M3 1金属切削原理与刀具

1、模块三 金属切削原理与刀具内容一 切削运动及切削要素内容二内容二 切削刀具与刀具材料切削刀具与刀具材料内容三内容三 切削过程分析切削过程分析内容四内容四 切削用量选择切削用量选择一、零件表面分类一、零件表面分类（1）外圆面和内圆面外圆面和内圆面 是由一条直线围绕着另一条与其平行的直线作圆周运动所形成的表面。这个所谓的“另一条与其平行的直线”实际上就是这个表面的轴心线。（2）平面平面 是由一条直线沿另一条直线作平行移动时所形成的表面。（3）成形面成形面 是由一条曲线围绕另一条直线作圆周运动或平行移动所产生的表面。内容一内容一 切削运动及其切削要素切削运动及其切削要素1.切削加工切削加工的含义的含

2、义 切削加工的含义包括三个方面：（1）工（刀）具与工件必须发生相对运动；（2）工（刀）具必须切入工件之中；（3）工具（或工件）的运动轨迹必须能满足规定的几何参数。 二、切削加工含义与分类二、切削加工含义与分类2021-12-13金属切金属切削加工削加工钳工钳工机械机械加工加工手持工具加工，加工方法手持工具加工，加工方法:划线、錾、锯、刮、研、攻划线、錾、锯、刮、研、攻螺丝、套螺丝螺丝、套螺丝通过操作机床来完成切削加工通过操作机床来完成切削加工:如车、钻、刨、磨、齿轮加工如车、钻、刨、磨、齿轮加工钳工的劳动强度较大，生产效率较低，但是钳工的作用是无法完全用机械加工所代替 。2.切削加工的分类切削

3、加工的分类2021-12-13三、切削运动三、切削运动 为了形成零件表面形状，刀具与工件之间的相对运动1. 1. 主运动：主运动： 切下切屑最主要的运动。特点：特点：在整个运动系统中速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。2. 2. 进给运动：进给运动：使金属层不断投入切削，加工出完整表面所需的运动特点：特点：速度低、消耗的功率小。有一个或多个。车床上，主运动是主轴旋转n，进给运动f是刀具移动。nf2021-12-133. 3. 切削过程中切削过程中零件上的三个表面零件上的三个表面已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待加工表面nf f已加工表面已加工表面加工表面加工表面待加工表面待

4、加工表面d dw wd dm m2021-12-13四、切削要素四、切削要素1. 1. 切削用量三要素切削用量三要素1 1）切削速度（）切削速度（v v）在单位时间内，工件或刀具沿主运动方向的相对位移m/s601000ndvw6010002rLnv旋转运动：旋转运动：（m/s）往复直线运动：往复直线运动：（m/s）d dm md dw wf fn1 12 2f fa ap pKrKr2021-12-132 2）进给量）进给量(f (f (mm/r) 、f fz z(mm(mm/ /齿齿) )（1）单齿刀进给量）单齿刀进给量f：在单位时间内（主运动的一个循环内），刀具或工件沿进给运动方向的相对位

5、移。单位时间的进给量单位时间的进给量 进给速度进给速度(v(vf f) )nfvf(mm/s)d dm md dw wf fn1 12 2f fa ap pKrKr（2）多齿刀具的进给量）多齿刀具的进给量（ fz ）：指刀具每个刀齿在指刀具每个刀齿在进给方向上相对于工件每转或进给方向上相对于工件每转或每个行程的位移量。每个行程的位移量。多齿刀具的进给速度（多齿刀具的进给速度（ vf ）：nzfnfvzfn刀具或工件的转速；z多齿刀具的齿数。(mm/s)(mm/min)zffz2021-12-133 3）切削深度）切削深度(a(ap p) )(mm)2mwpdda(mm)d dm md dw w

6、f fn1 12 2f fa ap pKrKr刀具垂直于进给方向切入工件的深度。刀具垂直于进给方向切入工件的深度。回转类零件（如车外圆）可用下式计算：回转类零件（如车外圆）可用下式计算：dw工件待加工表面的工件待加工表面的直径（直径（mm）；）；dm工件已加工表面的工件已加工表面的直径（直径（mm）。）。2021-12-132. 2. 切削层几何参数切削层几何参数切削层切削层 指工件上正在被切削刃切削的那一层金属即两个相邻加工表面之间的那一层金属即两个相邻加工表面之间的那一层金属1) 1)切削厚度切削厚度(a(ac c) (mm) (mm)两相邻加工表面之间的垂直距离rckfasin(mm)2

7、)2)切削宽度切削宽度(a(aww) (mm) (mm)沿主刀刃度量的切削层的长度a ac cf fa ap pKrKra aw wrpwkaasin(mm)3)3)切削面积切削面积(A(AC C) (mm) (mm2 2) )wcpCaaafA(mm2)书面作业：1.说明切削过程中主运动、进给运动的含义与特点。2.切削用量三要素的含义是什么？如何计算？3.切削层几何参数有哪些？它们之间有何关联？刀具的结构1、整体式；2、焊接式；3、机夹式；4、可重磨式；5、机夹可换位式（快换式）。内容二 切削刀具几何形状及材料内容二 切削刀具几何形状及材料一、刀具的组成刀具一般是由： 1.切削部分 2.夹持

8、部分硬质合金刀块1.夹持部分夹持部分一、刀具的组成一、刀具的组成（1）有足够的刚性；（2）有一定的弹性；（3）方便装夹。1)对刀具夹持部分的要求：对刀具夹持部分的要求： 手工刀具手工刀具nf切削部分切削部分夹持部分夹持部分2.切削部分切削部分 (刀头部分刀头部分)三个刀面、两个刀刃、一个尖三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面前刀面2.切削部分切削部分三个刀面：三个刀面：(1)前刀面前刀面：刀具上切屑流过的表面：刀具上切屑流过的表面两个刀刃：两个刀刃： nf前刀面前刀面主后面主后面三个刀面、两个刀刃、一个尖三个刀面、两个刀刃、一个尖2.切削部分切削部分三个刀面：三个刀面：(2)主后刀面主后刀面：

9、与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形成主：与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形成主切削刃切削刃(1)(1)前刀面前刀面：刀具上切屑流过的表面：刀具上切屑流过的表面nf前刀面前刀面主后面主后面副后面副后面三个刀面、两个刀刃、一个尖三个刀面、两个刀刃、一个尖2.切削部分切削部分三个刀面：三个刀面：(2)主后刀面主后刀面：与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形成主切：与过渡表面相对的表面，同前刀面相交形成主切削刃削刃(1)(1)前刀面前刀面：刀具上切屑流过的表面：刀具上切屑流过的表面(3)副后刀面：与已加工表面相对，同前刀面相交形成副切削刃副后刀面：与已加工表面相对，同前刀面相交形成副切削刃nf前刀面

10、前刀面主切削刃主切削刃三个刀面、两个刀刃、一个尖三个刀面、两个刀刃、一个尖2.切削部分切削部分两个刀刃：两个刀刃：(1)主切削刃主切削刃：切出过渡表面的切削刃：切出过渡表面的切削刃nf前刀面前刀面主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃三个刀面、两个刀刃、一个尖三个刀面、两个刀刃、一个尖2.切削部分切削部分(2)副切削刃副切削刃：前刀面与副后面相交形成的切削刃：前刀面与副后面相交形成的切削刃两个刀刃：两个刀刃：(1)主切削刃主切削刃：切出过渡表面的切削刃：切出过渡表面的切削刃nf前刀面前刀面主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖三个刀面、两个刀刃、一个尖三个刀面、两个刀刃、一个尖2.切削部分切削部分

11、一个尖：刀尖：主切削刃与副切削刃的连接处二二. .车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度nf内容二 切削刀具几何形状及材料1).辅助平面辅助平面假想的静止参考平面（参考坐标系平面）假想的静止参考平面（参考坐标系平面） 基面基面pr，主切削平面主切削平面ps，副切削平面副切削平面ps，正交平面正交平面po，假定工作平面假定工作平面pf1).辅助平面辅助平面二二. .车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 基面pr：通过主切削刃选定通过主切削刃选定点，垂直于假定主点，垂直于假定主运动方向的平面运动方向的平面1).辅助平面辅助平面二二. .车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 基

12、面pr：主切削平面ps：通过主切削刃选定通过主切削刃选定点，与主切削刃相点，与主切削刃相切并垂直于基面切并垂直于基面1).辅助平面辅助平面二二. .车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 基面pr：主切削平面ps：副切削平面ps：通过副切削刃选定通过副切削刃选定点，与副切削刃相点，与副切削刃相切并垂直于基面切并垂直于基面1).辅助平面辅助平面二二. .车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 基面pr：主切削平面ps：副切削平面ps：正交平面po ：通过主切削刃选定点，通过主切削刃选定点，同时垂直于基面和主同时垂直于基面和主切削平面切削平面(1).辅助平面 基面基面pr，主切削平面主

13、切削平面ps，副切削平面ps，正交平面正交平面po，假定工作平面pfprpspo1).辅助平面辅助平面二二. .车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(1).辅助平面 基面基面pr，主切削平面主切削平面ps，副切削平面ps，正交平面正交平面po，假定工作平面pf1).辅助平面辅助平面二二. .车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(1).辅助平面 基面基面pr，主切削平面主切削平面ps，副切削平面ps，正交平面正交平面po，假定工作平面pf基面基面pspfpspopr在基面pr内标注的角度.主偏角主偏角k kr r: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

14、间夹角（4090）。.副偏角副偏角k kr r: :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。2）车刀切削部分的主要角度主偏角主偏角k kr r、副偏角、副偏角k kr r越大，越大，残留面积越大残留面积越大主偏角主偏角k kr r、越大，进给抗力、越大，进给抗力越越大，切深抗力越小大，切深抗力越小2）车刀切削部分的主要角度在基面pr内标注的角度.主偏角主偏角k kr r: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（4090）。.副偏角副偏角k kr r: :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

15、方向间夹角。选择原则：选择原则：刚性差工件，主偏角取大值；刚性差工件，主偏角取大值；精加工，副偏角取小值。精加工，副偏角取小值。2）车刀切削部分的主要角度在正交平面在正交平面po标注的角度标注的角度. .前角前角o o: :前刀面与基面间夹角（前刀面与基面间夹角（0 01515）.后角后角o :主后刀面与主切削平面主后刀面与主切削平面间夹角（间夹角（612）前角的作用前角的作用前角越大，刀越锋利、切削前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热轻快，强度下降、不利散热在正交平面在正交平面po标注的角度标注的角度. .前角前角o o: :前刀面与基面间夹角（前刀面与基面间夹角（0 01515

16、）。）。选择原则：选择原则：锐字当先，锐中求固锐字当先，锐中求固粗加工取较小值，精加工取较大值粗加工取较小值，精加工取较大值后角的作用后角的作用减小主后刀面与减小主后刀面与加工表面的摩擦加工表面的摩擦在正交平面在正交平面po标注的角度标注的角度.后角后角o :主后刀面与主切削平面间夹角（主后刀面与主切削平面间夹角（612）选择原则：选择原则：保证质量耐用度前提下取较小值。保证质量耐用度前提下取较小值。粗加工取较小值，精加工取较大值粗加工取较小值，精加工取较大值2）车刀切削部分的主要角度在主切削平面在主切削平面ps标注的角度标注的角度刃倾角刃倾角s s:主切削刃与基面间夹角（-5+5）。刃倾角的

17、作用刃倾角的作用刃倾角对切屑排出方向的影响刃倾角对切屑排出方向的影响选择原则：选择原则：粗加工取负值，精加工取正值粗加工取负值，精加工取正值刀具的其它几何角度 楔角楔角（） 前刀面与主后刀面的夹角。它决定了主切削刃的强度。切削角切削角（）前刀面与切削平面之间的夹角。它与前角的作用相似，直接影响到主刀刃的锋利程度，同时对刀具的强度也有一定的影响。刀尖角刀尖角（）主、副刀刃在基面上的投影夹角，它影响到刀尖的强度。3).实际工作角度实际工作角度 刀具装夹位置的影响刀尖高低的影响：刀尖高低的影响：3).实际工作角度实际工作角度 刀具装夹位置的影响刀具中心线与进给方向刀具中心线与进给方向不垂直（左右偏斜

18、）的不垂直（左右偏斜）的影响：影响：由于进给运动影响在静止坐标系中刀具切削角变由于进给运动影响在静止坐标系中刀具切削角变化情况化情况、横向进给的横向进给的影响影响横向进中，工件直径逐渐减小，刀尖实际上移，导致前角增大，后角减小。、纵向进给的影响纵向进给中，切削横截面向左倾斜，导致前角大，后角减小。一般地，由于进给量不大，这种影响可略去不计，一般地，由于进给量不大，这种影响可略去不计，但在车削大螺距螺纹时，这种影响，就应考虑但在车削大螺距螺纹时，这种影响，就应考虑由于进给运动影响在静止坐标系中刀具切由于进给运动影响在静止坐标系中刀具切削角变化情况削角变化情况三、刀具材料三、刀具材料 1、对刀具材

19、料的要求、对刀具材料的要求（1）冷硬性：指刀具在冷态也就是常温下的硬）冷硬性：指刀具在冷态也就是常温下的硬度；度；（2）红硬性：指刀具在高温中的硬度；）红硬性：指刀具在高温中的硬度；（3）耐磨性：指刀具在加工过程中，抵抗其与）耐磨性：指刀具在加工过程中，抵抗其与切屑以及工件摩擦而不被磨损的能力。硬度越高，切屑以及工件摩擦而不被磨损的能力。硬度越高，耐磨性就越好。耐磨性就越好。（4）坚韧性：指刀具在加工过程中，承受压力、）坚韧性：指刀具在加工过程中，承受压力、冲击力以及切削力所带料的弯曲力的能力。冲击力以及切削力所带料的弯曲力的能力。（5）工艺性：指刀具在制造过程中成形的可能）工艺性：指刀具在制

20、造过程中成形的可能性。性。2、常见的刀具材料 常见材料有：（1）工具钢； （2）高速钢 ；（3）硬质合金 ；（4）陶瓷；（5）金刚石和立方氮化硼 。高速钢、硬质合金的使用 （1）YG类：塑性和韧性较好，红硬性和耐磨类：塑性和韧性较好，红硬性和耐磨性较差，制作成开关复杂的刀具，适用于间断性切性较差，制作成开关复杂的刀具，适用于间断性切削，铸铁件、青铜件。削，铸铁件、青铜件。 （2）YT类：红硬性和耐磨性较好，但韧性较类：红硬性和耐磨性较好，但韧性较差，制作成刀片，焊接或机械连接在刀杆上，适用差，制作成刀片，焊接或机械连接在刀杆上，适用于切削钢件。于切削钢件。 （3）高速钢：红硬性和耐磨性都较差，而塑）高速钢：红硬性和耐磨性都较差，而塑性和韧性好，性和韧性好，制作成刀片，焊接或机械连接在刀杆制作成刀片，焊接或机械连接