金属切削原理第1章ppt课件

1、金属切削原理与刀具设计金属切削原理与刀具设计40学时学时 主讲主讲 尚晓峰尚晓峰一、本课性质：专业根底课一、本课性质：专业根底课二、本课主要义务三点二、本课主要义务三点掌握金属切削过程普通景象和根本规律；掌握金属切削过程普通景象和根本规律；初步掌握金属切削实验研讨的根本方法和技艺；初步掌握金属切削实验研讨的根本方法和技艺；初步了解本学科的开展趋势和成就。初步了解本学科的开展趋势和成就。三、金属切削在机械制造中的重要作用三、金属切削在机械制造中的重要作用1. 机械制造技术开展必然影响国民经济开展；机械制造技术开展必然影响国民经济开展；2. 切削加工在切削加工在21世纪仍将占机械加工量的世纪仍将占

2、机械加工量的90%；3. 机械制造自动化和精细加工开展。机械制造自动化和精细加工开展。四、本课构造四、本课构造金属切削加工工艺系统机床夹具刀具工件刀具角度及合理角度的选择刀具资料刀具磨损、破损与运用寿命金属切削变形切削力切削热和切削温度切削液各种切削刀具工件资料的切削加工性已加工外表质量磨削五、金属切削开展简况五、金属切削开展简况3万年前，原始人类发明万年前，原始人类发明了琢钻和磨制技术了琢钻和磨制技术1668年年 畜力铣磨机和脚踏刃磨机畜力铣磨机和脚踏刃磨机2200年前，秦始皇时代年前，秦始皇时代曾经有了磨削加工曾经有了磨削加工1915年，国产第年，国产第一台车床一台车床新中国成立，切削加新

3、中国成立，切削加工技术飞速开展工技术飞速开展21世纪，切削加工技术逐世纪，切削加工技术逐渐接近兴隆国家程度渐接近兴隆国家程度第一章根本定义第一章根本定义概述概述金属切削加工金属切削加工: 是用切削刀具将坯料或工件是用切削刀具将坯料或工件 上的多余资料切除，以获得所要求的尺上的多余资料切除，以获得所要求的尺寸、外形、位置精度和外表质量的加工寸、外形、位置精度和外表质量的加工方法。方法。分为钳工和机械加工两部分分为钳工和机械加工两部分我们着重研讨机械加工过程的景象和规律我们着重研讨机械加工过程的景象和规律1-1 切削运动、加工外表和切削用量三要素切削运动、加工外表和切削用量三要素金属切削加工工艺系

4、统金属切削加工工艺系统 由机床、夹具、刀具和工件组成由机床、夹具、刀具和工件组成一、车削运动时工件上的加工外表一、车削运动时工件上的加工外表切削过程中工件上常存在三个外表：切削过程中工件上常存在三个外表：u待加工外表：即将被切除的工件外表；待加工外表：即将被切除的工件外表；u已加工外表：曾经被切除的工件外表；已加工外表：曾经被切除的工件外表；u过渡外表切削外表：正在构成。过渡外表切削外表：正在构成。进给进给运动运动主运动主运动待加工外表待加工外表过渡外表过渡外表已加工外表已加工外表车削外圆时的加工外表车削外圆时的加工外表车削外圆时的加工外表车削外圆时的加工外表车削内孔时的加工外表车削内孔时的加

5、工外表二、主运动、进给运动和合成切削运动二、主运动、进给运动和合成切削运动任务运动：任务运动： 机床为实现切削加工所必需具有的机床为实现切削加工所必需具有的加工工具与工件间的相对运动。加工工具与工件间的相对运动。 包括：包括：主运动和主运动和进给运动进给运动主运动主运动 ： 是指在切削加工中构成机床切削速度是指在切削加工中构成机床切削速度或耗费主要动力的任务运动。或耗费主要动力的任务运动。进给运动：进给运动： 在切削中，使工件的多余资料不断被在切削中，使工件的多余资料不断被切除的任务运动。切除的任务运动。合成切削运动：主运动和进给运动向量和。合成切削运动：主运动和进给运动向量和。切削刃选定点：

6、切削刃各点运动情况一不定一样，研切削刃选定点：切削刃各点运动情况一不定一样，研讨问题时选取切削刃上某一适宜点。讨问题时选取切削刃上某一适宜点。主运动方向主运动方向 ： 切削刃选定点相对于工件的瞬时主运切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向。动方向。切削速度切削速度 vc： 切削刃选定点相对于工件的主运动的切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。瞬时速度。进给动方向进给动方向 ： 切削刃选定点相对于工件的瞬时进给切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动方向。运动方向。进给速度进给速度 vf： 切削刃选定点相对于工件的进给运动切削刃选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。的瞬时速度。主运动、进给运动和

7、合成切削运动表示图主运动、进给运动和合成切削运动表示图切削运动与切削外表表示图切削运动与切削外表表示图主运动；主运动；进给运动进给运动a) 车外圆面车外圆面b) 磨外圆面磨外圆面 各种切削加工的任务运动各种切削加工的任务运动c) 钻孔钻孔d) 车床上镗孔车床上镗孔e) 刨平面刨平面f ) 铣平面铣平面 g) 车成形面车成形面 h) 铣成形面铣成形面从上图为各种切削加工的任务运动从上图为各种切削加工的任务运动可以看出：可以看出：主运动只需一个，而进给运动可有几主运动只需一个，而进给运动可有几个。个。 任务运动有旋转运动也有直线运动任务运动有旋转运动也有直线运动; 有延续运动也有间歇运动。有延续运

8、动也有间歇运动。 任务运动可由刀具或工件分别完成任务运动可由刀具或工件分别完成 或单独完成。或单独完成。三、切削用量三要素三、切削用量三要素 切削用量是指：切削用量是指： vc 、f、apmin)/(1000)/(601000mndvsmndvwcwcpp=或 切削速度切削速度vc:指在单位时间内工件和刀具沿指在单位时间内工件和刀具沿主主 运动方向的位移运动方向的位移 单位单位: m/s 或或 m/min 车削等回转运动：车削等回转运动：(2)进给量进给量 f: 指工件或刀具每回转一周时指工件或刀具每回转一周时,两者两者 沿进给运动方向上的相对位移沿进给运动方向上的相对位移 单位单位: mm/

9、rmm/z)r/min)mm/min);/(60/60/每齿进给量（刀具的齿数；刀具每分钟转数（或进给速度=zfzffZnsmmvZnffnv(3)切削深度切削深度ap :指待加工外表与已加工外表指待加工外表与已加工外表 的垂直间隔单位的垂直间隔单位mm。2a2apmpmwddd=钻孔是：车外圆时：。已加工表面的直径（mm)md称为切削用量三要素。、pcafv1-2刀具切削部分根本定义刀具切削部分根本定义 虽然刀具种类繁多，外形各异，但其虽然刀具种类繁多，外形各异，但其切削部分的构造要素和几何角度都有许多切削部分的构造要素和几何角度都有许多共同特征，如以下图所示。各种外形复杂共同特征，如以下图

10、所示。各种外形复杂的刀具，就其中的一个刀齿而言，都可看的刀具，就其中的一个刀齿而言，都可看作一把车刀。作一把车刀。 下面就以车刀为例，分析切削部分的下面就以车刀为例，分析切削部分的构成和标注角度。构成和标注角度。刀具的切削部分刀具的切削部分分析车刀角度，主要从以下三个方面入手：分析车刀角度，主要从以下三个方面入手：l车刀切削部分组成车刀切削部分组成l车刀的标注角度及其选择车刀的标注角度及其选择l车刀的任务角度车刀的任务角度1、车刀切削部分构成、车刀切削部分构成 车刀切削部分普通由三个刀面、车刀切削部分普通由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成。两个切削刃和一个刀尖组成。前面前面主后面主后面副后面

11、副后面主切削主切削刃刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖刀杆刀杆刀头刀头外圆车刀切削部分的组成外圆车刀切削部分的组成过渡刃过渡刃衔接主、副切削刃的一小段圆弧衔接主、副切削刃的一小段圆弧常用刀尖的三种外形常用刀尖的三种外形2、车刀标注角度及其选择、车刀标注角度及其选择、刀具标注角度参考系、刀具标注角度参考系 为了确定车刀的空间位置，以便设计、为了确定车刀的空间位置，以便设计、制造、刃磨和丈量，必需建立车刀标注角制造、刃磨和丈量，必需建立车刀标注角度参考系。度参考系。假定：假定：a刀尖恰在工件中心线上刀尖恰在工件中心线上; b刀具轴线与工件轴线垂直刀具轴线与工件轴线垂直; c忽略进给运动忽略进给运动f 的影

12、响。的影响。 基平面基平面 pr : 经过切削刃选定点与主运经过切削刃选定点与主运动动 方向垂直的平面。方向垂直的平面。切削平面切削平面 ps :经过主切削刃上选定点，经过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直基面的平与切削刃相切并垂直基面的平面。面。主剖面主剖面 po : 经过主切削刃上选定点，经过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的同时垂直于基面和切削平面的平面。平面。 pr- ps- po组成一个正交平面参考系组成一个正交平面参考系(是是目前最常用的刀具标注角度参目前最常用的刀具标注角度参考系，此外还有法剖面参考系考系，此外还有法剖面参考系等。等。基面基面Pr假定主运动方向假定主运

13、动方向主切削主切削刃上选刃上选定点定点刀柄底面平面刀柄底面平面基平面基平面 pr的定义的定义主剖面主剖面Po： Ps P基面基面P： PVc 刀具安装面车刀刀具安装面车刀切削平面切削平面 Ps: 与与 S相切相切 且且 P假定主运动方向假定主运动方向Vc1.主剖面参考系主剖面参考系Pr-Ps-Po)主切削主切削刃上选刃上选定点定点法剖面法剖面Pn：PnS基面基面P： PVc 刀具安装面车刀刀具安装面车刀切削平面切削平面 Ps: 与与 S相切相切 且且 P假定主运动方向假定主运动方向Vc2.法剖面参考系法剖面参考系 Pr-Ps-Pn 90主切削主切削刃上选刃上选定点定点进给剖面进给剖面Pf ：

14、Pf Pr 、f基面基面P： PVc 刀具安装面车刀刀具安装面车刀切削平面切削平面 Ps: 与与 S相切相切 且且 P假定主运动方向假定主运动方向Vc假定进给运动方向假定进给运动方向f切深平面切深平面Pp ： Pr 、 Pf 3.进给、切深剖面参考系进给、切深剖面参考系 Pr-Pf-Pp 主切削主切削刃上选刃上选定点定点、刀具的标注角度也称静止角度、刀具的标注角度也称静止角度 定义：在刀具标注角度参考系内定义的定义：在刀具标注角度参考系内定义的切削刃与各刀面的方位角度，是制切削刃与各刀面的方位角度，是制造和刃磨刀具的根据，其主要标注造和刃磨刀具的根据，其主要标注角度如下角度如下:在主剖面在主剖

15、面Po内丈量的角度：内丈量的角度： 前角前角o 、后角、后角o 和楔角和楔角o在基面在基面Pr内丈量的角度：内丈量的角度： 主偏角主偏角r、副偏角、副偏角r和刀尖角和刀尖角r在切削平面在切削平面Ps内丈量的角度：刃倾角内丈量的角度：刃倾角srooorrsoosprp车刀的标注角度车刀的标注角度刀具角度正、负号断定如图中所示。刀具角度正、负号断定如图中所示。主剖面主剖面基面基面KK副剖面副剖面 从上图可以看出，一把单刃刀具在主剖面从上图可以看出，一把单刃刀具在主剖面参考系内共定义参考系内共定义 了了6个角度个角度 、 、 、 、 和和 四个角度是独立的。当给定刃倾角和主偏四个角度是独立的。当给定

16、刃倾角和主偏角，主切削刃在空间的方位便被确定；再进一角，主切削刃在空间的方位便被确定；再进一步给定前角和后角，相交于主切削刃的前刀面步给定前角和后角，相交于主切削刃的前刀面和后刀面也随之确定。和后刀面也随之确定。所以，对于一把有两条切削刃的普通车刀，只所以，对于一把有两条切削刃的普通车刀，只需给定六个独立的角度：需给定六个独立的角度：这把车刀切削部分的几何外形便被确定了。这把车刀切削部分的几何外形便被确定了。oosrooosrror 刀具角度的一面二角分析法刀具角度的一面二角分析法 表示空间恣意一个平面方位的定向角度只需表示空间恣意一个平面方位的定向角度只需两个，所以用一面二角分析法确定刀具切

17、削部两个，所以用一面二角分析法确定刀具切削部分需求标注的独立角度数量。即刀具需求标注分需求标注的独立角度数量。即刀具需求标注的独立角度数量是刀面数量的二倍。例如，直的独立角度数量是刀面数量的二倍。例如，直头外圆车刀，头外圆车刀，3个刀面个刀面2=6个角度：个角度：oosrro前刀面定向角前刀面定向角后刀面定向角后刀面定向角副后刀面定向角副后刀面定向角45弯头车刀，弯头车刀，4个刀面个刀面2=8个角度：个角度：oosrro主切削刃主切削刃12前刀面定向角前刀面定向角主切削刃主切削刃12后刀面定向角后刀面定向角副切削刃副切削刃23后刀面定向角后刀面定向角副切削刃副切削刃14后刀面定向角后刀面定向角

18、ro切断刀，两把端面车刀组合切断刀，两把端面车刀组合4个刀面个刀面2=8个角度：个角度：oosLrLrLoL前刀面定向角前刀面定向角后刀面定向角后刀面定向角左副后刀面定向角左副后刀面定向角右副后刀面定向角右副后刀面定向角rRoR法剖面参考系标注角度法剖面参考系标注角度只以只以Pn剖面替代剖面替代Po剖面剖面只需定义只需定义Pn面内的标注角度即可。面内的标注角度即可。 刀具标注角度换算刀具标注角度换算 主剖面和法剖面内角度换算主剖面和法剖面内角度换算tgn=tgo coss n octg n=ctg o coss n o 车刀任务角度车刀任务角度、刀具任务角度参考系、刀具任务角度参考系 刀具安装

19、位置、切削合成运动方向的刀具安装位置、切削合成运动方向的变化，都会引起刀具任务角度的变化。因变化，都会引起刀具任务角度的变化。因此研讨切削过程中的刀具角度，必需以刀此研讨切削过程中的刀具角度，必需以刀具与工件的相对位置、相对运动为根底建具与工件的相对位置、相对运动为根底建立参考系，这种参考系称为任务参考系。立参考系，这种参考系称为任务参考系。用任务参考系定义的刀具角度称为任务角用任务参考系定义的刀具角度称为任务角度。度。任务基平面任务基平面任务切削平面任务切削平面任务正交平面任务正交平面组成一个任务正交组成一个任务正交平面参考系：平面参考系：repsepoeserepppoep刀具安装对任务角

20、度的影响刀具安装对任务角度的影响 刀柄偏斜影响任刀柄偏斜影响任务主、副偏角务主、副偏角 切削刃高低影响切削刃高低影响任务前、后角任务前、后角进给运动方向不平行工件旋转轴线进给运动方向不平行工件旋转轴线 1-3切削层几何参数切削层几何参数切削层切削层在各种切削加工中，刀具相对在各种切削加工中，刀具相对于工件沿进给运动方向每挪动于工件沿进给运动方向每挪动 f 后，由一个刀后，由一个刀齿正在切削的金属层。齿正在切削的金属层。切削层外形、尺寸直接影响着切削过程的切削层外形、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具接受的负荷以及刀具的磨损。变形、刀具接受的负荷以及刀具的磨损。切削层尺寸称为几何参数，切削层尺寸称为几何参数，通常在垂直切削速度的平面内察看和度量，通常在垂直切削速度的平面内察看和度量，即在基即