《金属切削原理与刀具》课件 0绪论

绪

论本课程的内容及要求金属切削加工的地位和种类金属切削发展简史金属切削发展趋势一二三四《金属切削原理与刀具》分为两部分：（1）原理部分讨论的是金属切削加工过程中一系列现象、理论和规律，以及对规律的控制及应用。（2）刀具部分要学习常用标准刀具的结构、工作原理、选择使用方法以及常用非标准刀具的设计原理与计算方法（如成形车刀等）。一、本课程的内容及要求1、本课程的内容2、本课程的任务

通过本课程的学习，应达到下列基本要求：

1、掌握金属切削过程的基本理论、基本规律；理解其应用。

2、掌握刀具的几何角度、常用刀具材料的性能和应用范围；理解常用金属切削刀具的类型、结构特点与应用范围，并能正确的选择与使用。

3、能初步具有选择合理的刀具材料、常用刀具合理的几何参数、切削用量及其它切削加工条件的能力；初步掌握刀具的设计计算方法。

4、了解金属切削理论研究及刀具的最新成就和发展趋势。

二、金属切削加工的地位和种类1、金属切削加工的地位

金属加工方式→两大类（1）热加工（2）冷加工金属切削加工在机械制造工业以及国民经济发展中处于非常重要的地位。（无屑加工）铸造、锻压、粉末冶金、焊接、热处理及表面处理等。（有屑加工）金属切削加工注：特种加工（电加工、电化学加工、激光加工等）属于无屑加工范畴，是金属切削加工中的一种特殊加工方法。金属切削加工重要地位之体现制造业——创造财富占所有行业的2/3

机械制造业——制造业中的主导切削加工——机械制造过程中所占比重最大，用途最广金属切削机床——占机械制造中所用工作母机80％～90％美国——1000亿美元日本——10000亿日元我国——320亿元美日德、英法——1000亿美元、400亿美元2、金属切削加工的种类

几种主要的切削加工方法：车削加工（外圆）铣削和刨削加工（平面、复杂几何型面）钻削、镗削、铰削加工（孔）磨削加工本课程会介绍切削加工的一般规律，分析影响切削加工的各种因素。三、金属切削发展简史金属切削机床发展1765年，JamesWatt发明蒸汽机1775年，英国J.Wilkinson研制成加工蒸汽机汽缸的镗床，镗削汽缸内孔1797年，诞生滑动刀架的车床1817年，创造了龙门刨床1818年，美国Eli.Whitney发明铣床1865年，巴黎国际博览会前后，各式车床、镗床、刨床、插床、齿轮机床和螺纹机床等相继出现，相关刀具已制成金属切削原理的研究始于19世纪中叶。1851年，法国人M.Cocquilhat最早测量了钻头切削铸铁等材料时的扭矩,列出了切除单位体积材料所需功的表格。1864年，法国人Joessel研究了刀具几何形状对切削力的影响。1870年,俄国人И.Α.TИMe研究了切屑的形成和切屑类型，提出了金属材料在刀具的前方不仅受挤压而且受剪切的观点。

1896年，俄国人Α.Α.布里克斯开始将塑性变形的概念引入金属切削。至此，切屑形成才有了较完整的解释。1904年，英国人J.F.尼科尔森制造了第一台三向测力仪，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美国人F.W.Taylor研究了切削速度对刀具寿命的影响，发表了著名的泰勒公式。1915年，俄国人Я.Γ.乌萨乔夫将热电偶插到靠近切削刃的小孔中测得了刀具表面的温度(常称人工热电偶法)，并用实验方法找出这一温度同切削条件间的关系。

1924～1926年,英国人E.G.赫伯特、美国人H.肖尔和德国人K.科特文各自独立地利用刀具同工件间自然产生热电势的原理测出了平均温度（常称自然热电偶法）。1938～1940年美国人H.厄恩斯特和M.E.麦钱特利用高速摄影机通过显微镜拍摄了切屑形成过程，并且用摩擦力分析和解释了断续切屑和连续切屑的形成机理。

40年代以来，各国学者系统地总结和发展了前人的研究成果，充分利用近代技术和先进的测试手段，取得了很多新成就，发表了大量的论文和专著。例如，美国人S.拉马林加姆和J.T.布莱克于1972年通过扫描电镜利用微型切削装置对切屑形成作了动态观察，得到用位错力学解释切屑形成的实验根据。刀具材料变革（机械制造业高效、优质、低耗要求）1780～1898年，碳素工具钢、合金工具钢，v=6～12m/min1898年，美国F.W.Taylor和White发明高速钢，v提高2～3倍1923年，德国研制WC-Co硬质合金，v提高2～4倍1960年后，开发新牌号硬质合金和陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼等，加工各种难加工材料1970年后，表面涂层高速钢、硬质合金极大提高了刀具切削性能我国金属切削加工技术的发展概况我国古代切削加工技术就有光辉成就商代－青铜刀具，如刀、钻、锯、锉等公元前8世纪春秋时代－铁制锯、凿等工具（中晚期-《考工记》，介绍木工、金工等专业知识，“材美工巧”。）公元1668年－马拉铣床、脚踏砂轮机1915年－上海荣昌泰机器厂制出国产第一台车床1947年－民用机械工业三千多家，机床两万多台，使用工具钢刀具我国金属切削加工技术的发展概况

建国以来，我国的机械制造业不断壮大，金属切削加工技术也得到了飞速发展。设立专门科研机构，建立了四大工具厂，推广高速切削、强力切削等先进的切削方法；在金属切削变形、切削力、切削热、刀具磨损和刀具耐用度、以及加工质量等方面都取得了一定水平的科研成果；广泛推广应用硬质合金刀具，改革刀具。

80年代以后，我国金属切削技术达到较高的水平，计算机已在切削理论研究和刀具设计中应用，各种先进的测试仪器已应用于切削机理的分析和研究中，并取得一系列科研成果。

我国金属切削理论研究及加工技术与国外先进水平差距很大。机床三化（数控化、柔性化、智能化）切削磨削加工三化（高速化、高精度化、自动化）促进我国传统机械制造业的改造，日益取得明显成果。四、金属切削发展趋势二十一世纪切削加工技术发展的主要趋势

发展高速高精度切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段

1、高速高精度切削成为切削加工的新工艺

以高速切削为代表的干切削、硬切削等新型切削工艺，符合制造技术为提高加工效率和质量、降低成本、缩短开发周期对切削加工提出的要求。

当代的高速切削不只是切削速度的提高，而是需要在制造技术全面进步和进一步创新上，达到切削速度和进给速度的成倍提高，并带动传统切削工艺的变革和创新，使制造业整体切削加工效率有显著的提高。铣削：CBN铣削灰铸铁1000－2000m/min

车削：氮化硅陶瓷车削灰铸铁500－700m/min

滚齿：硬质合金滚刀加工16MnCr5350m/min

2、实现难加工材料加工技术的重大突破

长期以来，难加工材料如奥氏体不锈钢、高锰钢等用量将迅速增加，加工的矛盾更加突出。与此同时，产品的材料构成将不断优化，新的工程材料也不断问世，而每一种新型材料的采用都对切削加工提出了新的要求。

我们必须探索从根本上解决难加工材料大量使用及其品种性能多样化带来的世纪性难题，创新加工技术，开发包括激光在内的新“刀刃”和加工方法。3、满足制造业对切削加工新技术和新产品空前高涨的需求

产品多样化和个性化的趋势将进一步加剧，制造业的产品更新速度也势必大大加快。每一种新产品的开发都意味着零件功能、结构、材料的重大变更，也是对切削加工提出新的开发任务。企业必须投资新项目、革新现有加工方法、发挥切削加工特长、增加企业竞争实力。4、迎接人类社会进步对切削加工的挑战

实行降耗、节能、节材、减废、有利于环境保护和人身健康的、实行清洁安全生产的“绿色工程”。实行“绿色工程”，开发“绿色制造技术”是新世纪切削加工发展的重要课题。未来金属切削加工发展趋势之一

——干式加工

近年来，特别是工业发达国家，非常重视干式切削，为了贯彻环境保护政策，更是大力研究、开发和实施这种新型加工方法。切削液在工作中对降低切削温度起了很好的作用，也有利于断屑和排屑，但同时也存在一些问题，冷却液的使用、存储、保洁和处理等都十分繁琐，且成本很高。切削液对环境和操作者身体健康的危害一直受到使用限制。切削液的处理也不经济，这些费用常常被低估，因为它们包含在间接费用之中。据美国企业的统计，在集中冷却液加工系统中，切削液占总成本的14%-16%，刀具成本只占2%-4%。据预测如果20%的切削加工采用干式加工，总的制造成本可降低1.6%。因此未来加工的方向是采用尽量少的切削液，耐高温切削材料和涂层，使得干加工在机械制造领域变为可能。

金属切削刀具的发展趋势１、开发高性能的刀具材料

刀具材料技术的发展对刀具技术的发展起着至关重要的作用，开发新型刀具材料和强化现有的刀材，如硬质合金、陶瓷等的性能，研发适应硬切削、干式切削和高速切削的高性能刀具材料是当前研究的热点。２、开发精密和超精密加工刀具

这类刀具的研究代表了一个国家制造领域的高技术水准，直接影响到机械、国防、电子、计算机等许多方面的发展。超精密刀具技术主要是金刚石刀具刃磨技术和其他新型超硬刀具材料的研究与开发。３、开发多功能刀具

多功能刀具是指用一把刀就能实现数把刀才能实现的加工，即实现一次安装多次走刀完工的要求。发展这样的刀具可有效避免频繁换刀和对刀，减少辅助时间，提高生产率和加工精度。４、开发适应性超强的柔性化刀具

当今材料种类繁多，如一种或几种材料对应设计一把专用刀具，不但会造成刀具的设计、制造、管理和选用等许多麻烦问题，而且各种制造、管理费用也高。因此，开发通用性好、适应性强，能够在多种条件下均能正常工作的刀具是刀具业的一个发展方向。５、开发高速切削刀具

高速切削技术是切削技术发展的方向，其优势在于只需切一刀就可高速切除大量的多余材料而又达到很高的加工精度和表面质量。而高速切削技术所依赖的关键技术之一就是相应的高速切削刀具。６、开发环保型刀具

环境保护是人类社会赖以生存和发展的需要。近年来的“绿色制造工程”、“无公害切削技术”、“清洁化生产”等应运而