第一章金属切削原理与刀具一切削运动

第一章金属切削原理与刀具一.金属切削加工的基本概念1.切削运动：切削时，刀具和工件的相对运动。§1.1切削运动及刀具结构切削运动在切削过程中，消耗功率最多，速度最高的运动。主运动进给运动使金属层不断投入切削，以加工出整个工件表面的运动＊主运动的速度（线速度），就是切削速度。＊主运动只有一个，切削运动可以有两个以上。零件不同表面加工时的切削运动各种切削加工的切削运动都是由一些简单的运动单元组合而成。

主运动

进给运动车削工件旋转

车刀轴向运动和切入运动钻削钻头旋转

钻头轴向运动拉削拉刀直线运动

拉刀直线运动磨削砂轮旋转

工件旋转及工件与砂轮移动铣削铣刀旋转

工件移动刨削刨刀往返运动

工件横向运动（牛头刨床）

工件往返运动

刨刀往返运动（龙门刨床）2.切削用量（切削用量三要素）（1）切削速度v—在单位时间内，工件和刀具沿住运动方向的相对位移（主运动的速度）。单位：m/s或m/min。主运动为旋转运动：V=————（m/s）π·d·n1000式中：d——工件待加工表面或刀具直径（㎜）；n——工件或刀具转速（r/s）。主运动为直线运动：V=—————（m/s）2Lnr1000×60式中：L——往复运动行程长度（㎜）；nr——主运动每分钟往复次数。（2）进给量f—工件或刀具的运动再一个工作循环（或单位时间）内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移（也称进给速度）。单位：mm/s,mm/r或mm/min。（3）切削深度ap

—工件上的已加工表面与待加工之间的距离（也称背吃刀量，进刀深）。单位：mm。3.切削时的工件表面：＊已加工表面＊过渡表面（加工表面）＊待加工表面4.切削层几何参数＊切削层：由刀具在切削部位的一个单一动作所切除的工件材料层。＊切削层几何参数：反映切削层截面几何形状尺寸的数据。（1）切削层厚度ac:两相邻加工表面间的垂直距离。ac=fSinκγ（2）切削层长度aw:沿主切削刃度量的切削层尺寸。aw=ap/Sinκγ（3）切削面积AC：切削层在垂直于切削速度截面内的面积。Ac=ac·aw=f·ap（1）刀具材料应具备的性能高硬度（刀具硬度大于HRC60）；高耐磨性；强度高，韧性好；热稳定性、导热性和耐热冲击性好；工艺性能好（包括锻造性能、焊接性能、热处理性能、磨削加工性能等）；经济性好；二.金属切削刀具的基本知识1.刀具材料＊金属切削技术的发展，实际上就是刀具材料的发展和由此带来的机床的发展。①工具钢（2）常用刀具材料工具钢碳素工具钢（T8，T等）低合金工具钢（CrWMn,9SiCr等）②

高速钢（含W、Mo、Cr、V等元素比较多的高合金工具钢

）W18Cr4V——经典高速钢W6Mo5Cr4V2——通用型高速钢W2Mo9Cr4VCo8——高性能高速钢W3Mo2Cr4VSi

——低合金高速钢钢号常温硬度HRC抗弯强度GPa冲击韧度MJ/m2高温硬度HRC500℃600℃W18Cr4V63～663～3.40.18～0.325648.5W6Mo5Cr4V263～663.5～40.3～0.455～5647～48W2Mo9Cr4VCo867～692.7～3.80.23～0.3～60～55高速钢的性能比较＊高速钢的硬度、耐热性比工具钢高得多，允许的切削速度也高得多，突出优点是工艺性好（锻造性能、焊接性能、机械加工性能等）。因此，形状较为复杂的刀具（如：钻头、齿轮滚刀等）基本上是用高速钢制造。特点＊硬度高，耐磨性好，化学稳定性和热稳定性好好，耐高温，因而允许使用的切削速度可达100～300m/min，大大高于高速钢；＊抗弯强度低，冲击韧性不好，工艺性能较差；种类③

硬质合金（高耐热性和高耐磨性的金属碳化物与金属粘结剂在高温下烧结而成的粉末冶金制品）

硬质合金钨钴类（代号YG）：YG3，YG6，YG8钨钛钴类（代号YT）：YT5，YT15，YT30钨钛钽（铌）钴类（代号YW）：YW1，YW2碳化钛基类（代号YN）：YN05，YN10硬质合金的性能与用途比较类型特点用途YG能在较高硬度时获得较高的抗弯强度，特别适合于在较低切削速度下工作主要用于加工铸铁、耐热合金、不锈钢、有色合金及绝缘材料等YT随着TiC含量提高和Co含量降低，与YG类相比，硬度和耐磨性提高，韧性降低因抗弯强度和冲击韧性比较低，不适合加工脆性材料，如铸铁，主要用于加工钢材YW加入了TaC（或NbC）,提高了抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性和高温硬度与强度既可用于加工铸铁及有色合金，也可用于加工一般钢材，常称为通用型硬质合金YN硬度很高，耐磨性、耐热性和抗氧化能力高，化学稳定性好，抗弯强度和韧性稍差可用于加工钢，也可用于加工铸铁，特别适合半精加工和精加工，不适于重切削特点＊硬度高（达HRA91～95），耐磨，耐高温（1200℃时，HRA80），化学稳定性好，不易与其他元素发生化学反应。＊抗弯强度低，冲击韧性差。④

陶瓷刀具常用材料有：氧化铝陶瓷（Al2O3）；金属陶瓷（

Al2O3+TiC）；氮化硅陶瓷（Al2O3+Si3N4）；⑤

涂层刀具在高速钢（或韧性较好的硬质合金）的刀具基体上涂敷一层耐磨性好的难熔金属化合物。此类刀具的耐用度比高速钢高2～10倍，比硬质合金高1～3倍；加工件硬度越高，涂层刀具的效果越好。金刚石特点＊硬度特高，耐磨性特好，刀刃异常锋利，用于超精密加工。＊与铁的亲和力好，因而不宜加工钢，铸铁等材料，用于加工有色金属，硬质合金。立方氮化硼特点＊硬度和耐磨性特仅次于金刚石，与铁系元素不易发生化学反应，可加工淬硬钢、淬硬铸铁等。＊高温时易于水发生化学反应，只能干切削。⑥超硬材料车刀切削部分的组成:3个刀面2个刀刃1个刀尖2.车刀的形状及几何角度（1）刀具切削部分的几何要素前刀面主后刀面副后刀面刀尖主切削刃副切削刃车刀切削部分的组成:3个刀面＊前刀面—切屑流过的表面(直接与切屑接触)＊主后刀面—与工件上的过渡表面相对的表面＊副后刀面—与工件上已加工表面相对的表面2个刀刃＊主切削刃—前刀面与主后刀面的交线＊副切削刃—前刀面与副后刀面的交线1个刀尖＊刀尖—主切削刃与副切削刃连接处的那一部分切削刃三个嘱坐标捧平面（2）定短义刀警具角答度的摸参考吗系基面类（Pr）切削杏平面素（Ps）主剖喇面（Po）通过暗主切纵削刃饶上选复定点溜且垂攻直于贴该点的切削轰速度忌方向雾的平音面通过贴主切弊削刃飞上选耳定点搬，与帽主切尼削刃阻相切论且垂患直该炎点基经面的裁平面通过舍主切英削刃剧上选由定点妨，且赤垂直咐于基阅面和乖切削短平面灭的平单面＊基面要、切东削平龄面和欣主剖艰面（没也称疑正交榴平面熄）组夜成了侮一个插空间姻坐标漠参考危系，对即：迎主剖秀面参沸考系险，也祖称正蹄交平揪面参壳考系牙。＊选择无不同回平面沟，就骗可组宣成不穿同参刻考系兴（如绘：法散剖面贩参考锻系）晋。前角γ0—主剖良面内蛇测量埋的前午刀面被与基抢面之茄间的某夹角后角α0—主剖左面内乒测量辞的主劈燕后刀逆面与酸切削猫平面土之间胁的夹坐角主偏桌角κr—基面径内测称量的仰主切悬削刃丈在基冲面上颗的投流影与嗓进给块运动坝方向奋的夹暂角副偏粮角κr′—基面偶内测震量的模副切挨削刃富在基失面上冠的投歼影与逐进给薄运动胸反方吵向的陷夹角刃倾抛角λs—切削端平面瘦内测推量的位主切严削刃忍与基棚面间肠的夹孟角＊副后房诚角α0′—副剖折面内牧测量友的副献后刀讽面与秧副切粗削平揭面之遍间的吗夹角（3）刀鹊具的梯标注离角度①进给德运动横向霉进给：车燥刀加抵工端剃面或品切断杰时，姻切削谦平面热变为瓣通过晴切削己刃切耳于（渔端面外内）鼓螺旋经面的事平面径，基包面也贷随之英变化驱，此贫时，概刀具未实际睬的前坛角和馋后角箱为：（4）刀心具的饺工作剑角度刀具虑在切况削过蔑程中蝴，基面思、切眨削平锡面和则主剖静面的位仁置会踩发生棚变化绒，使典标注歌角度闻参考豪系变至为工架作角教度参太考系弹，在贼此参宽考系漏中度毕量的丑刀具相角度伤即为刀具断的工悄作角教度。刀红具的拿进给烧运动卡和实貌际安害装位属置对覆刀具绢工作董角度严都有京影响差。γ0e=γ0+μ；α0e=α0–μ；（μ为两伯平面商的变构化量荣）纵向鱼进给：车刀蔽加工沉零件吃的外版圆时这，切饥削平沫面变搅为通旨过切屋削刃削切于化（圆擦柱面舰内）若螺旋找面的爬平面螺，基应面也沿随之朗变化际，此毁时，役刀具森实际堡的前黎角和液后角丸为：γ0e=γ0+μ；α0e=α0–μ；②刀具左安装漂位置刀尖土安装嫂高低（a）刀闻尖与汗工件户中心殊线等进高，诞正常输。（b）刀尖傻高于累工件赵中心蠢线，暂前角敞增大答，后恰角减慈小。γ0e=γ0+θ；α0e=α0–θ；（c）刀尖辩低于享工件贷中心席线，雪前角京减小羊，后恰角增爹大。γ0e=γ0－θ；α0e=α0+θ；刀杆寸中心昨线偏打斜（a）刀葱杆中表心线灿垂直伐于工妥件轴乌线，铲正常丙。（b）刀杆攻中心绞线朝左锹偏转组，主爪偏角κr减小阿，副篮偏角κr′增大良；κre=κr－φ；κre′=κr′+澡φ；φ为偏屈转角年。（c）刀杆油中心凡线朝右们偏转厕，主坏偏角κr增大阻，副励偏角κr′减小屯；κre=κr+φ；κre′=κr′－φ；φ为偏烘转角魔。进给箩运动雕方向全与工袍件轴厉线方奔向不鲁一致与刀镰杆中讲心线匹朝左尽偏转泊时类禾似。κre=κr－φ；κre′=κr′+呼φ；整体录式：切盖削部惨分与翅刀体丘是一犯整体蕉材料好。高怀速钢练车刀纵多作浸成整瓣体式原，截际面为另矩形夸或长过方形院。焊接抓式：在歇普通缩慧碳钢伏刀杆韵上镶丑焊硬哪质合府金刀柴片，盯经刃斯磨而喘成。侍其结夹构简卵单、醒制造纠方便自、刚同性好裤，在行车刀圾中占摔相当珍比例妈。机夹踢车刀：将据硬质订合金洋刀片弱用机斑械夹粮固的践方法磁安装彻在刀午杆上党。它怀只有尾一个掘主切河削刃醉，用征钝后傻必须村刃磨惕。可转芦位车圈刀：是紫机夹抢车刀若的一项类，蓝其刀冒片为魂多边樱形，戴每一感边都翁可作袖为切猜削刃研，用掩钝后辞只须更将刀巾片转薄位即攀可重规新投株入切简削。3.刀具庙的结卷构4.刀具院角度蜘的选枝择（1理）前角γOγO刀刃缸锋利，切掩屑变域形切削蛾力和酱切削寄功率刀刃雄和刀拒尖强召度，散夜热体渣积刀具月寿命γo1Prγo2功用选择刀具染前角颜大小短的选您择取蔽决于迁：工撕件材尖料、慎刀具舍材料科及加鼓工要男求。工件芹材料贪强度盗、硬改度较自低时比，应跪取较袜大前律角，届反之深应取当较小哑的前绵角。加工漠塑性述材料邀时，好应取雀较大图前角漠，加裂工脆铃性材醋料时励，应午取较纠小的垫前角输。刀具减材料哥韧性饰好（架高速握钢）略，取夹较大静前角寒，反骡之（角硬质及合金弦）取衫较小产前角控。粗加够工时欣，取宵较小熄前角删，精生加工遗时，娘取较焰大前螺角。（2叛）后角αo功用αo后刀屑面与批工件塘的摩争擦后刀滥面的狠磨损卖率选择后角逼大小熄的选扒择取素决于趣：切页削厚邀度、泼工件窜材料夏及工吃艺系库统刚吃度。切削厕厚度陡越大暖，后谎角越