第二章金属切削原理与刀具1.

1、第二章第二章 机械加工及设备的基础理论机械加工及设备的基础理论本讲学习内容本讲学习内容 1.掌握金属切削的基本知识2.金属切削机床的基本知识3.了解金属切削过程中的各种因素对切削加工质量的影响，学会合理选择刀具结构参数。4.了解刀具磨损过程和标准，掌握改善刀具磨损的途径第一节 金属切削基本知识图图3.1 3.1 卧式车床卧式车床一、切削运动与切削用量一、切削运动与切削用量 如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工件的外圆表面。在新的表面的形成过程中，工件上形成了工件的外圆表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面

2、（图有三个依次变化的表面（图1.11.1）: :图2.1 车削时的切削运动待加工表面：即将被切去金属层的表面;加工表面：切削刃正在切削着的表面;已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面。（一）切削运动（一）切削运动 金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。但是，按切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分，但是，按切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分，可分为主运动和进给运动。可分为主运动和进给运动。（1 1）主运动）主运动 -主运动是切下金属所必须的最主要的运动。通常它主运动是切下金属所必须的最主要的运动。通常它 的速度最高，消耗机床功率最多的速

3、度最高，消耗机床功率最多。（2 2）进给运动）进给运动 -使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可以是使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可以是连续运动，也可以是间歇运动。连续运动，也可以是间歇运动。（3 3）合成运动与合成切削速度）合成运动与合成切削速度 当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对工件的运动称为合成切削运动，其大小与某一点相对工件的运动称为合成切削运动，其大小与方向用合成速度向量方向用合成速度向量veve表示。如表示。如图图1.21.2所示，合成速所示，合成速度向量等于主运动速度与进给运动速度的向量和。即度向量等于主运动速

4、度与进给运动速度的向量和。即 ve=vc+vf (1.1) 图1.2 切削时合成切削速度（二）（二） 切削用量（三要素）切削用量（三要素） 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f f（或进给速（或进给速度）和背吃刀量度）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。图1.3 切削速度（1 1）切削速度）切削速度 （m ms s或或m mminmin） 切削刃相对于工件切削刃相对于工件的主运动速度称为切削的主运动速度称为切削速度。速度。Cvpa 计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高的计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高的点进行计算。主运动为旋转运动时，切

5、削速度由点进行计算。主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定下式确定1000CdnV式中：式中： d-d-工件或刀具的最大直（工件或刀具的最大直（mmmm） n-n-工件或刀具的转速工件或刀具的转速(r/s(r/s或或r/min)r/min) （2 2）进给量）进给量f f式中：式中： 为进给速为进给速 为每齿进给量为每齿进给量fVzffznfnzfV 工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进工件或刀具转一周（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，其单位是给运动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）。图1.4 进给量 （3

6、3）背吃刀量）背吃刀量 （mmmm） pa2wmPddA图1.5 背吃刀量式中式中: : dw dw- -工件上待加工表工件上待加工表面直径（面直径（mmmm） dm-dm-工件上已加工表工件上已加工表面直径（面直径（mmmm）（一）车刀的组成（一）车刀的组成 车刀由切削部分、刀柄两部车刀由切削部分、刀柄两部分组成。切削部分承担切削加分组成。切削部分承担切削加工任务，刀柄用以装夹在机床工任务，刀柄用以装夹在机床刀架上。刀架上。 切削部分是由一些面、切削切削部分是由一些面、切削刃组成。我们常用的外圆车刀刃组成。我们常用的外圆车刀是由一个刀尖、两条切削刃、是由一个刀尖、两条切削刃、三个刀面组成的。

7、如图所示。三个刀面组成的。如图所示。二、二、 刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的基本定义1. 1.刀面刀面 前刀面前刀面A A 刀具上切屑流过的表面；刀具上切屑流过的表面； 后刀面后刀面A A 与工件上切削表面相对的与工件上切削表面相对的刀面；刀面； 副后刀面副后刀面A A 与已加工表面相对的刀面。与已加工表面相对的刀面。2 2、切削刃、切削刃主切削刃主切削刃 S S 前刀面与后刀面的交线，承担前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作；主要的切削工作；副切削刃副切削刃 S S 前刀面与副后刀面的交线，承前刀面与副后刀面的交线，承担少量的切削工作。担少量的切削工作。3 3、刀尖刀尖 是主、副切

8、削刃相交的一点，是主、副切削刃相交的一点，实际上该点不可能磨得很尖，实际上该点不可能磨得很尖，而是由一段折线或微小圆弧组而是由一段折线或微小圆弧组成，微小圆弧的半径称为刀尖成，微小圆弧的半径称为刀尖圆弧半径圆弧半径, ,用用rr表示表示, ,如图所示。如图所示。（二）（二） 刀具角度参考系刀具角度参考系 刀具标注角度参考系种类刀具标注角度参考系种类 根据根据ISO3002/1-1997ISO3002/1-1997标准推荐，刀具标标准推荐，刀具标注角度参考系有：注角度参考系有：1. 1.正交平面参考系正交平面参考系2.2.法平面参考系法平面参考系3.3.假定工作平面参考系假定工作平面参考系三种。

9、三种。1 1、正交平面参考系、正交平面参考系正交平面参考系由以下三个平面正交平面参考系由以下三个平面组成：组成： 基面基面 Pr Pr ：通过切削刃选定点与主运动方向通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平垂直的平面。基面与刀具底面平行。行。切削平面切削平面 PsPs：通过切削刃选定点与主切削刃相通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面切且垂直于基面PrPr的平面。的平面。主剖面主剖面 PoPo：通过切削刃选定点垂直于基面通过切削刃选定点垂直于基面PrPr和切削平面和切削平面 PsPs的平面。的平面。主切削刃主后刀面前刀面正交平面 PoA切削平面 Ps基面 Prc1) 基面基

10、面 通过切削刃选定点的平面，它平行刀通过切削刃选定点的平面，它平行刀具安装的一个平面，其方位要垂直于具安装的一个平面，其方位要垂直于主运动方向。主运动方向。c2) 切削平面切削平面通过切削刃选定点并同时垂直于通过切削刃选定点并同时垂直于基面的平面。基面的平面。c正交平面正交平面切削平面切削平面基面基面3) 正交平面正交平面通过切削刃选定点并同时垂直于通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。基面和切削平面的平面。2 2、法平面参考系、法平面参考系 如图所示，法平面参考系如图所示，法平面参考系由由P Pr r、P Ps s和法平面和法平面P Pn n组成。组成。其中法平面其中法平面P P

11、n n是过切削刃是过切削刃某选定点垂直于切削刃的某选定点垂直于切削刃的平面。平面。3 3、假定工作平、假定工作平面参考系面参考系 如图所示，假定如图所示，假定工作平面参考系工作平面参考系由由P Pr r、P Pp p和和P Pf f组组成。假定工作平成。假定工作平面面P Pf f是过切削刃是过切削刃某选定点平行于某选定点平行于假定进给运动并假定进给运动并垂直于基面的平垂直于基面的平面。背平面面。背平面P Pp p是是过切削刃某选定过切削刃某选定点既垂直于假定点既垂直于假定进给运动又垂直进给运动又垂直于基面的平面。于基面的平面。 刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用刀具设计时标注、刃磨、测量角度

12、最常用的是正交平面参考系。的是正交平面参考系。（三）（三） 刀具的角度标注刀具的角度标注 刀具角度刀具角度标注标注是指刀具设计图样上标注出的角度。是指刀具设计图样上标注出的角度。 切削工作时角度的基准（不考虑假设条件），在此切削工作时角度的基准（不考虑假设条件），在此基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样用正交基准下定义的刀具角度称刀具工作角度。它同样用正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系表示。平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系表示。刀具角度的标注最常用的是正交平面参考系。刀具角度的标注最常用的是正交平面参考系。在标注可转位刀具或大刃倾角刀具时常用法平面参考系。在标注

13、可转位刀具或大刃倾角刀具时常用法平面参考系。1. 1.在正交平面内在正交平面内( (0-00-0) )测量的角度测量的角度 前角前角 0 0 前刀面与基面间的夹角前刀面与基面间的夹角。当前。当前刀面与基面平行时，前角为零。刀面与基面平行时，前角为零。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以内，前角为负。基面在前刀面以外，前角为正。基面在前刀面以外，前角为正。后角后角 o o 后刀面与切削平面间的夹角。后刀面与切削平面间的夹角。楔角楔角 o o 前刀面与后刀面间的夹角。前刀面与后刀面间的夹角。楔角与前角楔角与前角 o o和后角和后角 o o的关系的关系如下：如下： )(90ooo2.2.在基面

14、内测量的角度在基面内测量的角度主偏角主偏角 r r 主切削刃与进给运动方向之间主切削刃与进给运动方向之间的夹角。的夹角。副偏角副偏角 r r 副切削刃与进给运动反方向之副切削刃与进给运动反方向之间的夹角。间的夹角。 刀尖角刀尖角 r r 主切削平面与副切削平面间的主切削平面与副切削平面间的夹角。夹角。 )(180rrr刀尖角与主偏角和副偏角的关系：刀尖角与主偏角和副偏角的关系： 3.3.在切削平面内在切削平面内( (S S向向) )测量的角度测量的角度 刃倾角刃倾角 s s 主切削刃与基面间的夹角。主切削刃与基面间的夹角。 刃倾角正负的规定如图所示。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处于刃倾角

15、正负的规定如图所示。刀尖处于最高点时，刃倾角为正；刀尖处于最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。最低点时，刃倾角为负；切削刃平行于底面时，刃倾角为零。（4 4）在副切削刃正交平面内（）在副切削刃正交平面内（0-00-0）测量的角度）测量的角度 副后角副后角 oo：副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。副后刀面与副切削刃切削平面间的夹角。车刀角度标注及选择车刀角度标注及选择（5 5）刃倾角）刃倾角s sArA 向f图图2-4 2-4 车刀的主要角度车刀的主要角度0000rrs正交平面参考系角度（b）图三、刀具的工作角度三、刀具的工作角度切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具于工件间相

16、对运动情况的切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具于工件间相对运动情况的变化，实际起作用的角度与标注角度有所不同，我们称这些角度为变化，实际起作用的角度与标注角度有所不同，我们称这些角度为工作角度。工作角度。 现在仅就刀具安装位置对角度的影响叙述如下。现在仅就刀具安装位置对角度的影响叙述如下。 研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。、革新有重要的指导意义。eooeo（一）（一）arctanfd（1 1）刀杆中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影响）刀杆中心线与进给方向不垂直时对主、副偏角的影响 当车刀刀柄与进给方向不

17、垂直时，主偏角和副偏角将发生变化，如图所示。当车刀刀柄与进给方向不垂直时，主偏角和副偏角将发生变化，如图所示。 GrreGrre图图2-102-10刀杆偏斜对主、副偏角的影响刀杆偏斜对主、副偏角的影响（二）切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的影响（二）切削刃安装高于或低于工件中心时，对前角、后角的影响 切削刃安装高于或低于工件中心时，按辅助平面定义，通过切削刃作出的切削刃安装高于或低于工件中心时，按辅助平面定义，通过切削刃作出的切削平面、基面将发生变化，所以使刀具角度也随着发生变化，如图所示。切削平面、基面将发生变化，所以使刀具角度也随着发生变化，如图所示。切削刃安装高于工件中心时：

18、切削刃安装高于工件中心时：pepp22tan2phdhpepp 图图2-102-10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工件每转一转，工件每转一转，车刀沿工件轴线车刀沿工件轴线移动一段距离，移动一段距离，即进给量（即进给量（f f，mm/rmm/r）。）。由车刀正在切由车刀正在切削着的这一层削着的这一层金属，就叫切金属，就叫切削层。削层。在特殊情况在特殊情况下（下（krkr9090）为矩）为矩形。形。在外圆纵车时，在外圆纵车时，当当krkr0 0、ss0 0时，切时，切削层的表面形削层的表面形状为一平行四状为一平行四边形。边形。图图2.11 2.11 外圆纵车时切削层的参数

19、外圆纵车时切削层的参数四、切削层参数刀具在一次进给中从工件待加工表面上切除的材料层即为切削层。（1）切削层公称横截面积AD（2）切削层公称厚度hD-（3）切削层公称宽度度bD- 为了简化计算工作，切削层的表面形状和尺寸，通常都在为了简化计算工作，切削层的表面形状和尺寸，通常都在垂直于切削速度垂直于切削速度vcvc的基面的基面PrPr内观察和量度。切削层参数为：内观察和量度。切削层参数为：(1)(1)切削层公称厚度切削层公称厚度 垂直于加工表面来度量的切削层尺寸（图垂直于加工表面来度量的切削层尺寸（图2.252.25），称为切削层厚度，），称为切削层厚度，以以h hD D表示。在外圆纵车（表示。

20、在外圆纵车（s s0 0）时）时: :(2)(2)切削层公称宽度切削层公称宽度 沿加工表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度，以沿加工表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度，以bDbD表示。表示。外圆纵车（当外圆纵车（当ss0 0 时）时） b bD D=a=ap p/sinkr/sinkr 可见，在可见，在f f与与a ap p一定的条件下，主偏角一定的条件下，主偏角krkr越大，切削厚度越大，切削厚度hDhD也就越大，但切削宽度也就越大，但切削宽度bDbD越小；越小；krkr越小时，越小时，hDhD越小，越小，bDbD越大；越大；当当krkr9090时，时，h hD Df f。 曲线形主切削刃、切

21、削层各点的切削厚度互不相等。曲线形主切削刃、切削层各点的切削厚度互不相等。 sinDrhfk/sindprbkt（3 3）切削公称横截面积）切削公称横截面积 切削层在基面切削层在基面PrPr的面积，称为切削面积，以的面积，称为切削面积，以A AD D表示。其计算表示。其计算公式为：公式为： 对于车削来说，不论切削刃形状如何，切削面积均为：对于车削来说，不论切削刃形状如何，切削面积均为： 上面所计算的均为名义切削面积。实际切削面积等于名义切上面所计算的均为名义切削面积。实际切削面积等于名义切削面积减去残留面积。削面积减去残留面积。 残留面积是指刀具副偏角残留面积是指刀具副偏角kr0kr0时，时，

22、刀具经过切削后，残留在已加工表面上刀具经过切削后，残留在已加工表面上的不平部分（的不平部分（ABEABE）的剖面面积。）的剖面面积。残留面积DDDAh bDDDpAh bf第二节 金属切削机床的基本知识 金属切削机床是制造机械的机器 机床的功能是为被切削的工件和使用的刀具提供必要的运动、动力和相对位置一、机床的分类和型号编制方法一、机床的分类和型号编制方法（一）（一） 机床的分类机床的分类 机床的品种规格繁多，为便于区别、机床的品种规格繁多，为便于区别、使用和管理，必须加以分类。对机床的分使用和管理，必须加以分类。对机床的分类方法有以下几种：类方法有以下几种：钻钻 床床 (Z)(Z)按加工性质

23、、所用按加工性质、所用刀具和机床用途分刀具和机床用途分齿轮加工机床齿轮加工机床(Y)(Y)螺纹加工机床螺纹加工机床(S)(S)铣铣 床床 (X)(X)刨刨 插插 床床 (B)(B)镗镗 床床 (T)(T)磨磨 床床 (M)(M)拉拉 床床 (L)(L)特种加工机床特种加工机床 (D)(D)锯锯 床床 (G)(G)车车 床床 (C)(C)其它机床其它机床 (Q)(Q)按机床的通按机床的通用性程度分用性程度分通用机床通用机床专门化机床专门化机床专用机床专用机床按机床工按机床工作精度分作精度分普通机床普通机床精密机床精密机床高精度机床高精度机床 机床的型号编制机床的型号编制 机床的型号是机床产品的代

24、号，用以表明机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。等。 GB/T15375-94GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法金属切削机床型号编制方法规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。伯数字按一定规律组合而成。 （二）金属切削机床的型号编制方法（二）金属切削机床的型号编制方法 1.1.通用机床型号通用机床型号机床的类别代号机床的类别代号 类类车车钻镗钻镗 磨磨 齿轮加齿轮加螺纹加螺纹加铣铣刨刨插拉插拉锯锯其他其他 别别床床床床床床 床床 工

25、机床工机床工机床工机床床床床床 床床床机床机 代代 号号 C Z T M2M 3M Y S X B L G Q 读读 音音车车钻镗磨钻镗磨二磨二磨三磨三磨 牙牙 丝丝 铣铣 刨刨 拉拉 割割 其其（2 2）机床的通用特性代号）机床的通用特性代号 高精度高精度G 精密精密 M 自动自动 Z 半自动半自动 B 数控数控 K 加工中心加工中心 ( (自动换刀自动换刀) ) H 彷型彷型 F 轻型轻型 Q 加重型加重型 C 简式或经济型简式或经济型 J 柔性加工单元柔性加工单元 R 数显数显 X 高速高速 S 1）通用特性代号2 2）结构特性代号）结构特性代号 为了区别主参数相同而结构不同的机为了区别

26、主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音字母区分。床，在型号中用汉语拼音字母区分。 例如，例如，CA6140CA6140型普通车床型号中的型普通车床型号中的“A”A”，可理解为：可理解为：CA6140CA6140型普通车床在结构上型普通车床在结构上区别于区别于C6140C6140型普通车床。型普通车床。（3 3）机床的组别）机床的组别, ,系别代号系别代号 用两位阿拉伯数字表示，前者表示组，后者表用两位阿拉伯数字表示，前者表示组，后者表示系。示系。 每类机床划分为每类机床划分为1010个组，每个组又划分为个组，每个组又划分为1010个个系。系。 在同一类机床中，凡主要布局或使用范围基本在

27、同一类机床中，凡主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。凡在同一组机床中，相同的机床，即为同一组。凡在同一组机床中，若其主参数相同、主要结构及布局型式相同的若其主参数相同、主要结构及布局型式相同的机床，即为同一系。机床，即为同一系。（4 4）机床的主参数）机床的主参数, ,设计顺序号设计顺序号 和第二参数和第二参数 机床主参数机床主参数: :代表机床规格的大小代表机床规格的大小, ,在机在机床型号中床型号中, ,用数字给出主参数的折算数值用数字给出主参数的折算数值(1/10(1/10或或1/150) 1/150) 设计顺序号设计顺序号: :当无法用一个主参数表示时当无法用一个主参数表示时

28、, ,则在型号中用设计顺序号表示则在型号中用设计顺序号表示. . 第二参数第二参数: :一般是主轴数一般是主轴数, ,最大跨距最大跨距, ,最大最大工作长度工作长度, ,工作台工作面长度等工作台工作面长度等, ,它也用它也用折算值表示折算值表示. . （5 5）机床的重大改进顺序号）机床的重大改进顺序号 当机床性能和结构布局有重大改进当机床性能和结构布局有重大改进时时, ,在原机床型号尾部在原机床型号尾部, ,加重大改进顺序加重大改进顺序号号A,B,C.A,B,C.等等. .（6）其它特性代号（7 7）企业代号）企业代号2.2.专用机床型号专用机床型号1.1.工件表面和表面成形方法工件表面和表

29、面成形方法二、机床的运动二、机床的运动（一）工件表面的形成方法与机床运动（一）工件表面的形成方法与机床运动平面平面圆锥面圆锥面圆柱面圆柱面成形表面成形表面工件表面成形方法与机床运动分析工件表面成形方法与机床运动分析零零件件的的常常见见表表面面12（母线）导线 任何一种线性表面都是由一根母线沿着导线运动而成。轨迹法成形曲面图图5-6 5-6 零件表面的形成零件表面的形成1-母线 2导线形成发生形成发生线的方法线的方法成形法成形法展成法展成法轨迹法轨迹法相切法相切法根据使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法根据使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法发生线的形成方法发生线的形成方法 表面成形运动即成形运

30、动，它是保证得到工件表面成形运动即成形运动，它是保证得到工件要求的表面形状的运动。要求的表面形状的运动。 例如，用车刀车削外圆柱面。例如，用车刀车削外圆柱面。形成母线与导线的方法，均为形成母线与导线的方法，均为轨迹法轨迹法。工件的旋转运动。工件的旋转运动B B1 1，产，产生母线生母线( (圆圆) )；刀具的纵向直线；刀具的纵向直线运动运动A A2 2产生导线产生导线( (直线直线) )。运动。运动B Bl l和和A A2 2就是两个表面成形运动。就是两个表面成形运动。表面成形运动表面成形运动 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。 如图所示，刀刃的切削线如图所示

31、，刀刃的切削线1 1，它的形状和长短，它的形状和长短与需要成形的发生线与需要成形的发生线2 2完全重合。因此形成发生线完全重合。因此形成发生线2 2不需要运动不需要运动。成形法成形法 利用刀具做一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的利用刀具做一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。如图所示，刀刃为切削点方法。如图所示，刀刃为切削点1 1，它按一定规律做，它按一定规律做直线或曲线运动，从而形成所需的发生线直线或曲线运动，从而形成所需的发生线2 2。轨迹法轨迹法 利用刀具边旋转边做轨迹运动来对工件进行加工利用刀具边旋转边做轨迹运动来对工件进行加工的方法，如图所示。用相切法得到的发生线需要两的方法，

32、如图所示。用相切法得到的发生线需要两个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的运动（铣刀加工零件）。规律的运动（铣刀加工零件）。相切法相切法 利用工件和刀具做展成切削运动的加工方法。利用工件和刀具做展成切削运动的加工方法。如图所示，刀具切削刃为切削线如图所示，刀具切削刃为切削线1 1与发生线与发生线2 2彼此做无彼此做无滑动的纯滚动。发生线滑动的纯滚动。发生线2 2，就是切削线，就是切削线1 1在切削过程中在切削过程中连续位置的包络线。用展成法形成发生线需要一个成连续位置的包络线。用展成法形成发生线需要一个成形运动形运动( (展成运动展成运动

33、) )。展成法展成法1 1）用螺纹车刀切削螺纹）用螺纹车刀切削螺纹把螺旋运动分解成等速螺把螺旋运动分解成等速螺旋运动旋运动B11B11和等速直线运动和等速直线运动A12A12，如图所示。为了得到一定导程如图所示。为了得到一定导程的螺旋线，运动的两部分必须的螺旋线，运动的两部分必须严格保持相对关系，即工件每严格保持相对关系，即工件每转转1 1转，刀具的移动量应为一转，刀具的移动量应为一个导程。个导程。复合表面成形运动举例复合表面成形运动举例1 1发生线的形成方发生线的形成方法法三、机床的传动（一）机床的传动链机床的三个基本部分： 执行件、动力件和传动装置由一系列传动件构成 ，把动力装置和执行件连

34、接起来以构成传动联系的一系列传动件-传动链。 传动链分为两类（1）外联系传动链 联系联系动力源和执行件的传动链。包括变速机构和换向机构。作用：只影响生产率和表面粗糙度，不影响加工件表面形状。 外传动链不要求连末端之间有严格的传动比，转速对形状无影响。（2）内联系传动链联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链。 两执行件之间的速度和位移有严格的比例关系。否则不能保证零件表面的性质。（二）机床传动原理图 由一些简明符号把传动原理和传动路线表示出来的图形。 传动机构的类型： 1.定比机构-齿轮副、丝杆副等， 2.换置机构-变速箱、挂轮架等。图2-17卧式车床传动原理图（三）机床传动原理图一、切削变

35、形与切屑形成一、切削变形与切屑形成金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：塑性金属受压缩时，随着外力的塑性金属受压缩时，随着外力的增加，金属先后产生弹性变形、增加，金属先后产生弹性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑塑性变形，并使金属晶格产生滑移，而后断裂移，而后断裂以直角自由切削为例，如果忽略了摩以直角自由切削为例，如果忽略了摩擦、温度、和应变速度的影响，金属擦、温度、和应变速度的影响，金属切削过程如同压缩过程，切削层受刀切削过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后也产生塑性变形具挤压后也产生塑性变形。图图2.12.1金属的压缩与切削金属的压缩与切削(a)(a)压缩压缩（b b）切削）切削第三节

36、第三节 金属切削过程金属切削过程 FABOM45a a）正挤压）正挤压FABOM45b b）偏挤压）偏挤压OMFc c）切削）切削图图2.2 2.2 金属挤压与切削比较金属挤压与切削比较F挤压与切削挤压与切削mtM刀具切屑OA终滑移线始滑移线：=s剪切角F金属切削变形过程金属切削变形过程2.3 2.3 切屑根部金相照片切屑根部金相照片图图2.17 2.17 金属的压缩与切削金属的压缩与切削 通常把切削刃作用部分的金属层划分为三个变型区，通常把切削刃作用部分的金属层划分为三个变型区，如图如图2.42.4所示：所示：第变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；第变形区 与前刀面接触的切屑层内产生

37、的变形区；第变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区。三个变形区 (1) (1)第一变形区金属的剪切滑移变形第一变形区金属的剪切滑移变形 切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形切削层受刀具的作用，经过第一变形区的塑性变形后形成了切屑，下面以直角自由切削为例，分析较典型后形成了切屑，下面以直角自由切削为例，分析较典型的连续切屑的形成过程。的连续切屑的形成过程。（a）质点滑移过程）质点滑移过程图图2.17 2.17 切屑形成过程切屑形成过程切屑的形成及变形特点切屑的形成及变形特点 切削层受到刀具前刀面切削层受到刀具前刀面与切削刃的挤压作用下，使与切削刃的挤压作用下，使近切削刃出的金属先产生

38、弹近切削刃出的金属先产生弹性变形，继而塑性变形，在性变形，继而塑性变形，在这同时金属晶格产生滑移。这同时金属晶格产生滑移。图图2.172.17）是取金属内部质点）是取金属内部质点P P来分析滑移过程：来分析滑移过程：（b）切屑形成模型 切屑形成过程 此图与形成切屑时的实际变形此图与形成切屑时的实际变形较接近，故称之为较接近，故称之为切屑形成模型。切屑形成模型。 剪切面剪切面ABAB与切削速度与切削速度 之间的夹角之间的夹角 称为称为剪切角剪切角。 作用力作用力 与切削速度与切削速度 之间之间的夹角的夹角 成为成为作用角作用角。 由此可知，第由此可知，第变形区就是形成变形区就是形成切屑的变形区，

39、其变形特点是切削切屑的变形区，其变形特点是切削层产生剪切滑移变形。层产生剪切滑移变形。rFcv 如图如图2.17(b)2.17(b)所示，对于切削层所示，对于切削层 来说，来说， 移至剪移至剪切面切面ABAB时，产生滑移后形成切屑时，产生滑移后形成切屑 上。这个过程连续上。这个过程连续进行，切削层便连续地通过前刀面转变为进行，切削层便连续地通过前刀面转变为切屑切屑。mnnm mn(2)(2)第二变形区内金属的挤压摩擦变形第二变形区内金属的挤压摩擦变形 经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向经过第一变形区后，形成的切屑要沿前刀面方向排出，还必须克服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩排出，还必须克

40、服刀具前刀面对切屑挤压而产生的摩擦力。切屑在受前刀面挤压摩擦过程中进一步发生变擦力。切屑在受前刀面挤压摩擦过程中进一步发生变形（第二变形区的变形）这个变形主要集中在与前刀形（第二变形区的变形）这个变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属里，表现为该处晶粒纤面摩擦的切屑底面一薄层金属里，表现为该处晶粒纤维化的方向和前刀面平行。维化的方向和前刀面平行。(3)(3)第三变形区内金属的挤压摩擦变形第三变形区内金属的挤压摩擦变形 已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压摩擦，造成纤维化与加工硬化。摩擦，造成纤维化与加工硬化。三、切屑的类型三、切屑的类型形

41、成条件影响名称简图形态变形带状，底面光滑，背面呈毛茸状节状，底面光滑有裂纹，背面呈锯齿状粒状不规则块状颗粒剪切滑移尚未达到断裂程度局部剪切应力达到断裂强度剪切应力完全达到断裂强度未经塑性变形即被挤裂加工塑性材料，切削速度较高，进给量较小， 刀具前角较大加工塑性材料，切削速度较低，进给量较大， 刀具前角较小工件材料硬度较高，韧性较低，切削速度较低加工硬脆材料， 刀具前角较小切削过程平稳，表面粗糙度小， 妨碍切削工作，应设法断屑切削过程欠平稳，表面粗糙度欠佳切削力波动较大，切削过程不平稳，表面粗糙度不佳切削力波动大，有冲击，表面粗糙度恶劣，易崩刀带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑表表2-1 2-1

42、切屑类型及形成条件切屑类型及形成条件带状切屑挤裂切屑节状切屑崩碎切屑图2.9 切屑形态照片F切屑类型切屑类型 如图如图2.232.23所示，积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的所示，积屑瘤是堆积在前刀面上近切削刃处的一个楔块，图一个楔块，图2.232.23为积屑瘤替代切削刃参加切削情况。当积为积屑瘤替代切削刃参加切削情况。当积屑瘤的顶部具有大的刃口圆弧半径时屑瘤的顶部具有大的刃口圆弧半径时( (图中图中R0R0134mm)134mm)，会，会产生较大的挤压作用。此外，由于积屑瘤顶部凹凸不平和脱产生较大的挤压作用。此外，由于积屑瘤顶部凹凸不平和脱落后粘附在已加工表面上，促使加工表面粗糙度增加。所以

43、落后粘附在已加工表面上，促使加工表面粗糙度增加。所以在精加工时应尽量避免或抑制积屑瘤的产生在精加工时应尽量避免或抑制积屑瘤的产生。四、积屑瘤四、积屑瘤（1 1）积屑瘤的产生）积屑瘤的产生图2-23 积屑瘤 形成积屑瘤的条件主形成积屑瘤的条件主要决定于切削温度。要决定于切削温度。 此外，接触面间压力、此外，接触面间压力、粗糙程度、粘结强度等因粗糙程度、粘结强度等因素都与形成积屑瘤的条件素都与形成积屑瘤的条件有关。有关。 合理控制切削条件，调节切削参数，尽量不形成合理控制切削条件，调节切削参数，尽量不形成中温区域，就能较有效地抑制或避免积屑瘤的产生。中温区域，就能较有效地抑制或避免积屑瘤的产生。以

44、切削中碳钢为例，从图以切削中碳钢为例，从图2.242.24曲线可知，低速曲线可知，低速( (v vc3mc3mminmin左右左右) )切削时，产生的切削温度很低；较高速切削时，产生的切削温度很低；较高速( (v vc60mc60mmin)min)切削时，产生的切削温度较高，这两种切削时，产生的切削温度较高，这两种情况的摩擦系数均较小，故不易形成积屑瘤。在中速情况的摩擦系数均较小，故不易形成积屑瘤。在中速( (v vc20mc20mmin)min)，积屑瘤的高度达到最大值。，积屑瘤的高度达到最大值。图2.24（a） 切削速度对积屑瘤的影响第四节第四节 切削力、切削热与切削温度切削力、切削热与切

45、削温度 切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力称为切削力。形，并使多余材料变为切屑所需的力称为切削力。 切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：F 变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力;F 切屑、工件与刀具间的摩擦力。切屑、工件与刀具间的摩擦力。一、切削力的来源、合力及其分力一、切削力的来源、合力及其分力1.1.切削力的分解切削力的分解1）主切削力（切向力）主切削力（切向力）Fc 。 主运动方主运动方向上的切削分力，向上的切削

46、分力，切于过渡表面并与基面垂直，消耗功切于过渡表面并与基面垂直，消耗功率最多，它是计算刀具强度、设计机床零件、确定机床率最多，它是计算刀具强度、设计机床零件、确定机床功率的主要依据。功率的主要依据。2 2）进给力（轴向力）进给力（轴向力）F Ff f： 作用在进给方向上的切削分力作用在进给方向上的切削分力，处于基面内并与工件轴线平行。是设计进给机构、计算刀处于基面内并与工件轴线平行。是设计进给机构、计算刀具进给功率的依据。具进给功率的依据。 图图2-27 切削力的分解切削力的分解 3）背向力（径向力或吃刀力）背向力（径向力或吃刀力）Fp 。 作用在吃刀方向上的切削作用在吃刀方向上的切削分力，分

47、力，处于基面内并与工件轴线处于基面内并与工件轴线垂直的力。它是确定与工件加工垂直的力。它是确定与工件加工精度有关的工件挠度、切削过程精度有关的工件挠度、切削过程的振动的力。的振动的力。 F 切削力分解切削力分解 切削力分解 二、各分力作用二、各分力作用FcFc：计算刀具和机床强度：计算刀具和机床强度, ,确定确定FfFf：用于设计机床进给机构和确定：用于设计机床进给机构和确定FpFp：计算工件挠度和刀具、：计算工件挠度和刀具、公式（2-11）二、切削功率二、切削功率 切削功率切削功率P Pc c是指车削时在切削区域内消耗的功率，是指车削时在切削区域内消耗的功率，通常计算的是主运动所消耗的功率。

48、通常计算的是主运动所消耗的功率。 式中式中 F Fz z主切削力（主切削力（N N）; ; v vc c主运动切削速度。主运动切削速度。机床电动机所需功率机床电动机所需功率P PE E应为：应为： PE=Pc/ kW （2.23）式中：式中：机床传动效率机床传动效率310CCcPF v 现将切削力实验公式的来源简述如下：现将切削力实验公式的来源简述如下：(1)(1)测力仪的工作原理测力仪的工作原理 如图如图2.202.20所示，电阻应变片式测力仪由传感器所示，电阻应变片式测力仪由传感器1 1、电桥电路电桥电路2 2、应变仪、应变仪( (放大器放大器)3)3和记录仪和记录仪4 4组成。传感组成。

49、传感器是测力仪的主要组成部分。合理确定弹性体的结构、器是测力仪的主要组成部分。合理确定弹性体的结构、形状和参数，提高弹性体的制造精度，保证应变片的形状和参数，提高弹性体的制造精度，保证应变片的合理布局和粘贴质量，是提高测力仪的测量精度、刚合理布局和粘贴质量，是提高测力仪的测量精度、刚性和灵敏度以及减小各分力间相互干涉的主要途径。性和灵敏度以及减小各分力间相互干涉的主要途径。三、切削力测定和切削力实验公式三、切削力测定和切削力实验公式图 测力系统方框示意图l一传感器；2一电桥电路；3一应变仪；4一记录仪 测力实验的方法有单因素法和多因素法，通常采用单因素测力实验的方法有单因素法和多因素法，通常采

50、用单因素法。通过切削力实验建立的车削力实验公式，其一般形式为：法。通过切削力实验建立的车削力实验公式，其一般形式为：式中式中“C CFXFX、C CFyFy、C CFzFz 影响系数，它的大小与实验条件有关；影响系数，它的大小与实验条件有关； x xFxFx、 x xFyFy、 x xFzFz 背吃刀量口，对切削力影响指数；背吃刀量口，对切削力影响指数； y yFxFx、 y yFyFy、 y yFzFz进给量对切削力影响指数；进给量对切削力影响指数； K KFxFx、K KFyFy、K KFzFz计算条件与实验条件不同时对切削计算条件与实验条件不同时对切削 力的修正系数。力的修正系数。1.1

51、.车削力指数公式车削力指数公式zzFzFzFyxpFzKfaCF yyFyFyFyxpFyKfaCF xxFxFxFyxpFxKfaCF (N) (2.13)(N) (N) 2. 2. 单位切削力、切削功率和单位切削功率单位切削力、切削功率和单位切削功率(1)(1)单位切削力单位切削力 单位切削力单位切削力p p是指切除单位切削层面积所产生的主是指切除单位切削层面积所产生的主切削力，可用下式表示：切削力，可用下式表示： 式（式（2.152.15）表明，单位切削力）表明，单位切削力p p与进给量与进给量f f有关，有关，它随着进给量它随着进给量f f增加而减小。单位切削力增加而减小。单位切削力p

52、 p不受背吃刀不受背吃刀量量a ap p的影响，这是因为背吃刀量改变后，切削力的影响，这是因为背吃刀量改变后，切削力F Fz z与与切削层面积切削层面积A AD D以相同的比例随着变化。而进给量以相同的比例随着变化。而进给量f f增大，增大，切削层面积切削层面积A AD D随之增大，而切削力随之增大，而切削力F Fz z增大不多。增大不多。 利用单位切削力利用单位切削力p p来计算主切削力来计算主切削力F Fz z较为简易直观。较为简易直观。1FCCCcCxyFFpFCCyFDpCafCFkAa ff 单位切削功率PC是指单位时间内切除单位体积金属Zw所消耗的功率。 表2.1使用硬质合金车刀对部分常用金属材料进行切削实验求得的单位切削力p和单位切削功率Ps值。实验是在固定进给量f0.3mmr和其余条件下进行的。当进给量f改变时，应将p和Ps 值乘表2.2中修正系数 p、Kfps。（2 2）单位切削功率）单位切削功率3610101000CpCCcpcKafvPkafv加工材料加工材料实