第一章 金属切削加工基础

1一、金属切削加工金属切削加工钳工机械加工一般是通过工人手持工具来进行加工的，加工方法有划线、錾、锯、刮、研、攻丝等由工人操作机床来完成切削加工的，如车、铣、钻、刨、磨、齿轮加工等1.1切削运动及切削要素

是使用切削工具，在工具和工件的相对运动中，将坯料或工件上的多余材料切除，使工件获得所要求的形状、尺寸、位置精度和表面质量的加工方法。

第一章金属切削加工基础112

第一章金属切削加工基础二、切削运动21.1切削运动及切削要素2(刀具与工件之间的相对运动称为切削运动)按其功能的不同，切削运动分为主运动和进给运动。主运动：使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实现切削。它的速度最高，消耗功率最大。进给运动：使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配合，即可连续地切除切屑，获得具有所需几何特性的已加工表面。31、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,主运动也可以是刀具来实现（刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。

第一章金属切削加工基础31.1切削运动及切削要素34三、工件上形成的表面

第一章金属切削加工基础41.1切削运动及切削要素45

第一章金属切削加工基础51.1切削运动及切削要素567四、切削要素1.切削用量切削速度进给量背吃刀量c

第一章金属切削加工基础71.1切削运动及切削要素78四、切削要素定义：在进行切削加工时，刀具切削刃上的某一点相对于工件在主运动方向上的瞬时速度(m/s或m/mim)，用Vc表示。(在单位时间内，工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离。)以车削加工为例（主运动为旋转运动）:切削速度1.切削用量

第一章金属切削加工基础81.1切削运动及切削要素89四、切削要素刨削加工为例（主运动为往复直线运动）:切削速度1.切削用量

第一章金属切削加工基础91.1切削运动及切削要素9L——往复行程长度，mm;Nr——主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s或st/min;10进给量（f）1）单齿刀具（f）dmdwfn12fapKr四、切削要素1.切削用量定义：在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位移。

第一章金属切削加工基础101.1切削运动及切削要素（mm/r或mm/st）10

如车削加工：工件每转一转，刀具相对工件的位移mm/r；

如牛头刨床：刀具每走一个行程，在进给方向上相对于工件的位移，mm/st11进给量（f）2）多齿刀具（fz）进给速度vf（mm/s或mm/min）四、切削要素1.切削用量

第一章金属切削加工基础111.1切削运动及切削要素11对于多齿刀具加工时，进给运动的瞬时速度称为进给速度，即

（每齿进给量fz×刀具齿数z×每秒多少转）12背吃刀量（ap）四、切削要素1.切削用量

第一章金属切削加工基础121.1切削运动及切削要素（mm）12dmdwfn12fapKr切削要素132.切削层几何参数四、切削要素

第一章金属切削加工基础131.1切削运动及切削要素切削层：工件上正被切削刃切削的一层金属，即相邻两个加工表面之间的一层金属。切削宽度切削面积切削厚度bDhDAD13D142.切削层几何参数四、切削要素

第一章金属切削加工基础141.1切削运动及切削要素切削面积AD14切削厚度hD（即相邻加工表面间的距离）切削宽度bD（沿主切削刃上度量的切削层尺寸）D152.切削层几何参数bDhDAD=bD×hDD四、切削要素

第一章金属切削加工基础151.1切削运动及切削要素15当kr变小，则增大，减少，这时，单位长度切削刃上承受切削力减少，切屑变薄，散热效果好，但切削的径向分力增大；当kr变大，则情况正相反。讨论：在AD不变时：16一、刀具材料（1）较高硬度，常温下60HRC以上（2）足够的强度和韧性（3）良好的耐磨性（4）良好耐热性（5）良好工艺性1.2刀具材料及刀具构造

第一章金属切削加工基础

1、对刀具材料(切削部分）的要求16可加工性可磨削性热处理性能16刀具材料的种类刀具切削部分材料碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金陶瓷和超硬刀具材料工具钢17一、刀具材料2、常用刀具材料的性能及用途18一、刀具材料铣刀、齿轮刀具麻花钻，其他成形刀具丝锥、板牙

锉刀锯条用途W18Cr4V（是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢）CrWMn、9SiCr（9SiCr，即碳素工具钢中加入Cr、w、Mn、Si）T10、T10A、T12

（T10A含C0.7~1.2%的优质钢）例高速钢合金工具钢碳素工具钢2、常用刀具材料的性能及用途181819硬质合金陶瓷材料例钨钴类（YG）钨钛钴类（YT）适用于加工铸铁，青铜等脆性材料适用于加工钢件用途各种刀片高硬度钢材精加工2、常用刀具材料的性能及用途19192021nf切削部分夹持部分二、刀具的组成刀具的组成切削部分夹持部分

第一章金属切削加工基础211.2刀具材料及刀具构造21221.刀具切削部分的组成三、刀具的几何形状三个刀面、两个刀刃、一个刀尖

第一章金属切削加工基础221.2刀具材料及刀具构造22231.刀具切削部分的组成三、刀具的几何形状nf前刀面

第一章金属切削加工基础231.2刀具材料及刀具构造23前刀面—切屑沿其流出的刀面24nf前刀面主后面1.刀具切削部分的组成三、刀具的几何形状主后刀面—与工件加工面相对的刀面

第一章金属切削加工基础241.2刀具材料及刀具构造2425nf前刀面主后面副后面1.刀具切削部分的组成三、刀具的几何形状副后刀面—与工件已加工面相对的刀面

第一章金属切削加工基础251.2刀具材料及刀具构造2526nf前刀面主切削刃主后面副后面1.刀具切削部分的组成三、刀具的几何形状主切削刃—前刀面与主后刀面的交线，它完成主要切削工作

第一章金属切削加工基础261.2刀具材料及刀具构造2627nf前刀面主切削刃副切削刃主后面副后面1.刀具切削部分的组成三、刀具的几何形状副切削刃—前刀面与副后刀面的交线，它配合主刀刃最终形成已加工表面

第一章金属切削加工基础271.2刀具材料及刀具构造2728nf前刀面主切削刃副切削刃刀尖主后面副后面1.刀具切削部分的组成三、刀具的几何形状刀尖（过渡刃）—主切削刃与副切削刃的连接部分

第一章金属切削加工基础281.2刀具材料及刀具构造2829

用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系2.车刀切削部分的主要角度三、刀具的几何形状

第一章金属切削加工基础(1)辅助平面—

刀具静止参考系—刀具工作参考系

用于规定刀具进行切削加工时几何参数的参考系标注角度工作角度291.2刀具材料及刀具构造2930静止参考系假定条件：①不考虑进给运动；②车刀刀尖与工件轴线等高；③刀柄的中心线垂直于进给方向。2.车刀切削部分的主要角度三、刀具的几何形状

第一章金属切削加工基础(1)辅助平面—

刀具静止参考系301.2刀具材料及刀具构造30312.车刀切削部分的主要角度(1)辅助平面—

刀具静止参考系①基面pr②切削平面ps③正交平面po④

假定工作面Pfnf标注角度工作角度三、刀具的几何形状

第一章金属切削加工基础311.2刀具材料及刀具构造3132(1)辅助平面—

刀具静止参考系①基面prPr：过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面2.车刀切削部分的主要角度三、刀具的几何形状

第一章金属切削加工基础321.2刀具材料及刀具构造3233①基面pr②切削平面psPs：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。(1)辅助平面—

刀具静止参考系2.车刀切削部分的主要角度三、刀具的几何形状

第一章金属切削加工基础331.2刀具材料及刀具构造3334①基面pr②切削平面ps③正交平面po

po：过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面(1)辅助平面—

刀具静止参考系2.车刀切削部分的主要角度三、刀具的几何形状

第一章金属切削加工基础341.2刀具材料及刀具构造3435①基面pr②切削平面ps

③正交平面po④假定工作面Pf

Pf：过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面2.车刀切削部分的主要角度三、刀具的几何形状

第一章金属切削加工基础(1)辅助平面—

刀具静止参考系351.2刀具材料及刀具构造3536Ⅰ.主偏角kr:主切削平面与假定工作平面间的夹角（即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角）

Ⅱ.副偏角kr′:副切削平面与假定工作平面间的夹角（即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角）(2)标注角度(五个)①在基面pr内的标注角度2.车刀切削部分的主要角度

第一章金属切削加工基础361.2刀具材料及刀具构造3637

当背吃刀量和进给量一定时，主偏角越小，切削层公称宽度（）而公称厚度（），即切下宽而薄的切屑。这时主切削刃单位长度上的负荷（），并且散热条件较好，有利于刀具耐用度的（）。(2)标注角度(五个)①在基面pr内的标注角度2.车刀切削部分的主要角度

第一章金属切削加工基础371.2刀具材料及刀具构造37愈大愈小小提高38

影响切削层的形状、切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。

减少kr

，残留面积的高度小,可减少表面的粗糙度的数值，还可使主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用常用的角度有:45⁰、60⁰、

75⁰、90⁰主偏角的作用

第一章金属切削加工基础381.2刀具材料及刀具构造3839副偏角的作用

影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度。

减小kr′,残留面积的高度小,可减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。

过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量常用的角度有:5⁰~

15⁰,粗加工时取较大值。

第一章金属切削加工基础391.2刀具材料及刀具构造39402.车刀切削部分的主要角度(2)标注角度(五个)

②在正交平面po内的标注角度Ⅲ.前角γo:前刀面与基面间夹角。Ⅳ.后角αo:后刀面与切削平面间夹角（粗加工时：6⁰~8⁰）（精加工时：8⁰~12⁰）

第一章金属切削加工基础404041前角的作用前角越大.刀越锋利.切削轻快避免过大.否则强度下降.不利散热避免过小.否则刃和头虽强固.但刃变钝前角大小选择的三个依据：工件材料刀具材料加工性质2.车刀切削部分的主要角度

第一章金属切削加工基础411.2刀具材料及刀具构造4142后角的作用

减小主后刀面与加工表面的摩擦后角大.切削刃锋利.摩擦小避免过大.否则不利散热.加速刀具磨损避免过小.否则摩擦加剧后角大小选择依据：加工的种类及性质2.车刀切削部分的主要角度

第一章金属切削加工基础421.2刀具材料及刀具构造4243(2)标注角度③在切削平面ps内的标注角度

刃倾角λs:主切削刃与基面间夹角2.车刀切削部分的主要角度

第一章金属切削加工基础431.2刀具材料及刀具构造4344刃倾角的正负值，在切削平面内度量(2)标注角度③在切削平面ps内的标注角度2.车刀切削部分的主要角度

第一章金属切削加工基础441.2刀具材料及刀具构造4445刃倾角主要影响主切削刃的强度、切屑流出的方向及切削分力选取范围（-5⁰~+5⁰）粗加工用负值.精加工用正值或零值主切削刃强度较差.切屑向待加工表面流出.不影响过渡表面质量主切削刃强度较好.切屑向已加工表面流出.可能擦伤已加工表面2.车刀切削部分的主要角度

第一章金属切削加工基础451.2刀具材料及刀具构造4546在假设条件下引入了刀具标注角度参考系，并在此基础上定义了刀具的标注角度，试叙述刀具静止参考系4个辅助平面，刀具的5个标注角度。作业：

一、切削过程及切屑种类1.3金属切削过程1.切屑形成过程

金属切削过程实质是被切削金属层在刀具挤压作用下产生剪切滑移的塑性变形过程

第一章金属切削加工基础塑性金属的切削过程一般要经过弹性变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段。48

一、切削过程及切屑种类1.3金属切削过程1.切屑形成过程切削层的金属弹性变形塑性变形挤裂切离切削层的金属受到刀具前刀面的推挤后产生弹性变形随着切应力、切应变逐渐增大，达到其屈服极限时，产生塑性变形而滑移刀具继续切入时，材料内部的应力、应变继续增大，当切应力达到其断裂强度极限时，金属材料被挤裂沿刀具前刀面流出

第一章金属切削加工基础切屑484849切屑厚度压缩比：切屑厚度与切削层公称厚度之比称为切屑厚度压缩比。一般切屑厚度压缩比>1

一、切削过程及切屑种类1.3金属切削过程1.切屑形成过程

第一章金属切削加工基础经过塑性变形的切屑——切屑收缩现象在金属切削过程中，经过塑性变形的切屑，其外形与原切削层不同，其切屑层的厚度ach要大于切削层厚度ac，而切屑层的长度Lch要小于切削层Lc，这种现象称为切屑收缩。50

一、切削过程及切屑种类1.3金属切削过程1.切屑形成过程

第一章金属切削加工基础切屑厚度压缩比反映了切削过程中切屑变形程度的大小。在其他条件不变时，切屑厚度压缩比愈大，切削力愈大，切削温度愈高，表面愈粗糙。切屑厚度压缩比越大，金属的塑性变形越大。材料塑性越大，切屑厚度压缩比也越大。512.切屑的种类

一、切削过程及切屑种类

第一章金属切削加工基础511.3金属切削过程51522.切屑的种类带状切屑崩碎切屑节状切屑

一、切削过程及切屑种类

第一章金属切削加工基础521.3金属切削过程5253凹凸不平

较粗糙较光洁表面质量Ra波动大、振动有波动平稳波动小切削力弹性变形—崩碎典型切削过程脆性材料铸铁、黄铜中等硬度(中碳钢)塑性好工件材料较大小f、ap小大γo较低高Vc崩碎切屑节状切屑带状切屑2.切屑的种类连续不太安全，需断屑

一、切削过程及切屑种类

第一章金属切削加工基础531.3金属切削过程53543.切削条件的可控性切屑的形态可随切削条件不同而改变增大前角提高切削速度减小进给量有利于使节状切屑向带状切屑转化使切削过程平稳降低加工表面粗造度数值

一、切削过程及切屑种类

第一章金属切削加工基础541.3金属切削过程54二、积屑瘤

第一章金属切削加工基础1.3金属切削过程在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，或称刀瘤。56二、积屑瘤1.积屑瘤的形成切削中挤压和强烈摩擦

切屑与前刀面间产生很大的应力和很高的切削温度当应力和温度适当，切屑底层与前刀面间的摩擦力很大使得切屑底层流出速度变缓，形成一层很薄的“滞流层”

当前面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时，滞流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤

第一章金属切削加工基础561.3金属切削过程5657二、积屑瘤２．积屑瘤对切削加工的影响有利方面保护刀具增加工作前角积屑瘤硬度很高可代替切削刃进行切屑，减少刀具的磨损积屑瘤的存在，使刀具的实际工作前角增大可减小切削变形和切削力，使切削轻快故粗加工希望积屑瘤产生

第一章金属切削加工基础571.3金属切削过程5758二、积屑瘤２．积屑瘤对切削加工的影响不利方面影响工件尺寸精度影响工件表面粗造度积屑瘤破裂后会划伤表面,加快刀具磨损会形成硬点和毛刺,使工件表面粗造度值增大时大时小,时有时无,使切削力产生波动而引起振动积屑瘤的顶端突出于切削刃之外,时大时小,时有时无,使实际的切削深度不断变化故精加工尽量避免积屑瘤产生

第一章金属切削加工基础581.3金属切削过程5859二、积屑瘤3．积屑瘤的控制控制措施将材料正火或调质,提高强度硬度，降低塑性采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤

调低切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面温度降低，切屑底层与刀具前面的摩擦系数很小，避免粘结现象的发生。或采用较高的切削速度，增加切削温度，因为温度高到一定程度，切屑底层金属呈微熔状态，积屑瘤也不会发生。

第一章金属切削加工基础591.3金属切削过程59影响积屑瘤的因素工件材料的力学性能切削速度(通过切削温度和摩擦来影响的）切削液等60二、积屑瘤3．积屑瘤的控制

第一章金属切削加工基础1.3金属切削过程一般精车、精铣采用高速切削，拉削、铰削和宽刀精刨时，采用低速切削，以避免形成积屑瘤61何谓积屑瘤？它是如何形成的？对切削加工有哪些影响？作业：62四、切削热1.切削热的产生传出及影响ａ．切削热的来源切屑层的金属发生弹性变形、塑性变形而产生大量的热切屑与刀具前刀面产生的摩擦工件与刀具后刀面产生的摩擦

第一章金属切削加工基础621.3金属切削过程62切削热视频63四、切削热ｂ．切削热的传导传入切屑，约占总热量的５０～８６％,对切削加工无不利影响传入工件，约占总热量的４０～１０％,会使工件膨胀或伸长,产生尺寸和形状误差,影响加工精度传入刀具，约占总热量的９～３％，使刀具温度升高,硬度下降,磨损加快,耐用度降传入周围介质，约占总热量的１％，对切削加工无不利影响

第一章金属切削加工基础631.3金属切削过程6364四、切削热2.切削温度及其影响因素

切削温度：是指刀具、切屑、工件接触面上的平均温度。

影响切削温度的主要因素：

①工件材料强而硬的材料生热多；导热性好→温度↓；

②切削用量影响程度依次排序为：

切削速度、进给量、背吃刀量

③刀具角度前角大、主偏角小些都可使生热减少

④刀具材料导热性好→切削温度↓

第一章金属切削加工基础641.3金属切削过程6465四、切削热3.降低切削温度的措施(1)选择合理的几何角度和切削用量(2)使用切削液冷却、润滑、清洗和防锈作用

第一章金属切削加工基础651.3金属切削过程6566五、刀具的磨损及刀具的耐用度1.磨损形式（1）后刀面磨损（2）前刀面磨损（3）前后刀面同时磨损

第一章金属切削加工基础661.3金属切削过程66672.刀具磨损过程（1）初期磨损阶段（2）正常磨损阶段（3）急剧磨损阶段刃磨后的刀具前、后刀面上的高低不平，受到切屑的冲击和摩擦时，将“凸峰”很快磨去，时间很短刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加缓慢且比较稳定切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削力增大，切削温度上升，磨损加剧，刀具失去正常的切削能力

第一章金属切削加工基础五、刀具的磨损及刀具的耐用度671.3金属切削过程67刀具刃磨最佳时机：应选在正常磨损后期，急剧磨损之前最好。这样，既能保证加工质量，又能节约刀具材料。683.刀具耐用度粗车：以切削时间(min)表示耐用度精车：常以走刀次数或加工零件个数表示耐用度

刀具耐用度：

指刀具刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间用Ｔ表示。

磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不再继续使用，这个磨损限度国标ISO统一规定以后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具磨钝标准。

第一章金属切削加工基础五、刀具的磨损及刀具的耐用度681.3金属切削过程6869

在切削用量中，切削速度影响最大切削用量↑，切削温度↑，加快刀具磨损，其中切削速度（V）影响最大。2）刀具材料：耐磨，导热性好的刀具，减少刀具磨损。3）刀具角度，加大前角，切削力小，减少磨损。4）加冷却液：起冷却和润滑作用，减少刀具磨损。4.影响刀具磨损的因素1）切削用量对刀具耐用度的影响用硬质合金车刀车削中碳钢时，刀具耐用度T的经验公式

第一章金属切削加工基础五、刀具的磨损及刀具的耐用度1.3金属切削过程70二、切削用量的合理选择1、选择切削用量的一般原则切削用量对切削加工的影响：

⑵对基本工艺时间的影响：切削用量三要素对基本工艺时间的影响是相同的。⑶对刀具耐用度和辅助时间的影响：切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。由于刀具耐用度降低，势必增加换刀或磨刀次数，增加辅助时间，从而降低生产率。

第一章金属切削加工基础701.4切削加工技术经济简析7071

粗加工时，应以提高生产率