第一章切削加工基础知识

1、机械制造工艺基础机械制造工艺基础 主讲：王利民主讲：王利民 机械制造基础教学部机械制造基础教学部 授课前几点说明授课前几点说明 一、教学内容、学习目的、学习方法一、教学内容、学习目的、学习方法 .授课内容（授课内容（22学时）学时） 主要以切削加工为主，特种加工简介。主要以切削加工为主，特种加工简介。 1. 切削加工基础知识（切削加工基础知识（6学时）学时） 2. 常用加工方法综述（常用加工方法综述（2学时）学时） 3. 特种加工（特种加工（1学时）学时） 4. 特型表面加工（特型表面加工（1学时）学时） 5. 常见表面加工方案及选择依据（常见表面加工方案及选择依据（4学时）学时） 6. 零件

2、结构工艺性（零件结构工艺性（2学时）学时） 7. 机械加工工艺过程（机械加工工艺过程（2学时）学时） 8. 先进制造技术（先进制造技术（1学时）学时） 9. 常见零件机械加工工艺实例分析（常见零件机械加工工艺实例分析（3学时）学时） 10.学生课外阅读学生课外阅读讨论（讨论（2学时）学时） 课外英语文献阅读及翻译。课外英语文献阅读及翻译。 授课前几点说明授课前几点说明 . 学习目的学习目的 了解切削加工和特种加工的实质、工艺特点和应了解切削加工和特种加工的实质、工艺特点和应 用，以及它们在机械制造中的作用。用，以及它们在机械制造中的作用。 现代机器中绝大多数零件的精度和表面质量是靠现代机器中绝

3、大多数零件的精度和表面质量是靠 切削加工和特种加工来保证的。因此，它们在机切削加工和特种加工来保证的。因此，它们在机 械制造中目前还占着重要的地位。械制造中目前还占着重要的地位。 授课前几点说明授课前几点说明 对于涉及机械设计的同学来说，金属切削加工对于涉及机械设计的同学来说，金属切削加工 和特种加工的知识，只有通过本课程学到。这和特种加工的知识，只有通过本课程学到。这 种知识在将来工作中，是必不可少的。种知识在将来工作中，是必不可少的。 有许多毕业生反映，在工作岗位上，常感到金有许多毕业生反映，在工作岗位上，常感到金 属加工知识不足，在设计机械产品时有些力不属加工知识不足，在设计机械产品时有

4、些力不 从心。所以初学时，要明确学习目的，端正学从心。所以初学时，要明确学习目的，端正学 习态度和自觉学习。习态度和自觉学习。 授课前几点说明授课前几点说明 . 学习方法学习方法 在学习本课程之前，应通过工程训练等环节，在学习本课程之前，应通过工程训练等环节， 观察、了解几种主要机床（如车、铣、刨、钻观察、了解几种主要机床（如车、铣、刨、钻 和磨床等）的结构，所能完成的工作和应用范和磨床等）的结构，所能完成的工作和应用范 围，所使用的刀具、夹具、量具以及加工方法围，所使用的刀具、夹具、量具以及加工方法 等，用这些感性知识作为学习的基础。在学习等，用这些感性知识作为学习的基础。在学习 过程中要不

5、断的将理论学习同动手训练进行联过程中要不断的将理论学习同动手训练进行联 系、思考，加深对课程内容的理解。系、思考，加深对课程内容的理解。 授课前几点说明授课前几点说明 授课前几点说明授课前几点说明 这门课，是由基础课到专业课的过渡，所以只这门课，是由基础课到专业课的过渡，所以只 要求学懂教材中所讲的机械加工的基本工艺和基本要求学懂教材中所讲的机械加工的基本工艺和基本 原理及基本知识即可，不需要推导公式，运用公式原理及基本知识即可，不需要推导公式，运用公式 算题，也不需要深究加工理论，彻底搞清加工细节，算题，也不需要深究加工理论，彻底搞清加工细节， 进行方案比较等。学习时不要死记硬背，而要把它进

6、行方案比较等。学习时不要死记硬背，而要把它 们学活。如果能几个人共同讨论，或争论一番则更们学活。如果能几个人共同讨论，或争论一番则更 好。好。 授课前几点说明授课前几点说明 二、教学方法和考核方式二、教学方法和考核方式 1.教学方法教学方法： 讲授、自学、预习、专题讨论、撰写读书报告讲授、自学、预习、专题讨论、撰写读书报告 等。等。 2.考核方式考核方式： 闭卷考试、平时成绩、文献读书报告相结合。闭卷考试、平时成绩、文献读书报告相结合。 授课前几点说明授课前几点说明 三、读书报告撰写要求三、读书报告撰写要求 1.检索与机械制造基础课程内容相关的近十年的文检索与机械制造基础课程内容相关的近十年的

7、文 献、书籍、资料，撰写读书报告，报告内容尽量体献、书籍、资料，撰写读书报告，报告内容尽量体 现新技术、新工艺和新材料的内容。现新技术、新工艺和新材料的内容。 授课前几点说明授课前几点说明 2.读书报告的题目和内容由学生根据自己的兴趣拟读书报告的题目和内容由学生根据自己的兴趣拟 定，比如说可以涉及一种工艺方法、一种材料、一定，比如说可以涉及一种工艺方法、一种材料、一 种基本理论等，范围可以比较自由，只要与机械制种基本理论等，范围可以比较自由，只要与机械制 造基础课程有关即可，但尽量选择机械制造基础课造基础课程有关即可，但尽量选择机械制造基础课 程教材中未讲的内容。程教材中未讲的内容。 授课前几

8、点说明授课前几点说明 3.3.报告内容所涉及的参考文献至少有报告内容所涉及的参考文献至少有1 1篇为外语篇为外语 文献，报告字数要求不超过文献，报告字数要求不超过30003000字，报告后面要字，报告后面要 附有附有1 1篇外语参考文献原文以及对该文献的题目、篇外语参考文献原文以及对该文献的题目、 摘要和关键词的翻译稿。摘要和关键词的翻译稿。 4.4.报告格式如下：报告格式如下： 报告题目（二号字体，黑体），报告题目（二号字体，黑体）， 报告正文报告正文 （小四号字体，宋体），（小四号字体，宋体）， 参考文献（五号字体，参考文献（五号字体， 宋体），报告用宋体），报告用A4A4纸打印。纸打印。

9、 授课前几点说明授课前几点说明 5.将抽取部分学生在全班范围内进行读书报告答辩。将抽取部分学生在全班范围内进行读书报告答辩。 被抽取的学生以被抽取的学生以PPT形式、形式、word文档的形式或以书文档的形式或以书 面形式在全班同学面前对自己的读书报告进行讲解，面形式在全班同学面前对自己的读书报告进行讲解， 然后由老师或学生进行提问，学生讲解时间为然后由老师或学生进行提问，学生讲解时间为10分分 钟，提问钟，提问5分钟。分钟。 授课前几点说明授课前几点说明 6.发现读书报告完全抄袭其它同学，或者完全照搬发现读书报告完全抄袭其它同学，或者完全照搬 其他文献综述文章，将做其他文献综述文章，将做0分处

10、理。分处理。 7.报告上交时间为报告上交时间为19周周二下课后，报告由班长收周周二下课后，报告由班长收 齐，按学号排好交给老师。未按时上交者，酌情扣齐，按学号排好交给老师。未按时上交者，酌情扣 分，不交者，不得分。分，不交者，不得分。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 （一）（一） 教学重点教学重点 1.零件表面的成形方法；零件表面的成形方法； 2.切削三要素的判断；切削三要素的判断； 3.刀具的五个基本角度；刀具的五个基本角度； 4.刀具切削过程及切削力、切削热、积屑瘤、表面刀具切削过程及切削力、切削热、积屑瘤、表面 变形强化及残余应力；变形强化及残余应力； 5.磨削过程实质及其特点；磨削过

11、程实质及其特点； 6.机床夹具分类及组成，工件的定位；机床夹具分类及组成，工件的定位； 7.切削液的作用。切削液的作用。 教学难点教学难点 1.刀具静止参考系及角度标注；刀具静止参考系及角度标注； 2.刀具切削过程和磨削过程；刀具切削过程和磨削过程； 3.六点定位原理和工件的定位方式六点定位原理和工件的定位方式 。 学习要求学习要求 研究金属切削过程中的机床、夹具、刀具、工件研究金属切削过程中的机床、夹具、刀具、工件 等一些问题，对于保证质量、降低成本、提高生等一些问题，对于保证质量、降低成本、提高生 产率，都有着很重要的意义。产率，都有着很重要的意义。 学习时，应搞清各节所讲的内容，而不必深

12、追理学习时，应搞清各节所讲的内容，而不必深追理 论，或死扣严格的定义等。论，或死扣严格的定义等。 这些知识仅仅是为了帮助我们理解今后各章的内这些知识仅仅是为了帮助我们理解今后各章的内 容，为我们以后学习和今后的工作打下一定的基容，为我们以后学习和今后的工作打下一定的基 础。础。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.1 切削加工概述切削加工概述 1.2 刀具及刀具切削过程刀具及刀具切削过程 1.3 磨具及磨削过程磨具及磨削过程 1.4 金属切削机床（自学、考试）金属切削机床（自学、考试） 1.5 机床夹具及工件的装夹机床夹具及工件的装夹 1.6 机械加工质量机械加工质量 （不讲、

13、不考）（不讲、不考） 1.7 材料的切削加工性材料的切削加工性 （不讲、不考）（不讲、不考） 1.8 切削液切削液 （自学、考试）（自学、考试） 1.1切削加工概述切削加工概述 切削加工是机械制造中最主要的加工方法。切削加工是机械制造中最主要的加工方法。 切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和 表面质量，因此在机械制造业中占有十分重要的表面质量，因此在机械制造业中占有十分重要的 地位。地位。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.1.1切削加工分类、特点、作用及发展切削加工分类、特点、作用及发展 1. 切削加工的实质及分类切削加工的实

14、质及分类 切削加工是利用切削工具从工件毛坯上切除多切削加工是利用切削工具从工件毛坯上切除多 余的部分，使获得的零件具有符合图样要求的余的部分，使获得的零件具有符合图样要求的 尺寸精度、形状精度、位置精度及表面质量的尺寸精度、形状精度、位置精度及表面质量的 加工方法。加工方法。 任何切削加工都必须具备三个基本条件：任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削切削 工具、工件和切削运动工具、工件和切削运动。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削加工的实质切削加工的实质是零件表面的形成过程，不同是零件表面的形成过程，不同 类型表面所采用的成形方法是不相同的。类型表面所采用的成形方法是不相

15、同的。 切削加工的对象切削加工的对象是毛坯（或型材）。是毛坯（或型材）。 切除的材料可以是金属也可以是非金属（如，石切除的材料可以是金属也可以是非金属（如，石 材、木材、尼龙等）。材、木材、尼龙等）。 切削加工分类切削加工分类（通常按工艺特征）：机械加工（通常按工艺特征）：机械加工 （简称机工）和钳工加工（简称钳工）（简称机工）和钳工加工（简称钳工） 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 机工：机工：利用机械力对各种工件进行加工的方法。利用机械力对各种工件进行加工的方法。 它一般是通过工人操纵机床设备来进行切削加工的。它一般是通过工人操纵机床设备来进行切削加工的。 方法：方法：车削、

16、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削、磨车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削、磨 削、珩磨、超精加工和抛光等。削、珩磨、超精加工和抛光等。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 钳工：钳工：一般是通过工人手持工具来进行切削加工的。一般是通过工人手持工具来进行切削加工的。 方法：方法：划线、錾切、锯削、锉削、刮削、研磨、钻划线、錾切、锯削、锉削、刮削、研磨、钻 孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹、机械装配和设备修理孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹、机械装配和设备修理 等。等。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2.切削加工的特点切削加工的特点 1）加工的精度和粗糙度范围广泛；）加工的精度和粗糙度范围

17、广泛； 2）加工零件材料、形状、尺寸和重量范围较大；）加工零件材料、形状、尺寸和重量范围较大； 3）加工生产率较高；）加工生产率较高； 4）刀具材料的硬度大于工件材料的硬度。）刀具材料的硬度大于工件材料的硬度。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 3.切削加工的作用切削加工的作用 目前占机械制造总工作量的目前占机械制造总工作量的4060左右左右 。 由于制造切削刀具用的材料发展的局限性，限制由于制造切削刀具用的材料发展的局限性，限制 了切削加工在细微结构和高硬高强等特殊材料加了切削加工在细微结构和高硬高强等特殊材料加 工方面的应用，从而给工方面的应用，从而给特种加工特种加工留下了生

18、存和发留下了生存和发 展的空间。展的空间。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 4.发展方向发展方向 1）高精度高精度：加工设备朝着数控技术、精密和超：加工设备朝着数控技术、精密和超 精密、高速和超高速方向发展。精密、高速和超高速方向发展。 2）高效率高效率：加工刀具向超硬刀具材料方向发展。：加工刀具向超硬刀具材料方向发展。 3）自动化和柔性化自动化和柔性化：小批量和单品种大批量生：小批量和单品种大批量生 产规模向多品种变批量方向发展。产规模向多品种变批量方向发展。 4）智能化智能化：使人从直接参加生产劳动变为主要：使人从直接参加生产劳动变为主要 控制生产。控制生产。 第一章第一章

19、 切削加工基础知识切削加工基础知识 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.1.2 零件的种类和零件表面的构成零件的种类和零件表面的构成 1.零件的种类零件的种类 组成机械产品的零件千变万化，但按着其结构组成机械产品的零件千变万化，但按着其结构 一般一般可分为六类：可分为六类： 轴类、盘套类、支架箱体类、六面体类、机身轴类、盘套类、支架箱体类、六面体类、机身 机座类和特殊类零件。机座类和特殊类零件。 每一类零件不仅结构相似，而且加工工艺也类每一类零件不仅结构相似，而且加工工艺也类 似，有利于采用类比的方法正确选择加工工艺方法。似，有利于采用类比的方法正确选择加工工艺方法。 2.零件

20、表面的构成零件表面的构成 组成零件常见的表面：外圆、内孔、平面、锥组成零件常见的表面：外圆、内孔、平面、锥 面、螺纹、齿形、成形面以及各种沟槽等，如图。面、螺纹、齿形、成形面以及各种沟槽等，如图。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 虽然机械零件的表面形状多种多样，但按形体虽然机械零件的表面形状多种多样，但按形体 分析方法归纳起来大致有分析方法归纳起来大致有三种基本表面三种基本表面： 1）回转面（圆柱面、圆锥面、回转成形面等）；）回转面（圆柱面、圆锥面、回转成形面等）； 2）平面（大平面、端面、环面等）；）平面（大平面、端面、环面等）； 3）成形表面（渐开面、螺旋面等）。）成形表面

21、（渐开面、螺旋面等）。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.1.3 零件表面的成形方法零件表面的成形方法 1.零件表面的形成原理零件表面的形成原理 从几何学的观点来看，零件上各种表面都可由从几何学的观点来看，零件上各种表面都可由 一条线（称为一条线（称为母线母线）沿另一条线（称为）沿另一条线（称为迹线迹线）运动）运动 形成。形成。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 形成零件各种表面的母线和迹线统称为形成零件各种表面的母线和迹线统称为发生线发生线。 母线和迹线的相对位置不同，所形成的表面也母线和迹线的相对位置不同，所形

22、成的表面也 不同。如图，直线（母线）和圆柱轴线相对位置的不同。如图，直线（母线）和圆柱轴线相对位置的 改变，就分别形成了圆柱面、圆锥面和回转双曲面。改变，就分别形成了圆柱面、圆锥面和回转双曲面。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2.零件表面的获得方法零件表面的获得方法 切削加工中，发生线是由工件和刀具之间的切削加工中，发生线是由工件和刀具之间的 相对运动及刀具切削刃的形状共同实现的。相对运动及刀具切削刃的形状共同实现的。 相同的表面，切削刃的形状不同，工件和刀相同的表面，切削刃的形状不同，工件和刀 具之间的相对运动也不相同，这是形成各种加工具之间的相对运动也不相同，这是形成各种

23、加工 方法的基础。方法的基础。 按表面形成过程的特点，按表面形成过程的特点，切削加工方法可分切削加工方法可分 为两大类为两大类。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1）成形法）成形法 被加工工件的被加工工件的廓形廓形是刀具的是刀具的刃形刃形（或者刃形的（或者刃形的 投影）投影） “复印复印”出来的，如图。出来的，如图。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 成形法一般只用于加工短的成形面。成形法一般只用于加工短的成形面。 用成形法加工，可提高生产率，但刀具的制造用成形法加工，可提高生产率，但刀具的制造 和安装误差对被加工表面的形状精度影响较大。和安装误差对被加工表面的形

24、状精度影响较大。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）包络法）包络法 被加工工件的被加工工件的廓形廓形是是切削刃切削刃在切削运动过程中在切削运动过程中 连续位置的连续位置的包络线包络线。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.1.4 切削运动及切削要素切削运动及切削要素 1.切削运动切削运动 要实现切削加工，要实现切削加工，刀具刀具和和工件工件之间必须具有之间必须具有 一定的一定的相对运动相对运动，才能获得所需表面形状，这种，才能获得所需表面形状，这种 相对运动称为切削运动。相对运动称为切削运动。 切削运动由切削运动由机床提供机床提供。各种切削运动，都是。各种切削

25、运动，都是 由一些简单的运动单元组合而成的。由一些简单的运动单元组合而成的。直线运动直线运动和和 旋转运动旋转运动是切削加工的两个基本运动单元。是切削加工的两个基本运动单元。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 按照不同大小的比值、不同的相对位置和方向按照不同大小的比值、不同的相对位置和方向 进行组合，即构成各种切削加工的运动进行组合，即构成各种切削加工的运动 。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削运动可分解为切削运动可分解为主运动主运动和和进给运动进给运动。 1）主运动主运动 主运动是切下切屑所需的最基本的运动（图主运动是切下切屑所需的最基本的运动（图 中的中的

26、）。主运动的速度最高，消耗的功率）。主运动的速度最高，消耗的功率 最大。主运动最大。主运动只有一个只有一个。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）进给运动进给运动 进给运动是多余材料不断被投入切削，从而加进给运动是多余材料不断被投入切削，从而加 工出完整表面所需的运动（图中的工出完整表面所需的运动（图中的）。进给运动）。进给运动 可以可以有一个或几个有一个或几个。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2.切削用量切削用量 在切削过程中，工件上通常存在着三个不在切削过程中，工件上通常存在着三个不 断变化的表面，即已加工表面，加工表面（过断变化的表面，即已加工表面，加工

27、表面（过 渡表面）和待加工表面。渡表面）和待加工表面。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 已加工表面：已加工表面：是工件是工件 上已切去切屑的表面。上已切去切屑的表面。 待加工表面：待加工表面：是工件是工件 上即将被切去切屑的上即将被切去切屑的 表面。表面。 加工表面加工表面（过渡表（过渡表 面）：是工件上正在面）：是工件上正在 被切削的表面。被切削的表面。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削用量切削用量是切削时各参数的合称，包括切削速是切削时各参数的合称，包括切削速 度、进给量和背吃刀量（切削深度）三要素，它们度、进给量和背吃刀量（切削深度）三要素，它们 是设

28、计机床运动的依据。是设计机床运动的依据。 1）切削速度切削速度C 切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）进给量进给量f 在主运动每转一转或每一行程时在主运动每转一转或每一行程时(或单位时间或单位时间 内内)，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。 3）背吃刀量背吃刀量p 在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入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，又称切削深度（简称切深）。工件的深度，又称切削深度（简称切深）。 第一章第一章 切削加工基础知

29、识切削加工基础知识 如图所示是车外圆、车锥面、刨直槽和钻孔的如图所示是车外圆、车锥面、刨直槽和钻孔的 工艺简图，表示出了刀具和工件之间的切削运动和工艺简图，表示出了刀具和工件之间的切削运动和 切削用量三要素。切削用量三要素。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.2 刀具及刀具切削过程刀具及刀具切削过程 1.2.1 刀具刀具 切削刀具是现代制造业中切削加工不可缺少的切削刀具是现代制造业中切削加工不可缺少的 重要工具，刀具对机械加工的产品质量、生产率及重要工具，刀具对机械加工的产品质量、生产率及 加工成本都有直接的影响。加工成本都有直接的影响。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加

30、工基础知识 1.刀具的组成刀具的组成 切削刀具一般由切削刀具一般由切削部分切削部分（又称刀头）和（又称刀头）和夹夹 持部分持部分（又称刀柄）组成。（又称刀柄）组成。 夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分，夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分， 要求它能传递所需要的运动和动力。要求它能传递所需要的运动和动力。 切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分，切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分， 刀具切削性能的优劣，取决于切削部分的材料、刀具切削性能的优劣，取决于切削部分的材料、 角度和结构。角度和结构。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 各类切削刀具的切削部分的几何形状与要素，各类

31、切削刀具的切削部分的几何形状与要素， 均可视作是车刀的演变，即以普通外圆车刀切削部均可视作是车刀的演变，即以普通外圆车刀切削部 分几何形态为基本形态，其他刀具都是由基本形态分几何形态为基本形态，其他刀具都是由基本形态 演变或组合而成的，如图所示。演变或组合而成的，如图所示。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1）车刀的组成）车刀的组成 车刀车刀由由刀柄刀柄（夹持部分）和（夹持部分）和刀头刀头（切削部分）（切削部分） 两部分组成。两部分组成。 刀头由刀面、切削刃构成，按联结方式有刀头由刀面、切削刃构成，按联结方式有机机 夹式夹式、焊接式焊接式、整体式整体式 第一章第一章 切削加工基

32、础知识切削加工基础知识 车刀切削部分主要由车刀切削部分主要由三面、两刃、一尖三面、两刃、一尖组成，组成， 即前面（即前面（A）、主后面（）、主后面（A）、副后面（）、副后面（A）、）、 主切削刃（主切削刃（S）、副切削刃（）、副切削刃（S）和刀尖组成，）和刀尖组成， 如图所示。如图所示。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 （1）前面：切屑流过的表面。）前面：切屑流过的表面。 （2）主后面：与工件过渡表面相对的表面。）主后面：与工件过渡表面相对的表面。 （3）副后面：与已加工表面相对的表面。）副后面：与已加工表面相对的表面。 （4）主切削刃：前面和主后面的交线。）主切削刃：前面和主

33、后面的交线。 （5）副切削刃：前面和副后面的交线。）副切削刃：前面和副后面的交线。 （6）刀尖：连接主切削刃和副切削刃的一段切）刀尖：连接主切削刃和副切削刃的一段切 削刃，它可以是小的直线段或圆弧。削刃，它可以是小的直线段或圆弧。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）刀具静止参考系）刀具静止参考系 刀具要从工件上切下金属，必须具有一定的切刀具要从工件上切下金属，必须具有一定的切 削角度。削角度。 切削角度决定了刀具切削部分各表面的空间位切削角度决定了刀具切削部分各表面的空间位 置。置。 要确定和测量刀具角度，必须建立一定的静止要确定和测量刀具角度，必须建立一定的静止 参考系。参

34、考系。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 参考系参考系主要由主要由三个互相垂直的基本平面三个互相垂直的基本平面组成，组成， 并由此能够生成其他一些所需要的辅助平面。并由此能够生成其他一些所需要的辅助平面。 下面以直头外圆车刀为例，建立静止参考系。下面以直头外圆车刀为例，建立静止参考系。 参考系建立的条件是：只考虑进给运动的方参考系建立的条件是：只考虑进给运动的方 向而不考虑进给量的大小，规定车刀刀尖与工件向而不考虑进给量的大小，规定车刀刀尖与工件 装夹后的回转轴线等高，刀柄中心线垂直于进给装夹后的回转轴线等高，刀柄中心线垂直于进给 运动方向。运动方向。 第一章第一章 切削加工基础

35、知识切削加工基础知识 三个基本参考平面：三个基本参考平面：基面基面Pr、切削平面切削平面Ps、 正交平面正交平面Po，以及其他辅助平面。，以及其他辅助平面。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 （1）基面基面Pr：通过主切削刃选定点，其方位垂：通过主切削刃选定点，其方位垂 直假定主运动方向的平面。直假定主运动方向的平面。 （2）切削平面切削平面Ps ：通过主切削刃选定点，与切：通过主切削刃选定点，与切 削刃相切并垂直于基面的平面。削刃相切并垂直于基面的平面。 （3）正交平面正交平面Po ：通过主切削刃选定点并同时：通过主切削刃选定点并同时 垂直于基面和切削平面的平面，也称主剖面。垂

36、直于基面和切削平面的平面，也称主剖面。 （4）工作平面）工作平面Pf ：是通过主切削刃选定点，与：是通过主切削刃选定点，与 基面垂直，且与假定进给方向平行的平面，也称基面垂直，且与假定进给方向平行的平面，也称 进给面。进给面。 （5）背平面）背平面Pp ：通过主切削刃选定点并同时垂：通过主切削刃选定点并同时垂 直于基面和假定工作平面的平面，也称切深平面。直于基面和假定工作平面的平面，也称切深平面。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 3）刀具的标注角度）刀具的标注角度 刀具的标注角度是指刀具在其静止参考系中的刀具的标注角度是指刀具在其静止参考系中的 一组角度。一组角度。 这些角度是

37、制造和刃磨刀具所必须的、并在刀这些角度是制造和刃磨刀具所必须的、并在刀 具设计图上予以标注的角度。具设计图上予以标注的角度。 以外圆车刀为例，如图所示，表示了七个角度以外圆车刀为例，如图所示，表示了七个角度 的定义。的定义。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 车刀的七个角度：车刀的七个角度： 前角前角（o） 背前角（背前角（p） 主后角主后角（o） 背后角（背后角（p） 主偏角主偏角（Kr） 副偏角副偏角（Kr ） 刃倾角刃倾角（s） 。 前后前后主副主副刃倾刃倾 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 （1）前角前角：在正交平面内测量的前刀面与基面的夹：在正交平面内测量

38、的前刀面与基面的夹 角。角。 （2）背前角：在背平面中测量的前刀面与基面的夹）背前角：在背平面中测量的前刀面与基面的夹 角。角。 （3）主后角主后角：在正交平面内测量的主后刀面与切削：在正交平面内测量的主后刀面与切削 平面的夹角。平面的夹角。 （4）背后角：它是主后面与切削平面的夹角，在背）背后角：它是主后面与切削平面的夹角，在背 平面内测量。平面内测量。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 （5）主偏角主偏角 ：在基面内测量的主切削刃在基面上：在基面内测量的主切削刃在基面上 的投影与进给运动方向的夹角。的投影与进给运动方向的夹角。 （6）副偏角副偏角 ：在基面内测量的副切削刃在基

39、面上：在基面内测量的副切削刃在基面上 的投影与进给运动反方向的夹角。的投影与进给运动反方向的夹角。 （7）刃倾角刃倾角 ：在切削平面内测量的主切削刃与基：在切削平面内测量的主切削刃与基 面之间的夹角。面之间的夹角。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 4）刀具的工作角度（自学）刀具的工作角度（自学） 2刀具材料（自学）刀具材料（自学） 1）对刀具材料基本要求）对刀具材料基本要求 2）常用刀具材料（种类）常用刀具材料（种类） 3）超硬刀具材料）超硬刀具材料 （种类）（种类） 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.2.2 刀具切削过程及切屑种类刀具切削过程及切屑种类 切削

40、过程是刀具从工件的表面上切下多余的切削过程是刀具从工件的表面上切下多余的 材料层，形成切屑和已加工表面的过程。材料层，形成切屑和已加工表面的过程。 这一过程会出现一系列的物理现象，如切削这一过程会出现一系列的物理现象，如切削 力、切削热、刀具磨损、表面变形强化和残余应力、切削热、刀具磨损、表面变形强化和残余应 力等。力等。 另外，积屑瘤、振动等也都与切削过程有关。另外，积屑瘤、振动等也都与切削过程有关。 直接或间接地影响加工质量和生产效率。直接或间接地影响加工质量和生产效率。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.切削过程切削过程 切削加工时，工件上的一部分金属受到刀具切削加工时

41、，工件上的一部分金属受到刀具 的挤压而产生弹性变形和塑性变形。如图所示。的挤压而产生弹性变形和塑性变形。如图所示。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 对于对于塑性金属塑性金属，最典型的切削过程是一个挤压，最典型的切削过程是一个挤压 变形切离过程，经历变形切离过程，经历弹性变形弹性变形、塑性变形塑性变形、剪切滑剪切滑 移移和和切离切离过程四个阶段。过程四个阶段。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削塑性金属时有三个切削塑性金属时有三个变形区变形区，如图所示。，如图所示。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 区域为第一变形区，又称基本变形区。切区域为第一变

42、形区，又称基本变形区。切 削力、切削热主要来源，机床能量也主要消耗在削力、切削热主要来源，机床能量也主要消耗在 这个区域。这个区域。 区域为第二变形区，是刀具前刀面与切屑区域为第二变形区，是刀具前刀面与切屑 的挤压摩擦变形区。对积屑瘤的形成和前刀面磨的挤压摩擦变形区。对积屑瘤的形成和前刀面磨 损有直接影响。损有直接影响。 区域为第三变形区，是工件已加工表面与区域为第三变形区，是工件已加工表面与 刀具后刀面间的挤压摩擦变形区。对工件表面的刀具后刀面间的挤压摩擦变形区。对工件表面的 变形强化、残余应力及刀具后刀面的磨损有很大变形强化、残余应力及刀具后刀面的磨损有很大 影响。影响。 其中第一变形区的

43、变形最大。其中第一变形区的变形最大。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2.切屑种类切屑种类 工件材料的塑性、刀具前角及所采用的切削工件材料的塑性、刀具前角及所采用的切削 用量不同，会产生不同类型的切屑，如图所示，用量不同，会产生不同类型的切屑，如图所示， 不同的切屑对加工过程和已加工表面质量都会产不同的切屑对加工过程和已加工表面质量都会产 生不同的影响。生不同的影响。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1）带状切屑带状切屑 在切削塑性金属时，采用的前角大、切削速在切削塑性金属时，采用的前角大、切削速 度高、进给量和背吃刀量小时、容易产生带状切度高、进给量和背吃刀量

44、小时、容易产生带状切 屑（见图（屑（见图（a）。）。 它的形成过程经过它的形成过程经过弹性变形、塑性变形、切弹性变形、塑性变形、切 离离三个阶段。三个阶段。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）节状切屑节状切屑 加工中等硬度的塑性材料时，采用小的前角加工中等硬度的塑性材料时，采用小的前角 和较低的切削速度，易形成节状切屑（见图和较低的切削速度，易形成节状切屑（见图 （b），又称挤裂切屑。），又称挤裂切屑。 它经过了弹性变形、塑性变形、挤裂和切离它经过了弹性变形、塑性变形、挤裂和切离 四个阶段，是最典型的切削过程。四个阶段，是最典型的切削过程。 第一章第一章 切削加工基础知识切削

45、加工基础知识 3）粒状切屑粒状切屑 在形成节状切屑过程中，再减小前角，降低在形成节状切屑过程中，再减小前角，降低 切削速度，会形成粒状切屑，又称单元切屑（见切削速度，会形成粒状切屑，又称单元切屑（见 图（图（c）。）。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 4）崩碎切屑崩碎切屑 在切削脆性材料时，切削层金属一般经过弹在切削脆性材料时，切削层金属一般经过弹 性变形后就突然崩碎，形成不规则的碎块状切屑，性变形后就突然崩碎，形成不规则的碎块状切屑， 使得已加工表面凸凹不平（见图使得已加工表面凸凹不平（见图.33（d），）， 切屑的形成过程经过弹性变形、挤裂、切离三个切屑的形成过程经过弹性变

46、形、挤裂、切离三个 阶段。阶段。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 在实际生产中最常见到的是在实际生产中最常见到的是带状切屑带状切屑，粒状切，粒状切 屑较少见。屑较少见。 切屑形态可以随切削条件而转化，在形成节状切屑形态可以随切削条件而转化，在形成节状 切屑条件下，加大前角，提高切削速度、减小切削切屑条件下，加大前角，提高切削速度、减小切削 厚度、就可以得到带状切屑；反之，若减小前角或厚度、就可以得到带状切屑；反之，若减小前角或 加大切削厚度就可以得到粒状切屑。加大切削厚度就可以得到粒状切屑。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1.2.3刀具切削过程中的物理现象刀具

47、切削过程中的物理现象 1.切削力和切削功率切削力和切削功率 1）总切削力及其分解）总切削力及其分解 刀具在切削工件时，必须克服材料的变形抗力，刀具在切削工件时，必须克服材料的变形抗力， 克服刀具与工件，以及刀具与切屑之间的摩擦力，克服刀具与工件，以及刀具与切屑之间的摩擦力， 切下切屑。切下切屑。 这些作用力就构成了总切削力。这些作用力就构成了总切削力。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 总切削力来源于三个变形区。总切削力来源于三个变形区。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削力使工艺系统（机床切削力使工艺系统（机床夹具夹具刀具刀具工件）工件） 变形，影响加工精度。

48、变形，影响加工精度。 它还直接影响切削热的多少，并进而影响刀具它还直接影响切削热的多少，并进而影响刀具 磨损及寿命和已加工表面质量。磨损及寿命和已加工表面质量。 切削力是设计机床、刀具、夹具的重要依据。切削力是设计机床、刀具、夹具的重要依据。 总切削力总切削力F可分解成切削力可分解成切削力F c、进给力、进给力Ff 、背、背 向力向力Fp三个相互垂直的分力。三个相互垂直的分力。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 总切削力的分解。总切削力的分解。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 （1）切削力）切削力Fc：在主运动方向上的正投影。其数值：在主运动方向上的正投影。其数值

49、 大小一般在三个分力中最大，消耗动力也是最多的，大小一般在三个分力中最大，消耗动力也是最多的， 占机床总功率的占机床总功率的95%99%。 （2）进给力）进给力Ff：在进给方向上的正投影。它一般只：在进给方向上的正投影。它一般只 消耗总功率的消耗总功率的5%1%。 （3）背向力）背向力Fp：在垂直于工作平面上的分力。它一：在垂直于工作平面上的分力。它一 般作用在工件刚度较弱的方向上，容易使工件变形，般作用在工件刚度较弱的方向上，容易使工件变形， 引起振动，影响加工精度。引起振动，影响加工精度。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2切削热及切削切削热及切削 温度温度 1）切削热切削

50、热 在切削过程中使在切削过程中使 金属变形和克服摩擦金属变形和克服摩擦 力所消耗的功，绝大力所消耗的功，绝大 部分都转变成热能，部分都转变成热能， 称为切削热。称为切削热。 切削热来源于切削热来源于、 、三个变形区。三个变形区。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削热对加工有很大的不利影响。切削热对加工有很大的不利影响。 导致刀具材料的金相组织发生变化，使刀具硬导致刀具材料的金相组织发生变化，使刀具硬 度降低，严重时甚至使刀具丧失切削性能而加速刀度降低，严重时甚至使刀具丧失切削性能而加速刀 具磨损。具磨损。 传入工件的热量，可能使工件变形，从而产生传入工件的热量，可能使工件变形

51、，从而产生 形状和尺寸误差，影响加工精度和表面质量。形状和尺寸误差，影响加工精度和表面质量。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削热产生后，切削热产生后， 经经切屑切屑、刀具刀具、工工 件件和和周围介质周围介质向外向外 传散，如图所示。传散，如图所示。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 不同的加工方式，不同的加工方式，切削热传散的比例切削热传散的比例也不也不 相同，见表。相同，见表。 传入切屑和介质中的热量越多，对加工越传入切屑和介质中的热量越多，对加工越 有利。有利。 加工方法切屑工件刀具或磨具介质 车、铣、刨 镗、拉 50801040391 钻削2814535

52、 磨削4608012 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）切削温度切削温度 切削温度一般是指切削区的平均温度。切削温度一般是指切削区的平均温度。 切削温度的高低取决于切削热的产生和传散切削温度的高低取决于切削热的产生和传散 情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及散情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及散 热条件等因素的影响。热条件等因素的影响。 切削过程中切削区各处的温度是不同的，形切削过程中切削区各处的温度是不同的，形 成一个温度场。这个温度场影响切屑变形、积屑成一个温度场。这个温度场影响切屑变形、积屑 瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀具的磨瘤的大小、加工表面质量、加

53、工精度和刀具的磨 损等，还影响切削速度的提高。损等，还影响切削速度的提高。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 工件材料的强度和硬度越高，切削时所消耗的工件材料的强度和硬度越高，切削时所消耗的 功率越大，产生的热量越多，切削温度就越高。功率越大，产生的热量越多，切削温度就越高。 若工件材料和刀具材料的导热性好、传热快，若工件材料和刀具材料的导热性好、传热快， 可降低切削温度。可降低切削温度。 降低切削温度的主要措施有：合理选择切削用降低切削温度的主要措施有：合理选择切削用 量（尤其是量（尤其是C），合理的刀具角度，合理施加切削），合理的刀具角度，合理施加切削 液等。液等。 第一章第

54、一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 3积屑瘤积屑瘤 当以中等切削速度切削塑性较好的金属时，当以中等切削速度切削塑性较好的金属时， 切削温度在切削温度在300左右，刀尖附近的左右，刀尖附近的“滞留层滞留层” 金属与切屑分离被金属与切屑分离被“冷焊冷焊”在前刀面上，形成在前刀面上，形成 “瘤瘤”状硬金属块，称为积屑瘤状硬金属块，称为积屑瘤 。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 1）积屑瘤的形成及对切削加工的影响）积屑瘤的形成及对切削加工的影响 有利的一面是：积屑瘤附在刀尖上，代替刀刃有利的一面是：积屑瘤附在刀尖上，代替刀刃 切削，对刀刃有一定的保护作用；切削，对刀刃有一定的保护作

55、用； 不利的一面是：积屑瘤的尖端伸出刀尖之外，不利的一面是：积屑瘤的尖端伸出刀尖之外， 就会不断地脱落和重新产生，形成积屑瘤时生时灭就会不断地脱落和重新产生，形成积屑瘤时生时灭 现象，使背吃刀量现象，使背吃刀量p不断变化，会在已加工表面上不断变化，会在已加工表面上 留下不均匀的沟痕，并有一些粘附在已加工工件表留下不均匀的沟痕，并有一些粘附在已加工工件表 面上，影响加工尺寸和表面粗糙度面上，影响加工尺寸和表面粗糙度Ra值。值。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）影响积屑瘤的因素及控制方法）影响积屑瘤的因素及控制方法 工件工件材质材质和切削和切削速度速度是有利于产生积屑瘤的是有利

56、于产生积屑瘤的 最主要因素。最主要因素。 对塑性较大、硬度低的材料，切削加工时，对塑性较大、硬度低的材料，切削加工时， 容易产生积屑瘤；容易产生积屑瘤； 而切削塑性较小、硬度高的材料，则不易产而切削塑性较小、硬度高的材料，则不易产 生积屑瘤，或所产生积屑瘤的高度相对较小；生积屑瘤，或所产生积屑瘤的高度相对较小； 切削脆性材料时所形成的崩碎切屑不与前刀切削脆性材料时所形成的崩碎切屑不与前刀 面产生剧烈摩擦，因此一般不产生积屑瘤。面产生剧烈摩擦，因此一般不产生积屑瘤。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 切削速度很低（切削速度很低（C 5mmin）时，切屑流动）时，切屑流动 较慢，切削

57、温度很低，切屑与前刀面的摩擦系数很较慢，切削温度很低，切屑与前刀面的摩擦系数很 小，不会产生粘结现象，不会产生积屑瘤；小，不会产生粘结现象，不会产生积屑瘤； 当切削速度提高（当切削速度提高（C560m/min）时，切屑）时，切屑 流动加快，切削温度较高，切屑与前刀面的摩擦系流动加快，切削温度较高，切屑与前刀面的摩擦系 数较大，与前刀面容易粘结产生积屑瘤；数较大，与前刀面容易粘结产生积屑瘤； 当切削速度很高（当切削速度很高（C 100mmin）时，由于）时，由于 切削温度很高，使切屑底层金属呈微熔状态，摩擦切削温度很高，使切屑底层金属呈微熔状态，摩擦 系数明显减小，也不会产生积屑瘤。系数明显减小

58、，也不会产生积屑瘤。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 4.表面变形强化及残余应力表面变形强化及残余应力 1）表面变形强化）表面变形强化 切削塑性金属时，工件已加工表面层切削塑性金属时，工件已加工表面层硬度硬度明明 显显提高提高而而塑性下降塑性下降的现象称为表面变形强化。的现象称为表面变形强化。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 刀具刃口不可能绝对锋利，总有一段纯圆半刀具刃口不可能绝对锋利，总有一段纯圆半 径径r的刀尖圆弧，导致切屑与工件基体的分离点的刀尖圆弧，导致切屑与工件基体的分离点 O不在刃口圆弧的最低点，而有一

59、层厚度为不在刃口圆弧的最低点，而有一层厚度为H的的 金属层留下来，经金属层留下来，经O点以下刃口弧面的挤压变形点以下刃口弧面的挤压变形 后成为已加工表面，后成为已加工表面，H减薄到减薄到h。 因为刀具挤压变形后，金属塑性变形部分不因为刀具挤压变形后，金属塑性变形部分不 能恢复，恢复的只是弹性变形部分（即能恢复，恢复的只是弹性变形部分（即h）。）。 塑性变形越大，表面变形强化越严重。塑性变形越大，表面变形强化越严重。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 表面变形强化可提高零件的表面变形强化可提高零件的耐磨性耐磨性和和疲劳强度疲劳强度， 但变形强化也会加剧但变形强化也会加剧刀具磨损刀具

60、磨损，给某些后续工序，给某些后续工序 （如刮削）带来不便。（如刮削）带来不便。 在切削加工时，可通过控制零件表层金属塑性在切削加工时，可通过控制零件表层金属塑性 变形的大小，适当控制表面变形强化。变形的大小，适当控制表面变形强化。 第一章第一章 切削加工基础知识切削加工基础知识 2）残余应力）残余应力 残余应力是指外力消失后，残存在物体内部而残余应力是指外力消失后，残存在物体内部而 总体又保持平衡的内应力。总体又保持平衡的内应力。 经切削加工后的表面，由于切削时力和热的作经切削加工后的表面，由于切削时力和热的作 用，在表面层一定深度内的金属里，常产生一定残用，在表面层一定深度内的金属里，常产生