切削加工基础

切削加工基础第1页/共74页2问题2：第一页和第二页有什么不同？主要不同是：前三章所学的铸造、锻压、焊接没有从工件中切除多余材料；而车、铣、刨、钻、磨则是从工件中切除多余材料的加工方法，并且他们有个共同的名字——切削加工。

牛牛文库文档分享第2页/共74页3

切削加工——利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法。

主要分为：

钳加工——一般在钳台上以手工工具为主，对工件进行的各种加工方法。含划线、打样冲眼、锯削、锉削、刮研、钻孔、攻螺纹、机械装配、修理等14个小项。

机械加工——通过工人操作机床设备进行的切削加工。根据工具的不同分为：利用刀具进行加工和利用磨料进行加工利用刀具进行加工分为：车削、刨削、钻削、铣削等9种加工方法。利用磨料加工主要包括：磨削、研磨、珩磨、超精加工等4种加工方法。

牛牛文库文档分享第3页/共74页413.2刀具几何形状和材料13.3切削力和切削温

13.4切削液

13.5加工精度和加工表面质量13.1切削运动与切削用量第十三章切削加工基础知识

牛牛文库文档分享第4页/共74页513.1切削运动与切削用量

牛牛文库文档分享第5页/共74页613.1切削运动与切削用量回转体表面：是以直线为母线,以圆为轨迹，作旋转运动所形成的表面；

成型方法：车削、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、内外圆磨削等。

零件表面的形成平面：是以直线为母线，以另一直线为轨迹作直线运动形成的表面；

成型方法：铣削、刨削、平面磨削等。

曲面：是以曲线为母线，以圆、直线或曲线为轨迹作旋转或平移所形成的表面；

成型方法：铣削、成形磨削、数控铣削、电火花加工、激光加工等。

牛牛文库文档分享第6页/共74页7切削运动：分类：

1）主运动：切除切屑所需的基本运动。

3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属

2）进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。

3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。3）其它运动：吃刀运动走刀运动

牛牛文库文档分享第7页/共74页常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转车刀纵向、横向移动钻床钻头旋转钻头轴向移动铣床铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动牛头刨床刨刀往复工件横向、垂直方向间隙移动外圆磨床砂轮旋转工件旋转、工件往复或砂轮横向移动平面磨床砂轮旋转工件往复移动，砂轮横向、垂直移动镗床镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动龙门刨床工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动

牛牛文库文档分享第8页/共74页9各种切削运动

牛牛文库文档分享第9页/共74页

牛牛文库文档分享第10页/共74页11正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：

已加工表面：已经加工完成的表面。

加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削加工的表面。

待加工表面：即将进入切削加工的表面。加工表面

牛牛文库文档分享第11页/共74页12

牛牛文库文档分享第12页/共74页13切削要素切削用量三要素：切削速度vc:主运动的线速度(m/s)

圆周运动：Vc=πDn/1000

直线往复：Vc=2Lnr/1000进给量：刀具相对工件沿进给方向移动的距离。

1）（周期）进给量f(mm/r)：主运动一个循环

2）进给速度vf(mm/str)：刀具往复一次

3）每齿进给量af(mm/z)：刀具每个刀齿背吃刀量（切削深度）ap(mm):已加工表面与待加工表面间的距离。补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。

牛牛文库文档分享第13页/共74页14切削厚度hD：垂直于加工表面度量的切削层尺寸。切削宽度bD：沿着加工表面度量的切削层的尺寸。切削面积AD：切削层截面面积。AD=hDbD=fap切削层参数:

牛牛文库文档分享第14页/共74页15注意：①主运动可是旋转运动，也可以是往复运动；②主运动可以由工件移动来实现（如车外圆）,也可以是刀具移动来实现（如刨、铣加工）；③主运动只有一个，但进给运动可以一个或一个以上。④合成切削运动：主运动和进给运动合成的运动。

牛牛文库文档分享第15页/共74页1613.2刀具几何形状和材料

牛牛文库文档分享第16页/共74页17

刀具结构及其几何形状13.2刀具几何形状和材料

13.2.1刀具切削部分的基本定义刀具分类：按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。

按功能：车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖刀、镗孔刀、成形刀等。

结构形式：整体式、焊接式、机械安装式（压板压紧）

牛牛文库文档分享第17页/共74页18一、刀具切削部分的几何形状刀具组成：切削部分、夹持部分（刀体或刀柄）nf切削部分夹持部分

牛牛文库文档分享第18页/共74页191.刀具切削部分的组成：

归结起来：“三面两刃一尖”

三面：前刀面、主后刀面、副后刀面。

两刃：主刀刃、副刀刃。

一尖：刀尖

牛牛文库文档分享第19页/共74页20(1)前刀面Ar：刀具上切屑流过的表面(2)主后刀面Aα：与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形成主切削刃(3)副后刀面Aα’：与已加工表面相对，同前刀面相交形成副切削刃(4)主切削刃s

：切出过渡表面的切削刃前刀面与副后面相交形成的切削刃(5)副切削刃s’

：主切削刃与副切削刃的连接处

牛牛文库文档分享第20页/共74页21前刀面Ar后刀面Aα副后刀面Aα’交线主切削刃s副切削刃s’连接部分关系图：刀尖交线

牛牛文库文档分享第21页/共74页22参考系：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面；静止参考系：用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时的几何参数的参考系。2.参考系

牛牛文库文档分享第22页/共74页23(1)基面Pr:通过主切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面(2)主切削平面Ps:通过主切削刃选定点，与主切削刃相切并垂直于基面(3)副切削平面Ps’:

通过副切削刃选定点，与副切削刃相切并垂直于基面(4)正交平面Po:

通过主切削刃选定点，同时垂直于基面和主切削平面(5)假定工作平面Pf:通过主切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向刀具静止参考系的基准坐标平面有：

牛牛文库文档分享第23页/共74页24(1)基面pr(2)主切削平面ps(3)副切削平面ps’(4)正交平面po(5)假定工作平面pf

牛牛文库文档分享第24页/共74页25(1)基面pr(2)主切削平面ps(3)副切削平面ps’(4)正交平面po(5)假定工作平面pf副切削平面与之相对应

牛牛文库文档分享第25页/共74页26(1)基面pr(2)主切削平面ps(3)副切削平面ps’(4)正交平面po(5)假定工作平面pf

牛牛文库文档分享第26页/共74页27

牛牛文库文档分享第27页/共74页28基面pspfps′popr(1)基面pr(2)主切削平面ps(3)副切削平面ps’(4)正交平面po(5)假定工作平面pf

牛牛文库文档分享第28页/共74页293.刀具切削部分的主要角度（5个）

车刀的主要角度包括前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角prpspo

牛牛文库文档分享第29页/共74页30在正交平面po标注的角度：（1）前角γo:前刀面与基面间夹角（-5⁰~+25⁰）。（2）后角αo:主后刀面与主切削平面间夹角（4⁰~12⁰）

牛牛文库文档分享第30页/共74页31前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热前角的作用：

牛牛文库文档分享第31页/共74页32后角的作用：减小主后刀面与加工表面的摩擦

牛牛文库文档分享第32页/共74页33在基面pr内标注的角度：（3）主偏角kr:主切削平面与假定工作平面间夹角，即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角（40⁰~90⁰）。（4）副偏角kr′:副切削平面与假定工作平面间夹角，即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。

牛牛文库文档分享第33页/共74页34主偏角kr、副偏角kr′越大，残留面积越大主偏角kr越大，进给抗力越大，切深抗力越小

牛牛文库文档分享第34页/共74页35在主切削平面ps标注的角度：（5）刃倾角λs:主切削刃与基面间夹角（-5⁰~+5⁰）。λs=0:主切削刃呈水平；λs>0:刀尖为主切削刃上最高点；Λs<0:刀尖为主切削刃上最低点。

牛牛文库文档分享第35页/共74页36刀具刃倾角的选用：精加工取λS≥0°粗加工取λS

＜0°

加工细长工件采用λS

＞0°刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：λS

＞0°排向待加工表面；

λS

＜0°排向已加工表面；

λS=0°前刀面上卷曲

（2）影响切入切出的稳定性（3）影响背向分力大小

牛牛文库文档分享第36页/共74页37角度定义测量平面作用前角γ0前面和基面间的夹角正交平面1、使切削刃锋利2、切削省力3、便于排屑后角α0后面与切削平面间的夹角正交平面改变车刀主后刀面与工件间的摩擦状况主偏角κr主切削刃与进给方向之间的夹角基面改变主切削刃与刀头的受力和散热情况副偏角κrˊ副切削刃与进给方向的反方向间的夹角基面改变副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦状况刃倾角入s主切削刃与基面间的夹角主切削平面影响刀尖强度，并控制切屑的流出方向刀具主要角度及作用

牛牛文库文档分享第37页/共74页381）粗加工塑性材料时，选择大前角γ0，小后角α0，小主偏角Kr，较小或负的刃倾角λs；加工脆性材料时可适当减小前角γ0；加工高硬度难加工材料时，采用负前角(γ0<0°)。2）精加工时，一般选择较大后角α0，较小的前角γ0，非负的刃倾角（λs≥0°），加工细长轴时选择大主偏角Kr。

刀具角度的选择原则：

牛牛文库文档分享第38页/共74页39总的来说，前后角选择按照：前角大，刀锋利，强度差。适于精加工。前角小，强度好。散热佳，适于粗加工。后角大，刀锋利，摩擦小。适于精加工。后角小，强度好。散热佳，适于粗加工。

牛牛文库文档分享第39页/共74页例题：

下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10

。

牛牛文库文档分享第40页/共74页41二、刀具切削部分的材料：

刀具切削部分和刀体可以采用同一种材料制成一体，也可用不同材料制造，然后用焊接或者机械夹持的方法将两者连接成一体。

车刀的组成和形式（a）焊接式（b）整体式（c）机夹式

牛牛文库文档分享第41页/共74页421.对刀具切削部分材料的基本要求：（1）较高的硬度：为工件硬度的1.3-1.5倍，一般要HRC60以上。（2）良好的耐磨性（3）足够的强度和韧性。（4）较高的耐热性（5）良好的工艺性此外，刀具切削部分还应有良好的导热性和较好的化学惰性。

牛牛文库文档分享第42页/共74页432、常用刀具材料的性能及用途（1）优质碳素工具钢：T8A、T10、T12A。如丝锥、锉刀、锯条等。硬度高。（2）合金工具钢：9SiCr、CrWMn。如拉刀、铰刀、钻头等。热硬性、韧性较好。（3）高速工具钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。如钻头、铣刀、齿轮刀具等。热硬性好。（4）硬质合金：粗加工YG6、YG8、YT5；精加工YT15、YT30。能耐1000℃高温，耐磨性好。（5）陶瓷：Al2O3、Al2O3-TiC、Si3N4；车刀（高速）。特点：热硬性好，耐磨，抗弯性差，易碎。（6）立方氮化硼：如车刀、铣刀（中高速）。特点：热硬性强，可耐1500℃高温，与铁亲和力小。（7）人造金刚石：如车刀、铣刀等。特点：热硬性好。

牛牛文库文档分享第43页/共74页44铰刀、拉刀……用途小小大热处理变形0.5~1.08

（1）>20%碳素工具钢（0.5~0.6）0.13（0.2~0.4）许用切削速度（速比）600300~400200~250耐热性OCHRC62~65HRC61~65HRC61~65硬度W18Cr4VCrWMn、9SiCrT10、T10AT12名称高速钢合金工具钢碳素工具钢手工工具铣刀、齿轮刀具

牛牛文库文档分享第44页/共74页45硬质合金陶瓷材料人造金刚石名称钨钴类（YG）钨钛钴类（YT）YG3、YG6YT5、YT15硬度HRA89~91（HRC74~78）HRA86~96HV10000(硬质合金为HV1300~1800)耐热性OC850~10001200700~800许用切削速度1.7~5（6）（12~14）热处理变形不需要用途各种刀片高硬度钢材精加工不宜加工钢铁材料

牛牛文库文档分享第45页/共74页46优质碳素工具钢：一般用来制造切削速度低、尺寸较小的手动工具。

牛牛文库文档分享第46页/共74页47合金工具钢：常用来制造形状复杂的低速刀具。钨钢铰刀丝锥板牙

牛牛文库文档分享第47页/共74页48高速工具钢：适于制造成形车刀、铣刀、钻头和拉刀30度车外圆车刀瑞士雕刻铣刀

牛牛文库文档分享第48页/共74页49高速钢麻花钻头拉刀

牛牛文库文档分享第49页/共74页50硬质合金：用途比较广泛硬质合金钻头

牛牛文库文档分享第50页/共74页5113.3金属切削过程一、切削力二、切削温度三、切屑的种类四、积屑瘤

牛牛文库文档分享第51页/共74页521.切削力的产生及切削分力1)切削力的构成oM①材料的弹性变形和塑性抗力；②切屑、工件表面与刀具的摩擦力。刀具切削工件时作用在刀具或工件上的力。F弹、塑F摩1F摩2一、切削力

牛牛文库文档分享第52页/共74页532)切削力的分解将

Fr沿速度方向、轴向和径向三个相互垂直的方向分解为Fc、Ff、FpFrFCFfFP

牛牛文库文档分享第53页/共74页54①主切削力（切向分力）Fc是Fr在切削速度方向上的分力。主切削力消耗的功率占总功率的95%以上。是计算机床动力及主要传动零件强度和刚度的依据。②进给力（轴向分力）Ff是Fr在进给方向上的分力。消耗的功率仅占总功率的1~5%。是设计和计算进给机构零件强度和刚度的依据。③背向力（径向分力）Fp是Fr在切削深度方向上的分力。FpFfFFc

牛牛文库文档分享第54页/共74页553)背向力对加工的影响

牛牛文库文档分享第55页/共74页56解决背向力不利影响办法

牛牛文库文档分享第56页/共74页572.总切削抗力：

切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。与总切削力是一对作用力与反作用力。

牛牛文库文档分享第57页/共74页583．影响总切削抗力的因素

（1）工件材料：工件材料的强度、硬度越高，韧性和塑性越好，越难切削，总切削抗力越大。（2）切削用量：切削深度ap和进给量f增大，总切削抗力增大。（3）刀具角度前角增大，总切削抗力减小后角增大，总切削抗力减小主偏角对切削抗力Fc′影响较小，对背向抗力Fp′和进给抗力Ff′的比例影响明显

（4）切削液：合理使用可以使总切削抗力减小。

牛牛文库文档分享第58页/共74页59二、切削温度1.切削热与切削温度:A.切削热来源:（1）被加工件材料的弹性变形和塑性变形；（2）切屑与前刀面的摩擦；（3）后刀面与已加工表面之间的摩擦。传散:（1）切屑，50-86%；（2）工件，40-10%；（3）车刀，9-3%；（4）空气，1%。

牛牛文库文档分享第59页/共74页602.减少切削热和降低切削温度的工艺措施：（1）合理选择刀具材料和刀具几何角度；（2）合理选择切削用量；（3）适当使用切削液。B.切削温度及影响因素：切削温度:一般指切屑、工件与刀具接触表面上的平均温度。决定因素：工件材料、切削用量和刀具角度。

牛牛文库文档分享第60页/共74页61三、切屑的种类：(4)崩碎切屑(1)带状切屑(2)节状切屑(3)粒状切屑

牛牛文库文档分享第61页/共74页62（1）带状切屑

带状切屑呈连绵不断的带状或螺旋状,与刀具接触的底层光滑，背面呈毛绒状。（a）形成条件：大前角、切速高、进给量小、被切金属塑性好。（c）切屑形成过程：弹性变形、塑性变形、切离。（c）优点：切削力平稳、切削热少、加工表面光洁。（d）缺点：切屑连绵不断，易缠绕、易划伤已加工表面。

牛牛文库文档分享第62页/共74页63（2）节状切屑节状切屑上面呈较大的锯齿状，底面有不贯穿的裂纹形成条件：切速低、进给量大、中等硬度材料。缺点：切削力波动大、工件表面较粗糙。

牛牛文库文档分享第63页/共74页64（3）粒状切屑被剪切面上的应力超过零件材料的强度极限时，裂纹扩展到整个面上，则切削被分成阶梯形状的粒状切削。形成条件：切削厚度较大、切削速度较低、刀具前角较小时。缺点：切削力波动最大，已加工表面粗糙。

牛牛文库文档分享第64页/共74页65（4）崩碎切屑切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩裂而形成形状不规则的崩碎切屑形成条件：铸铁、铸造黄铜等脆性材料。缺点：切削热和切削力集中在刀具的主刀刃和刀尖处，刀尖易磨损、易产生振动，表面质量不高。

牛牛文库文档分享第65页/共74页66切屑的种类：粗糙较粗糙较光洁表面质量Ra波动大、振动波动更大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、黄铜同中等硬度(中碳钢)塑性好工件材料再大较大小f、ap再减小小大γo再降低较低高Vc崩碎切屑粒状切屑节状切屑带状切屑

牛牛文库文档分享第66页/共74页67在一定的切削速度下切削塑性材料时，常在刀具前刀面上靠近刀刃部位粘附着的一小块很硬的金属—