后角的选用：粗加工选小后角粗加工选小后角精加工选大后角精加工选大后角选大前角时选小后角以增大刃口选大前角时选小后角以增大刃口强度强度进给运动主运动加工表面正交平面切削平面基面r2021/12/7机械制造基

9、础机械制造基础16主偏角的作用：主偏角的作用：主偏角主偏角切削刃工作长度切削刃工作长度刀尖强刀尖强度度导热体积导热体积径向分力径向分力刀具主偏角的选用：刀具主偏角的选用：一般为一般为3075加工细长工件采用加工细长工件采用9093副偏角的作用：副偏角的作用：副偏角副偏角副后面与工件已加工表面副后面与工件已加工表面摩擦摩擦刀尖强度刀尖强度表面粗糙度表面粗糙度刀具副偏角的选用：刀具副偏角的选用：一般为一般为520特殊要求可采用特殊要求可采用Kr=0的修光刃的修光刃进给运动主运动加工表面正交平面2021/12/7机械制造基础机械制造基础17刀具刃倾角的选用：刀具刃倾角的选用：精加工取精加工取S0粗加

10、工取粗加工取S0加工细长工件采用加工细长工件采用S0刃倾角的作用：刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：）影响排屑方向：S0排向待加工表面排向待加工表面；S0排向已加工表面；排向已加工表面；S=0前刀面上卷曲前刀面上卷曲（2）影响切入切出的稳定性）影响切入切出的稳定性（3）影响背向分力大小）影响背向分力大小向进给运动主运动正交平面切削平面2021/12/7机械制造基础机械制造基础182021/12/7机械制造基础机械制造基础19进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面向进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交

11、平面切削平面基面2021/12/7机械制造基础机械制造基础20进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面KrKrK向进给运动主运动已加工表面加工表面待加工表面正交平面切削平面基面KrKr2021/12/7机械制造基础机械制造基础21进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面K向进给运动主运动待加工表面加工表面已加工表面正交平面切削平面基面2021/12/7机械制造基础机械制造基础22进 给 运 动主 运 动已 加 工 表 面加 工

12、表 面待 加 工 表 面正 交 平 面切 削 平 面基 面进 给 运 动主 运 动已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面正 交 平 面切 削 平 面基 面K向进 给 运 动主 运 动已 加 工 表 面加 工 表 面待 加 工 表 面正 交 平 面切 削 平 面基 面2021/12/7机械制造基础机械制造基础23vvfcvf 1. 1. 刀具工作参考系（刀具工作参考系（PrePsePoe）刀具工作角度刀具工作角度又称刀具切削角度：刀具实际切削条又称刀具切削角度：刀具实际切削条件下的实际角度。件下的实际角度。工作参考系与静止参考系的差别工作参考系与静止参考系的差别：工作条件下，合：工作

13、条件下，合成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止条件下合成速度与切削速度是一致的。止条件下合成速度与切削速度是一致的。2021/12/7机械制造基础机械制造基础24（3）刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角）刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角度变化度变化（2）刀尖安装高低对工作角度的影响）刀尖安装高低对工作角度的影响车外圆刀尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），车外圆刀尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角减小（大）；工作后角减小（大）；镗内孔刀尖安装偏高（低）：工作前角减小镗内孔刀尖安装偏高（低）：工作前角减小（大）（大） ，工作后角

14、增大（小），工作后角增大（小） 。2021/12/7机械制造基础机械制造基础252021/12/7机械制造基础机械制造基础262021/12/7机械制造基础机械制造基础27崩碎切屑：崩碎切屑：不规则屑片，较低不规则屑片，较低vc，较大较大ap，f加工脆性金加工脆性金属时产生。属时产生。l 切屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）切屑的种类（不考虑刀具断屑等因素的影响）带状切屑：带状切屑：上表面毛茸状，下表面光滑的连续切屑，大上表面毛茸状，下表面光滑的连续切屑，大0，高高vc，小小ap，f加工塑性金属时产生。加工塑性金属时产生。节状（挤裂）切屑：节状（挤裂）切屑：上表面锯齿状，下表面光滑的连上表

15、面锯齿状，下表面光滑的连续切屑，较低续切屑，较低vc，较大较大ap，f加工中等硬度塑性金属时产生。加工中等硬度塑性金属时产生。粒状（单元）切屑：粒状（单元）切屑：菱形单元分离体，较低菱形单元分离体，较低vc，较大较大ap，f加工硬度较高塑性较差金属时产生。加工硬度较高塑性较差金属时产生。2021/12/7机械制造基础机械制造基础282021/12/7机械制造基础机械制造基础292021/12/7机械制造基础机械制造基础30n形成条件：形成条件：中低速切削塑性金属中低速切削塑性金属n冷焊现象：冷焊现象：挤压与摩擦产生高温高压，同时摩擦挤压与摩擦产生高温高压，同时摩擦带走杂质，刀具表面与切屑表面新

16、鲜金属粒子间的带走杂质，刀具表面与切屑表面新鲜金属粒子间的亲合力和摩擦力之和大于切屑材料内部粒子间的亲亲合力和摩擦力之和大于切屑材料内部粒子间的亲合力，就会从切屑上撕下一小块金属粘接在前刀面合力，就会从切屑上撕下一小块金属粘接在前刀面上，形成积屑瘤。上，形成积屑瘤。n特性：特性：无无有有小小大大脱落脱落周期性周期性n对切削过程的影响：对切削过程的影响：保护刀刃；使工作前角增大，保护刀刃；使工作前角增大，切削刀减小；切削平稳性差；影响加工精度和表面切削刀减小；切削平稳性差；影响加工精度和表面粗糙度。粗糙度。2021/12/7机械制造基础机械制造基础312021/12/7机械制造基础机械制造基础3

17、22021/12/7机械制造基础机械制造基础33l l切削力估算与切削功率切削力估算与切削功率（1）Fc=kcAD=kcapf其中；其中；kc为单位切削力，同一材料，在一定切削为单位切削力，同一材料，在一定切削条件下条件下kc是不变的，可测定是不变的，可测定（2）切削功率）切削功率Pc=FcVc2021/12/7机械制造基础机械制造基础34（1）工件材料：）工件材料：材料成分、组织和力削性能是影材料成分、组织和力削性能是影响切削力的主要因素。强度、硬度、塑性、韧性响切削力的主要因素。强度、硬度、塑性、韧性越大切削力越大；越大切削力越大；（2）切削用量：）切削用量：影响最大的是影响最大的是ap，

18、其次是其次是f，切切削速度削速度 c最小，最小，Fc与与c是是1：1，f影响影响7080%， c影响积屑瘤的存在，有积屑瘤时影响积屑瘤的存在，有积屑瘤时F明显减小。明显减小。（3）刀具几何角度：）刀具几何角度： 0增大，刃口锋利、切削变增大，刃口锋利、切削变形小，摩擦小，切削力减小；形小，摩擦小，切削力减小； o增大、摩擦减小，增大、摩擦减小，切削力减小；切削力减小；Kr增大增大Fp减小；正减小；正 s，Fp减小减小Ff增大。增大。（4）其它因素：）其它因素：切削液使用润滑条件好，切削切削液使用润滑条件好，切削力减小，刀具磨损后切削力剧增。力减小，刀具磨损后切削力剧增。2021/12/7机械制

19、造基础机械制造基础35l 切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素切削温度取决于切削热的产生与传热的综合因素，切削切削温度取决于切削热的产生与传热的综合因素，切削温度太高，工件产生热变形，加工精度下降，刀具寿命降温度太高，工件产生热变形，加工精度下降，刀具寿命降低。低。影响切削温度的因素：切削用量、工件材料、刀具几何影响切削温度的因素：切削用量、工件材料、刀具几何角度、其它条件角度、其它条件切削量中影响最大的是切削速度切削量中影响最大的是切削速度 c，其次是其次是f，ap影响影响最小最小2021/12/7机械制造基础机械制造基础362021/12/7机械制造基础机械制造基础37l 刀具磨损形式刀具磨损形式（1）后面磨损：）后面磨损：切削脆性材料，切削塑性材料切削脆性材料，切削塑性材料hD0.5mm用用月牙洼最大深度月牙洼最大深度KT表示。表示。（3）前后面同时磨损：）前后面同时磨损：切削塑性材料切削塑性材料hD在在0.10.5mm之间之间大多数情况下前、后刀具都有磨损，后刀面磨损对加工质大多数情况下前、后刀具都有磨损，后刀面磨损对加工质量影响最大，测量方便，通常以量影响最大，测量方便，通常以VB来表示刀具磨损程度。来表示刀具磨损程度。2021/12/7机械制造基础机械制造基础38l 刀具寿命及其影响因素刀具寿命及其影响因素磨钝