金属切削基础PPT学习教案

1、会计学1金属切削基础金属切削基础2021/12/132n摩擦磨损理论摩擦磨损理论n 力学问题力学问题n 热学问题热学问题n 机械学机械学n 材料学材料学n 表面问题表面问题第1页/共109页2021/12/133第2页/共109页2021/12/134第3页/共109页2021/12/135金属切削加工工艺系统：金属切削加工工艺系统：机床、刀具、工件、夹具机床、刀具、工件、夹具 刀具与工件之间必须有相对运动；刀具与工件之间必须有相对运动； 刀具必须具有合理的几何参数；刀具必须具有合理的几何参数； 刀具应具备一定的切削性能。刀具应具备一定的切削性能。第4页/共109页2021/12/136p四大

2、基本规律四大基本规律: :切屑形成切屑形成切削力切削力切削温度切削温度刀具磨损和破损刀具磨损和破损第5页/共109页2021/12/137刀具材料刀具材料的种类的种类切削液切削液的种类的种类选用选用难加工材料难加工材料的切削加工的切削加工工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 第6页/共109页2021/12/138超超高速切削高速切削精密及精密及超精密超精密加工、加工、微细加工和微细加工和纳米纳米级加工级加工自动化加工中刀具自动化加工中刀具可靠性可靠性研究研究切削过程切削过程在线检测在线检测监控和预报监控和预报新型新型刀具材料刀具材料的设计与开发的设计与开发第7页/共109页2021/12

3、/139新型新型高难加工材料高难加工材料的切削加工的切削加工其它其它新型新型加工方法，如：基于环保意识的绿色干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动切削等加工方法，如：基于环保意识的绿色干切削、硬切削、低温切削、加热切削、振动切削等复杂曲面复杂曲面加工，复杂刀具加工，复杂刀具CAD/CAM第8页/共109页2021/12/1310p山东大学山东大学 ( (新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠性等、高速切削新型陶瓷刀具材料、刀具磨损破损、切削可靠性等、高速切削) )，代表性人物：，代表性人物：艾兴院士艾兴院士p哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 ( (精密、超精密加工、纳米级加工、特种加工等精密、

4、超精密加工、纳米级加工、特种加工等) )，代表性人物：，代表性人物：袁哲俊教授袁哲俊教授p大连理工大学大连理工大学 ( (切削理论、剪切角理论切削理论、剪切角理论 、石材加工等、石材加工等) )，代表性人物：，代表性人物：刘培德教授刘培德教授第9页/共109页2021/12/1311p北京理工北京理工 ( (硬质合金刀具、难加工材料加工等硬质合金刀具、难加工材料加工等) ) ，代表性人物：，代表性人物：于启勋教授于启勋教授p天津大学天津大学 ( (陶瓷精密磨削加工等陶瓷精密磨削加工等) ) ，代表性人物：，代表性人物：于思远教授于思远教授p东北大学东北大学 ( (磨削加工磨削加工) ) ，代表

5、性人物：，代表性人物：郑焕文教授郑焕文教授第10页/共109页2021/12/1312p华南理工大学华南理工大学 ( (加工表面质量、加工表面质量、 积屑瘤、加工表面残余应力积屑瘤、加工表面残余应力) )，代表性人物：，代表性人物：周泽华教授周泽华教授p华中科技大学华中科技大学（陈日曜教授陈日曜教授）、南京航空航天大学）、南京航空航天大学张幼帧教授张幼帧教授） 、北京航空航天大学（、北京航空航天大学（陈鼎昌教授陈鼎昌教授） 、清华大学、成都工具研究所等、清华大学、成都工具研究所等第11页/共109页2021/12/1313p美国、日本、德国、澳大利亚、英国等美国、日本、德国、澳大利亚、英国等美

6、国美国: Merchant, Lee and Shaffer日本：日本：臼井英治、小野浩二、中山一雄臼井英治、小野浩二、中山一雄澳大利亚：澳大利亚：Oxley 第12页/共109页2021/12/1314第13页/共109页2021/12/1315第14页/共109页2021/12/1316第15页/共109页2021/12/1317第16页/共109页2021/12/1318第17页/共109页2021/12/1319第18页/共109页2021/12/1320第19页/共109页2021/12/1321第20页/共109页2021/12/1322注意：注意：(1) 主运动可为刀具，也可为工

7、件；主运动可为刀具，也可为工件；(2) 主运动可是直线运动，也可旋转运动；主运动可是直线运动，也可旋转运动；(3) 切削加工中，主运动只有一个。切削加工中，主运动只有一个。第21页/共109页2021/12/1323注意：注意：（1）进给运动可以是一个或几个；）进给运动可以是一个或几个；（2）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合；）进给运动可是直线运动、旋转运动或两者的组合；（3）进给运动可由刀具或工件完成。）进给运动可由刀具或工件完成。 第22页/共109页2021/12/1324第23页/共109页2021/12/1325第24页/共109页2021/12/1326第25页/共109

8、页2021/12/1327第26页/共109页2021/12/1328第27页/共109页2021/12/1329第28页/共109页2021/12/1330第29页/共109页2021/12/1331第30页/共109页2021/12/1332第31页/共109页2021/12/1333第32页/共109页2021/12/1334第33页/共109页2021/12/1335第34页/共109页2021/12/1336minm/m/s1000或wwndv n刀刃选定点相对工件的主运动线速度。即工件待加工表面的最大直径的线速度。其计算式为：刀刃选定点相对工件的主运动线速度。即工件待加工表面的最大

9、直径的线速度。其计算式为：第35页/共109页2021/12/1337第36页/共109页2021/12/13382mwpddan对外圆车削而言，它是待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。即对外圆车削而言，它是待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。即第37页/共109页2021/12/1339第38页/共109页2021/12/1340第39页/共109页2021/12/1341可转位刀片可转位刀片第40页/共109页2021/12/1342可转位刀片形状可转位刀片形状第41页/共109页2021/12/1343钻头钻头第42页/共109页2021/12/1344第43页/共109页2021/

10、12/1345三个刀面三个刀面二个刀刃二个刀刃一个刀尖一个刀尖第44页/共109页2021/12/1346车刀的切削部分车刀的切削部分第45页/共109页2021/12/1347前刀面（前刀面（A ）：切屑沿其流出的刀面切屑沿其流出的刀面主后刀面（主后刀面（A ）：与工件过渡表面相对着的刀面与工件过渡表面相对着的刀面副后刀面（副后刀面（A）：与工件上已加工表面相对着的刀面与工件上已加工表面相对着的刀面第46页/共109页2021/12/1348主切削刃主切削刃S：前刀面与主后刀面相交部位，承担主要的切削作用。前刀面与主后刀面相交部位，承担主要的切削作用。副切削刃副切削刃S ：前刀面与副后刀面相

11、交部位，协助主刀刃切除多余金属形成已加工表面。前刀面与副后刀面相交部位，协助主刀刃切除多余金属形成已加工表面。第47页/共109页2021/12/1349刀尖：刀尖：主刀刃与副刀刃相交部位。主刀刃与副刀刃相交部位。第48页/共109页2021/12/1350 刀具要从工件上切除金属，就必须具有一定的切削刀具要从工件上切除金属，就必须具有一定的切削角度及几何形状角度及几何形状。 这些角度决定了刀具各切削部分要素（刀面、刀刃、刀尖）这些角度决定了刀具各切削部分要素（刀面、刀刃、刀尖）的空间位置的空间位置，它们是在相应的，它们是在相应的参考平面参考平面为基础的条件下测量的。为基础的条件下测量的。第4

12、9页/共109页2021/12/1351标注角度标注角度工作角度工作角度第50页/共109页2021/12/1352在刀具标注参考系中确定的在刀具标注参考系中确定的切削刃与刀面的方位角切削刃与刀面的方位角。刀具工作图上标出的角度，刀具工作图上标出的角度，是制造、刀磨和检查刀具所需要的角度。是制造、刀磨和检查刀具所需要的角度。即能够表示刀具切削部分几何形体的必要角度，以此用于制造、刃磨或检测刀具的几何形体。即能够表示刀具切削部分几何形体的必要角度，以此用于制造、刃磨或检测刀具的几何形体。 注意：刀具标注角度的参考平面，是不考虑进给运动而定义的注意：刀具标注角度的参考平面，是不考虑进给运动而定义的

13、第51页/共109页2021/12/1353前述的刀具标注角度未考虑前述的刀具标注角度未考虑进给运动和实际装刀状态。进给运动和实际装刀状态。刀具的工作角度刀具的工作角度刀具在工作状态下的角度，即考虑刀具在工作状态下的角度，即考虑进给运动和实际装刀状态定义的刀具几何角度。进给运动和实际装刀状态定义的刀具几何角度。第52页/共109页2021/12/1354正交平面参考系正交平面参考系(Pr 、Ps 、Po )法平面参考系法平面参考系(Pr 、 Ps 、Pn )背平面和假定工作平面参考系背平面和假定工作平面参考系(Pp 、Pf 、Pr )第53页/共109页2021/12/13551. 基面基面P

14、r 通过刀具切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面。通过刀具切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面。第54页/共109页2021/12/1356n通过刀刃上选定点，与切削刃相切并垂直于通过刀刃上选定点，与切削刃相切并垂直于Pr的平面。的平面。第55页/共109页2021/12/1357通过刀刃上选定点，同时垂直于通过刀刃上选定点，同时垂直于Pr和和Ps的平面。的平面。 显然，显然， Po 、Ps与与Pr垂直垂直。第56页/共109页2021/12/1358第57页/共109页2021/12/1359第58页/共109页2021/12/1360第59页/共109页2021/12/1361宽刃刨刀

15、的参考平面第60页/共109页2021/12/1362 第61页/共109页2021/12/1363第62页/共109页2021/12/1364第63页/共109页2021/12/1365第64页/共109页2021/12/1366第65页/共109页2021/12/1367第66页/共109页2021/12/1368参考系参考系参考平面参考平面符号符号正交平面参考系正交平面参考系基面，切削平面，基面，切削平面，正交平面正交平面Pr, Ps, Po法平面参考系法平面参考系基面，切削平面，基面，切削平面，法平面法平面Pr, Ps, Pn背平面和假定工作平背平面和假定工作平面参考系面参考系基面，背

16、平面，基面，背平面，假定工作平面假定工作平面Pr, Pp, Pf第67页/共109页2021/12/1369主偏角主偏角Kr主刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；主刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；副偏角副偏角Kr副刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；副刀刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；刀尖角刀尖角 r主、副刀刃在基面上的投影之间的夹角；主、副刀刃在基面上的投影之间的夹角；第68页/共109页2021/12/1370第69页/共109页2021/12/1371第70页/共109页2021/12/1372第71页/共109页2021/12/1373前角前角 o前刀面与基面之间

17、的夹角。前刀面与基面之间的夹角。 有正、负之分。前刀面在基面下面，前角为正，反之为负。有正、负之分。前刀面在基面下面，前角为正，反之为负。主后角主后角 o主后刀面与切削平面之间的夹角。主后刀面与切削平面之间的夹角。刀楔角刀楔角 o前刀面与主后刀面之间的夹角。前刀面与主后刀面之间的夹角。 显然，显然， o=90 -( o+ o)第72页/共109页2021/12/1374第73页/共109页2021/12/1375第74页/共109页2021/12/1376刃倾角刃倾角 s主刀刃与基面之间的夹角。主刀刃与基面之间的夹角。 s有正、负之分有正、负之分，刀尖是刀刃最高点时，刀尖是刀刃最高点时， s为

18、正，反之为负。为正，反之为负。副后角副后角 o在副刀刃选定点的副正交剖面在副刀刃选定点的副正交剖面 Po 内，副后刀面与副切削平面内，副后刀面与副切削平面 Ps 之间的夹角。之间的夹角。第75页/共109页2021/12/1377第76页/共109页2021/12/1378第77页/共109页2021/12/1379第78页/共109页2021/12/1380由上述可知：由上述可知：刀具标注角度在正交平面参考系只需刀具标注角度在正交平面参考系只需六个独立角度六个独立角度即可确定刀具切削部分的几何体，它们是：即可确定刀具切削部分的几何体，它们是： Kr、Kr 、 o、 o、 s和和 o 其他参考

19、系的刀具角度的标注，其他参考系的刀具角度的标注，按正交参考系标注原理进行标注。按正交参考系标注原理进行标注。 第79页/共109页2021/12/1381n在法平面参考系中，在在法平面参考系中，在Pr、 Ps 内标注的角度内标注的角度Kr、Kr 、 r、 r和和 s是一样的，只需将是一样的，只需将Po内的内的 o、 o和和 o换为法平面换为法平面Pn内的内的 n、 n和和 n即可。即可。第80页/共109页2021/12/1382第81页/共109页2021/12/1383第82页/共109页2021/12/1384第83页/共109页2021/12/1385第84页/共109页2021/12

20、/1386第85页/共109页2021/12/1387第86页/共109页2021/12/1388p 正交平面内主要角度有正交平面内主要角度有8个个 p 在基面在基面Pr内标注的角度有：内标注的角度有：Kr, Kr ， r, rp 在切削平面内标注的角度有：在切削平面内标注的角度有： sp 在正交平面内标注的角度有：在正交平面内标注的角度有： o, o, op 确定主切削刃有四个基本角度确定主切削刃有四个基本角度：Kr, s, o, o金属切削刀具几何参数金属切削刀具几何参数第87页/共109页2021/12/1389p 法平面内主要角度有法平面内主要角度有8个个 p 在基面在基面Pr内标注的

21、角度有：内标注的角度有：Kr, Kr ， r, rp 在切削平面内标注的角度有：在切削平面内标注的角度有： sp 在在法平面法平面内标注的角度有：内标注的角度有： n, n, np 确定主切削刃有四个基本角度确定主切削刃有四个基本角度：Kr, s, n, n金属切削刀具几何参数金属切削刀具几何参数第88页/共109页2021/12/1390p 背平面和假定工作平面内主要角度有：背平面和假定工作平面内主要角度有： p 在基面在基面Pr内标注的角度有：内标注的角度有：Kr, Kr ， r, rp 在假定工作平面内标注的角度有：在假定工作平面内标注的角度有： f, f, fp 在背平面内标注的角度有

22、：在背平面内标注的角度有： p, p, p金属切削刀具几何参数金属切削刀具几何参数第89页/共109页2021/12/1391车刀标注角度第90页/共109页2021/12/1392金属切削刀具几何参数金属切削刀具几何参数第91页/共109页2021/12/1393金属切削刀具几何参数金属切削刀具几何参数第92页/共109页2021/12/1394刀具的工作角度刀具的工作角度刀具在工作状态下的角度，即考虑刀具在工作状态下的角度，即考虑工作运动和实际装刀状态工作运动和实际装刀状态定义的刀具几何角度。定义的刀具几何角度。前述的刀具标注角度未考虑工作前述的刀具标注角度未考虑工作运动和实际装刀状态运动

23、和实际装刀状态。第93页/共109页2021/12/1395进给运动进给运动的变化的变化合成切削运动合成切削运动的变化的变化工作角度参考平面工作角度参考平面的变化的变化刀具工作角度刀具工作角度的变化的变化 。第94页/共109页2021/12/1396第95页/共109页2021/12/1397 刀具工作角度：刀具工作角度： oe, oe, se, fe, fe, pe, pe 1.工作基面工作基面Pre 通过刀具切削刃上选定点，垂直于合成切削速度方向的平面通过刀具切削刃上选定点，垂直于合成切削速度方向的平面2.工作切削平面工作切削平面Pse 通过刀刃上选定点，与切削刃相切并垂直于通过刀刃上选

24、定点，与切削刃相切并垂直于Pre的平面。的平面。3.工作正交平面工作正交平面Poe 通过刀刃上选定点，同时垂直于通过刀刃上选定点，同时垂直于Pre和和Pse的平面。的平面。第96页/共109页2021/12/1398 oe= o+ ； oe= tg = f/ d o- 直径直径d越小，越小，角度角度 越大越大， oe 逐渐减小，逐渐减小， oe逐渐增大。逐渐增大。 f 过大，过大，角度角度 越大越大， oe逐渐减小，逐渐减小， oe逐渐增大。逐渐增大。第97页/共109页2021/12/1399第98页/共109页2021/12/13100在假定工作平面内的角度在假定工作平面内的角度 fe = f + f； fe = f - ftg f = f/ dw dw:工件直径或螺纹外径工件直径或螺纹外径 f: 纵向进给量或螺纹导程纵向进给量或螺纹导程第99页/共109页2021/12/13101第100页/共109页2021/12/13102在正交剖面内的角度在正交剖面内的角度 oe =