金属切削基本知识

机械制造技术(jìshù)基础

周春晓(chūnxiǎo)共一百零二页机械制造技术(jìshù)基础第一篇

金属切削加工原理(yuánlǐ)第二篇金属切削加工方法与设备第三篇机械零部件精度标准与精度设计第四篇机械零件加工工艺第五篇现代加工制造技术共一百零二页

第一篇金属切削(qiēxiāo)加工原理

共一百零二页1、掌握关于金属切削加工的基本知识——第1章2、研究金属切削变形、切削力、切削热及刀具磨损的机理及其规律——第2章3、掌握正确选择刀具几何参数、刀具材料、刀具结构(jiégòu)的方法；掌握合理选择切削液及切削用量的原则；讨论提高刀具材料的切削性能、改善工件材料切削加工性的途径——第3章本篇主要(zhǔyào)任务：研究目的：保证质量，提高效率，降低成本共一百零二页机械制造技术(jìshù)基础

第一章金属(jīnshǔ)切削基本知识共一百零二页本章(běnzhānɡ)主要内容：1、切削加工概述

切削加工及其分类、零件表面的形成2、机床的切削运动与切削用量3、刀具切削部分的几何要素4、切削层参数与切削方式第一章金属(jīnshǔ)切削基本知识共一百零二页第一章金属(jīnshǔ)切削基本知识本章基本要求：1、了解金属切削加工的基本知识2、掌握切削运动、切削用量的基本概念3、掌握刀具切削部分(bùfen)的几何要素，了解其定义，建立清晰的空间概念，4、能熟练的标注各参考平面下的刀具角度5、了解切削层参数与切削方式共一百零二页关于(guānyú)机加工机加工的基本模型刀具装在机床上工件装在机床上切削运动是机床带动刀具和工件来实现的

零件：可以装配到机器上的成品(chéngpǐn)

毛坯：切削加工前的零件工件：切削加工中的零件常见机加工机床：车、铣、刨、磨、钻刀具工件切削运动机床共一百零二页切削加工工艺(gōngyì)方法的特点对零件有基本要求有切削力，零件刀具必须有一定强度和刚度应能找到比零件材料硬的刀具材料

方法种类(zhǒnglèi)多，适应性强精度范围宽：IT13~IT3Ra25~0.008加工零件的尺寸、重量、形状、材料范围宽型面类型不受限制，只要能装在机床上大小尺寸不受限制（轻的几克、葛洲坝船闸30米600吨）生产效率高共一百零二页因此：切削加工(jiāgōng)是制造业的基础只有少数零件：通过精密铸造、精密锻造、粉末冶金成形塑料制品通过压制成形绝大多数机器零件是切削加工最终成形占机器制造总工作量的40％～60％但是少数零件难以成形：细微结构零件、高硬度或高强度零件解决方法：发展(fāzhǎn)特种加工方法共一百零二页一、切削加工(jiāgōng)的特点

第一节切削加工(jiāgōng)概述金属切削加工：

利用切削刀具从工件上切除多余的或预留的材料使零件获得符合图样要求的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。

共一百零二页刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度(jiǎodù)；刀具材料具有一定的切削性能。

切削加工必须具备(jùbèi)三个条件：共一百零二页机械零件上常见(chánɡjiàn)表面二、零件(línɡjiàn)表面的形成共一百零二页二、零件表面(biǎomiàn)的形成表面——一条线（母线(mǔxiàn)）沿另一条线（导线）运动的轨迹。母线和导线可以互换——可逆表面母线和导线不可互换——不可逆表面共一百零二页母线(mǔxiàn)导线发生(fāshēng)线二、零件表面的形成发生线的形成——刀具的切削刃和工件的相对运动形成方法：轨迹法，成形法，相切法，展成法

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1、轨迹法(Locus/Tracingmethod)

利用非成形刀具，在一定(yīdìng)的切削运动下，由刀尖轨迹形成发生线的方法。---轨迹(guǐjì)法形成发生线需一个成形运动

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2、成形法(Shaping/Formingmethod)

利用成形刀具对工件进行加工的方法(fāngfǎ)。切削刃的形状和长度与所需形成的发生线(母线)完全重合。---成形(chénɡxínɡ)法形成发生线不需成形运动共一百零二页3、相切法(Tangentmethod)利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行(jìnxíng)加工的方法，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。---相切法形成发生线需二个成形运动(yùndòng)（一个旋转运动，一个轨迹运动）共一百零二页4、展成法（范成法）(Generatedmethod)

利用工件和刀具作展成切削运动（具有确定的运动关系）进行加工的方法(fāngfǎ)。切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。---展成法(chénɡfǎ)形成发生线需一个成形运动（展成运动）共一百零二页

图1-2形成发生线的方法

1－刀尖或切削(qiēxiāo)刃；2－发生线；3－刀具轴线的运动轨迹共一百零二页共一百零二页三、表面(biǎomiàn)成形运动由单独的旋转运动或直线运动构成(gòuchéng)的成形运动。

A——直线运动B——旋转运动下标——成形运动的序号。发生线的形成主要是靠刀具和工件作相对运动实现的。这种运动称为表面成形运动。1、简单成形运动共一百零二页三、表面成形(chénɡxínɡ)运动2、复合(fùhé)成形运动如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或(和)直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。共一百零二页复合运动组成部分符号中的下标，第一位数字表示成形运动的序号，第二位数字表示同一个复合运动中单元运动的序号。复合成形运动也可以分解为3个甚至(shènzhì)更多个部分（单元运动）。共一百零二页

注意：复合成形运动虽然可以分解成几个部分，每个部分是一个旋转或直线运动，与简单运动相似，但这些(zhèxiē)部分之间保持着严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。所以复合成形运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。

共一百零二页四、辅助(fǔzhù)运动1、各种空行程运动2、切入运动3、分度运动4、操纵(cāozòng)及控制运动第一节切削加工概述结束共一百零二页在机床上加工各种表面(biǎomiàn)时，刀具与工件之间的相对运动。

----成形运动中各单元运动第二节机床(jīchuáng)切削运动与切削用量一、切削运动可分为主运动，进给运动共一百零二页一、机床的切削(qiēxiāo)运动主运动含义：

由机床或人力提供的，促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使前刀面接近工件作用：是完成切削任务的主要运动特征：速度较高，消耗机床功率(gōnglǜ)多任何切削过程有且仅有一个主运动

共一百零二页机床的切削(qiēxiāo)运动进给运动含义使刀具和工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除材料，并获得具有一定几个特征的表面作用使工件不断投入切削过程(guòchéng)中特征速度较主运动低，消耗机床功率少，对于某个机床加工零件时，进给运动可以是一个或多个共一百零二页机械制造(jīxièzhìzào)基础主运动(yùndòng)与进给运动(yùndòng)共一百零二页图1-4各种切削加工(jiāgōng)的切削运动1—主运动；2—进给运动；3—合成运动；4—待加工表面；5—加工表面；6—已加工表面共一百零二页注释(zhùshì):1、主运动可以(kěyǐ)使旋转运动，也可以(kěyǐ)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（切断、刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。共一百零二页1、已加工表面工件上经刀具(dāojù)切削后产生的表面；2、待加工表面工件上有待切除之表面；3、过渡表面切削刃正在切削的表面。它通常位于已加工表面和待加工表面之间。

二、加工中的工件(gōngjiàn)表面共一百零二页共一百零二页仔细观察共一百零二页共一百零二页

切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量（切削(qiēxiāo)深度）的总称。三、切削用量三要素共一百零二页1、切削速度(Vc)

(cuttingspeed)

切削刃选定(xuǎndìnɡ)点相对于工件主运动的瞬时速度。υc＝πdn/（1000×60）（m/s）a.若主运动(yùndòng)为旋转运动(yùndòng)---最大的线速度b.若主运动为往复直线运动

------平均速度

υc＝２Lnr

/（1000×60）(m/s)

共一百零二页课堂练习计算切削速度Vc（单位：m/min）

车外圆，外圆直径为１２０mm，主轴转速为６８r/minVc＝２５.６m/min

刨平面，行程(xíngchéng)长度为２００mm，滑枕每分钟往返６４次Vc＝２５.６m/min共一百零二页υ2、进给量(f)

(amountoffeed)在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向相对工件(gōngjiàn)的位移量f。（mm/r，mm/str）每齿进给量：多齿刀具每转或每行程中每个刀齿相对于工件在进给运动方向(fāngxiàng)上的位移量。υ

进给速度(Vf)：单位时间的进给量共一百零二页

3、背吃刀量ap（切削(qiēxiāo)深度）（depthofcut/cuttingdepth）

指主刀刃与工件切削表面接触长度(chángdù)在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。在一般情况下，也就是工件上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。ap＝(dw-dm)/2(mm）

共一百零二页图1-6切削用量三要素共一百零二页不同切削(qiēxiāo)工艺的进给量和被吃刀量在主运动的一个循环(xúnhuán)内，刀具在进给运动方向相对工件的位移量f。指主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向和进给运动方向所组成平面的法线方向上测量的值，即在垂直于进给运动方向上主切削刃切入工件的深度。共一百零二页4、合成(héchéng)切削速度（resultantcuttingspeed）切削刃选定(xuǎndìnɡ)点相对工件的合成切削运动的瞬时速度。第二节切削运动与切削用量结束a.对于间歇进给机床b.对于连续进给机床共一百零二页刀头(dāotóu)外圆车刀(chēdāo)第三节刀具几何参数一、刀具切削部分的组成刀体共一百零二页图1-7刀具(dāojù)的切削部分共一百零二页刀具(dāojù)上切屑流过的表面。刀具(dāojù)上与过渡表面相对的表面。

1、前面()

rakeface2、主后面()

toolflank3、副后面()

secondarytoolflank刀具上与工件已加工表面相对的表面。一、刀具切削部分的组成共一百零二页图1-8车刀(chēdāo)的组成

共一百零二页

主切削刃是前刀面与主后刀面的交线。在切削过程(guòchéng)中担任主要切削工作。4、主切削(qiēxiāo)刃(S)

(main/major/leadcuttingedge)副切削刃是前刀面与副后刀面的交线。靠近刀尖部分参加少量切削工作。

5、副切削刃(S′)

(end/front-/side-cuttingedge)主切削刃与副切削刃连接处的那一小部分切削刃。6、刀尖(endland;noseoftool;toolnose)共一百零二页主切削(qiēxiāo)刃副切削刃刀尖主后刀面前刀面副后刀面三面(sānmiàn)两刃一尖《GB/T12204-1990金属切削基本术语》共一百零二页在不考虑进给运动，并在特定的安装条件(tiáojiàn)下的参考系。是在刀具设计、制造、刃磨、测量时用于定义刀具几何参数的参考系。二、确定(quèdìng)刀具角度的参考系刀具静止参考系（标注参考系）刀具动态参考系(刀具工作参考系)考虑了进给运动及实际安装条件下的参考系。它是确定刀具在切削运动中有效工作角度的基准。共一百零二页

通过主切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动方向(fāngxiàng)的平面。参考平面(píngmiàn)（静止系）：1、基面（Pr）共一百零二页

2、切削平面（Ps）

通过主切削刃上某一选定(xuǎndìnɡ)点，与主切削刃相切且垂直于基面的平面。（平行于该点主运动方向）参考平面(píngmiàn)（静止系）：PrPs

共一百零二页二、确定刀具(dāojù)角度的参考系测量(cèliáng)平面：3、正交平面（Po）通过切削刃上的选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。Pr⊥Ps⊥Po

共一百零二页二、确定刀具(dāojù)角度的参考系4、法平面（Pn）：它是通过切削刃选定(xuǎndìnɡ)点并垂直于切削刃的平面。共一百零二页共一百零二页

通过切削刃选定点平行于假定的进给运动方向并垂直于基面的平面。通常也平行或垂直于刀具(dāojù)上制造、刃磨和测量时的基准。5、假定工作(gōngzuò)平面(进给平面)（Pf）6、背平面（切深平面）（Pp）

通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。

Pr⊥Pp⊥Pf

Pp⊥VfPf∥Vf共一百零二页共一百零二页二、确定(quèdìng)刀具角度的参考系假定(jiǎdìng)工作平面--背平面参考系正交平面参考系法平面参考系Pr-Ps-PoPr-Ps-PnPr-Pf-Pp共一百零二页共一百零二页共一百零二页三、刀具角度(jiǎodù)标注在主剖面中（正交平面）测量的角度

前角γo

在主切削刃上选定点的正交平面内，前刀面与基面间的夹角。前角大，刃口(rènkǒu)锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。5~25º

后角αo

在同一正交平面内，后刀面与切削平面间的夹角。增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。

4~12˚共一百零二页三、刀具角度(jiǎodù)标注在基面中测量的角度主偏角Kr在基面上，主切削平面(即主切削刃选定点处的切削平面)与假定工作平面之间的夹角，它总是正值。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κr，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。

副偏角Kr´副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。影响已加工表面(biǎomiàn)的粗糙度和刀尖强度，减少κr´，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。共一百零二页共一百零二页注意(zhùyì)：车外圆与车端面主、副偏角的变化共一百零二页三、刀具角度(jiǎodù)标注在切削平面中测量的角度刃倾角λs在主切削平面内，主切削刃与基面(jīmiàn)的夹角影响刀尖强度和切屑流向共一百零二页图1-13车刀角度(jiǎodù)正、负的规定方法共一百零二页楔角（

）在同一正交平面(píngmiàn)内，前刀面与后刀面的夹角。6)刀尖角（）在基面内，主切削(qiēxiāo)平面与副切削(qiēxiāo)平面间的夹角。βo＝90°-（γo＋αo）

εr＝180°-（kr＋k’r）共一百零二页3、假定工作平面(píngmiàn)，背平面(píngmiàn)参考系内的刀具角度1、正交平面参考系内的刀具(dāojù)角度2、法平面参考系内的刀具角度γo，αo，kr，k’r，λs，α’o（βo，εr)

γn，αn，kr，k’r，λs（βo，εr)γf，αf，γp，αp，kr，k’r，λs（βf，βp，εr)共一百零二页©2007

金工(jīngōng)教研室机械制造(jīxièzhìzào)基础仔细观察：外圆车刀共一百零二页图1-12车刀(chēdāo)的标注角度共一百零二页机械制造(jīxièzhìzào)基础刀具角度(jiǎodù)标注外圆车刀共一百零二页机械制造(jīxièzhìzào)基础刀具角度(jiǎodù)标注镗孔车刀共一百零二页四、刀具的工作角度(jiǎodù)（车削加工）刀具的工作角度即刀具在工作参考系中的角度。工作参考系中各平面的定义与标注参考系类似，只需将定义中的主运动改成合成切削(qiēxiāo)运动即可。其符号在相应符号中加下标e。Pre，Pse，Poe，Pne，

Pfe，Ppe共一百零二页刀具的工作角度1.产生原因(yuányīn):在实际的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。2.定义:以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。3.影响：刀具安装位置对工作角度的影响、进给运动对工作角度的影响。

共一百零二页1、刀具安装高低对工作角度的影响

a.当刀尖高于工件中心(zhōngxīn)时使工作背前角比增大；使工作背后角比减小。共一百零二页前角γo

在主切削刃上选定点的正交平面内，前刀面与基面间的夹角(jiājiǎo)。后角αo

在同一正交平面内，后刀面与切削平面间的夹角。共一百零二页图1-14刀具安装(ānzhuāng)高低对工作角度的影响共一百零二页b.当刀尖低于工件中心(zhōngxīn)时（车削加工）

使工作背前角比减小；使工作背后角比增大。

思考：镗内孔时刀尖安装高低(gāodī)对工作角度的影响？共一百零二页图1-15刀杆轴线与进给方向(fāngxiàng)不垂直2、刀具轴线与进给方向不垂直(chuízhí)

使工作主偏角和工作副偏角发生变化。共一百零二页在基面中测量的角度主偏角Kr在基面上，主切削(qiēxiāo)平面(即主切削刃选定点处的切削平面)与假定工作平面之间的夹角，它总是正值。

副偏角Kr´副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，称为副偏角。共一百零二页a.横向进给运动的影响(yǐngxiǎng)使工作前角比静态增大；使工作后角比静态减小。3、进给运动对工作(gōngzuò)角度的影响共一百零二页图1-16横向进给运动对工作(gōngzuò)角度的影响共一百零二页b.纵向进给运动的影响使工作前角比静态(jìngtài)增大；使工作后角比静态减小。共一百零二页图1-17纵向进给(jìnɡěi)对工作角度的影响共一百零二页4.加工表面的形状对工作角度(jiǎodù)的影响图1-18加工(jiāgōng)表面形状对工作角度的影响

共一百零二页切削层几何参数1.切削层:工件上正被切削刃切削的一层金属(jīnshǔ)，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属(jīnshǔ)。

第四节切削(qiēxiāo)