机械加工基础知识下课件

1、第三章 切削加工常识1.1.刀具材料应具备的性能 刀具在工作中要承受很大的压力和冲击力。同时，由于切削时产生的工件塑性变形以及在刀具，切屑、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力。因此，作为刀具材料应具备以下特性： 1 、高的硬度 刀具材料必须具备高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常温硬度都在62HRC以上。（最少要比被加工材料高出2030HRC）。 2 、高的耐磨性 耐磨性是刀具抗磨损的能力。它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。 机械加工基础知识第一节 刀具材料及刀具构造1 3 、足够的强度和韧性 为能承受很大的压力，以及冲击和振动，

2、刀具材料应具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。 4 、高的耐热性 耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 5 、良好的热物理性能和耐热冲击性。 6 、良好的工艺性 这里指的是锻造性能、热处理性能、高温塑变性能和磨削加工性能等。 7 、经济性。 机械加工基础知识2 在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。 手工刀具的刀具材料：碳素工具钢（T10A 含C 0.71.2%的优质钢）和合金工具钢（9SiCr，即碳素工具钢中加入Cr、w、Mn、Si等元素） 机加工用刀具材料：高速钢（W18Cr4V）和 硬质合

3、金（YG、YT）等。他们是应用最广泛的刀具材料。1.2.常用的刀具材料 1）高速钢 是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的硬度、耐磨性和耐热性低于硬质合金，但强度和韧性却高于硬质合金，工艺性能较硬质合金好，而且价格比较便宜。广泛地应用于制造形状较为复杂的各种刀具。 机械加工基础知识3 是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC）作基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法制成的一种合金。其硬度高，耐磨性好，耐高温，允许的切削速度比高速钢高数倍，但强度、韧性和工艺性不如高速钢。常制成各种形式的刀片。 国产硬质合金材料（YG、 YT ）一般分为两大类：钨钴类（YG）和钨钛钴类（ YT

4、）。 钨钴类（YG类：WC+CO ），主要牌号有： YG3、YG6、YG8，其中数字为CO的百分含量，含CO少，材质较脆，但较耐磨。YG类刀具切塑性材料时，耐磨性差，适用于加工铸铁，青铜等脆性材料。 钨钛钴类（ YT类：WCTiCCO ），主要牌号有：YT5、YT15、YT30，其中数字为TiC的百分含量，TiC含量多，韧性差，但耐磨，耐高温。YT类刀具适用于加工钢件。 机械加工基础知识2.2.硬质合金 4 机械加工基础知识2、硬质合金的种类牌号及其性能： 按ISO（国际标准化组织）的硬质合金种类、牌号及其性能，规定了硬质合金刀具材料分类,牌号及其应用范围。 ISO513-1975（E）规定将

5、切削用硬质合金按用途分为：P、K、M三类。 P类 主要加工钢件，包括铸钢；（长铁屑类） K类 主要加工铸铁、有色金属和非金属材料；（属短铁屑类） M类 主要加工钢（包括奥氏体钢、锰钢等）以及铸铁、有色金属等（属中间类）53、各类硬质合金的牌号及使用条件 机械加工基础知识类别牌号加 工 材 料使 用 条 件常用刀头牌号PP01钢、铸钢的精加工 精车、精镗。高速度，小切削截面，高尺寸精度和表面质量,工作无振动 YT30, YN5, T40, YN501P10钢、铸钢 车削、仿形车，切螺纹及铣削，高速度，小或中等切削截面YN10，YT15P20钢、铸钢、长铁屑可锻铸铁 车削，铣削，中等切削截面或小切

6、削截面的刨削YT14P30钢、铸钢、长铁屑可锻铸铁 车、铣、刨，中等或低切削速度，中等或大切削截面，可在不利条件下加工。YT5P40钢、有砂眼和缩孔的铸钢 车、铣、插削，低切削速度，在不利条件下用大切削截面和大的切削角度加工，用于自动车床。YC35P50钢、有砂眼和缩孔的中等或低抗拉强度的铸钢 用于要求高韧度硬质合金的工序，车、刨、插削。低切削速度，大截面，在不利条件下可用大的切削角度加工，用于自动车床。 YC45 YT540 YT5356 机械加工基础知识类别牌号加 工 材 料使 用 条 件常用刀头牌号MM10 钢、铸钢、锰钢、灰铸铁，合金铸铁 车削，中等或高切削速度，小或中等切削截面YW1

7、，YN01YW3M20 钢、铸钢、奥氏体钢、锰钢、灰铸铁 车削、铣削，中等切削速度，中等切削截面。YW2YG8NM30 钢、铸钢、奥氏体钢、灰铸铁、高温合金 车、铣、刨削，中等切削速度，中等或大切削截面。M40 软钢、低强度钢、有色金属和轻合金车削、切断，特别适于自动车床1#KK01 高硬度灰铸铁，肖氏硬度35以上的冷硬铸铁，高硅铝合金，淬硬钢，高耐磨塑料，硬纸板，陶瓷车削，精车，镗削，铣削，刮削YG3YG3X0# (YG600)7 机械加工基础知识类别牌号加 工 材 料使 用 条 件常用刀头牌号KK10 220HBW以上的灰铸铁、短铁屑可锻铸铁，淬硬钢，硅铝合金,铜合金,塑料,玻璃,硬橡胶,

8、硬纸板,陶瓷,石头车、铣、钻、镗、拉、刮削YG6YG6XYG6AYG6010K20 220HBW以上的灰铸铁,有色金属，铜，黄铜，铝 车、铣、钻、镗、拉削，要求高韧度硬质合金的场合 YG8、YG8C YG8NK30 低硬度灰铸铁，低强度钢，压缩木材 车、铣、刨、插削，在不利条件下加工，并允许用大切削角度 1#YG546K40软木或硬木，有色金属 车、铣、刨、插削，在不利条件下加工，并允许用大切削角度84、其它刀具材料介绍： 机械加工基础知识 4.1.陶瓷刀具材料：刀具用的陶瓷有氧化铝（Al2O3）基陶瓷和氮化硅（Si3N4）基陶瓷两大类。为了提高强度和使用性能，在氧化铝碳化物系陶瓷中添加粘结金

9、属（如Ni、Mo、Co、W等）形成金属系陶瓷，适用于断续切削和使用切削液的场合，目前还在不断发展中。 陶瓷刀具材料的性能与特点：与硬质合金刀具比较，氧化铝基陶瓷有下列特点： 1 、有很好的硬度和耐磨性：陶瓷刀具的硬度达到9195HRC，超过硬质合金（7679）。 2 、有很高的高温性能：陶瓷刀具在1200以上的高温下仍能进行切削，这时陶瓷的硬度与200600时的硬质合金相当。如果加入一定的稳定剂和采用热压技术，可使陶瓷在高达1800的高温下仍能保持一定的强度和耐磨性。(陶瓷刀具的切削速度可达200700米/分)9 机械加工基础知识 3 、有良好的抗粘结性能。 4、 化学稳定性好。即使熔化，也不

10、和钢相互作用；抗氧化性好，切削刃即使处于赤热状态，也能长时间连续使用。 5 、有较低的摩擦系数。 陶瓷刀具的最大缺点是脆性大，抗弯强度（一般为500700MPa）和冲击韧度（2KJ/m2）都比较差，耐热冲击性差，适合精加工。（最适合长轴的连续精车加工）。4.2.超硬刀具材料 1 、金刚石 硬度高(HV10000)，有极高的耐磨性，加工精度在几微米以内，粗糙度达到0.50.2微米。可以加工硬质合金、宝石、陶瓷、砂轮、铜、铝等有色金属和铸铁。 缺点：不耐高温，超过700800时变成石墨。与铁有很强的化学亲和力，在高温时金刚石中的碳原子会扩散到铁中去，因此，金刚石不适合加工纯铁和低碳钢。10 机械加

11、工基础知识 2 、立方碳化硼 是利用超高压高温技术获得的一种超硬材料，硬度仅次于金刚石，但它耐高温，其耐热性可达14001500。化学稳定性好，与铁系材料直至12001300也不易起化学作用，所以适合加工超硬的钢铁材料。（切削淬硬钢的切削速度达130米/分钟，切削铝合金1000米/分钟以上）。3 、涂层刀片 在高速钢或硬质合金刀具表面涂上一层几微米厚的耐磨性高的难溶金属（或非金属）化合物，提高刀具材料的耐磨性而不降低其韧度。在刀具上涂层主要有：化学气相沉积法（CVD）及物理气相沉积法（PVD）。涂层刀片的应用使切削速度大幅提升，有些产品达到300500米/分钟。11第二节 刀具构造一、各种机械

12、加工的方法 机械加工基础知识12二、各种切削刀具： 机械加工基础知识13三、车刀的组成及结构形式1、车刀的组成 车刀由刀头和刀体两部分组成。刀头用于切削，刀体用于安装。刀头一般由三面，两刃、一尖组成。前刀面 是切屑流经过的表面。主后刀面 是与工件切削表面相对的表面。副后刀面 是与工件已加工表面相对的表面。主切削刃 是前刀面与主后刀面的交线，担负主要的切削工作。副切削刃 是前刀面与副后刀面的交线，担负少量的切削工作，起一定的 修光作用。刀尖 是主切削刃与副切削刃的相交部分，一般为一小段过渡圆弧。 机械加工基础知识14车刀切削部分的构造要素 机械加工基础知识152.车刀的结构形式 机械加工基础知识

13、 最常用的车刀结构有整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位等几种。（1）整体车刀 刀头的切削部分是靠刃磨得到的，整体车刀的材料多用高速钢制成，一般用于低速切削。（2）焊接车刀 将硬质合金刀片焊在刀头部位，不同种类的车刀可使用不同形状的刀片。结构简单、紧凑，抗振性能好，制造方便使用灵活，但刀片易产生应力和裂纹。焊接的硬质合金车刀，可用于高速切削。a）焊接式车刀 b）整体式车刀 c）机夹式车刀 16（3）硬质合金机夹重磨式 不同种类的车刀可使用不同形状的特制刀片用专用的固定方式固定在特制的专用刀杆上，刀片可以拆卸更换，刀片可以重磨。避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀杆可重复使用利用率较高。但

14、结构复杂、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂纹。（4）硬质合金机夹可转位式 不同种类的车刀可使用不同形状的特制刀片用专用的固定方式固定在特制的专用刀杆上，刀片可以拆卸更换，刀片可以转位，不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、硬度和抗弯强度。减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。 机械加工基础知识17145弯头车刀；290外圆车刀；3外螺纹车刀；475外圆车刀；5成形车刀；690外圆车刀；7切断刀；8内圆切槽刀；9内螺纹车刀；10盲孔镗刀；11通孔镗刀 机械加工基础知识18四、车刀的主要角度及其作用 为了确定车刀的角度，要建立三

15、个坐标平面：切削平面、基面和主剖面。对车削而言，如果不考虑车刀安装和切削运动的影响，切削平面可以认为是铅垂面；基面是水平面；当主切削刃水平时，垂直于主切削刃所作的剖面为主剖面。 机械加工基础知识19车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组成 机械加工基础知识20 机械加工基础知识车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组成21 机械加工基础知识车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组成22 机械加工基础知识车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组成23 机械加工基础知识车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组成24 机械加工基础知识车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组

16、成25 机械加工基础知识车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组成26 机械加工基础知识车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下列要素组成27 机械加工基础知识 车刀的主要角度有前角（0）、后角（0）、主编角（Kr）、副偏角（Kr）和刃倾角（s）。 1、前角0 在主剖面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利，便于切削。前角大，刃口锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力小，切削力和切削热降低。但前角不能太大，否则会削弱刀刃的强度，散热条件变坏，刀具寿命下降，容易磨损甚至崩坏。加工塑性材料时，前角可选大些，如用硬质合金车刀切削钢件可取0=1020，加工脆性材料，车刀的前角0应比粗加工大，以

17、利于刀刃锋利，工件的粗糙度小。 28 2 、刀具材料的抗弯强度及韧度高时，可取较大的前角（如高速钢）。 3 、断续切削或粗加工有硬皮的锻、铸件时，应取较小的前角。 4 、工艺系统刚度差或机床功率不足时应取较大的前角。 5 、成形刀具或齿轮刀具等为防止产生齿形误差常取很小的前角甚至零度的前角。 前角的选择原则：主要根据工件材料，其次考虑刀具材料和加工条件选择： 1 、工件材料的强度、硬度低，塑性好，应取较大的前角；加工脆性材料（如铸铁）应取较小的前角，甚至是负前角。 机械加工基础知识29 2、后角0 在主剖面中测量，是主后面与切削平面之间的夹角。其作用是减小刀具后刀面与工件之间的摩擦。但后角过大

18、会降低切削刃强度，并使散热条件变差，从而降低刀具寿命。车削时主后面与工件的摩擦，一般取0=612，粗车时取小值，精车时取大值。 机械加工基础知识30 后角的选择原则： （1）精加工刀具及切削厚度较小的刀具（如多刃具），磨损主要发生在后刀面上，为降低磨损，应取较大的后角；粗加工刀具要求刀刃坚固，应取较小的后角。 （2）工件强度、硬度较高时，为保证刃口强度，宜取较小的后角；工件材料软、粘时后角摩擦严重，应取较大的后角；加工脆性材料时，载荷集中在切削刃处，为提高切削刃强度，宜取较小的后角。 （3）定尺寸刀具，如拉刀和铰刀等，为避免重磨后尺寸变化过大，应取较小的后角。 （4）工艺系统刚度差（如切细长轴

19、）时，亦取较小的后角，以增大后刀面与工件的接触面积，减少振动。 机械加工基础知识31 机械加工基础知识 3、主偏角Kr 在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角。其作用是：主偏角的大小影响背向力（Fp）和进给力（Ff）的比例，主偏角增大时，背向力(Fp)减小，进给力(Ff)增大。 主偏角的大小还影响参与切削的切削刃长度，当背吃刀量ap和进给量相同时，主偏角减小则参与切削的切削刃长度大，单位刃长上的载荷小，可使刀具寿命提高，主偏角减小，刀尖强度大。小的主偏角可增加主切削刃参加切削的长度，因而散热较好，对延长刀具使用寿命有利。但在加工细长轴时，工件刚度不足，小的主偏角会使刀具作用在工

20、件上的径向力增大，易产生弯曲和振动，因此，主偏角应选大些。车刀常用的主偏角有45、60、75、90等几种，其中45多。32 1 在工艺系统刚度允许的条件下，应采用较小的主偏角，以提高刀具寿命；加工细长轴则用较大的主偏角。 2 加工很硬的材料，为减轻单位切削刃上的负荷，宜取较小的主偏角。 3 在切削过程中，刀具需作中间切入时，应取较大的主偏角。 4 主偏角的大小，还应与工件的形状相适应，如切阶梯轴，可取主偏角为90。选择原则： 机械加工基础知识33 机械加工基础知识 4、副偏角Kr 在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。其主要作用是减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦。一般

21、取较小的副偏角，可减少工件表面的残留面积，改善已加工表面的精糙度。但过小的副偏角会使径向切削力增大，在工艺系统刚度不足时引起振动。 在切削深度ap、进给量f、主偏角Kr相等的条件下，减小副偏角Kr，可减小车削后的残留面积，从而减小表面粗糙度，一般选取Kr=515。34选择原则： 机械加工基础知识 1、在不引起振动的条件下，一般取较小的副偏角。精加工刀具必要时需磨出一段Kr（副偏角）=0的修光刃，以加强副切削刃对已加工表面的修光作用。 2、系统刚度较差时，应取较大的副偏角。 3、切断、切槽刀及孔加工刀具的副偏角只能取很小值（如Kr=12），以保证重磨后刀具尺寸变化量小（例如钻头的倒锥，如果大了，

22、磨钻头会越细。）35 主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度hc亦小，因而可减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提高刀具寿命。 机械加工基础知识36 在切削平面中测量，是主切削刃与基面的夹角。其作用主要是控制切屑的流动方向。主切削刃与基面平行，s=0。刀尖处于主切削刃的最低点，s为负值，刀尖强度增大，可使远离刀尖的切削刃首先接触工件,使刀尖避免受冲击。切屑流向已加工表面，用于粗加工。5、刃倾角入s 刀尖处于主切削刃的最高点，s为正值，刀尖强度削弱，可增大实际工作前角，使切削轻快，切屑流向待加工表面，用于精加工。车刀刃倾角s，一般在-5-+5之间选取。对于回转的多刃刀具,如柱

23、形铣刀等，螺旋角就是刃倾角,此角可使切削刃逐渐切入和切出,使切削过程平稳。 机械加工基础知识37 机械加工基础知识 1、加工硬材料或刀具承受冲击载荷（断续切削）时，应取较大的负刃倾角，以保护刀尖。 2、精加工宜取正刃倾角，使切屑流向待加工表面，并可使刃口锋利。选择原则： 3、内孔加工刀具（如铰刀、丝锥等）的刃倾角方向应根据孔的性质决定。左旋槽(s为负值)可使切屑向前排出，适用于通孔(不易扎刀，内孔光洁度也好)，右旋槽适用于不孔。 4、机床、夹具、工件、刀具系统刚性较好时刃倾角可加大负值，反之增大刃倾角。38 机械加工基础知识五、刀具结构 切削刀具是由一个或多个刀齿构成的。每个刀齿的切削切削刃都

24、是由前刀面与后刀面形成的刀楔形成的。391、切削部分 刀具各部分中起切削作用的部分，由切削刃、前面和后面等产生切屑的各要素组成。2、刀楔 切削部分夹于前刀面和后刀面之间的部分。3、前刀面A 刀具上切屑流过的表面。如果前刀面是由几个相交面组成，则从切削刃开始，依次把它们称为第一前刀面、第二前刀面、第三前刀面等。（A读：爱伽马） 机械加工基础知识40 机械加工基础知识4、后刀面Aa 与工件上切屑中产生的过渡表面相对的表面。同样也可以分为第一后刀面、第二后刀面。第一后刀面称为刃带。（Aa读作：爱阿尔法）主切削刃的后刀面称为主后刀面，副切削刃的后面称为副后刀面。5、切削刃 刀具前刀面上拟作切削用的边锋

25、。6、主切削刃s 用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。(读作：兰姆达爱斯)7、副切削刃s 切削刃上除主切削刃以外的刃，起始于主偏角为零度的点。(读作：兰姆达爱斯撇)。41 机械加工基础知识 8、刀尖 指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，具有曲线状切削刃的刀尖称为修圆刀尖，r为刀尖圆弧半径（r读作：啊尔艾）（读作：爱普西隆）。修圆刀尖具有过渡刀刃，其作用：提高刀尖的强度，改善散热条件。 （1）圆弧过渡刀刃多用于车刀、刨刀等单刃刀具： 高速钢车刀圆角半径r=0.55mm； 硬质合金车刀圆角半径r=0.52mm。 （2）直线型过渡刀刃多用于刀刃形状对称的切断刀和多刃刀具，直线型过

26、渡刀刃一般为0.52mm。 （3）直线型过渡刀刃一般为主偏角的1/2。42 机械加工基础知识 研磨刀具时油石运动方向 修光刃的研磨 刀具的粗糙度应比工件的要求高出一至二个等级，才能加工出符合要求的工件粗糙度，因此，要求在砂轮上磨刀以后，还要按照上图方向用油石仔细研磨。9、修光刀刃 作用：能减少车削后的残留面积，降低工件表面粗糙度。修光刀刃的长度一般为（1.21.5）f,(f为走刀量)。 选用原则：在机床、夹具、工件、刀具系统刚性较好的情况下，采用修光刀刃才能取得好的效果，否则容易引起振动。43六、刀具的工作角度 在进行金属切削加工时，由于车刀具安装位置和进给运动影响，刀具实际切削角度不等于车刀

27、的标注角度，其变化的原因是切削运动使基面、切削平面和正交平面位置产生变化，不再是静止参考系的理论位置。用切削过程中实际的基面、切削平面和正交平面为参考系（即工作参考系）所确定的角度称为刀具工作角度。1、刀具工作角度概念 机械加工基础知识车刀安装位置对主、副偏角的影响442、横向进给运动对工作角度的影响 以切断车刀加工为例，设切断刀主偏角 90，前角 0，后角 0，安装时刀尖对准工件的中心高。不考虑进给运动时，前角 和后角 为标注角度。当考虑横向进给运动后，刀刃上选定点相对于工件的运动轨迹是主运动和横向进给运动的合成运动轨迹，为阿基米德螺旋线，如右图所示。其合成运动方向vc为过该点的阿基米德螺旋

28、线的切线方向。因此，工作基面 和工作切削平面 相对 和 相应地转动了一个角，结果引起切断刀的角度的变化。 机械加工基础知识45 在横向进给切削或切断工件时，随着进给量f值的增加和加工直径d的减小，工作后角不断减小，刀尖接近工件中心位置时，工作后角的减小特别严重，很容易因后面和工件过渡表面剧烈摩擦使刀刃崩碎或工件被挤断，切削中应引起充分重视。因此，切断工件时不宜选用过大的进给量f，或在切断接近结束时，应适当减小进给量或适当加大标注后角。 机械加工基础知识2、横向进给运动对工作角度的影响463、纵向进给运动对刀具工作角度的影响 对纵向外圆车削，工件直径基本不变，进给量又较小，一般可忽略工作角度变化

29、，不必进行工作角度的计算。但当进给量很大时，如车螺纹时，尤其是大导程或多头螺纹时，工作角度与标注角度相差很大，必须进行工作角度计算。 如右图所示，当车螺纹时，工作切削平面与螺纹切削点相切，与刀具切削平面 成角，由于工作基面与工作切削平面垂直，因此工作基面也绕基面旋转角。 车削右螺纹时刀具工作前角增大了，工作后角减小了，当进给量f较小时，影响可忽略，因此在一般的外圆车削中，因进给量小，常不考虑其对工作角度的影响。 机械加工基础知识47 机械加工基础知识 在外圆横车时，忽略进给运动的影响，并假r=90，s=0，当刀尖安装高于工件中心时，工作切削平面和工作基面将转动角，使工作前角增大、工作后角减小，

30、如下图所示。 当刀尖安装低于工件中心时，刀具工作角度的变化则相反。内孔镗削时的角度变化情况恰好与外圆车削时的情况相反。4、刀具安装高低对工作角度的影响48 机械加工基础知识七、其它多齿刀具 钻头、铣刀、刨刀等其他刀具可视为车刀的演变或组合49 机械加工基础知识其它多齿刀具1、 麻花钻 主要几何参数有：前角0、后角0、螺旋角 、顶角2(主偏角kr)、横刃斜角、直径、横刃长度等。50 机械加工基础知识2、铣刀 铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具，它的每一个刀齿相当于一把车刀，它的切削基本规律与车削相似，但铣削是断续切削，切削厚度和切削面积随时在变化，因此，铣削具有一些特殊性。 其种类很多，按用途分有

31、：1）加工平面用的，如圆柱平面铣刀、端铣刀等；2）加工沟槽用的，如立铣刀、两面刃或三面刃铣刀、锯片铣刀、T形槽铣刀和角度铣刀等； 3）加工成形表面用的，如凸半圆和凹半圆铣刀和加工其它复杂成形表面用的铣刀。铣削的生产率一般较高，加工表面粗糙度值较大。51 机械加工基础知识 后角 圆柱铣刀的后角是用正交平面后角o表示。 粗加工： o 12 精加工： o 16（1）圆柱铣刀的几何角度前角 为了便于制造，规定圆柱铣刀的前角用法平面前角n表示。铣削钢件： o=10 20 铣削铸铁件：o=5 1552 圆柱铣刀的螺旋角就是其刃倾角它能使切削刃逐渐切入和切离工件，而且同时工作齿数较多，故能提高铣削过程的平稳

32、性。 粗齿铣刀： 40 60 细齿铣刀： 30 35螺旋角 机械加工基础知识2、铣刀（1）圆柱铣刀的几何角度53（2）端铣刀的几何角度 硬质合金端铣刀的每个刀齿类似车刀，有主、副切削刃和过渡刃。在正交平面系内端铣刀的标注角度有：o、o、kr、kr和s。 机械加工基础知识2、铣刀54 机械加工基础知识3、非金属材料切削刀具55 机械加工基础知识第三节 切削要素及其选择一、各种切削加工的切削运动56 机械加工基础知识 金属切削加工是用金属切削刀具切除工件上多余的金属材料，使其形状、尺寸精度及表面精度达到图纸要求的一种机械加工方法。刀具切除多余金属是通过在刀具和工件之间产生相对运动来完成的，此运动称

33、为切削运动。在此过程中，为了能将工件上多余的金属材料切除掉，对刀具的结构及其材料需提出相应的要求（应具有适当的几何参数即切削角度，刀具材料对工件具有一定的切削能力）。切削运动可分为主运动和进给运动两种。57 机械加工基础知识 1主运动 切削运动中直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动是主运动。一般来说，主运动是产生主切削力的运动，由机床主轴提供，其运动速度高，消耗的切削功率大。通常主运动只有1个，它可由工件运动完成，也可由刀具运动完成，如车削时由车床主轴带动工件的回转运动；钻削和铣削时由机床主轴带动的刀具回转运动；刨削时的工件或刀具直线往复运动等。58 机械加工基础知识

34、 2进给运动 结合主运动把切削层不断地投入切削，以完成对一个表面切削的运动是进给运动，如车削时刀具的走刀运动，刨削时工件的间歇进给运动，钻削加工中的钻头、铰刀的轴向移动，铣削时的工件的纵向、横向移动等。进给运动速度小，消耗的功率少。切削加工中进给运动可以是1个、2个或多个，甚至可能没有，如拉床。进给运动可连续可间断。59 在大多数切削加工中，主运动和进给运动 是同时进行的，二者的合成运动就是刀具与工件之间的切削运动。 一般切削运动及其方向用切削运动的速度矢量来表示： 机械加工基础知识60二、切削要素 机械加工基础知识 在切削过程中，工件上的多余金属层不断地被刀具切除而转变为切屑，同时工件上形成

35、3个不断变化的表面，车削加工（如图所示）这些表面可分为如下三种。 （1）待加工表面：工件上有待切除的表面称为待加工表面。 （2）已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。 （3）过渡表面：主切削刃正在切削的表面，它在切削过程中不断变化，是待加工表面与已加工表面的连接表面。61三、切削用量 机械加工基础知识 切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量的总称，一般叫做切削三要素。在切削加工中，需要根据不同的工件材料、刀具材料和其他技术、经济要求来选择适宜的切削用量。其分别定义如下：62 机械加工基础知识 1、切削速度 是指刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度（大多数切削的主运动

36、采用回转运动）。回转体（刀具或工件）上选定点的切削速度c(单位是m/min或m/s)的计算公式为： c = dn/1000 式中 d工件或刀具上选定点的回转直径(mm)； N工件或刀具的转速（r/s或r/min）。63 当转速n一定时，刀具切削刃各点的切削速度不同。考虑到切削用量将影响刀具的磨损和已加工表面质量等，确定切削用量时应取最大的切削速度，如外圆车削时应取待加工表面的切削速度；钻头钻孔，应取钻头外径的切削速度。 切削速度对刀具的使用寿命影响很大，例如用硬质合金车削，当切削速度为80米/分钟时，刀具使用寿命是60分钟，而切削速度提高为160米/分钟时，刀具寿命只有3.75分钟，相差16倍

37、。这是随着切削速度提高，切削温度提高很快，摩擦加剧，使刀具迅速磨损。 机械加工基础知识64 切削速度由刀具材料的耐热性决定，同时受被加工材料的加工性影响很大。例如一把铣刀铣合金钢时选用8米/分钟的切削速度，而铣削铝合金时，同一把铣刀可达到200米/分钟。 由于切削速度决定了刀具耐用度和工件的加工质量，所以非常重要。若要用切削速度求转速：n =c1000 / d 例如100圆钢，80m/min，求转速n： 则 n = = 255转d 314801000 80000 机械加工基础知识65 机械加工基础知识 2、进给量（走刀量）进给量包括进给速度和每齿进给量。 进给速度 进给速度是工件或刀具每回转一

38、周时两者沿进给运动方向的相对位移，符号用f，单位mm/r（毫米/转）。而对于刨削等主运动为往复运动的加工，进给量f的单位为mm/双行程（mm/dst）。 每齿进给量 对于铣刀、铰刀、拉刀等多齿刀具，还规定每齿进给量，即刀具每转过或移动一个齿时，相对于工件在进给运动方向上的位移量，符号为fz，单位mm/齿。663、背吃刀量 （单边吃刀深度） 背吃刀量为工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，符号ap，单位为mm。它表示切削刃切入工件的深度。 dwdm dw工件待加工表面的直径外圆车削的背吃刀量 ap = 式中 dm工件已加工表面的直径 2 钻孔加工的背吃刀量 ap = d0/2 式中 d0钻头的

39、直径 在切削加工中，金属切除率与切削用量三要素ap、f、c均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可以使生产率提高一倍。然而由于刀具使用寿命的制约，当任一参数增大时，其它二参数必须减小。因此，在制定切削用量时，三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。 机械加工基础知识674、切削层参数 切削层的形状和尺寸称为切削层参数。切削层参数在通过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度vc的平面内测量，有以下3个。 机械加工基础知识 切削层是指切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。外圆车削时的切削层就是工件旋转一圈

40、，主切削刃移动一个进给量f所切除的一层金属层。681切削层公称厚度hD 切削层公称厚度hD是垂直于过渡表面测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。它反映了切削刃单位长度上的切削负荷。车外圆时，若车刀主切削刃为直线，则：hD=fsinr 2切削层公称宽度bD 切削层公称宽度bD是沿过渡表面测量的切削层尺寸。它反映了切削刃参加切削的工作长度。当车刀主切削刃为直线时，外圆车削的切削层公称宽度为：bD =ap/sinr 机械加工基础知识693切削层公称横截面积AD 在切削层尺寸平面内切削层的实际横截面积称作切削层公称横截面积AD：AD = bDhD=ap f，分析上述公式可知，当主偏角r增大，切

41、削层公称厚度hD将增大，而切削层公称宽度bD将减小；当r=90时，hD=f达到最大值，bD=ap达到最小值。主偏角值的不同引起切削层公称厚度与切削层公称宽度的变化，从而对切削过程的切削机理产生了较大的影响。切削层公称横截面积只由切削用量中的f和ap决定，不受主偏角变化的影响，但切削层公称横截面积的形状则与主偏角、刀尖圆弧半径的大小有关。 机械加工基础知识70 机械加工基础知识 切削层公称横截面积AD的大小反映了切削刃所受载荷的大小，并影响加工质量、生产率及刀具耐用度，在车削加工时即指车刀正在切削着的ABCD这一层金属。实际上，由于刀具副偏角的存在，经切削加工后的已加工表面上常留下有规则的刀纹，

42、这些刀纹在切削层尺寸平面里的横截面积ABE称为残留面积。残留面积的高度直接影响已加工表面的表面粗糙度值。71 背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大而公称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。 机械加工基础知识72第四节 切削过程的分析一、切削力与切削功率 机械加工基础知识 1、切削力的来源 在切削加工时，刀具切入工件，使被加工材料产生弹性变形和塑性变形而形成切屑所需要的力称为切削力。切削力来自于切削过程中：73 机械加工基础知识 1 克服切削变形区材料塑性变形所需的抗力， 2 克服切削变形区材料弹性变形所需的抗力。 3克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对已加工表面和过渡表面的摩擦力

43、所需的抗力。 74 机械加工基础知识75影响切削力的因素 机械加工基础知识76 机械加工基础知识77二、切削形成过程及切屑种类1、切屑形成过程用变形系数表示切削变形程度 1。变形系数对切削力、切削温度及表面粗糙度Ra都有重要的影响：变形系数愈大，则切削力愈大、切削温度愈高，表面愈粗糙。增大前角，或降低材料塑性，可减小变形系数。 机械加工基础知识 在金属切削过程中，经过塑性变形的切屑，其外形与原切削层不同，其切屑的厚度ach要大于切削层厚度ac，而切屑层的长度lch要小于切削层长度lc，这种现象称为切屑收缩现象。78 在金属切削加工中，需要控制切屑的形状、流向、卷曲和折断，切屑处理不当会影响正常

44、生产秩序和操作者的人身安全；经常停车清理切屑也会增加辅助时间，使切屑划伤工件表面，甚至打坏切削刃。尤其在数控机床和自动生产线上，断屑和卷屑更应该引起重视。2、切屑的形状及控制 机械加工基础知识79 （1）切屑与断屑 根据工件材料、刀具几何参数和切削用量的不同，切屑的形状有很大的不同，它们影响切屑的处理和运输。按切屑形状进行分类，常见切屑的形状如图所示。 切削塑性材料时，若不采用适当的断屑措施，易形成带状屑。连续带状切屑在加工过程中将会形成缠绕在一起的金属丝。这不仅不利于切屑处理，而且也会增加切屑处理过程中的危险性。为了人员安全和获得良好的表面粗糙度，理想的切屑类型应该是C字形的，C形屑不会缠绕

45、在工件或刀具上，也不易伤人，是一种比较好的屑形。但C形屑通常是由带有断屑槽的刀具加工时形成的，会影响到切削过程的平稳性和工件已加工表面粗糙度，所以精车时一般希望形成长螺卷屑。 机械加工基础知识80切削的深度对切屑卷曲和分离也有影响。当切削深度较大时，切屑也会较大。这类大切屑比轻的切屑弹性更低，因此更容易分离成细小的切屑。 断屑槽专门设计用于使切屑沿工件发生卷曲，然后将其从工件上分离以获得正确的切屑类型。当使用高速钢刀具时，必须在刀具上磨出断屑槽，并选取适当的切削速度和进给量，加工过程中将会获得较好类型的切屑。较高的切削速度将会产生较大的卷曲切屑。 机械加工基础知识81 长螺卷屑形成过程比较平稳

46、，清理也方便，在普通车床上是一种可以选择的屑形。在重型车床上用大切深、大进给量车削钢件时，切屑宽且厚，所以通常将卷屑槽的槽底圆弧半径加大，使切屑卷曲成发条状，在工件表面上折断，并靠其自重坠落。车削铸铁等脆性材料时，切屑崩碎成针状或碎片，无论对清理和人身安全都不利，这时应设法使切屑连成卷屑。 机械加工基础知识82（2）断屑槽尺寸参数 断屑槽的槽形有折线型、直线圆弧型和全圆弧型3种。它们在垂直切削刃的剖面上的形状如图（a）、（b）、（c）所示。除槽宽尺寸外，其中反屑角也是影响断屑的主要因素，反屑角增大，切屑易断裂，会使切屑卷曲半径Rch减小，增大卷曲变形和弯曲应用，如图（d）所示。 机械加工基础知

47、识83 机械加工基础知识 在断屑槽的尺寸参数中，宽度lBn和反屑角B是影响断屑的主要因素。宽度lBn减小或反屑角B增大，均能使切屑卷曲半径减小，卷曲变形和弯曲应力增大，切屑易断，但lBn太小或B太大，切屑易堵塞，使切削力和切削温度升高。 通常lBn按下式初选：反屑角B按槽型选：折线型B=6070、直线圆弧型B=4050、全圆弧型B=3040。一般取断屑槽的圆弧半径rBn=（0.40.7）lBn。上述数值经试切后修正。84刀具几何角度。主偏角和刃倾角对断屑和切屑流向影响较大。主偏角越大，切削层公称厚度越大，卷曲变形产生的弯曲应力越大，所以越易断屑。因此，生产中若要取得较好的断屑效果，可选择较大的

48、主偏角，如r=7590。刃倾角是控制切屑排出方向的重要参数。当刃倾角为负值时，有促使切屑流向已加工表面或过渡表面的趋势，容易使切屑碰撞工件后折断成形屑。当刃倾角为正值时，可能使切屑流向待加工表面或离开工件后与刀具后面相碰，或形成螺旋形的切屑后折断。刀具前角越小，切屑变形越大，越容易断屑。（3）影响断屑的主要因素 机械加工基础知识 降低工件材料塑性。通过热处理降低材料塑性，提高其硬度，可抑制积屑瘤的生成。 其他措施。减小进给量、增大刀具前角，减小刀具前面的粗糙度值，合理使用切削液等，均可使切削变形减小，切削力减小，切削温度下降，从而抑制积屑瘤的生成。853、切屑类型及其断屑措施类型及卷断措施说

49、明切 屑 类 型带 状 屑 内表面光滑，外表面呈毛绒状的带状。用较高切削速度、较大前角和较小切削厚度加工塑性金属时，常出现此种切屑，其切削过程平稳，已加工表面粗糙度较小挤 裂 屑 外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切削通常在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。其切削过程不如带状屑是平稳单 元 屑 在挤裂屑的剪切面，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形的单元屑。此时切削力波动较大。切削速度更低，切削厚度很大，刀具前角很小时易产生单元屑崩 碎 屑 切削脆性材料时产生的形状不规则的切屑。此时加工表面凸凹不平，切削过程很不平稳，力集中作用于刀刃附近，容易损坏刀具，已加工表面也

50、粗糙。提高切削速度，减小切削厚度，可使切屑变为针状或片状 机械加工基础知识86 机械加工基础知识类型及卷断措施 说 明 卷 断 措 施采用卷屑槽 在前刀面上磨出各种形状的卷屑槽或设置卷屑台，使切削获得附加塑性变形后而易折断，形成C型屑降低切屑材料塑性 工件材料塑性愈低，愈易断屑，故可以采用热处理办法降低其塑性，或增加S、P等化学元素使之变脆增大切屑厚度 切屑厚度愈大，愈易折断，因此可增加走刀量和主偏角降低切屑速度 切屑速度愈高，会使断屑效果降低减小前角 前角愈小，切屑变形愈大，则容易折断3、切屑类型及其断屑措施874、刃倾角对切屑流向的影响（1）刃倾角功用刃倾角s在切削平面内测量的主切削刃与基

51、面之间的夹角。刀尖高正，低负。刃倾角对切屑流向的影响如图所示。刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对精加工和半精加工有利。刃倾角为负值时，切削中切屑流向已加工表面，容易缠绕和划伤已加工表面。 机械加工基础知识88 机械加工基础知识 负刃倾角有利于提高刀尖强度。刃倾角为负值时，切削运动中刀具与工件接触的瞬间，刀具切削刃中部先接触工件，刀尖后接触工件，尤其是断续切削时，切削刃承受刀具与工件接触瞬间的冲击力，可避免刀尖受冲击，起保护刀尖的作用，且负刃倾角利于刀尖散热。刃倾角为正值时，刀具与工件接触的瞬间是刀尖先接触工件，刀尖承受刀具与工件接触瞬间

52、的冲击力，容易受冲击损坏。（1）刃倾角功用89 加工一般钢料和铸铁时，无冲击的粗车取s=05，精车取s=0+5；有冲击负荷时，取s=515；当冲击特别大时，取s=3045。切削高强度钢、冷硬钢时，为提高刀头强度，可取s=3010。 （2）刃倾角的选用 机械加工基础知识90 在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工钢料或其他塑性材料时，常在切削刃口附近黏结一块很硬（约为工件材料硬度的23.5倍）的金属堆积物，冷焊在切削刃上且覆盖刀具部分前面，这就是积屑瘤。三、积屑瘤1、积屑瘤的形成 积屑瘤的形成原因主要是由于切削加工时，在一定的温度和压力作用下，切屑与刀具前面发生强烈摩擦，致使切屑底层金

53、属流动速度降低而形成滞流层。如果温度和压力合适，滞流层就与前刀面黏结而留在刀具前面上。由于黏结层经过塑性变形硬度提高，连续流动的切屑在黏结层上流动时，又会形成新的滞留层，使黏结层在前一层的基础上积聚，这样一层又一层地堆积，黏结层愈来愈大，最后形成积屑瘤。当积屑瘤生成时或生成后，在外力、震动等的作用下，会局部断裂或脱落。另外，当切削温度超过工件材料的再结晶温度时，由于加工硬化消失，金属软化，积屑瘤也会脱落和消失。由此可见，产生积屑瘤的决定因素是切削温度，形成积屑瘤的必要条件是加工硬化和黏结。 机械加工基础知识91 （1）增大实际前角。积屑瘤黏结在刀具前刀面刀尖处，可代替刀具切削，增大了实际前角，

54、可减小切屑变形和切削力。 （2）增大切入深度。积屑瘤前端伸出切削刃之外，加工中出现过切，使刀具切入深度比没有积屑瘤时增大了，因而影响了加工尺寸。 （3）增大已加工表面粗糙度。由于积屑瘤很不稳定，使切削深度不断变化，导致实际前角发生变化，引起切削过程震动；积屑瘤脱落时的碎片可能黏附在已加工表面上；积屑瘤凸出刀刃部分，在已加工表面上形成沟纹，这些都可以造成已加工表面的粗糙度值增大。 2、积屑瘤对切削过程的影响。 机械加工基础知识 （4）影响刀具耐用度。积屑瘤覆盖着刀具部分刃口和前面，对切削刃和前面有一定保护作用，从而减小了刀具磨损，但积屑瘤脱落时，又可能使黏结牢固的硬质合金表面剥落，加剧刀具磨损。

55、92 精加工时必须避免或抑制积屑瘤的生成。其措施有如下几种。 （1）控制切削速度。尽量采用很低或很高的切削速度。切削速度是通过切削温度和摩擦系数来影响积屑瘤的。低速切削时，切屑流动较慢，切削温度较低，刀具前面摩擦系数小，不易发生黏结，不会形成积屑瘤；高速切削时，切削温度高，切屑底层金属软化，加工硬化和变形强化消失，也不会生成积屑瘤；中速切削时，切削温度300400，是形成积屑瘤的适宜温度，此时摩擦系数最大，积屑瘤生长得最高，因而表面粗糙度值最大。 （2）降低工件材料塑性。通过热处理降低材料塑性，提高其硬度，可抑制积屑瘤的生成。 （3）其他措施。减小进给量、增大刀具前角，减小刀具前面的粗糙度值，

56、合理使用切削液等，均可使切削变形减小，切削力减小，切削温度下降，从而抑制积屑瘤的生成。3、影响积屑瘤的主要因素与控制。 机械加工基础知识93 机械加工基础知识四、切削热和切削温度1切削热的产生与传出 金属切削加工中，切削热来源于切削时切削层金属发生弹性、塑性变形所产生的热。刀具前面与切屑、刀具后面与工件表面摩擦产生的热。其中切削塑性金属时，切削热主要来源于剪切区变形和刀具前面与切屑的摩擦所消耗的功。切削脆性材料，切削热主要来源于刀具后面与工件的摩擦所消耗的功。总的来说，切削塑性材料产生的热量要比脆性材料为多。94 切削时所产生的切削热主要以热传导的方式分别由切屑、工件、刀具及周围介质向外传散。

57、各部分传出热量的百分比，随工件材料、刀具材料、切削用量、刀具几何参数及加工方式的不同而变化。在一般干切削的情况下，大部分切削热由切屑带走，其次传至工件和刀具，周围介质传出的热量很少。 机械加工基础知识1切削热的产生与传出95 切削热是通过切削温度对刀具和工件产生影响的。切削温度一般指切屑与刀具前面接触区域的平均温度。在生产中，切削温度可根据切屑表面氧化膜的颜色大致判断切屑温度的高低，如切削钢件时，银灰色为200以下，淡黄色为220左右，深蓝色为300左右，淡灰色为400左右，紫黑色为500以上。2影响切削温度的因素（1）工件材料的影响。工件材料的强度越大、硬度越高，切削时消耗的功越多，产生的切

58、削热越多，切削温度升高。工件材料的热导率大，热量容易传出，若产生的切削热相同，则热容量大的材料切削温度低。工件材料的塑性越好，切削变形越大，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。 机械加工基础知识96 （2）刀具几何角度的影响。刀具几何参数对切削温度影响较大的是前角和主偏角。 刀具的前角在518范围内，前角大，切削变形及切屑与刀具前面的摩擦减小，产生的热量小，切削温度下降。当前角加到25时，刀具的楔角减小，散热体积减小，切削温度反而升高。 主偏角r增大，刀具主切削刃工作长度缩短，刀尖角r减小，散热面积减少，切削热相对集中，从而提高了切削温度。反之，主偏角减小，切削温度降低。 机械

59、加工基础知识97 （3）切削用量的影响。切削用量中，切削速度对切削 温度影响最大。切削速度vc增加，切削的路径增长，切屑底层刀具前面发生强烈摩擦从而产生大量的切削热，切削温度显著升高。 进给量f对切削温度有一定的影响。随着进给量的增大，单位时间内金属的切除量增加，消耗的功率增大，切削热增大，切削温度上升。 背吃刀量ap对切削温度影响很小。随着背吃刀量的增加，切削层金属的变形与摩擦成正比例增加，产生的热量按比例增加。 （4）其他因素。刀具后面磨损较大时，会加剧刀具与工件的摩擦，使切削温度升高，切削速度越高，刀具磨损对切削温度的升高越明显 。 机械加工基础知识98 机械加工基础知识1、刀具的磨损

60、刀具磨损是指刀具在使用和刃磨质量符合要求的情况下，在切削过程中逐渐产生的磨损。切削时，刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件接触，产生剧烈摩擦，同时在接触区内有很高的温度和压力。因此，前刀面和后刀面都会发生磨损。五、刀具磨损刀具磨损的三种形式：1）后刀面磨损；2）前刀面磨损；3）前后刀面同时磨损。99 在切削塑性材料、切削速度较高、切削厚度较大的情况下，当刀具的耐热性和耐磨性稍有不足时，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。（1）前面磨损。 机械加工基础知识100（2）黏结磨损。黏结磨损是指切屑与刀具前面、工件加工表面与刀具后面在高温高压作用下，发生黏结现象，由于接触面滑动时在黏结处产生剪切破坏，造成