第一章金属切削的基本要素ppt

1、本章提要本章提要 本章主要介绍金属切削过程的基础知识：本章主要介绍金属切削过程的基础知识： 基本定义基本定义介绍金属切削过程方面的一些基本概念，它介绍金属切削过程方面的一些基本概念，它包括切削运动、切削用量、参考系、刀具标注角度、切削包括切削运动、切削用量、参考系、刀具标注角度、切削层参数等层参数等. . 刀具材料刀具材料介绍刀具材料应具备的性能介绍刀具材料应具备的性能, , 常用的刀具常用的刀具材料和其它刀具材料材料和其它刀具材料. .引论引论工件表面的形成方法和成形运动工件表面的形成方法和成形运动加工表面和切削用量三要素加工表面和切削用量三要素刀具角度刀具角度切削层参数与切削方式切削层参数

2、与切削方式刀具材料刀具材料1.01.11.21.31.41.51.01.0、引论、引论 金属切削加工是机械制造工业中的一种加工方法金属切削加工是机械制造工业中的一种加工方法 切削加工的实质切削加工的实质 切削加工必须具备三个条件：切削加工必须具备三个条件： 刀具与工件之间要有相对运动刀具与工件之间要有相对运动 刀具具有适当的几何参数几何角度刀具具有适当的几何参数几何角度 刀具材料具有一定的切削性能刀具材料具有一定的切削性能一、工件表面的构成一、工件表面的构成 1.11.1、工件表面的形成方法和成形运动、工件表面的形成方法和成形运动二、工件加工表面的形成方法二、工件加工表面的形成方法母线和导线统

3、母线和导线统称为称为发生线发生线。两条发生线两条发生线完全相同，形完全相同，形成的表面相同成的表面相同么？么？三、发生线的形成方法三、发生线的形成方法 成形法成形法：利用成形刀具对工件进行加工的方法利用成形刀具对工件进行加工的方法 展成法展成法：利用工件和刀具作展成切削运动的方法利用工件和刀具作展成切削运动的方法 轨迹法轨迹法：利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法加工的方法 相切法相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法工的方法 成形法成形法 是是指刀具切削刃与工指刀具切削刃与工件表面

4、之间为件表面之间为线接触线接触。 切削刃的形状与形成切削刃的形状与形成工件表面的一条发生线工件表面的一条发生线完全相同，另一条发生完全相同，另一条发生线由刀具与工件相对运线由刀具与工件相对运动来实现。动来实现。 展成法展成法 在一定的切削运动下，利用刀具与工件间的啮合运动关在一定的切削运动下，利用刀具与工件间的啮合运动关系切出的若干微小面积而包络出零件上所需表面的方法，如系切出的若干微小面积而包络出零件上所需表面的方法，如插齿、滚齿等。插齿、滚齿等。 被加工表面的形状精度主要取决于机床传动链的精度、部被加工表面的形状精度主要取决于机床传动链的精度、部件运动的精度以及刀刃的形状精度等。即是指对各

5、种齿形表件运动的精度以及刀刃的形状精度等。即是指对各种齿形表面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母线是切削刃各瞬时位置的包络线。线是切削刃各瞬时位置的包络线。 轨迹法轨迹法 轨迹法：轨迹法：指的是刀具切削刃与工件表面之间为指的是刀具切削刃与工件表面之间为点接触点接触，通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。实现表面的成形。 被加工表面的形状精度主要

6、取决于机床切削运动的精度。被加工表面的形状精度主要取决于机床切削运动的精度。刀尖轨迹法是利用刀尖轨迹法是利用非成形非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀刀具，在一定的切削运动下，由刀尖轨迹获得零件所需表面的方法。尖轨迹获得零件所需表面的方法。 利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法。利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法。相切法相切法四、表面成形运动四、表面成形运动 表面成形运动分析表面成形运动分析 表面成形运动表面成形运动：形成发生线的运动。形成发生线的运动。 按组成情况不同，可分为：简单成形运动和复合成形运动。按组成情况不同，可分为：简单成形运动和复合成形运动。 简单成形运动

7、简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。动。 一般以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动的形式出一般以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动的形式出现，用现，用A A表示直线运动，用表示直线运动，用B B表示旋转运动。表示旋转运动。 复合成形运动：复合成形运动：由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成的一个独立的成形运动，称照某种确定的运动关系组合而成的一个独立的成形运动，称为复合成形运动

8、。为复合成形运动。两者的区别：两者的区别： 复合成形运动分解成的直线或旋转运动之间必须保持严格的相复合成形运动分解成的直线或旋转运动之间必须保持严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立存在的；简单运动之对运动关系，是相互依存，而不是独立存在的；简单运动之间互相独立，没有严格的相对运动关系。间互相独立，没有严格的相对运动关系。注意：注意： 表面形状很复杂的零件的成形运动由于要分解为多个部分，只表面形状很复杂的零件的成形运动由于要分解为多个部分，只能在多轴联动的数控机床上实现。能在多轴联动的数控机床上实现。例：例：1-11-1用普通车刀车外圆用普通车刀车外圆母线母线圆，由轨迹法形成，需要一个成形

9、运动圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1B1。导线导线直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A1A1。表面成形运动的总数为两个，即表面成形运动的总数为两个，即B1B1和和A2A2都是简单的成形运动都是简单的成形运动例例1-2 1-2 用成形车刀车削成形回转表面用成形车刀车削成形回转表面 母线母线曲线，由成形法形成，不需要成形运动。曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线导线圆，由由轨迹法形成，需要一个成形运动圆，由由轨迹法形成，需要一个成形运动B1B1。 表面成形运动的表面成形运动的总数总数为一个为一个B1B1，是简单的成形运动，是简单的成形运动例例1-3

10、 1-3 用螺纹车刀车削螺纹用螺纹车刀车削螺纹 母线母线车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状一致，故车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状一致，故母线由成形法形成，母线由成形法形成，不需要成形运动不需要成形运动。 导线导线螺旋线，由螺旋线，由轨迹法轨迹法形成，需要一个成形运动。这是一形成，需要一个成形运动。这是一个个复合运动复合运动，把它分解为工件旋转，把它分解为工件旋转B11B11和刀具移动和刀具移动A12A12。B11B11和和A12A12不能彼此独立，它们之间必须保持严格相对运动关系不能彼此独立，它们之间必须保持严格相对运动关系, ,即工即工件每转一转时，刀具就均匀地移动一个螺旋线导程

11、。件每转一转时，刀具就均匀地移动一个螺旋线导程。 表面成形运动的总数为表面成形运动的总数为一个一个B11A12B11A12，是复合的成形运动。，是复合的成形运动。 试分析如图所示所需的表面成形运动。试分析如图所示所需的表面成形运动。切削运动切削运动 切削加工中，工件与刀具之间必须完成一定的相对运动，切削加工中，工件与刀具之间必须完成一定的相对运动，即切削运动，切削运动一般是主运动和进给运动的合成。即切削运动，切削运动一般是主运动和进给运动的合成。主运动：主运动：切削加工中最主要的运动。切削加工中最主要的运动。 由机床或手动提供的刀具和工件之间主要的相对运动，它由机床或手动提供的刀具和工件之间主

12、要的相对运动，它使刀具的切削部分切入工件材料，使被切金属层转变为切屑，使刀具的切削部分切入工件材料，使被切金属层转变为切屑，从而形成工件新表面。从而形成工件新表面。 通常，主运动的速度较高，消耗的切削功率也最大，在切通常，主运动的速度较高，消耗的切削功率也最大，在切削运动中主运动削运动中主运动必须有且只有一个必须有且只有一个。它可以是。它可以是旋转旋转运动、运动、直线直线运动，可以由运动，可以由工件工件完成、完成、刀具刀具完成，可以是完成，可以是简单简单运动，也可以运动，也可以是是复合运动。复合运动。五、主运动、进给运动和合成切削运动五、主运动、进给运动和合成切削运动 进给运动：进给运动：由机

13、床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动连续不断地切削工件，同时形成具有所需几何形状地已加工动连续不断地切削工件，同时形成具有所需几何形状地已加工表面。是一种表面。是一种在切削运动中不断地把切削层投入，使切削工作在切削运动中不断地把切削层投入，使切削工作得以持续下去的运动。得以持续下去的运动。 一般，进给运动的速度较低，功率消耗也较少，其数量可一般，进给运动的速度较低，功率消耗也较少，其数量可以是一个，也可以是以是一个，也可以是多个多个，可以是，可以是连续连续进行的，也可以是进行的，也可以是断续断续进行的，可以由进行的，可以由工件工件完成，也可以由

14、完成，也可以由刀具刀具完成，可以是完成，可以是简单简单运运动，也可以是动，也可以是复合复合运动。运动。 合成切削运动合成切削运动：由同时进行的主运动和进给运动合成的运动。由同时进行的主运动和进给运动合成的运动。 选取切削刃上某一个合适的点为研究对象，该点为选取切削刃上某一个合适的点为研究对象，该点为选定点选定点。 主运动方向主运动方向：切削刃上选定点相对工件的瞬时主运动方向。：切削刃上选定点相对工件的瞬时主运动方向。 切削速度切削速度VcVc：切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度。：切削刃上选定点相对工件主运动的瞬时速度。 进给运动方向：进给运动方向：切削刃上选定点相对工件瞬时进给运动方向。

15、切削刃上选定点相对工件瞬时进给运动方向。 进给速度进给速度VfVf：切削刃上选定点相对工件的进给运动瞬时速度。：切削刃上选定点相对工件的进给运动瞬时速度。 合成切削运动方向：合成切削运动方向：切削刃上选定点相对工件的瞬时合成切削运切削刃上选定点相对工件的瞬时合成切削运动的方向。动的方向。 合成切削速度合成切削速度VeVe：切削刃上选定点相对工件的合成切削运动的瞬：切削刃上选定点相对工件的合成切削运动的瞬时速度。时速度。 合成切削速度角合成切削速度角：主运动方向和合成切削运动方向之间夹角。主运动方向和合成切削运动方向之间夹角。一、工件的加工表面一、工件的加工表面 以车削为例，工件在车削中有三个不

16、断变化的表面：以车削为例，工件在车削中有三个不断变化的表面： 1 1、待加工表面：、待加工表面：加工时即将被切除的表面。加工时即将被切除的表面。 2 2、已加工表面：、已加工表面：已被切去多余金属而形成符合要求的已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面。工件新表面。 3 3、过渡表面：、过渡表面：加工时由主切削刃正在切削的表面，位加工时由主切削刃正在切削的表面，位于待加工表面与已加工表面之间。于待加工表面与已加工表面之间。1.21.2、加工表面和切削用量三要素、加工表面和切削用量三要素1 1切削速度切削速度 （m ms s或或m mminmin） 切削刃选定点相对于切削刃选定点相对于工件的主

17、运动瞬时线速度。工件的主运动瞬时线速度。Cv二、切削用量三要素二、切削用量三要素cvfpa切削用量是指切削速度切削用量是指切削速度 、进给量、进给量 和背吃刀量和背吃刀量 三者又称为切削用量三要素。三者又称为切削用量三要素。 计算切削速度时，应选取刀刃上计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高速度最高的点进行的点进行计算。主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定计算。主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定1000CdnV式中：式中： d-工件或刀具的最大值（工件或刀具的最大值（mm） n-工件或刀具的转速工件或刀具的转速(r/s或或r/min) 工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动工件或

18、刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mmmmr r（或（或mmmm双行程）。双行程）。fzn fn zfV 2进给量进给量f式中：式中： 为进为进给速度给速度 为每为每齿进给量齿进给量fVzf2wmPdda 3背吃刀量背吃刀量 （mm） pa 一般为工件上已加工一般为工件上已加工表面和待加工表面之间的表面和待加工表面之间的垂直距离。垂直距离。外圆车削：外圆车削：钻削：钻削：2mPdad式中式中: -: -工件上待加工工件上待加工表面直径（表面直径（mmmm） - -工件上已加工表工件上已加工表面直径（面直径（mm

19、mm）md 下面以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方下面以外圆车刀为例，给出刀具几何参数方面的有关定义。面的有关定义。 刀具上承担切削工作的部分称为刀具的切削部分。刀具上承担切削工作的部分称为刀具的切削部分。 一、刀具切削部分的构造一、刀具切削部分的构造1.31.3、刀具角度、刀具角度刀尖：刀尖：主后刀面主后刀面A副后刀面副后刀面A主切削刃主切削刃S前刀面前刀面A副切削刃副切削刃S刀体刀体刀头刀头一尖二刃三刀面一尖二刃三刀面前刀面前刀面 ：切屑流过的表面。：切屑流过的表面。后刀面后刀面 ：与主切削刃毗邻，且与工件过渡表面相：与主切削刃毗邻，且与工件过渡表面相 对的刀具表面。有主后刀面和副后刀面之

20、分。对的刀具表面。有主后刀面和副后刀面之分。切削刃切削刃S S: :前刀面上直接进行切削的边锋，有主、副切前刀面上直接进行切削的边锋，有主、副切削刃。削刃。刀尖刀尖：主副切削刃衔接处很短的一段切削刃，它可以：主副切削刃衔接处很短的一段切削刃，它可以是圆弧，也可以是直线，通常都称为过渡刃。是圆弧，也可以是直线，通常都称为过渡刃。AA 刀具要从工件上切除材料，就必须具有一定的切削角度。切削刀具要从工件上切除材料，就必须具有一定的切削角度。切削角度决定了刀具切削部分各表面之间的相对位置。角度决定了刀具切削部分各表面之间的相对位置。 为了确定和测量刀具的角度，必须引入一个由三个参考平面组为了确定和测量

21、刀具的角度，必须引入一个由三个参考平面组成的空间坐标参考系。成的空间坐标参考系。 刀具刀具标注角度标注角度参考系：由主运动方向确定。参考系：由主运动方向确定。 刀具刀具工作角度工作角度参考系：由合成切削运动方向确定。参考系：由合成切削运动方向确定。二、刀具角度的参考系二、刀具角度的参考系 假定运动条件：假定运动条件：首先首先给出刀具的假定主运动方向和假定进给运给出刀具的假定主运动方向和假定进给运动方向；动方向；其次其次假定进给速度值很小，可以用主运动向量假定进给速度值很小，可以用主运动向量V VC C近似近似代替合成速度向量代替合成速度向量V Ve e；然后然后再用平行和垂直于主运动方向的坐再

22、用平行和垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。标平面构成参考系。 假定安装条件：假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀具便于制造、刃磨和测量时定位与调整的平面或轴线（如车刀具便于制造、刃磨和测量时定位与调整的平面或轴线（如车刀底面、车刀刀杆轴线、铣刀、钻头的轴线等）。反之也可以说，底面、车刀刀杆轴线、铣刀、钻头的轴线等）。反之也可以说，假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。或垂直。1 1刀具标注角度参考系（静态坐标系）刀具标注角度参考系（静态坐标系） 基面基面P

23、 Pr r：通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴。一安装定位平面或轴。 切削平面切削平面PsPs：通过切削刃选定点，与通过切削刃选定点，与主切削刃主切削刃( (工件工件) )相切，并相切，并垂直于基面垂直于基面P Pr r的平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的的平面。也就是主切削刃与切削速度方向构成的平面。平面。 主剖面主剖面P P0 0和主剖面参考系和主剖面参考系：主剖面主剖面P P0 0是通过切削刃选定点，

24、同是通过切削刃选定点，同时垂直于时垂直于PrPr和切削平面和切削平面PsPs的平面。下页图中所示由的平面。下页图中所示由Pr Pr Ps Ps P P0 0组成的一个正交的主剖面参考系。组成的一个正交的主剖面参考系。 返回返回返回返回 法剖面法剖面P Pn n是通过切削刃选定点，垂直于是通过切削刃选定点，垂直于切削刃切削刃的平面。如图所的平面。如图所示，示， 由由 P Pr r P Ps s P Pn n组成的一个法剖面参考系。组成的一个法剖面参考系。 法剖面法剖面PnPn和法剖面参考系和法剖面参考系 进给剖面进给剖面PfPf和背平面和背平面PpPp及进给、背平面参考系及进给、背平面参考系 进

25、给剖面进给剖面P Pf f是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向是通过切削刃选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面并垂直于基面P Pr r的平面。通常，它也平行或垂直与刀具的平面。通常，它也平行或垂直与刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。 背平面背平面PpPp是通过切削刃选定点，同时垂直于是通过切削刃选定点，同时垂直于P Pr r 和和P Pf f的的平面。平面。 由由P Pr r P Pf fP Pp p组成一个进给、背平面参考系，如下页组成一个进给、背平面参考系，如下页图所示。图所示。 2.2.刀具工作角度参考系刀具工作角度参

26、考系 上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考系。不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考系。 刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用不能确切地反映切削加工的真实情形。只有用合成切削运动合成切削运动方向方向v ve e来确定参考系，才符合切削加工的实际。来确定参考系，才符合切削加工的实际。 例如，例如，三把刀具的标注角度完全相同，但由于合成切削三把刀具的标注角度完全相同，但由

27、于合成切削运动方向运动方向v ve e不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦的实际情形有很大不同。的实际情形有很大不同。 同样，同样，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。 刀具刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是用用v ve e取取代代v vc c，用实际进给运动方向取代假定进给运动方向，用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为角度，称为刀具标注角度刀具标注角度。

28、标注角度应标注在刀具的设标注角度应标注在刀具的设计图中，用于刀具制造、刃磨和测量。计图中，用于刀具制造、刃磨和测量。在切削刃是曲线在切削刃是曲线或前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的角度时，应或前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具的角度时，应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面。该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面。在正交平面参考系中，刀具的主要标注角度有五个，其在正交平面参考系中，刀具的主要标注角度有五个，其定义如下。定义如下。3刀具的标注角度刀具的标注角度前角前角0 0 前角0：前刀面与基面间的夹角（在主剖面中测量）。后角后角0 0 主偏角主偏角rr 刃倾角刃倾角ss

29、 给定给定ss和和rr后，主切削刃在空间的方位被唯一确后，主切削刃在空间的方位被唯一确定；由于车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上，定；由于车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上，因此，当因此，当00、 ss两者确定后，前刀面和后刀面的方位两者确定后，前刀面和后刀面的方位已经确定。已经确定。 此外，根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，此外，根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，它们的名称与定义如下：它们的名称与定义如下： 楔角楔角0 0 ：主剖面中测量的前、后刀面间夹角。主剖面中测量的前、后刀面间夹角。 009090 （0 0 00） 刀尖角刀尖角rr：基面中测量的主、副切削刃间夹

30、角。基面中测量的主、副切削刃间夹角。 rr180180 （ rr rr ） 前角、后角、刃倾角前角、后角、刃倾角正负正负的规定：在主剖面中，前刀面与基的规定：在主剖面中，前刀面与基面平行时前角为零，前刀面与切削平面间夹角小于面平行时前角为零，前刀面与切削平面间夹角小于90 90 时前角时前角为正、大于为正、大于90 90 时前角为负，刃倾角的正负如图所示。时前角为负，刃倾角的正负如图所示。 在正交平面参考在正交平面参考系中的标注角度系中的标注角度（1 1）主偏角）主偏角rr（2 2）刃倾角）刃倾角ss（3 3）前角）前角oo（4 4）后角）后角oo（5 5）副偏角）副偏角r r （6 6）副后

31、角）副后角o o 派生角度：派生角度：楔角楔角oo、刀尖、刀尖角角rr在法平面参考系中在法平面参考系中的标注角度的标注角度（1 1）主偏角）主偏角r r（2 2）刃倾角）刃倾角s s（3 3）法前角）法前角n n（4 4）法后角）法后角n n （5 5）副偏角）副偏角rr 在进给、切深平面参在进给、切深平面参考系中的标注角度考系中的标注角度（1 1）主偏角）主偏角r r（2 2）进给前角）进给前角f f（3 3）进给后角）进给后角f f（4 4）背前角）背前角p p（5 5）背后角）背后角p p（6 6）副偏角）副偏角rr 1 1、已知：加工阶梯轴的外圆车刀：、已知：加工阶梯轴的外圆车刀： 画

32、出该车刀的标注角度，并计算刀尖角画出该车刀的标注角度，并计算刀尖角 ，楔角，楔角。55151015o0、srokr 2 2、画图说明麻花钻钻孔时切削用量的概念、切削层参数的、画图说明麻花钻钻孔时切削用量的概念、切削层参数的概念以及二者之间的换算关系。概念以及二者之间的换算关系。 3 3、已知外圆车刀、已知外圆车刀 ，试画图，试画图标出主剖面参考系内的几何角度，并说明以上各角度的定义，标出主剖面参考系内的几何角度，并说明以上各角度的定义，当刀尖装高当刀尖装高h h后，工作角度如何计算。后，工作角度如何计算。5,5,15,15,75soorrkk 刀具工作角度：刀具工作角度：按照切削加工的实际情况

33、，在刀具工作角按照切削加工的实际情况，在刀具工作角度参考系中所确定的角度。度参考系中所确定的角度。 如果考虑合成切削运动和实际安装条件，则刀具角度的参如果考虑合成切削运动和实际安装条件，则刀具角度的参考系将发生变化，刀具角度也将发生变化，即刀具的考系将发生变化，刀具角度也将发生变化，即刀具的实际工实际工作角度不等于标注角度作角度不等于标注角度。 由于通常进给速度远小于主运动速度，所以在一般安装条由于通常进给速度远小于主运动速度，所以在一般安装条件下，刀具的工作角度件下，刀具的工作角度近似等于近似等于标注角度，如普通车削、镗标注角度，如普通车削、镗削、端铣、周铣等。只有在进给运动引起刀具角度值变

34、化较削、端铣、周铣等。只有在进给运动引起刀具角度值变化较大时才计算工作角度，如车螺纹或丝杠、和钻孔等。大时才计算工作角度，如车螺纹或丝杠、和钻孔等。 4刀具的工作角度刀具的工作角度（1）进给运动对工作角度的影响）进给运动对工作角度的影响 横向进给运动的影响横向进给运动的影响 oeoe=o o oeoe=o o tan tanVf/VcVf/Vc = = fn /dn =f /=f /dd当进给量当进给量f f一定时，一定时，随随 d d 值值值值，接近中心接近中心oeoe为负值。为负值。 当当 f f值值横车时横车时 f f 不宜过不宜过大，并应适当加大大，并应适当加大o o 在车床上切断工件

35、时，切到最后工件为什么会被挤断？在车床上切断工件时，切到最后工件为什么会被挤断？ 考虑横向进给运动影响，刀具的工作后角变小，当直径很考虑横向进给运动影响，刀具的工作后角变小，当直径很小时，可能使工作后角变为负值，刀具不能正常切削而将工小时，可能使工作后角变为负值，刀具不能正常切削而将工件挤断。件挤断。 纵向进给运动的影响纵向进给运动的影响车右螺纹时左侧刃车右螺纹时左侧刃 fefe=f ff f fefe=f ff f tan tanf ff f / /ddw w oeoe=o o oeoe=o o tan tan tantanf f sin sinr r f f sinsinr r/(/(dd

36、w w) )f f 或或d dw w时，时，f f、均均（2）刀具安装位置对工作角度的影响）刀具安装位置对工作角度的影响 刀具安装高低的影响刀具安装高低的影响刀尖高于工件中心刀尖高于工件中心pe=pppe=p p tanph/2 22 2w w) )2 2( (h hd d oe=o oe=o tan tanp cosr若刀尖低于工件中心，若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反角度变化与上述相反分析镗孔时，切削刃上选定点安装高低对工作角度的影响！分析镗孔时，切削刃上选定点安装高低对工作角度的影响！刀杆中心线与进给方向不垂直的影响刀杆中心线与进给方向不垂直的影响;rerrerkkG kkG 一、

37、切削层参数一、切削层参数1.41.4、切削层参数与切削方式、切削层参数与切削方式 由切削刃正在切削的这一层金属叫作由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层切削层。 切削层的截面尺寸称为切削层的截面尺寸称为切削层参数切削层参数。 它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面通常在基面PrPr内度量。内度量。 K Kr r=0,=0,s s0 0时，切削层剖面为时，切削层剖面为平行四边形平行四边形. . K Kr r9090o o时为时为矩形矩形。 切削层的工艺尺寸：切削用量的两个要素切削层的工艺尺寸：切削用量的两个要素f f和和a

38、ap p. .1切削层公称切削层公称 厚度厚度 垂直于过渡表垂直于过渡表面面度量的切削层尺度量的切削层尺寸称为切削层公称寸称为切削层公称厚度（以下简称为厚度（以下简称为切削厚度）。切削厚度）。sinrDfhDh 沿过渡表面沿过渡表面度量度量的切削层尺寸称为的切削层尺寸称为切 削 层 公 称 宽 度切 削 层 公 称 宽 度（以下简称为切削（以下简称为切削宽度）。宽度）。sinPDrabk 2切削层公称宽切削层公称宽度度Db 切削层在切削层切削层在切削层尺寸度量平面内的尺寸度量平面内的横截面积称为切削横截面积称为切削层公称横截面积层公称横截面积（以下简称为切削（以下简称为切削面积）。面积）。3切

39、削层公称横截切削层公称横截面积面积DADDDPfhbaA 金属切除率是指刀具在单位时间内从工件上切除金属切除率是指刀具在单位时间内从工件上切除的金属的体积，是衡量金属切除加工效率的指标。的金属的体积，是衡量金属切除加工效率的指标。 其中，其中，A AD D为切削面积，为切削面积，v vavav为平均切削速度。为平均切削速度。4金属切除率金属切除率avDwvAZ1000车外圆：车外圆：2000)(mwavddnvmppmpmwpavpavDwfdnaadfnaddfnafvavAZ)(2)(1000100042mwnfdZ4)(22wmwddnfZ钻孔：钻孔：扩孔：扩孔：二、切削方式二、切削方式

40、直角切削：直角切削：主切削刃与合成切削速度方向垂直主切削刃与合成切削速度方向垂直斜角切削：斜角切削：主切削刃与合成切削速度方向不垂直主切削刃与合成切削速度方向不垂直自由切削：自由切削：只有直线型主切削刃参加切削工作只有直线型主切削刃参加切削工作非自由切削：非自由切削：曲线型主切削刃或主副切削刃均参加切削曲线型主切削刃或主副切削刃均参加切削 对金属切削变形区进行观察和研究时，一般采用自由切对金属切削变形区进行观察和研究时，一般采用自由切削的方式。削的方式。1.51.5、刀具材料、刀具材料 刀具切削性能的优劣取决于刀具材料、切削部分几刀具切削性能的优劣取决于刀具材料、切削部分几何形状以及刀具的结构

41、。刀具材料的选择对刀具寿命、何形状以及刀具的结构。刀具材料的选择对刀具寿命、加工质量、生产效率影响极大。加工质量、生产效率影响极大。一、刀具材料的性能要求刀具材料的性能要求 切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具切削部分的材料须满足以下基本要求：刀具切削部分的材料须满足以下基本要求： （1 1）较高的硬度和耐磨性较高的硬度和耐磨性 （2 2）足够的强度和韧性足够的强度和韧性 （3 3）较高的耐热性较高的耐热性 （4 4）良好的导热性和耐热冲击性能良好的导热性和耐热冲击性能 （5 5）良好的工艺性良好的工艺性 二、常用刀具材料二、常用刀具

42、材料 刀具材料有高速钢、硬质合金、工具钢、陶瓷、立方刀具材料有高速钢、硬质合金、工具钢、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。目前，在生产中所用的刀具材料主要氮化硼和金刚石等。目前，在生产中所用的刀具材料主要是是高速钢高速钢和和硬质合金硬质合金两类。碳素工具钢、合金工具钢因耐两类。碳素工具钢、合金工具钢因耐热性差，仅用于手工或切削速度较低的刀具。热性差，仅用于手工或切削速度较低的刀具。工具钢工具钢碳素工具钢碳素工具钢：含碳量在含碳量在0.650.651.351.35的优质高碳钢。常用牌号：的优质高碳钢。常用牌号：T8AT8A，T10AT10A，T12AT12A（含（含C1.15C1.151.21.2），

43、只适用于手用和切削速度），只适用于手用和切削速度很低的工具，如锉刀、手用锯条、丝锥和板牙等。很低的工具，如锉刀、手用锯条、丝锥和板牙等。原因：原因：当切温高于当切温高于250250300 300 时，马氏体组织要分解，使得硬度降低，碳化物分布时，马氏体组织要分解，使得硬度降低，碳化物分布不均匀，淬火后变形较大，易产生裂纹，淬透性差，淬硬性薄。不均匀，淬火后变形较大，易产生裂纹，淬透性差，淬硬性薄。合金工具钢合金工具钢：在高碳钢中加一些合金元素：在高碳钢中加一些合金元素SiSi，CrCr，W W，MnMn（含量（含量335 5），提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒，减小变形。），提高淬透性和回火稳

44、定性，细化晶粒，减小变形。高速钢高速钢 :高速合金工具钢，白钢，锋钢高速合金工具钢，白钢，锋钢 在高碳钢中加入较多合金元素在高碳钢中加入较多合金元素W,Cr,V,MoW,Cr,V,Mo等与等与C C构成碳化物构构成碳化物构成。加入合金元素后，细化了晶粒，提高了合金的硬度，其淬成。加入合金元素后，细化了晶粒，提高了合金的硬度，其淬火硬度可达火硬度可达HRC63HRC636767，红硬性达，红硬性达550 550 650 650 ，允许切速，允许切速比合金钢提高比合金钢提高1 12 2倍，具有较高的强度，在所有材料中它的抗倍，具有较高的强度，在所有材料中它的抗弯强度和冲击韧度最高，是制造各刃形复杂

45、刀具的主要材料。弯强度和冲击韧度最高，是制造各刃形复杂刀具的主要材料。 按其性能用途，可分为普通和高性能高速钢两类。按其性能用途，可分为普通和高性能高速钢两类。1. 高速钢高速钢 通用型高速钢通用型高速钢 含碳量含碳量0.70.70.9%0.9%，626266 HRC66 HRC； 钨系高速钢；钼系高速钢；钨系高速钢；钼系高速钢； 主要用于一般材料的常规加工，速度不高于主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.50m/min.高性能高速钢高性能高速钢 增加碳量钒量，添加钴铝等增加碳量钒量，添加钴铝等666670HRC70HRC 主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达主要用于难加

46、工材料的加工，加工普通材料可达90m/min.90m/min. 通用型高速钢通用型高速钢 含碳量含碳量0.70.70.9%0.9%，626266 HRC66 HRC； 钨系高速钢钨系高速钢: :应用最多，用于钻头，铣刀，拉刀，齿轮等应用最多，用于钻头，铣刀，拉刀，齿轮等复杂刀具。复杂刀具。 典型牌号为典型牌号为W18Cr4VW18Cr4V（简称（简称W18W18）。含）。含W18W18、Cr4%Cr4%、V1V1。有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。淬火时过热倾有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。淬火时过热倾向小；磨加工性好；碳化物含量高，塑性变形抗力大；但碳向小；磨加工性好；碳化物含

47、量高，塑性变形抗力大；但碳化物分布不均匀，影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度化物分布不均匀，影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度; ;强度强度和韧性显得不够；热塑性差，很难用作热成形方法制造的刀和韧性显得不够；热塑性差，很难用作热成形方法制造的刀具（如热轧钻头）。具（如热轧钻头）。 钨钼系（钼系）高速钢：强度、韧度高于钨系高速钢，钨钼系（钼系）高速钢：强度、韧度高于钨系高速钢，将钨钢中的一部分钨以钼代替而得。典型牌号为将钨钢中的一部分钨以钼代替而得。典型牌号为W6MoCr4V2W6MoCr4V2（简称（简称M2M2）具有良好的机械性能，可做尺寸较小、承受冲击）具有良好的机械性能，可做尺寸较小、承受冲

48、击力较大的刀具；可用于制造大截面尺寸的刀具，尤其是热状力较大的刀具；可用于制造大截面尺寸的刀具，尤其是热状态下塑性好，适用制造热轧刀具；磨加工性也好，目前各国态下塑性好，适用制造热轧刀具；磨加工性也好，目前各国广为应用。广为应用。 高性能高速钢高性能高速钢 在通用高速钢的基础上再增加一些含碳量、含钒量及添在通用高速钢的基础上再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素。按其耐热性，又称为高热稳定性高速钢。加钴、铝等元素。按其耐热性，又称为高热稳定性高速钢。具有更好的切削性能，耐用度较通用型高速钢高具有更好的切削性能，耐用度较通用型高速钢高1.31.33 3倍。倍。适合加工高温合金、钛合金、超高强

49、度钢等难加工材料。适合加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。 典型牌号有高碳高速钢典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V9W18Cr4V，高钒高速钢，高钒高速钢W6MoCr4V3W6MoCr4V3、钴高速钢、钴高速钢W6MoCr4V2Co8W6MoCr4V2Co8、超硬高速钢、超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8W2Mo9Cr4Co8等。等。 粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，而后锻压成材或的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，而后锻压成材或刀具形状具有良好的机械

50、性能。其强度和韧性分别是熔炼高刀具形状具有良好的机械性能。其强度和韧性分别是熔炼高速钢的速钢的2 2倍和倍和2.52.53 3倍；磨加工性能好；物理机械性能高度各倍；磨加工性能好；物理机械性能高度各向同性，淬火变形小；耐磨性能提高向同性，淬火变形小；耐磨性能提高20203030，适合制造，适合制造切削难加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、切削难加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高压动载荷下使用的刀精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高压动载荷下使用的刀具等。具等。 改善高速钢刀具切削性能的主要途径改善高速钢刀具切削性能的主要途径l 改变高速钢的

51、合金成分改变高速钢的合金成分l 采用粉末冶金技术采用粉末冶金技术l 采用表面化学渗入法采用表面化学渗入法l 采用表面涂覆硬质薄膜技术采用表面涂覆硬质薄膜技术金属碳化物金属碳化物(WC(WC、TiCTiC、TaCTaC、 NbCNbC等等) )金属粘接剂金属粘接剂 (Co(Co、NiNi等等) ) 高压成形后，高温烧结而成。高压成形后，高温烧结而成。 1 1）硬质合金的性能）硬质合金的性能硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢 抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差分分类类 2 2） 硬质合金的种类硬质合金的

52、种类YG (K) 类类 YT (P)类类 YW (W)类类短切屑黑色金属短切屑黑色金属 加工长切屑的加工长切屑的 钢材、铸铁等钢材、铸铁等有色金属非金属有色金属非金属 黑色金属黑色金属 有色金属非金属有色金属非金属 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co 2硬质合金硬质合金 由难熔金属化合物（如由难熔金属化合物（如WCWC、TiCTiC）和金属粘结剂（）和金属粘结剂（CoCo）经粉）经粉末冶金法制成。末冶金法制成。 因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物，硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很

53、高。硬的金属碳化物，硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。硬度可达度可达HRA89HRA899393，在，在8008001000 1000 C C还能承担切削，耐用度较还能承担切削，耐用度较高速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高高速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高4 41010倍。倍。 唯唯抗弯强度抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。的振动和冲击负荷。 碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；粘结剂含量碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。较高时，抗弯强度高，但硬度

54、低。 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占5050）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、齿轮刀具）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、齿轮刀具等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。2硬质合金硬质合金 各类硬质合金钢刀具各类硬质合金钢刀具常用硬质合金牌号及应用范围常用硬质合金牌号及应用范围牌牌 号号应应 用用 范范 围围YG3硬度、硬度、 抗弯抗弯耐磨耐磨 强度、强度、性、性、 韧性、韧性、切削切削 进给进给速度速度 量量铸铁、有色金属、高温合金的铸铁、有

55、色金属、高温合金的精、半精加工精、半精加工，无冲击无冲击YA6冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YG6X铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6铸铁、有色金属、铸铁、有色金属、高温高温合金的合金的半精加工和粗加工半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属、铸铁、有色金属、高温高温合金合金粗加工粗加工，可用于，可用于断续切削断续切削YT30硬度、硬度、 抗弯抗弯耐磨耐磨 强度、强度、切削切削 韧性、韧性、速度速度 进给进给碳素钢、合金钢碳素钢、合金钢的的精加工精加工YT15碳钢、合金钢碳钢、合金钢连

56、续切时连续切时粗、半精加工粗、半精加工，断续切精加工，断续切精加工YT5碳素钢、合金钢碳素钢、合金钢的的粗加工粗加工，可用于，可用于断续切削断续切削YW1同同 上上高强度钢、碳钢高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的铸铁、有色金属等的精、半精加工精、半精加工YW2高强度钢、碳钢高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的铸铁、有色金属等的半精与粗加工半精与粗加工YN05同同 上上碳钢、合金钢的碳钢、合金钢的高速精车高速精车，系统刚性好的细长轴精车系统刚性好的细长轴精车YN10碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工精加工 ISO ISO将切削用的硬质合金分为三类：将切削用的硬质合金

57、分为三类： （1 1）YGYG（K K）类，即）类，即WCWCCoCo类硬质合金类硬质合金 由由WCWC和和CoCo组成。牌号有组成。牌号有YG6YG6、YG8YG8、YG3XYG3X、YG6XYG6X，含，含钴量分别为钴量分别为6 6、8 8、3 3、6 6，组织结构有粗晶粒、中，组织结构有粗晶粒、中晶粒、细晶粒之分。一般（晶粒、细晶粒之分。一般（YG6YG6、YG8YG8）为中晶粒组织，细）为中晶粒组织，细晶粒硬质合金（如晶粒硬质合金（如YG3XYG3X、YG6XYG6X）在含钴量相同时比中晶粒）在含钴量相同时比中晶粒的硬度、耐磨性要高些，但抗弯强度、韧性则低些。此类的硬度、耐磨性要高些，

58、但抗弯强度、韧性则低些。此类合金韧性、磨削性、导热性较好，较适于加工产生崩碎切合金韧性、磨削性、导热性较好，较适于加工产生崩碎切屑、有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料，如铸铁、屑、有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料，如铸铁、有色金属及其合金以及导热系数低的不锈钢和对刃口韧性有色金属及其合金以及导热系数低的不锈钢和对刃口韧性要求高（如端铣）的钢料等。要求高（如端铣）的钢料等。（2 2）YT(P)YT(P)类，即类，即WCWCTiCTiCCoCo类硬质合金类硬质合金 除除WCWC外，还含有外，还含有5 53030的的TiCTiC。牌号有。牌号有YT5YT5、YT14YT14、YT15YT15、

59、YT30YT30、TiCTiC的含量分别为的含量分别为5 5、1414、1515、3030，相，相应的钴含量为应的钴含量为1010、8 8、6 6、4 4，TiCTiC含量提高，含量提高，CoCo含量含量降低，硬度和耐磨性提高，但是冲击韧性显著降低。降低，硬度和耐磨性提高，但是冲击韧性显著降低。 此类合金有较高的硬度和耐磨性，抗粘结扩散能力和抗氧此类合金有较高的硬度和耐磨性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性能和导热系数下降，低温脆化能力好；但抗弯强度、磨削性能和导热系数下降，低温脆性大，韧性差。适于高速切削钢料。性大，韧性差。适于高速切削钢料。 含钴量增加，抗弯强度和冲击韧性提

60、高，适于粗加工，含含钴量增加，抗弯强度和冲击韧性提高，适于粗加工，含钴减少，硬度、耐磨性及耐热性增加，适于精加工。钴减少，硬度、耐磨性及耐热性增加，适于精加工。 应注意，合金不适合加工不锈钢和钛合金。因应注意，合金不适合加工不锈钢和钛合金。因YTYT中的钛元中的钛元素之间的亲合力会产生严重的粘刀现象，在高温切削及摩擦素之间的亲合力会产生严重的粘刀现象，在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损。系数大的情况下会加剧刀具磨损。（3 3）YWYW（M M）类，即）类，即WCWCTiCTiCTaCTaCCoCo类硬质合金类硬质合金 在在YTYT类中加入类中加入TaCTaC（NbCNbC）可提高其抗