第一章金属切削基础知识

1、机电工程系机电工程系2009.10（上部分）（适于2008级机械专业） 主讲：丁凤琴 sdfjlksdfsdfksdf立式车床立式车床sdfjlksdfsdfksdfsdfjlksdfsdfksdf绪绪 论论制造技术的永恒性制造技术的永恒性 124现代制造技术的特点现代制造技术的特点 现代制造技术所面临的机遇和挑战现代制造技术所面临的机遇和挑战 概况概况 123现代制造技术的特点现代制造技术的特点 现代制造技术所面临的机遇和挑战现代制造技术所面临的机遇和挑战 概概 况况 第二次世界大战以后的50多年里，和平占有主导地位，世界的经济、文化和科技得以迅速发展，有了显著的进步，一些新的科学技术，如生

2、命、生物、材料、信息、微电子、能源、航空和航天等技术的崛起，把一直占有主导地位的机械制造技术推向了低谷。一方面这些新兴技术需要制造技术的支持，另一方面制造技术本身尚不能满足其需求，需要振兴和改造。日本、德国等国家一直重视制造业，因此一跃成为世界主要的制造地，国力得以很快恢复，经济实力处于世界前列。从30年代开始一直在制造技术处于领先地位的美国，由于未能重视它而失去了执牛耳的境况。克林顿总统执政后，迅速把制造技术提到了重要日程，决心争夺霸主地位。 现在，美国和日本基本上处于并驾齐驱的形势。 概概 况况 当前，我国的制造技术处于不够令人满意的境地，较长时间处于低谷，不能适应和支持新兴技术的发展需求

3、，许多关键设备依赖进口。 社会上，青年人不愿意学习机械制造专业，有人甚至认为机械工业是夕阳工业，而计算机、生物工程、经济管理成为热门专业，造成了国民经济局部不平衡。因此，有必要从历史和现状来探讨制造技术问题。 制造技术的永恒性制造技术的永恒性 人类的发展过程就是一个不断的制造过程。在原始社会，人类制造了石器；到了封建社会，出现了陶器、铜器和铁器；到了资本主义社会，出现了大工业生产，使人类的物质生活和文明有了很大提高；现如今，科学技术有了更快更新的发展，从而与制造技术的关系更为密切。蒸气机制造技术的问世带来了工业革命和大工业生产，内燃机制造技术的出现和发展形成了现代汽车、火车和舰船，喷气涡轮发动

4、机制造技术促进了现代喷气客机和超音速飞机的发展，集成电路制造技术的进步左右了现代计算机的水平，纳米技术的出现开创了微型机械的先河。因此，人类的活动离不开制造，人类活动的水平受到制造水平的极大约束。 人类的制造技术大体上可以分为三个阶段：人类的制造技术大体上可以分为三个阶段： 即即手手工业工业生产阶段，生产阶段，大工业大工业生产阶段和生产阶段和虚拟现实工业虚拟现实工业生产生产阶段阶段 。 现如今，所有可进行的高效单件小批生产，均可借助于信息技术、计算机技术、网络技术，采用集成制造、并行工程、计算机仿真、虚拟制造、动态联盟、电子商务等举措，将设计与制造高度结合，进行计算机辅助装配、计算机辅助工艺设

5、计和数控加工，使产品在设计阶段就能发现在制造中的问题，进行设计的改进。 制造技术是所有工业的支柱制造技术是所有工业的支柱 制造技术的涉及面非常广，制造技术的涉及面非常广，冶金冶金、建筑建筑、水水利利、机械机械、电子电子、信息信息、运载运载、农业农业等各个行等各个行业都要有制造业的支持。因此，它是一个业都要有制造业的支持。因此，它是一个支柱支柱产业产业，在不同的历史时期有，在不同的历史时期有不同不同的发展的发展重点重点，但需要但需要技术技术的的支持支持确是确是永恒永恒的。的。现代制造技术的特点现代制造技术的特点 l制造概念的扩展“大制造大制造”的概念的引入的概念的引入 很长一段时间，受很长一段时

6、间，受设计设计和和工艺工艺长期长期分工分工的影响，的影响，“制造制造”往往被理解为往往被理解为加工加工和和工艺工艺，而，而“大制造大制造”的概念却将设计和工艺的概念却将设计和工艺紧密联系紧密联系在一起，形成一个在一起，形成一个整体整体，以适应市场经济发展的要求。，以适应市场经济发展的要求。 在市场经济下，商品的在市场经济下，商品的上市时间上市时间十分关键，并十分关键，并行工程和虚拟制造的模式可使产品在行工程和虚拟制造的模式可使产品在开发初期开发初期就考就考虑后续阶段的问题，从而使虑后续阶段的问题，从而使设计设计、工艺工艺、生产生产、组组织织（包括动态联盟和虚拟企业等）、（包括动态联盟和虚拟企业

7、等）、供应供应、销售销售、报废回收报废回收等密切结合，通盘考虑产品的等密切结合，通盘考虑产品的全生命周期全生命周期。l制造技术的综合性 现代制造技术已经不是一门单纯的机械学科，而是一门以机械为主体的交叉学科，它与光学、电工、电子、材料、管理、艺术及社会科学等均有密切关系，具有很强的综合性。 制造技术的综合性首先表现在机、光、电、微电子和计算机的结合。现代机床中，数控机床的比例已大幅度增加；传感器虽小，但已充分体现了光、机、电的结合；单纯的机械产品非常少，机电已经不可分割。 l信息技术推动了制造技术的发展 在现代制造技术中，信息技术已成为重要的组成部分，由物质流、能量流和信息流组成的制造系统，使

8、制造技术从平面扩展到空间，成为三维综合体，同时具有时空概念。 l精密工程与纳米技术是现代制造技术的关键 当前，精密工程与纳米技术是衡量现代制造技术水平的重要指标之一，是现代制造技术中最活跃的因素。 精密工程包括精密加工技术和超精密加工技术；纳米技术通常是指纳米级（0.1nm100nm）材料、产品设计、加工、检测、控制等一系列技术，它不是简单的“精度提高”和“尺寸缩小”，而是从物理的宏观领域进入到微观领域，产生了一些从量变到质变的变化。 l传统技术与高新技术 传统技术是高新技术的基础，在发展高新技术的同时应注意传统技术、原始技术的改造，以便相辅相成，使高新技术更上一层楼。 我国在20世纪60和7

9、0年代已经建成了一个比较完整的制造业体系，但水平不够高。与此同时，未能加快信息技术等高新技术的发展，跟上世界潮流。改革开放后，我国的制造业在体制和技术上均不能适应市场经济的需求。这一时期，虽然注意了高新技术的发展，却对传统技术的改革显得有些束手无策。 对国计民生影响较大的重大技术设备，如电力、冶金、石化、对国计民生影响较大的重大技术设备，如电力、冶金、石化、水利、煤炭、纺织等，体现了水利、煤炭、纺织等，体现了“大大”字。字。 基础机械，主要是基基础机械，主要是基础设备和功能部件，如数控机床、仪器仪表、传感器、集成电路础设备和功能部件，如数控机床、仪器仪表、传感器、集成电路（芯片等）、微型机械、

10、计算机、生物机械等，体现了（芯片等）、微型机械、计算机、生物机械等，体现了“高高”和和“精精”字。字。 对国民经济有重要影响的重点产品，当前汽车、通对国民经济有重要影响的重点产品，当前汽车、通信器材等就是热点，它与人们的生活密切相关，体现了信器材等就是热点，它与人们的生活密切相关，体现了“热热”字。字。 农业机械是现代农业的重要组成部分，而农业是整个国民经济农业机械是现代农业的重要组成部分，而农业是整个国民经济的基础，因此体现了的基础，因此体现了“基基”字。字。 尖端科学是国家政治上、经济尖端科学是国家政治上、经济上独立的重要标志，也是整个国家科学、技术、教育水平的体现，上独立的重要标志，也是

11、整个国家科学、技术、教育水平的体现，如原子能（核能）、航天、半导体、生物工程等，体现了如原子能（核能）、航天、半导体、生物工程等，体现了“尖尖”字。字。l单元技术与结合行业需求 制造技术的发展应结合行业的产品来进行。其重点可以归纳为高、大、精、尖、热、基等几个方面。 现代制造技术主要沿着“大制造”或称“广义制造”的方向发展，具体可分为四个方面，即现代设计技术、现代成形和改性技术、现代加工技术、制造系统和管理技术。 l制造技术的发展方向 制造技术的振兴需要大批的技术人才，事在人为。我国目前培养的技术人才大多愿意出国、去外资企业和中外合资企业工作，愿意去国营大中企业工作的较少，使这些企业长期处于技

12、术人员匮乏的局面，大大削弱了产品开发的能力。另一方面，技术工人大量流失，技工学校多因无生源而停办，工人缺乏正规的技术培训，从而使得制造水平不高，这些都是造成制造竞争能力下降的原因。 l人才是关键 l留给我们的思考 ！绪绪 论论本课程的特点：本课程的特点： 融合性融合性：本课程是近几年进行专业教学改革后，为适：本课程是近几年进行专业教学改革后，为适应新形势下对人才的培养要求，由原来的应新形势下对人才的培养要求，由原来的金属切削原理金属切削原理与刀具设计与刀具设计、机床设计机床设计、机械制造工艺学机械制造工艺学和和机床夹具机床夹具设设计等四门课程，经对其主体性知识进行有机的深度融合计等四门课程，经

13、对其主体性知识进行有机的深度融合而得。较之以前，它更充分地体现了课程结构的科学性而得。较之以前，它更充分地体现了课程结构的科学性与综合性、条例性与层次性。与综合性、条例性与层次性。 实用性实用性：机械制造过程中的很多知识，由其本身的特：机械制造过程中的很多知识，由其本身的特点决定，它们是来自生产实践，经升华后又返回去指导点决定，它们是来自生产实践，经升华后又返回去指导生产。故本课程根据高职高专对人才培养的要求，按照生产。故本课程根据高职高专对人才培养的要求，按照必需必需、够用够用的原则，对原内容进行了遴选，在教学体系的原则，对原内容进行了遴选，在教学体系系统的基础上，更加突出其系统的基础上，更

14、加突出其实用性实用性和和针对性针对性。绪绪 论论 机械制造技术机械制造技术的研究对象的研究对象：是研究各种机电产品：是研究各种机电产品的的加工原理加工原理、工艺过程工艺过程和和方法方法以及以及相应设备相应设备的一门工程技的一门工程技术，是机械制造业用于生产和装配而制成产品的一切技术术，是机械制造业用于生产和装配而制成产品的一切技术的总称。它追求的目标就是以的总称。它追求的目标就是以最小的消耗最小的消耗、最低的成本最低的成本和和最高的效率最高的效率来获得满足生产要求的加工质量和与之相匹配来获得满足生产要求的加工质量和与之相匹配的经济效益。的经济效益。 机械制造技术有其时代性、局限性：机械制造技术

15、有其时代性、局限性：生产在发展，技生产在发展，技术在进步，尤其是随着术在进步，尤其是随着信息信息技术、技术、计算机计算机技术、技术、材料材料技术、技术、现代现代管理管理技术等的发展，以及它们在机械制造中的广泛和技术等的发展，以及它们在机械制造中的广泛和深入的应用，就深入的应用，就推动推动了机械制造技术无论是在了机械制造技术无论是在生产自动化生产自动化、生产组织生产组织、制造精度制造精度、制造工艺制造工艺等方面都在不断地发生变等方面都在不断地发生变化。化。 绪绪 论论绪绪 论论输入输出+ +- -生产过程生产过程效益 从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统，

16、见图1-1。 生产财富有形（产品）无形（服务）图1-1 生产的定义转变效率：生产率 = 输出/输入 生产要素生产对象（原材料）生产资料（直接、间接）能源劳动力信息（知识、技能、情报）资金绪绪 论论绪绪 论论概念： 是机械制造业按制造目的所采用技术的总称，是利用客观物质工具，运用知识技能达到制造目的的理想手段。 重要性：是不断提高企业制造能力（工艺能力）的关键，是提升产品竞争力的关键；是制造业赖以生存、发展的主题支柱；是国家经济增长的动力。绪绪 论论第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业第二产业航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、

17、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输 表1-1 第一、二、三产业的划分绪绪 论论绪绪 论论 认识世界。基本方法是“分析”，基本形式为“发现、揭示”。 改造世界。基本方法是“综合”，基本形式为“发明、创造、改进”。绪绪 论论软件硬件图1-2 制造系统结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。绪绪 论论主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。获取阶段转变阶段分配阶段图1-3 制造系统的物质

18、流原材料供应者原材料库存零件加工零件库存装配成品库存最终用户绪绪 论论绪绪 论论绪绪 论论60%绪绪 论论纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备图1-4 当今制造业的社会功能当今制造业的社会功能 绪绪 论论19631963年年19831983年年图1-5 美日两国汽车产量变化绪绪 论论图1-6 多轴数控机床改进核潜艇性能绪绪 论论绪绪 论论神州神州5 5号号图1-7 神州5号宇宙飞船绪绪 论论京津高速列车京津高速列车绪绪 论论歼歼1010战机战机1:383:52金金属属切切削削基基础础知知识识1.1 金属

19、切削基本概念切削加工切削加工用切削刀具，在刀具与工件的相用切削刀具，在刀具与工件的相对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想的对运动中，切除工件上的多余材料，得到预想的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。分机加工和钳工分机加工和钳工。机加工是工人操作机床完成。机加工是工人操作机床完成的。钳工是工人用的。钳工是工人用手持工具手持工具来来加工加工的，在某些场的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。合下，钳工加工还是非常经济和方便的。现状。现状。目前绝大多数零件的质量还要靠切削加目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。工的方法来保证。金金属属切切

20、削削基基础础知知识识1.1 金属切削基本概念生产中的切削加工主要分为生产中的切削加工主要分为车车、铣铣、刨刨、磨磨、钻钻、镗镗、拉拉、滚滚、插插等。等。普通卧车普通卧车平面数控平面数控磨磨普通平面普通平面磨磨无心磨床无心磨床内孔磨床内孔磨床立式钻床立式钻床卧式镗床卧式镗床立式镗立式镗床床拉床拉床滚齿机滚齿机立式车床立式车床金金属属切切削削基基础础知知识识1.1 金属切削基本概念本部分先学习在本部分先学习在工厂中车削加工的一些知识工厂中车削加工的一些知识，再以，再以车车削加工为例削加工为例讨论其基本概念。讨论其基本概念。金金属属切切削削基基础础知知识识现以现以车削加工车削加工为例，讨论切削加工的

21、基本原理。为例，讨论切削加工的基本原理。如图示如图示vf金金属属切切削削基基础础知知识识主运动主运动1.1.1 切削运动金属切削时，金属切削时，刀具刀具和和工件工件之间的之间的相对运动相对运动，即切削运，即切削运动。分动。分主运动主运动和和进给运动进给运动。是金属加工的主要运动，是从金属表层切下金属所必是金属加工的主要运动，是从金属表层切下金属所必需的运动。其特征是运动需的运动。其特征是运动速度高速度高，消耗机床的，消耗机床的功率大功率大。在一个切削加工中在一个切削加工中主运动主运动只有只有一个一个，它可以由，它可以由工件工件完成，完成，也可以由也可以由刀具刀具完成。如车削时工件的旋转、铣削时

22、铣刀完成。如车削时工件的旋转、铣削时铣刀的旋转、钻孔时钻头的旋转等。的旋转、钻孔时钻头的旋转等。主运动示意图金金属属切切削削基基础础知知识识进给运动进给运动使主运动能够使主运动能够连续不断连续不断地地切除切除工件上多余的工件上多余的金属金属而而形成新的加工表面形成新的加工表面所需所需的的运动运动。进给运动进给运动速度小速度小、消耗的、消耗的功率功率也也少少。进给运动可。进给运动可以是以是一个一个，也可以是，也可以是两个两个或或两个以上两个以上，既可以是，既可以是连续连续运动又可以是运动又可以是间断间断的运动。如车削加工中可以只有纵的运动。如车削加工中可以只有纵向进给，或只有横向进给，也可以两个

23、进给运动同时向进给，或只有横向进给，也可以两个进给运动同时进行；在刨削加工中工件的进给运动是间断的。进行；在刨削加工中工件的进给运动是间断的。主运动和进给运动都属于表面的成形运动，它们合成后刀尖的运动轨迹即为所要求的加工表面。金金属属切切削削基基础础知知识识合成切削运动合成切削运动当当主运动主运动和和进进给运动给运动同时同时进行时，切削进行时，切削刃上刃上某一点某一点相相对于对于工件工件的运的运动为动为合成切削合成切削运动运动。零件。零件加加工表面工表面实际上实际上是由是由合成合成切削切削运动运动形成形成的。的。，v，vvefc为合成切削运动为进给运动为主运动图中金金属属切切削削基基础础知知识

24、识切削加工切削加工过程过程中中工件工件上变化着的上变化着的表面表面（加工表面），如（加工表面），如下图示。下图示。工件表面工件表面金金属属切切削削基基础础知知识识下图为下图为各种各种车削车削加工情形下的加工情形下的加工表面加工表面。各加工表面及切屑形成金金属属切切削削基基础础知知识识图示，待加工面直径图示，待加工面直径用用表示，工件在加表示，工件在加工中转速为工中转速为，则有，则有切削速度为：切削速度为：1.1.2 切削用量指金属切削过程中指金属切削过程中切削速度切削速度、进给量进给量和和背吃刀量背吃刀量(也称切削厚度也称切削厚度)的总称。的总称。切削速度切削速度( )：cv刀具切削刃上的某一

25、点相对于待加工表面在刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动主运动方向方向上的上的瞬时速度瞬时速度。它是衡量主运动大小的参数。它是衡量主运动大小的参数。由于在切削时切削刃上各点的速度是不同的，故由于在切削时切削刃上各点的速度是不同的，故在在计算时计算时以表面上以表面上的切削速度为准的切削速度为准。wdnndvwc9.9金金属属切切削削基基础础知知识识进给量进给量( )：f工件或刀具每转一转或刀具往复一次工件或刀具每转一转或刀具往复一次 , 刀具相对工刀具相对工件在进给运动方向上的件在进给运动方向上的位移量位移量，用，用 mm/r（或行程（或行程 ）表示表示 。有时也用有时也用进给速度进给速

26、度，即，即来表示。来表示。min/mm背吃刀量背吃刀量( )：pa一般指工件上一般指工件上已已加工加工表面表面和和待待加工加工表面表面间的间的垂垂直距离直距离 。车削外圆时，车削外圆时，式中，式中，和和分别待加工面、已加工面的直径分别待加工面、已加工面的直径（mm）。）。2/ )(mwpddawdmd金金属属切切削削基基础础知知识识1.1.3 切削层参数1切削厚度切削厚度hD 垂直于切削刃的方向上度量的切削层的尺垂直于切削刃的方向上度量的切削层的尺寸，寸，或或切削层中切削层中相邻两个加工表面相邻两个加工表面之间的垂直距离。（之间的垂直距离。（mm）2切削宽度切削宽度bD沿切削刃方向（或沿切削刃

27、方向（或沿加工表面）沿加工表面）测量的切削层测量的切削层的尺寸。的尺寸。(mm)3切削面积切削面积AD在在垂直于合成速度方向垂直于合成速度方向的切削层平面的横截面积的切削层平面的横截面积( )。2mmDDDbhA车削外圆时切削车削外圆时切削层的参数如右图所示，层的参数如右图所示，计算公式如下式。计算公式如下式。切削层切削层：一次进给中切下的金属层。：一次进给中切下的金属层。金金属属切切削削基基础础知知识识切削刀具种类很多切削刀具种类很多,如如车刀车刀、刨刀刨刀、铣刀铣刀和和钻头钻头等。它们几何等。它们几何形状各异形状各异,复杂程度不等，但它们复杂程度不等，但它们切削部分切削部分的的结构结构和和

28、几何角度几何角度都都具有许多具有许多共同共同的特征。其中的特征。其中车刀车刀就最具代表性。就最具代表性。1.1.4 刀具切削部分的组成及几何角度金金属属切切削削基基础础知知识识常见刀具常见刀具刀刀具具的的组组成成刀具组成切削部分夹持部分刀刀具具的的组组成成1刀具切削部分的组刀具切削部分的组成成以以外圆外圆车刀为例，它由车刀为例，它由三个三个刀面刀面、两条切削刃两条切削刃和和一个一个刀尖刀尖组成。组成。(三面两刃一点三面两刃一点)（1）三个刀面）三个刀面 前刀面前刀面刀具上切刀具上切屑流过的表面。屑流过的表面。 主后刀面主后刀面刀具上刀具上与切削表面相对的面。与切削表面相对的面。 副后刀面副后刀

29、面与已加与已加工表面相对的面。工表面相对的面。刀刀具具的的组组成成（2）两个刀刃）两个刀刃主切削刃主切削刃前刀面与主后刀面相交形成的交前刀面与主后刀面相交形成的交线称为主切削刃，它完成线称为主切削刃，它完成主要主要的切削的切削工作工作。副切削刃副切削刃前刀面与副后前刀面与副后刀面相交形成刀面相交形成的切削刃。它的切削刃。它完成完成部分部分的切的切削削工作工作，并最，并最终终形成己形成己加工加工表面。表面。刀刀具具的的组组成成大大多数刀具多数刀具在刀尖处磨成一小段在刀尖处磨成一小段直线刃直线刃或或圆圆弧刃弧刃，也有，也有少部分少部分刀具主、副切削刃直接相交，刀具主、副切削刃直接相交，形成刀尖。见

30、右上图示。形成刀尖。见右上图示。（3）一个刀尖）一个刀尖指主、副切削刃的连接部位。指主、副切削刃的连接部位。参考系概念参考系概念刀具角度的参考坐标系刀具角度的参考坐标系为了便于确定刀具上各个面、刃的几何角度，常选择某一类型的参考坐标系作为基准，通过测量各个刀面或切削刃相对于该参考系坐标平面的角度值来反映它们的空间方位。刀具几何角度参考坐标系有两类：刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。 刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系在在设计设计、制造制造、刃磨刃磨和和测量测量刀具刀具时，用于时，用于确定确定各几何参数所依赖的各几何参数所依赖的坐标系。坐标系。有有正交正交平面参考系、平面参考系、法平面法

31、平面参考系和参考系和假定工作假定工作平面参考系等。平面参考系等。车刀切削部分的主要角度 坐标系建立条件：刀尖和工件中线等高；刀杆对称面垂直于工件轴线；没有进给运动；工件已加工表面的形状是圆柱形。参考系概念参考系概念 (1)(1)正交正交平面参考系及辅助平面平面参考系及辅助平面( (我国常用我国常用) ) (2) (2)法法平面参考系及辅助平面平面参考系及辅助平面( (日本日本) ) (3) (3)背平面背平面进给平面参考系及辅助平面进给平面参考系及辅助平面( (美国美国) )有时几种坐标系根据需要可进行换算。有时几种坐标系根据需要可进行换算。刀具标注角度的参考系：刀具标注角度的参考系：用于确定

32、刀具在用于确定刀具在工作状态工作状态时各个面、刃等的方位所依赖的坐标系。时各个面、刃等的方位所依赖的坐标系。在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样有在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样有正交正交平面参考平面参考系、系、法平面法平面参考系和参考系和假定工作假定工作平面参考系。平面参考系。建立条件建立条件：以实际：以实际工作状态工作状态为基准，按照对辅助面的相关要求建立。为基准，按照对辅助面的相关要求建立。 刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系刀刀具具的的辅辅助助平平面面基面基面pr主切削平面主切削平面ps副切削平面副切削平面ps正交平面正交平面po假定工作平假定工作平面pf背平

33、面pp各类坐标系中，常用辅助平面有：刀刀具具的的辅辅助助平平面面 基面基面p pr r主切削平面ps副切削平面ps正交平面po假定工作平面pf背平面pp基面pr ：过切削刃选定点，过切削刃选定点，垂直垂直于该点假定于该点假定运运动方向动方向的平面的平面.刀刀具具的的辅辅助助平平面面c深度理解基深度理解基面面 它是通过切削刃上选定点，且它是通过切削刃上选定点，且平行平行于刀具于刀具安装面安装面的平面，的平面，其方位要其方位要垂直垂直于于主运动主运动方向。方向。刀刀具具的的辅辅助助平平面面 基面基面p pr r主切削平面ps副切削平面ps正交平面po假定工作平面pf背平面pp主切削平面PS：过主切

34、削刃某选定点与过主切削刃某选定点与主切削主切削刃相切刃相切并并垂直垂直于基面的平面。于基面的平面。副切削平面ps，：过副切削刃上某点：过副切削刃上某点与副切削与副切削刃相切刃相切并垂直于基面的平面。并垂直于基面的平面。 基面基面p pr r主切削平面ps副切削平面ps正交平面po假定工作平面pf背平面pp刀刀具具的的辅辅助助平平面面c通过切削刃选定点，与刀刃通过切削刃选定点，与刀刃相切相切并并垂直垂直于基面的平面。于基面的平面。深度理解切削平面：深度理解切削平面： 刀刀具具的的辅辅助助平平面面 基面基面p pr r主切削平面ps副切削平面ps正交平面po假定工作平面pf背平面pp正交平面po

35、：过切削刃某选定点并过切削刃某选定点并同时同时垂直于垂直于基面基面和和切削平面切削平面的平面。的平面。刀刀具具的的辅辅助助平平面面c正交平面正交平面切削平面切削平面基面基面通过切削刃选定点并通过切削刃选定点并同时垂直同时垂直于基面和切削平面的平面。于基面和切削平面的平面。深度理解正交平面：深度理解正交平面： 刀刀具具的的辅辅助助平平面面 基面基面p pr r主切削平面ps副切削平面ps正交平面po假定工作平面pf背平面pp假定工作平面pf ：过切削刃上某选定点过切削刃上某选定点既平行既平行于于假定进给运动假定进给运动又又垂直于垂直于基面基面的平面。的平面。刀刀具具的的辅辅助助平平面面 基面基面

36、p pr r主切削平面ps副切削平面ps正交平面po假定工作平面pf背平面pp背平面pp ：过切削刃上某选定点过切削刃上某选定点既垂直既垂直于假定于假定进给运动进给运动又垂直又垂直于基面的平面。于基面的平面。刀刀具具的的辅辅助助平平面面各种辅助平面回顾：各种辅助平面回顾：上述由上述由基面基面、切平面切平面和和正交平面正交平面组成的坐标系即组成的坐标系即正交参考系正交参考系。几几种种参参考考系系法平面参考系：由基面由基面p pr r、切平面切平面p ps s、法平面p pn n组成组成（了解！）（了解！）正交平面参考系： 由基面由基面p pr r、切平面切平面Ps 、 正交面p po o组成组成

37、参考系：参考系：刀刀具具的的组组成成假定工作平面参考系假定工作平面参考系基面基面p pr r、背平面p pp p、 进给平面p pf f 组成组成（了解！）（了解！）从图中可知，假定从图中可知，假定工作平面参考系由工作平面参考系由基面基面Pr、背平面、背平面Pp 和假定工作面和假定工作面Pf组组成。成。 这三个面相互垂直这三个面相互垂直。刀具设计时刀具设计时标注、标注、刃磨、测量角度刃磨、测量角度最最常用的是正交平面常用的是正交平面参考系参考系。车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注前角前角0基面投影线基面投影线前角越大前角越大前刀面投影线前刀面投影线刀刃越锋利刀刃越锋利主切削刃强度越低，易崩刃

38、主切削刃强度越低，易崩刃已加工表面质量越好已加工表面质量越好在在-50250内选取，粗加工取小，精取大内选取，粗加工取小，精取大 在在正交平面正交平面内测量：前刀面与内测量：前刀面与基面之间的夹角基面之间的夹角。1)前角前角0 0c9.16车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注切削平面投影线切削平面投影线减小减小后刀面与已加工表面之间后刀面与已加工表面之间的的摩擦摩擦; 它和前角一样影响刃它和前角一样影响刃口的口的强度强度和和锋利锋利程度。程度。主后刀面投影线主后刀面投影线作用作用：后角后角0后角应在后角应在60120内选取内选取; 粗粗加工取加工取小小，精精加工取加工取大大。 在在正交平面正交

39、平面内测量，内测量，主主后后刀面与刀面与切削切削平面之间平面之间的夹角的夹角。2) 后角后角0 0 :c车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注3) 主偏角主偏角r r主切削刃或平面主切削刃或平面与与进给运动方向进给运动方向( (假定工作平面假定工作平面) )之间的夹之间的夹角角。主偏角主偏角r r 主偏角主偏角r r 减小减小，主切削刃参加切削的，主切削刃参加切削的长度长度增加，刀具增加，刀具磨损磨损减慢，但作用于工件的减慢，但作用于工件的径向力径向力会增加。会增加。 常用刀具的主偏角常用刀具的主偏角r r 有有45450 0、60600 0、75750 0、90900 0。车刀主要角度的标注车

40、刀主要角度的标注4) 副偏角副偏角r副切削刃或平面副切削刃或平面与与进给运动反方向进给运动反方向( (假定工作平面假定工作平面) )之间的之间的夹角夹角。 改变改变副偏角大小，副偏角大小，增大增大或或减小减小副切削刃与工件已加工表副切削刃与工件已加工表面之间的面之间的摩擦摩擦，减小减小副偏角可减小已加工表面的副偏角可减小已加工表面的粗糙度粗糙度。副偏角副偏角一般为一般为5 50 015150 0副偏角副偏角r r车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注基面投影线基面投影线主切削刃主切削刃刃倾角刃倾角s s 刀尖为切削刃上最高刀尖为切削刃上最高点时刃倾角为正值，反点时刃倾角为正值，反之为负值。之为负

41、值。刃倾角刃倾角一般一般5 50 0 5 50 05) 刃倾角刃倾角s s主切削刃主切削刃与与基面基面的夹角的夹角。在在切削平面切削平面中测量。中测量。 刃倾角可控制切屑刃倾角可控制切屑流出方向流出方向和刀头和刀头强度强度。c车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注刃倾角对切屑流向的影响车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注各各标标注注角角度度的的名名称称、符符号号图图示示副后刀面副后刀面与与副切削平面之间副切削平面之间的夹角的夹角 。6)副后角副后角 0车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注 实际上刀具的前角o 、后角 o 、主

42、偏角r、刃倾角s这四个角度就可以确定车刀主切削刃及其前后刀面的方位： o、s确定前刀面的方位，r、o 确定后刀面的方位，r 、s 确定主切削刃的方位。 同理，副切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定位也需用四个角度：即副偏角r 、副刃倾角s 、副前角 o 、副后角o。 车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上，当o、s两者确定后，前刀面的方位已经确定,o 、s两个角度可由o、s 、r、r等角度换算出来,故称o 、s为派生角度。 （了解！） 由上分析可知，外圆车刀有三个刀面，两个切削刃，所需标注的独立角度只有六个。（ o 、 o、 o、 r、 r s ）车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注 此

43、外，根据分析刀具的需要还要给定几个派生角度，它们是： 楔角oo：正交平面中测量的前、后刀面间夹角； 刀尖角r r：基面中测量的主、副切削刃间夹角。 在主剖面中，前刀面与基面平行时前角为零；前刀面在基面之下时，前角为正；在基面之上时时，前角为负。 刃倾角大小对切屑流向的影响见下图。 90Orrr 180前角、刃倾角正负的规定车车刀刀主主要要角角度度的的标标注注车刀主要角度的标注车刀主要角度的标注车刀几何角度部分车刀几何角度部分总结录像总结录像车刀的工作角度车刀的工作角度 切削过程中，随着切削过程中，随着切削条件切削条件的变化，的变化，如如切削切削大大螺距螺距螺纹、螺纹、切断切断等进给量比较等进给

44、量比较大大的情况，或是刀具的情况，或是刀具安装安装特殊时，特殊时，如如刀杆刀杆中心线中心线不垂直假定进给面、不垂直假定进给面、刀刀尖高于尖高于或或低于低于工件中心线时，刀具的工件中心线时，刀具的实际切削角度实际切削角度变化就比较大。变化就比较大。 此时，对刀具的实际切削角度（工作角度）与此时，对刀具的实际切削角度（工作角度）与标注角度之间就必须进行换算，以方便刀具的刃磨标注角度之间就必须进行换算，以方便刀具的刃磨和制造。和制造。 刀具的实际工作角度刀具的实际工作角度应在工作应在工作平面坐标系平面坐标系中定中定义。见下图示。义。见下图示。车刀的工作角度车刀的工作角度图示，不考虑进给运动方向 时，

45、基面 只需要与切削速度 垂直，也就是跟刀具安装面平行即可，处于水平方位；而考虑到进给运动时，按照定义，基面就应与合成速度 垂直，因此它就不再处水平方位。fvrPvev 切削加切削加工中，刀具工中，刀具的的进给运动进给运动和刀具的和刀具的安安装位置装位置对工对工作角度有较作角度有较大的影响。大的影响。车刀的工作角度车刀的工作角度 此时，此时，前角前角oe=o 后角后角oe=o tanf /d 当进给量当进给量f一定时，随一定时，随 d 值值值值，接近中心，接近中心oe为负值。为负值。 当当 f值值。横车时。横车时 f 不宜过大，并应适当不宜过大，并应适当加加大大o 进给运动对刀具工作角度的影响进

46、给运动对刀具工作角度的影响（1）横向进给运动的影响）横向进给运动的影响 此时基面处于此时基面处于 的位置，切面处的位置，切面处于于 的位置，相当于原坐标系逆时针的位置，相当于原坐标系逆时针转动转动了角度了角度 。rePseP车刀的工作角度车刀的工作角度（2）纵向进给运动的影响）纵向进给运动的影响 基面和切削面的变化如图中基面和切削面的变化如图中红线所示红线所示。O-O方向上方向上 oe=o(标注系中标注系中) oe=o tan tanf sinr f sinr/(dw) 当当 f 或或dw时，时，f、均均， 故，故，车削右螺纹时车削右螺纹时左侧刃左侧刃应预先应预先o(左左 8右右2 )；对；对

47、右侧刃右侧刃应预应预先先o 图中，当车右螺纹时，左侧刃：图中，当车右螺纹时，左侧刃：F-F方向上方向上 fe=ff(工作系中工作系中) fe=ff tanff /dw车刀的工作角度车刀的工作角度车刀安装高低对前角、后角的影响 假定车刀假定车刀s0, 刀尖刀尖高于工件中心，图示。高于工件中心，图示。 若刀尖若刀尖低于低于工件中心，工件中心，角度变化与上述角度变化与上述相反相反。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（1）刀具安装高低的影响）刀具安装高低的影响 从图中可以看出，从图中可以看出，当当刀尖刀尖位置位置高于高于工件工件中心线时，其中心线时，其前角增前角增大了大了N，后角

48、减小了后角减小了N。车刀的工作角度车刀的工作角度（2）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 上图示上图示，若刀具在安装时其轴线不垂直于工件进给运动方向，若刀具在安装时其轴线不垂直于工件进给运动方向，则刀具的主偏角和副偏角将分别增大或减小。则刀具的主偏角和副偏角将分别增大或减小。车刀的工作角度车刀的工作角度 选择刀具几何角度时，应遵循选择刀具几何角度时，应遵循“锐字当先，锐字当先，锐中求固锐中求固”原则。即将刀具锋利放在第一位，原则。即将刀具锋利放在第一位，同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具同时保证刀具有一定的强固。国内外先进刀具在角度的变革方面，大致有在角度

49、的变革方面，大致有“三大一小三大一小”的趋的趋势，即采用势，即采用大大的的前角前角、刃倾角刃倾角和和主偏角主偏角，采用，采用小的后角小的后角。刀具几何角度选择总体原则刀具几何角度选择总体原则本部分总结性录像本部分总结性录像金金属属切切削削基基础础知知识识1.1.5 刀具材料及选择刀具刀具的切削的切削性能性能决定于决定于刀具结构刀具结构、切削部分的切削部分的材料材料和和几何参数几何参数刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能（一）刀具材料必须具备的性能（一）刀具材料必须具备的性能 1. 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 常温硬度常温硬度60HRC以上，耐以上，耐磨性是硬度、磨性是硬度、 组织组织

50、 结构及化学性能等的综合反映。结构及化学性能等的综合反映。 2. 足够的强度和冲击韧性足够的强度和冲击韧性 3. 高耐热性高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等。性、抗扩散粘结性等。 4. 良好的工艺性良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理锻造性能、磨削性能、热处理性能等。性能等。 5. 经济性经济性常用的刀具材料常用的刀具材料 刀具的种类很多，常用的有工具钢（含碳刀具的种类很多，常用的有工具钢（含碳素工具钢、合金工具钢和素工具钢、合金工具钢和高速钢高速钢）、）、硬质合硬质合金金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。其中尤、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等

51、。其中尤以以高速钢、硬质合金居多。高速钢、硬质合金居多。 工具钢中碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。 下面对高速钢、硬质合金、陶瓷及其它超硬刀具材料进行介绍。常用的刀具材料常用的刀具材料增加合金元素含量提高切削性能钼钼钨钨铬铬钒钒钴钴合金合金工具工具钢钢高高速速钢钢高性能高速钢高性能高速钢超硬高速钢超硬高速钢高碳高速钢高碳高速钢W2Mo9Cr4VCo8W6Mo5Cr4V2Co8高钒高速钢高钒高速钢W6Mo5Cr4V3高碳高速钢高碳高速钢钨钼系高速钢钨钼系高速钢 9W18Cr4V钨系高速钢钨系高速钢 W18Mo5Cr4V2 W18Cr4V W14Cr4VMnRE W6M

52、o5Cr4V2Al耐冲击 可磨性好 制造复杂刀具通用型高速钢通用型高速钢 抗弯性能好 高温塑性好高硬度高硬度和高熔和高熔点金属点金属碳化物碳化物微粉微粉金金属属粘粘结结剂剂高压成型高温烧结15000硬硬质质合合金金 YG类YT类YA类YW类YN类常用的刀具材料常用的刀具材料高速钢高速钢 是在合金工具钢中加入是在合金工具钢中加入W W、MoMo、CrCr、V V等元素形成等元素形成的高合金工具钢。的高合金工具钢。切碳钢速度可达切碳钢速度可达30m/min30m/min左右。左右。 （1 1）普通型高速钢：）普通型高速钢：分分钨系高速钢钨系高速钢( (常用常用W18Cr4V)W18Cr4V)和和钼

53、钼系高速钢系高速钢( (常用常用W6Mo5Cr4V2).W6Mo5Cr4V2). 可用于可用于制造制造钻头、丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮工具等。钻头、丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮工具等。 主要主要加工加工碳钢碳钢、有色金属有色金属和和铸铁铸铁。 （2 2）高性能高速钢）高性能高速钢 常用材料：常用材料：9 9W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V3W6Mo5Cr4V3、W2Mo9Cr4VCo8W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V2Al等。等。 主要用于主要用于加工加工高温合金、钛合金、高强度钢和不锈钢等高温合金、钛合金、高强度钢和不锈钢等难难加工加工材料的

54、加工。材料的加工。常用的刀具材料常用的刀具材料高速钢可制造的刀具种类高速钢可制造的刀具种类常用的刀具材料常用的刀具材料常用的刀具材料常用的刀具材料 2. 2. 硬质合金硬质合金 用用粉末冶金粉末冶金方法制得。由方法制得。由硬度硬度和和熔点熔点都很高的都很高的金属碳化物金属碳化物的微粉和的微粉和金属粘结剂金属粘结剂，经高压成形后，高温，经高压成形后，高温15000烧结而成。烧结而成。 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，抗冲击振动和工艺性能差抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动和工艺性能差大多数车刀、端铣刀、深孔钻、绞刀、拉

55、刀、齿轮刀大多数车刀、端铣刀、深孔钻、绞刀、拉刀、齿轮刀均用它制造。均用它制造。约占总刀具材料的约占总刀具材料的50%。硬质合金分类：见教材见教材P10P11 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、

56、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、

57、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 其他刀具材料其他刀具材料1. 陶瓷（硬、脆、价格低）陶瓷（硬、脆、价格低） 有纯有纯Al2O3陶瓷和陶瓷和Al2O3-TiC混合陶瓷两种。有很混合陶瓷两种。有很高的硬度、耐磨性和耐热性，高的硬度、耐磨性和耐热性，1200 仍能切削。切仍能切削。切速可比硬质合金高速可比硬质合金高

58、35倍。倍。 抗弯抗弯强度低、脆性大，强度低、脆性大，抗冲击振动差，抗冲击振动差，易崩碎易崩碎。 适于进行适于进行钢钢、铸铁铸铁及及高硬度高硬度材料的材料的半精半精和和精加工精加工。2. 金刚石：碳的同素异性体（最硬、耐磨性好，耐热金刚石：碳的同素异性体（最硬、耐磨性好，耐热性较差，性较差， 800） 加工陶瓷、硬合金、有色金属等，很适于精密加加工陶瓷、硬合金、有色金属等，很适于精密加工，工，不不适于适于铁系铁系金属加工。金属加工。 其他刀具材料其他刀具材料4. 涂层刀具涂层刀具 3. 立方氮化硼立方氮化硼 它是在韧性较好的它是在韧性较好的硬质合硬质合金基体上金基体上,或在或在高速钢高速钢刀具

59、基体刀具基体上上,涂抹涂抹一薄层耐磨性高的难熔一薄层耐磨性高的难熔金属化合物金属化合物而获得的。常用的而获得的。常用的涂层材料有涂层材料有TiC、TiN、Al2O3 等。等。 涂层厚度：硬质合金刀具为涂层厚度：硬质合金刀具为45m,表层硬度可达表层硬度可达HV25004200;高速钢刀具为高速钢刀具为2m,表层硬度可达表层硬度可达HRC80。 特点：涂层刀具表面特点：涂层刀具表面硬度高硬度高，抗氧化抗氧化及及抗粘结抗粘结性能性能强强,有有低的低的摩擦系数摩擦系数,可提高刀具的可提高刀具的耐用度耐用度(提高硬质合金刀具耐用度提高硬质合金刀具耐用度l3倍，高速钢刀具耐用度倍，高速钢刀具耐用度210

60、倍倍)。但存在着锋利性、韧。但存在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。 硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢及冷硬铸铁等。及冷硬铸铁等。1.2 金属切削过程基本规律金属切削过程基本规律 金属切削过程实际上就是工件上金属切削过程实际上就是工件上多余多余的的金属层金属层被刀具切除，并形成被刀具切除，并形成新的表面的过程。新的表面的过程。 本节着重通过切削过程中的一些现象，如本节着重通过切削过程中的一些现象，如切屑的形成切屑的形成、切削力切削力、切切削热削热与与切削温度切削温度及及刀具