CH02_1_表面成形与切削加工方法

1、制 造 技 术 基 础切削加工技术切削加工技术何俐萍2015年3月机械零件特种加工技术机械零件特种加工技术（第6章）数控加工技术数控加工技术（第9章）现代机械加工新技术现代机械加工新技术（第10章）先进生产制造技术先进生产制造技术（第11章）（技术核心）（技术核心）几何精度设计几何精度设计（第13章）金属切削基本知识金属切削基本知识（第4章）切削加工方法及设备切削加工方法及设备（第5章）机械加工质量与加工机械加工质量与加工工艺工艺（第78章）（第4章）（第5章）（理论研究）理论研究）（技术基础）技术基础）课程内容总体结构框架课程内容总体结构框架第四章第四章 金属切削的基本知识金属切削的基本知识

2、4.1 切削运动与切削用量4.2 金属切削刀具4.3 金属切削过程章节重点：章节重点： 切削运动与切削用量的选择； 刀具角度的选择； 切削力的分解。 章节难点：章节难点： 刀具坐标系及刀具角的含义 金属切削原理金属切削原理本章内容特点本章内容特点金属金属切削过程的基本条件切削过程的基本条件 1 1、切削加工、切削加工 通过机床提供的切削运动和动力，使刀具和通过机床提供的切削运动和动力，使刀具和工件产生相对运动，从而切除工件上多余的材料，工件产生相对运动，从而切除工件上多余的材料，以获得合格零件的加工过程。以获得合格零件的加工过程。 2 2、切削过程的三个条件、切削过程的三个条件 1）刀具和工件

3、之间要有相对运动相对运动； 2）刀具材料必须具有一定的切削性能切削性能； 3）刀具必须具有适当的几何角度几何角度。切削运动与切削用量切削运动与切削用量毛坯毛坯 产品产品零件的基本几何面：平面 圆柱面圆锥面 螺旋面回转体成型面 渐开线柱面复杂曲面(含雕塑曲面)车削加工概述车削加工概述加工范围加工范围：加工零件的回加工零件的回转面、端面、螺纹面等；转面、端面、螺纹面等；车削加工车削加工运动特征运动特征：主运动为工件主运动为工件旋转旋转, ,进给运动为车刀的进给运动为车刀的直线运动直线运动；加工精度加工精度：IT8IT7,表面粗表面粗糙度糙度Ra6.31.6(精车时可达精车时可达IT6IT5,表面粗

4、表面粗糙度糙度Ra0.40.1）平面车（镗）削加工平面车（镗）削一般用于加工回转体类零件的端面平面车（镗）削一般用于加工回转体类零件的端面平面加工平面加工平面的刨削加工和拉削加工平面的刨削加工和拉削加工平面加工平面加工平面铣削加工平面铣削加工平面加工平面加工平面铣削加工端铣端铣和周铣周铣：目前常采用端铣加工平面(加工质量和生产率高）。粗铣粗铣和精铣精铣。精铣后Ra1.63.2m，IT7IT8，直线度可达（0.080.12）mm/m。平面加工平面加工平面加工平面加工平面齿轮机构空间齿轮机构直齿 斜 齿 人字齿 圆锥斜齿 蜗杆蜗轮成形面加工成形面加工斜 齿 铣齿采用盘形模数铣刀或指状铣刀铣齿。铣刀

5、刀齿截面形状与齿采用盘形模数铣刀或指状铣刀铣齿。铣刀刀齿截面形状与齿轮齿间形状相对应。效率和加工精度均较低，仅适用于单件轮齿间形状相对应。效率和加工精度均较低，仅适用于单件小批量生产。小批量生产。成形面加工成形面加工盘盘形形齿齿轮轮铣铣刀刀加加工工齿齿轮轮指状齿轮铣刀加工齿轮盘盘形形齿齿轮轮铣铣刀刀加加工工齿齿轮轮盘盘形形齿齿轮轮铣铣刀刀加加工工齿齿轮轮指状齿轮铣刀加工齿轮盘盘形形齿齿轮轮铣铣刀刀加加工工齿齿轮轮工件表面的成形方法工件表面的成形方法线性表面-由一条线（母线）沿一条线（导线）运动形成的轨迹。母线与导线都是发生线。线性表面的成形方法工件表面的成形方法工件表面的成形方法母线原始位置对

6、形成表面的影响发生线的形成方法与切削运动：轨迹法成形法相切法展成法 工件表面的成形方法工件表面的成形方法工件表面的成形方法工件表面的成形方法工件表面的成形方法工件表面的成形方法要获得所需工件表面形状，必须使刀具和工件按上述方法完成一定的运动，称为表面成形运动表面成形运动 外圆车削平面刨削工件表面的成形方法工件表面的成形方法成形车刀车削回转体表面的情况成形车刀车削回转体表面的情况：其母线由直线段与曲线段组合形成，；导线由圆周运动B1形成。螺纹车刀车削螺纹：母线由与螺纹轴向剖面形状一致的螺纹车刀的刃形本身提供；其导线为一阿基米德螺旋线，用轨迹法形成。为复合的成形运动。 齿轮滚刀的工作原理齿轮滚刀的

7、工作原理 展成法加工齿轮展成法加工齿轮 用飞刀加工蜗轮用飞刀加工蜗轮 盘形剃齿刀工作原理盘形剃齿刀工作原理 剃齿刀的齿形剃齿刀的齿形 插齿刀工作原理插齿刀工作原理 切削运动切削运动 常见机床的切削运动常见机床的切削运动 机床名称主运动进给运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转运动车刀纵向、横向、斜向直线移动龙门刨床工件往复移动刨刀横向、垂向、斜向间歇移动钻 床钻头旋转运动钻头轴向移动外圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动卧铣、立铣铣刀旋转运动工件纵向、横向直线移动（有时也作垂直方向移动）内圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动牛头刨床刨刀往复移动工

8、件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向间歇移动平面磨床砂轮高速旋转工件往复移动，砂轮横向、垂向移动加工中的表面加工中的表面待加工表面 -工件上即将被切去的表面，随着切削过程的进行，它将逐步减小，直到全部切去。已加工表面 -刀具切削后在工件上形成的新表面，随着切削过程的进行，它将逐渐扩大。过渡表面 -切削刃正切削的表面，是切削过程中不断改变的表面，处于待加工表面和已加工表面之间。切削速度vc 、进给量、背吃刀量ap 外圆车削的切削速度：平面刨削的切削速度：刀具相对于工件的直线运动速度 1000ndvwc1）切削速度切削速度vc刀具切削刃上某一选定点相对于工件的主运动主运动的瞬时线速度。计算时应以刀刃上速

9、度最高点作为计算依据。切削用量（相关物理量）切削用量（相关物理量）主运动每经历一个多个行程，工件和刀具在进给运动方向上的相对位移量称之为进给量进给量。 主运动是回转运动时，进给量指每转工件和刀具的相对位移量，(mmr)；主运动是直线运动时，进给量指每经历一个多个行程工件和刀具的相对位移量，(mm双行程或mm单行程)；进给进给速度速度：刀刃上某选定点处相对于工件的进给运动速度切削用量（相关物理量）切削用量（相关物理量）切削用量（相关物理量）切削用量（相关物理量） 背吃刀量sp已加工表面与待加工表面的垂直距离车外圆2wmspddmm切削用量（图例）切削用量（图例） 合理的切削用量：合理的切削用量：

10、 粗加工：大背吃刀量，大进给，低速 精加工：小背吃刀量，小进给，高速背吃刀量背吃刀量：加工余量，工艺装备，工艺步骤与精度要求进给量进给量：设备、精度切削速度切削速度：材料、工艺步骤与精度切削用量的选择切削用量的选择切削用量三要素的确定切削用量三要素的确定背吃刀量的选择（根据加工余根据加工余量确定）量确定）粗加工：粗加工：除留给下道工序的余量除留给下道工序的余量外，其余的粗车余量尽可能一次外，其余的粗车余量尽可能一次切除，使走刀次数最少。切除，使走刀次数最少。例：例：纵车外圆纵车外圆中等功率机床：中等功率机床：asp可达可达810mm一般：一次切除背吃刀量一般：一次切除背吃刀量asp当粗车余量太

11、大或工艺系统当粗车余量太大或工艺系统刚性较差，则可分次走刀：刚性较差，则可分次走刀：第一次走刀的背吃刀量第一次走刀的背吃刀量asp1 第二次走刀的背吃刀量第二次走刀的背吃刀量asp2)(2mmddamwspspspaa43321spspaa41312半精加工、精加工：半精加工、精加工： 根据粗加工留下的余量确定，根据粗加工留下的余量确定， 原则上一次切除。原则上一次切除。半精加工时，半精加工时，a aspsp= 0.52mm= 0.52mm精加工，精加工，a aspsp= 0.10.4mm= 0.10.4mm进给量进给量 f f 的选择的选择粗加工：粗加工：在工艺系统刚度、强度条件允许下，选择

12、一个最在工艺系统刚度、强度条件允许下，选择一个最大的进给量大的进给量f。 f 值可查资料获得值可查资料获得， 当切削力很大、工件长径比很大当切削力很大、工件长径比很大时，需对刀具强度和机床进给机构强度校核。时，需对刀具强度和机床进给机构强度校核。半精加工、精加工半精加工、精加工：根据工件表面粗糙度的要求根据工件表面粗糙度的要求查阅资料查阅资料确定进给量确定进给量f。切削用量三要素的确定切削用量三要素的确定切削速度的确定切削速度的确定：由公式计算切削速度由公式计算切削速度Cv与刀具、工件材料和切削条件有关的系数Kv切削条件与实验条件不同的修正系数T 刀具耐用度m指数，表示切削速度对刀具耐用度的影

13、响程度直接查阅资料获得切削速度的参考值直接查阅资料获得切削速度的参考值min)/(mKfaTcvvyxspmvcvv切削用量三要素的确定切削用量三要素的确定常见金属切削机床常见金属切削机床常用金属切削刀具常用金属切削刀具金属切削机床及其刀具金属切削机床及其刀具普通卧式车床普通卧式车床普通车刀普通车刀金属切削机床及其刀具金属切削机床及其刀具外圆磨床外圆磨床外圆磨砂轮外圆磨砂轮金属切削机床及其刀具金属切削机床及其刀具摇臂钻床摇臂钻床钻头钻头金属切削机床及其刀具金属切削机床及其刀具盘铣刀盘铣刀立式铣床立式铣床金属切削机床及其刀具金属切削机床及其刀具滚齿机滚齿机齿轮滚刀齿轮滚刀 CA6140CA614

14、0机床布局机床布局 卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件，故采用卧式布局。主轴水平安装，刀具在水平面内作纵、横向进给运动。车 床主轴箱主轴箱进给箱进给箱溜板箱溜板箱尾座尾座床身床身挂挂轮轮机机构构刀架刀架床腿床腿光杠光杠丝杠丝杠机器人刀削面机机器人刀削面机 代替人工技师削面的一种机器数控装置，可以直接听从人的命令进行削面，是人工智能技术应用于餐饮领域的重大突破。机器人刀削面机机器人刀削面机 外体大部分用不锈钢材料依照人体外形压制而成，内设动力装置和传动装置，外设数控箱装置.主要有减速箱，螺旋推进器，分面凸轮及前后送面盘组成，具有体积小、结构紧凑、操作方便、效率高、拆装维修方便之特点。

15、可将面粉（拌合成面料）通过送面轮螺旋推进器送入前后送面盘中，被削面刀削成中间厚、两边薄的面条飞出。刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成刀具各表面名称刀具各表面名称前面Ar 主后面A 副后面A 主切削刃S 副切削刃S刀尖刀具角度刀具角度刀具是放在一定的测量系内确定角度的，局部的几何结构可以在一个参考系中完全确定：坐标平面和测量平面。静止参考系静止参考系假设：假设：不考虑进给运动的影响.安装要保证刀尖与工件中心等高，刀杆中心线与工件轴线垂直；不考虑进给运动。主切削刃选定点与工件中心等高。正交平面参考系正交平面参考系基面Pr切削平面Ps正交平面Po(1)基面 Pr：通过切削刃上选定点，垂直于该点切削

16、速度方向的平面。 (2)切削平面 Ps：通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面主刀刃标注坐标系主刀刃标注坐标系静止参考系静止参考系(3)正交平面Po：通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。静止参考系静止参考系 正交平面参考系法平面参考系法平面参考系基面Pr，切削平面Ps 法平面Pn- 过切削刃上选定点垂直于切削刃及其切线的平面静止参考系静止参考系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Pr背平面Pp 切深平面假定工作平面Pf（正交性） 进给平面 静止参考系静止参考系 刀具的标注角度是指刀具设计图样上标注出的角度，它是刀具刀具的标注角度是指刀具设计图样

17、上标注出的角度，它是刀具制造、刃磨和测量的依据。制造、刃磨和测量的依据。在正交平面参考系中标注的角度主要有：在正交平面参考系中标注的角度主要有：前角（前角（oo）后角（后角（oo）刃倾角（刃倾角（ss）主偏角（主偏角（K Kr r）副偏角（副偏角（K K r r）副后角（副后角（oo ）刀具的标注角度刀具的标注角度1 1、前角、前角（oo）： 前角愈大，刀具愈锋利，但刀具强度愈差。前角愈大，刀具愈锋利，但刀具强度愈差。2 2、后角、后角（oo）：后角愈大，刀具与工件之间的磨擦愈小，但刀具强度也愈差。后角愈大，刀具与工件之间的磨擦愈小，但刀具强度也愈差。在正交平面中测量的在正交平面中测量的前刀面

18、前刀面与与基面基面的夹角。的夹角。在正交平面中测量的在正交平面中测量的主后刀面主后刀面与与切削平面切削平面的夹角。的夹角。3 3、副后角、副后角（oo）：在副正交平面中测量的在副正交平面中测量的副后刀面副后刀面与与副切削副切削平面平面的夹角的夹角。副后角影响刀面与已加工表面之间的磨擦力大小。副后角影响刀面与已加工表面之间的磨擦力大小。4 4、刃倾角（、刃倾角（ss）：）：在切削平面内度量的在切削平面内度量的主切削刃主切削刃与与基面基面之间之间 的夹角。的夹角。 以刀尖位置判断以刀尖位置判断刃倾角刃倾角正负正负 刃倾角影响切屑排出的方向刃倾角影响切屑排出的方向 5 5、主偏角（、主偏角（rr）：

19、）：在基面内测量的在基面内测量的主切削刃主切削刃与与进给运动进给运动 方向方向的夹角。的夹角。 主偏角一般为正值，它影响刀头强度。主偏角一般为正值，它影响刀头强度。6 6、副偏角（、副偏角（ r r）：）：在基面内测量的在基面内测量的副切削刃副切削刃与与进给运动进给运动 反方向的夹角。反方向的夹角。副偏角一般为正值，它影响刀头强度和表面粗糙度。副偏角一般为正值，它影响刀头强度和表面粗糙度。刀具角度刀具角度正交平面参考系中，6个基本角度主切削刃主切削刃： 主偏角K r 刃倾角s前面后面前面后面： 前角o 后角o副切削刃副切削刃： 副偏角Kr 副后角 o法平面参考系中的角度 主偏角Kr 相 副偏角

20、K r 刀尖角r同 余偏角r 刃倾角s前角o ，后角o，楔角o用法平面内的法前角n，法楔角n，法后角n表示。刀具角度刀具角度背平面（切深平面）和假定工作平面（进给平面）参考系中的角度：背前角f，背楔角f，背后角f侧前角p侧楔角p侧后角p刃倾角 ？刀具角度刀具角度刀具角度刀具角度刀具角度的功用与意义：刀具角度的功用与意义：刀具角度是各类刀具设计、选择、使用、刃磨的基础；各测量面内的同名角度在数值上有一定的联系；角度与参考（测量）平面是相关的，各个不同的测量面内定义的角度有其独立的意义和功用。这是因为各种刀具的加工特点不同，需要在不同的剖面内分析角度。比如：车削外圆时，一般在正交平面内分析车刀后角

21、大小；而钻孔时，就需要在柱剖面内分析麻花钻的后角大小。刀具的工作角度刀具的工作角度前面的刀具角度是固有的、静态的，实际前面的刀具角度是固有的、静态的，实际刀具工作角度随加工条件发生变化：刀具工作角度随加工条件发生变化：进给运动影响刀具工作角度；安装条件影响刀具工作角度。刀具工作参考系刀具工作参考系刀具的工作角度刀具的工作角度 主运动（刀具静止假设） / 主运动进给运动横向进给运动合成后:使基面和切削平面产生角度f：每转一圈横向进给量直径d不断改变，后角随之变化ecfvvvt a nfcvvn ffndd刀具的工作角度刀具的工作角度 横向进给时前后角的变化：前角：oe o 后角：oeo 可能产生

22、负值，挤压工件t a nfcvvn ffndd纵向进给量影响合成速度矢使工作基面Pre和工作切削平面Pse产 生倾角工作平面(切削速度矢与进给速度矢组成的平面）内分析：对于一般的外圆车刀，一般很小。 tanfdw刀具的工作角度刀具的工作角度 纵向进给的影响工作平面Pfe内：前角：fe f 后角：fef 换算到在正交平面内：前角：oe o o后角：oeo o其中： tan o =tan *tan k r螺纹车刀的导程较大，车螺纹时螺纹车刀的导程较大，车螺纹时很大，很大，导致加大后角。导致加大后角。可能产生负值，挤压工件。可能产生负值，挤压工件。刀具的工作角度刀具的工作角度 考虑刀具安装高低的影响

23、 工作背平面(同时垂直于工作基面和工作平面)Ppe内：前角：pe p p后角：pepp22tan()2phdwh刀具的工作角度刀具的工作角度 刀杆中心线与进给方向不垂直-影响主偏角与副偏角刀具的工作角度刀具的工作角度 重点内容：重点内容：四种发生线形成的方法及运动特点；四种发生线形成的方法及运动特点；切削运动与切削用量的术语；切削运动与切削用量的术语；刀具的参考系和角度定义；刀具的参考系和角度定义；刀具工作角度，进给刀具工作角度，进给/安装条件对工作角度安装条件对工作角度的影响；的影响；小小 结结切削条件的合理选择（刀具几何参数、刀具材料）（刀具几何参数、刀具材料）刀具类型与结构刀具类型与结构

24、根据加工方法通常分为：切刀：车、刨、插、镗、成形车刀切刀：车、刨、插、镗、成形车刀孔加工刀具：钻头、扩孔钻、铰刀孔加工刀具：钻头、扩孔钻、铰刀拉刀拉刀铣刀：圆柱形铣刀、端铣刀、立铣刀、槽铣刀、锯片铣刀铣刀：圆柱形铣刀、端铣刀、立铣刀、槽铣刀、锯片铣刀螺纹刀具：丝锥、板牙、螺纹切刀螺纹刀具：丝锥、板牙、螺纹切刀齿轮刀具齿轮刀具磨具：砂轮、砂带、油石磨具：砂轮、砂带、油石其它分类单刃、多刃单刃、多刃通用刀具、复杂刀具通用刀具、复杂刀具定尺寸刀具、非定尺寸刀具定尺寸刀具、非定尺寸刀具整体式刀具、装配式刀具、复合刀具整体式刀具、装配式刀具、复合刀具刀具的设计：便于换刀、重磨便于换刀、重磨整体式结构、装

25、配式结构整体式结构、装配式结构刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择刀具几何参数包括刀具角度、刀面形式、切削刃形状等，对切削金属变形、切削力、切削温度、刀具磨损和表面质量有显著的影响。刀具合理几何参数的选择取决于：工件材料刀具材料刀具类型工艺条件前角及前面的形状前角的主要功用：影响切削区的变形程度影响切削刃与刀头的强度、受力与传热影响切削影响表面质量 合理的前角：-在一定的加工条件下，存在一个使刀具寿命为最大值的前角，该前角的数值用opt表示，叫合理前角合理前角。该角度确保刀具耐用度最佳。不同刀具材料的合理前角不同不同加工材料的合理前角不同刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择 合理前角的选择原则

26、合理前角的选择原则1 1、加工铸铁时，、加工铸铁时，切屑呈崩碎状，切削力集中在刀切屑呈崩碎状，切削力集中在刀刃附近，为保护刀刃应取较小的前角（前角小，刃附近，为保护刀刃应取较小的前角（前角小，刀刃强度较高）。刀刃强度较高）。2 2、加工淬硬钢时，硬质合金刀具的合理前角一般、加工淬硬钢时，硬质合金刀具的合理前角一般取负值：取负值：因为因为淬硬钢的硬度很高，刀具前角取负淬硬钢的硬度很高，刀具前角取负值，可增加其刃口强度。值，可增加其刃口强度。3 3、加工塑性材料时，刀具合理前角较大：、加工塑性材料时，刀具合理前角较大：因为塑因为塑性材料的强度、硬度较低，前角较大，可使刃口性材料的强度、硬度较低，前

27、角较大，可使刃口锋利。锋利。刀具前面上卷槽的形状a)直线圈弧形 b）直线形 c)全圆弧形带卷屑槽卷屑槽的刀具前面形状偏用于加工韧性材料，目的是断屑，使切屑易于排出大小选择：材料与切削用量决定刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择后角后角的功用：减小后面与过渡表面之间的摩擦。增大后角，减小摩擦，切削刃锋利，延长耐用度，径向磨损大，但影响精度、强度和散热。合理的后角：取决于工件材料，工艺参数和设备刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择合理后角的确定合理后角的确定在一定条件下，存在一个使刀具寿命较高的合理后角opt粗加工或强力切削时，应选取较小的后角，因为粗加工时，切除的金属切削层公称厚度值较大，所需切

28、削力较大，切削刃应有足够的强度。（5 8）加工一般的脆性材料，其切削力集中在刃口附近，若刃口锋利，容易发生崩刀，故应选取较小的后角。有精度要求的尺寸加工刀具的后角一般较小，以限制重摩后刀具尺寸的变化。刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择主偏角、副偏角、刀尖形状主偏角、副偏角的功用：影响切削加工残留面积高度；影响切削层的形状；影响切削分力的大小和比例关系决定了刀尖角影响断屑效果刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择主偏角、副偏角、刀尖形状合理的主偏角：根据材料、设备、精度、生产规模选择合理的副偏角：根据精度要求、材料硬度选择 Page 47修光刃刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择刀尖形状过渡刃：

29、主、副切削刃之间的一小段切削刃。过渡刃：主、副切削刃之间的一小段切削刃。修圆刀尖修圆刀尖 形状由形状由圆弧半径圆弧半径确定确定倒角刀尖倒角刀尖 形状由形状由过渡刃参数过渡刃参数确定确定 过渡刃长度过渡刃长度b b 过渡刃偏角过渡刃偏角K Krere刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择刃倾角刃倾角的功用：控制切削流出方向影响切削刃的锋利影响刀尖强度、导热、容热性影响切削刃的工作长度、切入切出的平稳性图3-6 刃倾角对切削流出方向的影响合理的刃倾角：材料、设备、精度刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择合理刃倾角的选择原则合理刃倾角的选择原则1 1、精车时，刃倾角为、精车时，刃倾角

30、为0 0 +5 +5，可避免切，可避免切屑擦伤已加工表面，因为此时切屑沿待加工屑擦伤已加工表面，因为此时切屑沿待加工表面流出。表面流出。2 2、 有冲击负荷但负荷不大时，刃倾角为有冲击负荷但负荷不大时，刃倾角为- -5 5 -15 -15，可增加刀头强度，避免刀尖首，可增加刀头强度，避免刀尖首先接触工件（受到冲击）而发生崩刀。先接触工件（受到冲击）而发生崩刀。刀具材料的选择刀具材料的选择1、刀具的性能刀具：承受压力、摩擦、冲击、振动性能：高硬度，耐磨；足够的强度和韧性；耐热；自身制造工艺性；经济性。2、常用的刀具材料： 用于手工工具和低速刀具：碳素工具钢、合金工具钢 主流：高速钢、硬质合金、涂

31、层刀具 特殊场合：陶瓷 、金刚石、立方氮化硼高速钢：加入了钨、钼、钒、铬 等合金元素的高合金工具钢，属于高碳、高合金工具钢。常用的有：钨系高速钢/钨钼系高速钢特点：强度、硬度高，硬度达6370HRC,切削温度达500650C，切削速度达3050m/min（中速）。韧性高，抗弯力大，不易破损，且加工中成形容易。广泛用于制造复杂刀具复杂刀具（钻头、绞刀、拉刀、铣刀及各种成形刀具）。制造方法：熔炼高速钢、粉末冶金高速钢刀具材料的选择刀具材料的选择硬质合金：硬质合金不是合金钢，而是粉末冶金材料（用金属作粘结剂烧结高硬度、难熔的金属化合物粉末而成的冶金制品）。特点：硬度高，可达7482HRC, 切削温度

32、8001000C，切削速度达100300m/min。缺点：抗弯强度（脆性材料的强度指标）约为高速钢的1/41/2，韧性为高速钢的1/5，甚至1/100以下，故不能承受较大的冲击载荷。用于制造各种形状简单的高速切削刀具形状简单的高速切削刀具（车刀、铣刀、刨刀）。常用硬质合金类别： K类：切削铸铁类 刀杆一端色别：红 P类：切削钢类 色别：兰 M类：切削二者之间的材料 色别：黄刀具材料的选择刀具材料的选择硬质合金：硬质合金不是合金钢，而是粉末冶金材料（用金属作粘结剂烧结高硬度、难熔的金属化合物粉末而成的冶金制品）。特点：硬度高，可达7482HRC, 切削温度8001000C，切削速度达100300

33、m/min。缺点：抗弯强度（脆性材料的强度指标）约为高速钢的1/41/2，韧性为高速钢的1/5，甚至1/100以下，故不能承受较大的冲击载荷。用于制造各种形状简单的高速切削刀具形状简单的高速切削刀具（车刀、铣刀、刨刀）。常用硬质合金类别： K类：切削铸铁类 刀杆一端色别：红 P类：切削钢类 色别：兰 M类：切削二者之间的材料 色别：黄刀具材料的选择刀具材料的选择涂层刀具刀具材料的选择刀具材料的选择陶瓷：以氧化铝作为主要成分烧结而成陶瓷：以氧化铝作为主要成分烧结而成特点：硬度很高（9195 HRA），耐磨性很好，耐热性很高，在1200 C的高温下仍能切削，切削速度高达750m/min,切削效率比

34、硬质合金提高14倍。价格低廉。缺点：抗弯强度低，冲击韧性差，脆性大、易破损。用于：铸铁、高硬钢、高强钢等难加工材料的半精加工和精加工。刀具材料的选择刀具材料的选择金刚石金刚石碳的同素异形体碳的同素异形体, ,是已知的最硬的物质是已知的最硬的物质（天然、人造）（天然、人造）特点：硬度极高（人造：5000HV以上）、耐磨性极好，其刀具耐用度比硬质合金高几十倍至一百倍。缺点：韧性差、热稳定性差（低于800C），与铁的亲和力强。用于：有色金属（铝、铝合金、铜及其合金等）、非金属（碳、塑料、玻璃纤维合成材料等）的精密切削加工。但不适宜黑色金属（钢铁材料）的加工。近年，常把人造金刚石和硬质合金结合起来做成

35、复合刀复合刀片片，其综合切削性能很好。刀具材料的选择刀具材料的选择立方氮化硼立方氮化硼新型超硬刀具材料，由硼的氮化物新型超硬刀具材料，由硼的氮化物再结晶而形成立方氮化硼（六方氮化硼的同素异再结晶而形成立方氮化硼（六方氮化硼的同素异形体）。形体）。特点：硬度极高（达70008000HV）、耐磨性很好、耐热性很高（ 达1200 C），刀具耐用度是硬质合金和陶瓷刀具的几十倍，导热率高（切削热容易扩散）。不与铁系材料反应。缺点：价格昂贵用于：淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等难加工材料的半精加工和精加工。可做成整体刀片整体刀片或与硬质合金做成复合刀片复合刀片。刀具材料的选择刀具材料的选择金属切削层的变形金属

36、切削层的变形切削的形成切削的形成： 金属切削的过程实质是挤压过程挤压过程：挤压产生45晶格滑移，工件因偏挤压而产生弹性变形、塑性变形，最终切削层金属被切离工件母体，沿刀具前面流出而形成切屑。 剪切滑移线、流线 金属切削层的三个变形区:金属切削层的变形金属切削层的变形 第一变形区：主要特征主要特征：切削层沿滑移线发切削层沿滑移线发生剪切变形生剪切变形 OA始滑移线始滑移线 OM终滑移线终滑移线OA 、OM是等切应力是等切应力(剪切应剪切应力力)曲线。切削层金属发生的塑曲线。切削层金属发生的塑性变形是从性变形是从OA线开始，线开始，OM线线结束。在此区域，金属的晶粒结束。在此区域，金属的晶粒被显著

37、拉长。被显著拉长。离开离开OM线后，切削层金属变成线后，切削层金属变成了切屑，并沿着刀具前面流动。了切屑，并沿着刀具前面流动。这一变形区域是切屑形成的主这一变形区域是切屑形成的主要区域要区域金属切削层的变形金属切削层的变形第二变形区： 切屑底层受前面挤压与摩擦，继续发生滑移变形，使切屑底层晶粒拉长，趋向于与前面平行形成纤维层。并造成切屑的卷曲。金属切削层的变形金属切削层的变形粘结层与内摩擦粘结现象切屑底层的金属在刀具的前面上形成粘结层接触面分两个区域粘结部分 lf1：产生内摩擦：粘结层与其上流动的金属之间的摩擦 （ 金属内部的滑移剪切 ）滑动部分 lf2:产生外摩擦（以内摩擦为主，摩擦系数=s

38、/av 内摩擦力占85第3变形区：工件基体上留下的材料表层经过刀具钝圆切削刃和刀具后面的挤压、摩擦，使表层金属产生纤维化和非晶质化，并使其显微硬度提高。当刀具后面离开后，已加工表面表层和深层金属都要产生回弹，从而产生表面残留应力，这就是已加工表面的形成过程。上述已加工表面的形成过程都是在第三变形区内完成的。已加工表面表层金属在第三变形区内的摩擦与变形情况，直接影响着已加工表面的质量。 金属切削层的变形金属切削层的变形切削力切削力 切削力切削过程不仅需要使工件材料产生剪切变形的作用力，还需要克服发生在刀具前、后面上的内摩擦阻力。切削力分散在第一、第二和第三变形区内这些分散的力集中起来，这就是总切

39、削力。总切削力是计算切削功率，设计和选用机床、夹具、刀具的必要依据 切削力切削力 切削合力分解切削力Fc：计算刀具强度、设计机床零件、确定机床功率进给力Ff ：设计进给机构强度、确定机床进给功率背向力Fp：确定工件挠度与机床零件强度，分析振动切削力切削力 切削合力的计算 33() 10100010fwcccccccEFnfPFvkwPFvkwPP切削力切削力影响切削力的因素被加工材料：被加工材料：物理性质：强度与硬度高，切削力大；化学成分：如钢的含碳量；若处理状态；脆性材料如铸铁，摩擦小，切削力小。切削用量：切削用量：背吃刀量和进给量：指数关系，背吃刀量约为1，进给量指数略小于1切削速度：切削

40、速度：速度高，摩擦小，温度高，切削力小；切削速度对脆性材料影响不大 影响切削力的因素刀具几何参数：前角大，切削力小； 主偏角对切削力影响小，对背向力 和进给力影响大； 刃倾角对切削力影响很小；主偏角不同时，Fp和Ff的变化切削力切削力影响切削力的因素刀具材料：刀具材料与被加工材料的摩擦系数的影响，陶瓷最小，硬质合金次之，高速钢最大切削液：切削液具有润滑作用，可以降低切削力。低速时作用突出刀具后面的磨损：磨损增加，摩擦加剧，切削力增加。切削力切削力切削热及切削温度切削热及切削温度切削热是切削过程中重要的物理现象之一。切削热使切削温度升高，这将直接影响刀具前面的摩擦系数、积屑瘤的形成和消退、刀具磨

41、损以及工件材料的性能、加工精度和已加工表面质量。切削热的产生与传出切削热的产生与传递切削热的产生与传递切削过程中所消耗的能量几乎全部转化为热量。三个变形区就是三个发热区，热量来源于切屑变形能、刀具前后面的摩擦。产生：变形、摩擦产生热传递：切屑、刀具、工件、周围介质（空气、切削液）带走热量。车削：切屑为主钻削：工件传热为主磨削：工件占绝大部分切削热及切削温度切削热及切削温度介工刀屑由热力学平衡原理：QQQQQQ21影响切削温度的主要因素切削用量：经验公式：平均温度；C：切削温度系数；z、y、x：相应的指数刀具几何参数：前角 0大，变形小，发热小； 主偏角小，切削层宽度bD大，散热大。工件材料：强

42、度、硬度大，发热大； 导热系数大，降温快。刀具磨损：后面磨损大，温升高1) 切削液：导热能力、比热、流量等 xayfzspcvC影响切削温度的主要因素影响切削温度的主要因素正交平面内切削中的温度分布切削温度分布图及其规律：剪切面上各点温度相同；刀具前、后面上的最高温度在离切削刃一定距离的地方。切削热及切削温度切削热及切削温度切削热的控制切削热的控制 切削热对切削加工十分不利：它传人工件，使工件温度升高，产生热变形，影响加工精度；传人刀具，使刀具温度升高，加剧刀具磨损，甚至使刀具丧失切削能力。 应减少切削热的产生，改善散热条件，提高刀具耐用度。 主要措施：合理选择切削用量（尤其是切削速度vc）和刀具角度，合理施加切削液等。 为提高生产率，同时控制切削温度（以提高刀具耐用度），宜增大asp和 f 。切削热及切削温度切削热及切削温度积屑瘤：所谓积屑瘤，是以中等切削速度切削塑积屑瘤：所谓积屑瘤，是以中等切削速度切削塑性金属时，在刀尖附近长出一个性金属时，在刀尖附近长出一个“瘤瘤”状的硬质状的硬质金属块，金属块，积屑瘤是第积屑瘤是第变形区在特定条件下金属摩擦变形变形区在特定条件下金属摩擦变形的产物。所谓特定条件，其一是切削塑性金属，的产物。所谓特定条件，其一是切削塑性金属，其二